RU239539U1 - Тяговый привод локомотива - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, а именно к устройствам для передачи крутящего момента от тягового двигателя к колесной паре. Тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель и осевой редуктор, связанные вместе разъемным соединением и опирающиеся на ось колесной пары с помощью подшипников, причем тяговый электродвигатель со стороны, противоположной осевому редуктору, опирается на ось колесной пары через один подшипник, разъемное соединение тягового электродвигателя с корпусом осевого редуктора выполнено неподвижным, осевой редуктор опирается на ось колесной пары с помощью одного подшипника, вал ротора тягового электродвигателя одним концом опирается на статор тягового электродвигателя через подшипник, а противоположным концом - на подшипники вала осевого редуктора, с которым вал ротора тягового электродвигателя соединен посредством мембранной муфты, вал ротора тягового электродвигателя выполнен составным и включает в себя гильзу и хвостовик, при этом гильза со стороны хвостовика имеет шлицы на внутренней поверхности, тяговый привод имеет торсионный вал, имеющий на конце шлицы, входящие в шлицы на внутренней поверхности гильзы, мембранная муфта имеет цилиндрический выступ со стороны ротора тягового электродвигателя, а вал ротора тягового электродвигателя опирается на подшипники вала осевого редуктора через цилиндрический выступ мембранной муфты, цилиндрический тонкослойный резинометаллический элемент и стакан, соединенный с гильзой болтовым соединением. Отличительной особенностью предлагаемого тягового привода является то, что торсионный вал со стороны осевого редуктора имеет на конце утолщение с цилиндрической выемкой, имеющей внутренние шлицы, вал осевого редуктора со стороны тягового электродвигателя имеет наружные шлицы, входящие во внутренние шлицы цилиндрической выемки утолщения торсионного вала, цилиндрический выступ мембранной муфты расположен на гильзе, а стакан расположен на цилиндрическом тонкослойном резинометаллическом элементе. Предложенный тяговый привод локомотива позволяет снизить трудоемкость и ремонт локомотива, благодаря использованию для разобщения узлов тягового привода одного болтового соединения, расположенного на мембранной муфте, что достигнуто за счет применения для передачи крутящего момента шлицевого соединения торсионного вала и входного вала редуктора, расположения цилиндрического выступа мембранной муфты на гильзе, а стакана - на цилиндрическом тонкослойном резинометаллическом элементе. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, а именно к устройствам для передачи крутящего момента от тягового двигателя к колесной паре.

Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, опирающийся на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники скольжения и зубчатую передачу, причем малое зубчатое колесо размещено на валу тягового электродвигателя, а большое зубчатое колесо - на оси колесной пары (см. Конструкция, расчет и проектирование локомотивов. А.А. Камаев, Н.Г. Апанович, В.А. Камаев и др. - М.: Машиностроение, 1981, С. 120-121, рис. 79.).

Недостатком известного тягового привода, применяемого на тепловозах серий 2ТЭ10, ТЭМ2, 2ТЭ116 отечественных железных дорог, состоит в применении подшипников скольжения, что приводит к высокой трудоемкости обслуживания и ремонта, большому расходу смазки и цветных металлов и невозможности эффективной герметизации (см. Бирюков И.В., Беляев А.И., Рыбников И.К. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог.- М: Транспорт, 1986, С. 49).

Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, опирающийся посредством двух роликовых подшипников качения на вращающийся полый вал, который опирается на колесные центры посредством дисковых резинокордных элементов, тяговый привод содержит шариковый подшипник для передачи осевых усилий с тягового электродвигателя на полый вал (См. Повышение надежности экипажной части тепловозов / А.И. Беляев, Б.Б. Бунин, С.М. Голубятников и др.; Под ред. Л.К. Добрынина. - М.: Транспорт, 1984, С. 164, рис. 78).

Данный тяговый привод, изготовленный и испытанный в качестве опытного образца, отличается технологичностью изготовления. Недостатком данного тягового привода является необходимость размещать полый вал, вращающийся относительно корпуса тягового электродвигателя, в пространстве между осью и корпусом тягового электродвигателя, что требует увеличения централи тяговой передачи. Поскольку диаметр большого зубчатого колеса тяговой ограничен допустимыми габаритами подвижного состава, увеличение централи тяговой передачи требует увеличения диаметра малого зубчатого колеса, что, в свою очередь, ведет к уменьшению передаточного числа тяговой передачи, снижению тяги на ободе колеса и ухудшению производительности локомотива.

Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель и тяговую передачу, тяговый электродвигатель опирается на колесные центры через неподвижный полый вал, три роликовых подшипника, размещенных на неподвижном полом валу, корпуса роликовых подшипников и связанные с ними упругие элементы, при этом два роликовых подшипника расположены со стороны тяговой передачи, корпус роликовых подшипников, расположенных со стороны тяговой передачи, соединен с зубчатым венцом большого зубчатого колеса тяговой передачи, и в нем установлен упорный шарикоподшипник, между наружной поверхностью наружной обоймы упорного шарикоподшипника и внутренней поверхностью корпуса роликовых подшипников, расположенных со стороны тяговой передачи, имеется зазор, а упругие элементы представляют собой конические втулки, затягиваемые болтовым соединением (См. Михайлов Г.И. Повышение надежности и несущей способности тяговых передач / Г.И. Михайлов, - Казань, Алгоритм+, 2023,С. 155-156, рис. 4.2.4).

Данный тяговый привод, примененный на построенном в качестве опытного образца для отечественного грузового тепловоза 2ТЭ116, лишен недостатка тягового привода, описанного выше благодаря тому, что полый вал выполнен неподвижным, вследствие чего в полом валу может быть сделано окно для размещения корпуса тягового электродвигателя, что исключает необходимость в увеличении централи передачи, снижении передаточного числа и осевой силы тяги. Недостатком указанного привода является недостаточная надежность упругих элементов в виде конических втулок, разрушившихся после незначительного пробега грузового локомотива (См. Михайлов Г.И. Повышение надежности и несущей способности тяговых передач / Г.И. Михайлов, - Казань, Алгоритм+, 2023, С. 155).

Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, подвешенный на раме тележки, осевой редуктор, торсионный вал, проходящий через полый вал ротора тягового электродвигателя и связанный с валом осевого редуктора и валом тягового электродвигателя компенсационными муфтами (см. Конструкция, расчет и проектирование локомотивов:

Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Локомотивостроение». А.А. Камаев, Н.Г. Апанович, В.А. Камаев и др.; Под ред. А.А. Камаева. - М.: Машиностроение, 1981, С. 133-134, рис. 91).

В указанном тяговом приводе, примененном на тепловозе 2ТЭ121 и электровозе ЭП1 отечественных железных дорог, используются подшипники качения, что снижает трудоемкость обслуживания и ремонта. Недостатком данного тягового привода является необходимость увеличивать диаметр вала ротора тягового электродвигателя для размещения в нем торсионного вала и обеспечения зазора между валом ротора тягового электродвигателя и торсионным валом для обеспечения перемещения торсионного вала в поперечном направлении при колебаниях рессорного подвешивания. Так, наружный диаметр вала асинхронного тягового электродвигателя СТА-1200 мощностью 1200 кВт с приводом с опорно-рамным тяговым электродвигателем и осевым редуктором составляет 188 мм (См. Соколов Ю.Н. Конспект для локомотивных бригад. Электровоз ДС3. Устройство, управление, обслуживание. Киев, изд. Юго-Западной железной дороги, 2011 г. С. 41, Рис. 3.1.а). Это препятствует увеличению частоты вращения тягового электродвигателя из-за нагрева роторных подшипников и снижению массы привода.

Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель и осевой редуктор, связанные вместе разъемным соединением и опирающиеся на ось колесной пары с помощью подшипников, причем тяговый электродвигатель со стороны, противоположной осевому редуктору, опирается на ось колесной пары через один подшипник, разъемное соединение тягового электродвигателя с корпусом осевого редуктора выполнено неподвижным, осевой редуктор опирается на ось колесной пары с помощью одного подшипника, вал ротора тягового электродвигателя одним концом опирается на статор тягового электродвигателя через подшипник, а противоположным концом - на подшипники вала осевого редуктора, с которым вал ротора тягового электродвигателя соединен посредством мембранной муфты (см. Электровоз грузовой постоянного тока 2ЭС10 с асинхронными тяговыми электродвигателями. Руководство по эксплуатации, часть 4. Описание и работа. Механическое оборудование и системы вентиляции. 2ЭС 10.00.000.000 РЭЗ. ООО «Уральские локомотивы», С. 28-32, рис. 3.5).

В указанном тяговом приводе, примененном для электровоза 2ЭС10 отечественных железных дорог, диаметр вала под роторный подшипник почти вдвое меньше и составляет 95 мм, что позволяет повысить максимальную частоту вращения тягового электродвигателя. Недостатком данного тягового привода является отсутствие упругих звеньев между осью колесной пары и валом ротора тягового электродвигателя, что приводит к возникновению динамических моментов в тяговом приводе, что увеличивает склонность локомотива к боксованию и повышает износ бандажей колесной пары; установлено (см. Бирюков И.В., Беляев А.И., Рыбников И.К. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог.- М: Транспорт, 1986 - 256, С.59), что применение упругих зубчатых колес уменьшало склонность к боксованию и снижало интенсивность износа бандажей на 15%). Указанный недостаток ведет к ухудшению сцепных свойств локомотива и снижает его производительность.

Известны тонкослойные резинометаллические элементы [см. Вибрации в технике: Справочник в 6-ти т. Том 4. Вибрационные процессы и машины / Под ред. Э.Э. Лавендела. Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.). - М.: Машиностроение, 1981., с. 213, рис. 28.], состоящие из тонких слоев резины (0,1-1 мм) и металла (0,05-1 мм). Сдвиговые жесткости этих элементов определяются суммарной сдвиговой жесткостью всех резиновых слоев. Порядок этой жесткости определяет модуль сдвига (около 10 кгс/см²). В направлении, перпендикулярном металлическим слоям, жесткость на сжатие определяется модулем объемного сжатия резины (порядка 3⋅10⁴ кгс/см²). Изменяя толщину резинового слоя, можно получить любые желаемые жесткости в пределах между жесткостью сдвига и жесткостью объемного сжатия.

В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель и осевой редуктор, связанные вместе разъемным соединением и опирающиеся на ось колесной пары с помощью подшипников, причем тяговый электродвигатель со стороны, противоположной осевому редуктору, опирается на ось колесной пары через один подшипник, разъемное соединение тягового электродвигателя с корпусом осевого редуктора выполнено неподвижным, осевой редуктор опирается на ось колесной пары с помощью одного подшипника, вал ротора тягового электродвигателя одним концом опирается на статор тягового электродвигателя через подшипник, а противоположным концом - на подшипники вала осевого редуктора, с которым вал ротора тягового электродвигателя соединен посредством мембранной муфты, вал ротора тягового электродвигателя выполнен составным и включает в себя гильзу и хвостовик, при этом гильза со стороны хвостовика имеет шлицы на внутренней поверхности, тяговый привод имеет торсионный вал, соединенный одним концом с мембранной муфтой и имеющий на противоположном конце шлицы, входящие в шлицы на внутренней поверхности гильзы, мембранная муфта имеет цилиндрический выступ со стороны ротора тягового электродвигателя, а вал ротора тягового электродвигателя опирается на подшипники вала осевого редуктора через цилиндрический выступ мембранной муфты, цилиндрический тонкослойный резинометаллический элемент и стакан, соединенный с гильзой болтовым соединением (см. Патент РФ на полезную модель №224580. МПК В61С 9/48. Тяговый привод локомотива. Космодамианский А.С., Воробьев В.И., Измеров О.В., Корчагин В.О., Пугачев А.А., Капустин М.Ю., Самотканов А.В., Шевченко Д.Н., Николаев Е.В., Карпов А.Е. Опубл. 29.03.2024, бюл. №10).

Указанный тяговый привод имеет упругое звено между осью колесной пары и валом ротора тягового электродвигателя. Недостатком прототипа является то, что болтовые соединения применены как для самой мембранной муфте, так и для соединения стакана с гильзой, при этом они расположены в труднодоступном месте внутри корпуса тягового электродвигателя, что увеличивает трудоемкость сборки и ремонта. Так, на электровозе ЭП20 соединение ротора и фланца вала шестерни редуктора осуществляется 24 болтами с нормированным натягом, при этом диаметрально-противоположные болты затягиваются попарно через специально предусмотренный люк в корпусе редуктора с проворотом ротора тягового двигателя совместно с редуктором (См. Электровоз магистральный ЭП20. Руководство по эксплуатации. Книга 7. Описание и работа. Механическая часть. ЗТС.085.003 РЭ7. ООО «ТРТранс», С. 24). В прототипе к указанным болтам, расположенным на дисковой муфте, добавляются также болты болтового соединения, соединяющего стакан с гильзой.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в снижении трудоемкости и ремонта локомотива за счет сокращения числа болтовых соединений, расположенных в труднодоступном месте.

Это достигается тем, что в тяговом приводе локомотива, содержащем тяговый электродвигатель и осевой редуктор, связанные вместе разъемным соединением и опирающиеся на ось колесной пары с помощью подшипников, причем тяговый электродвигатель со стороны, противоположной осевому редуктору, опирается на ось колесной пары через один подшипник, разъемное соединение тягового электродвигателя с корпусом осевого редуктора выполнено неподвижным, осевой редуктор опирается на ось колесной пары с помощью одного подшипника, вал ротора тягового электродвигателя одним концом опирается на статор тягового электродвигателя через подшипник, а противоположным концом - на подшипники вала осевого редуктора, с которым вал ротора тягового электродвигателя соединен посредством мембранной муфты, вал ротора тягового электродвигателя выполнен составным и включает в себя гильзу и хвостовик, при этом гильза со стороны хвостовика имеет шлицы на внутренней поверхности, тяговый привод имеет торсионный вал, имеющий на конце шлицы, входящие в шлицы на внутренней поверхности гильзы, мембранная муфта имеет цилиндрический выступ со стороны ротора тягового электродвигателя, а вал ротора тягового электродвигателя опирается на подшипники вала осевого редуктора через цилиндрический выступ мембранной муфты, цилиндрический тонкослойный резинометаллический элемент и стакан, соединенный с гильзой болтовым соединением, торсионный вал со стороны осевого редуктора имеет на конце утолщение с цилиндрической выемкой, имеющей внутренние шлицы, вал осевого редуктора со стороны тягового электродвигателя имеет наружные шлицы, входящие во внутренние шлицы цилиндрической выемки утолщения торсионного вала, цилиндрический выступ мембранной муфты расположен на гильзе, а стакан расположен на цилиндрическом тонкослойном резинометаллическом элементе.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1. изображен общий вид тягового привода локомотива.

Предлагаемый тяговый привод локомотива содержит тяговый электродвигатель 1 и осевой редуктор 2, связанные вместе разъемным соединением 3 и опирающиеся на ось 4 колесной пары с помощью подшипников 5 и 6, причем тяговый электродвигатель 1 со стороны, противоположной осевому редуктору 2, опирается на ось 4 колесной пары через один подшипник 6, разъемное соединение 3 тягового электродвигателя 1 с корпусом осевого редуктора 2 выполнено неподвижным, осевой редуктор 2 опирается на ось 4 колесной пары с помощью одного подшипника 5, вал 7 ротора 8 тягового электродвигателя 1 одним концом опирается на статор 9 тягового электродвигателя 1 через подшипник 10, а противоположным концом - на подшипники 11 вала 12 осевого редуктора 2, с которым вал 7 ротора 8 тягового электродвигателя соединен посредством мембранной муфты 13. Вал 7 ротора 8 тягового электродвигателя 1 выполнен составным и включает в себя гильзу 14 и хвостовик 15, при этом гильза 14 со стороны хвостовика 15 имеет шлицы 16 на внутренней поверхности, тяговый привод имеет торсионный вал 17, имеющий на конце шлицы 18, входящие в шлицы 16 на внутренней поверхности гильзы 14, мембранная муфта 13 имеет цилиндрический выступ 19 со стороны ротора 8 тягового электродвигателя 1, а вал 7 ротора 8 тягового электродвигателя 1 опирается на подшипники 11 вала 12 осевого редуктора 2 через цилиндрический выступ 19 мембранной муфты 13, цилиндрический тонкослойный резинометаллический элемент 20 и стакан 21, соединенный с гильзой 14 болтовым соединением 22.

Торсионный вал 17 со стороны осевого редуктора 2 имеет на конце утолщение 23 с цилиндрической выемкой 24, имеющей внутренние шлицы 25, вал 12 осевого редуктора 2 со стороны тягового электродвигателя 1 имеет наружные шлицы 26, входящие во внутренние шлицы 25 цилиндрической выемки 24 утолщения 23 торсионного вала 17, цилиндрический выступ 19 мембранной муфты 13 расположен на гильзе 14, а стакан 21 расположен на цилиндрическом тонкослойном резинометаллическом элементе 20.

Предлагаемый тяговый привод локомотива работает следующим образом. Вращающий момент от ротора 8 тягового электродвигателя 1 передается через вал 7, состоящий из гильзы 14 и хвостовика 15, на шлицы 16 на внутренней поверхности гильзы 14, от них на шлицы 18 на конце торсионного вала 17, на торсионный вал 17, через утолщение 23 на внутренние шлицы 25 в цилиндрической выемке 24, сцепленные с ними наружные шлицы 26 вала 12 осевого редуктора 2, и далее на ось 4 колесной пары, приводя локомотив в движение.

Ротор 8 тягового электродвигателя 1 опирается через хвостовик 15 на статор 9 тягового электродвигателя 1 через подшипник 10. При этом через хвостовик 15 торсион не проходит, благодаря чему наружный диаметр хвостовика 15 и внутренний диаметр подшипника 10 не изменяются по сравнению с прототипом, в связи, с чем максимальное число оборотов ротора 8 тягового электродвигателя 1 не уменьшается и не требуется увеличение габаритов и массы тягового электродвигателя 1. При этом ротор 8 тягового электродвигателя 1 опирается противоположным концом на подшипники 11 вала 12 осевого редуктора 2 через мембранную муфту 13, цилиндрический выступ 19 мембранной муфты 13, цилиндрический тонкослойный резинометаллический элемент 20 и стакан 21, соединенный с гильзой 14 через стакан 21 и цилиндрический выступ 19 мембранной муфты 13 болтовым соединением 22. Поскольку жесткость тонкослойного резинометаллического элемента 20 в радиальном направлении, то есть, в направлении, перпендикулярном металлическим слоям, определяется модулем объемного сжатия резины (порядка 3⋅10⁴ кгс/см²), то величина жесткости тонкослойного резинометаллического элемента 20 в радиальном направлении обеспечивает устойчивое вращение этом ротора 8 тягового электродвигателя 1 во всем диапазоне частот вращения вплоть до максимальной, без совпадения частоты вращения с частотой собственных колебаний ротора 8 тягового электродвигателя 1 в радиальном направлении. При этом жесткость тонкослойного резинометаллического элемента 20 в тангенциальном направлении определяется суммарной сдвиговой жесткостью всех резиновых слоев, порядок этой жесткости определяет модуль сдвига (около 10 кгс/см²). Вследствие этого жесткость тонкослойного резинометаллического элемента 20 в тангенциальном направлении не препятствует повороту стакана 21 относительно вала 12 осевого редуктора 2 при деформации скручивания торсионного вала 17 под действием крутящего момента. Болтовое соединение 22 обеспечивает возможность демонтажа тягового электродвигателя 1 во время ремонта, одновременно открывая доступ к тонкослойному резинометаллическому элементу 20, и также обеспечивает возможность его демонтажа во время ремонта.

Вследствие ударов при прохождении локомотивом вертикальных неровностей пути в валопроводах тягового привода возникают динамические моменты, которые амортизируются за счет деформации скручивания торсионного вала 17, вследствие чего снижается проскальзывание колесной пары по рельсам и увеличивается сцепление колес с рельсами.

Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что благодаря применению для передачи крутящего момента шлицевого соединения торсионного вала и входного вала редуктора, расположению цилиндрического выступа мембранной муфты на гильзе, а стакана - на цилиндрическом тонкослойном резинометаллическом элементе, для разобщения узлов тягового привода используется одно болтовое соединение, расположенное на мембранной муфте, что позволяет снизить трудоемкость и ремонт локомотива.

Claims (1)

1. Тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель и осевой редуктор, связанные вместе разъемным соединением и опирающиеся на ось колесной пары с помощью подшипников, причем тяговый электродвигатель со стороны, противоположной осевому редуктору, опирается на ось колесной пары через один подшипник, разъемное соединение тягового электродвигателя с корпусом осевого редуктора выполнено неподвижным, осевой редуктор опирается на ось колесной пары с помощью одного подшипника, вал ротора тягового электродвигателя одним концом опирается на статор тягового электродвигателя через подшипник, а противоположным концом - на подшипники вала осевого редуктора, с которым вал ротора тягового электродвигателя соединен посредством мембранной муфты, вал ротора тягового электродвигателя выполнен составным и включает в себя гильзу и хвостовик, при этом гильза со стороны хвостовика имеет шлицы на внутренней поверхности, тяговый привод имеет торсионный вал, имеющий на конце шлицы, входящие в шлицы на внутренней поверхности гильзы, мембранная муфта имеет цилиндрический выступ со стороны ротора тягового электродвигателя, а вал ротора тягового электродвигателя опирается на подшипники вала осевого редуктора через цилиндрический выступ мембранной муфты, цилиндрический тонкослойный резинометаллический элемент и стакан, соединенный с гильзой болтовым соединением, отличающийся тем, что торсионный вал со стороны осевого редуктора имеет на конце утолщение с цилиндрической выемкой, имеющей внутренние шлицы, вал осевого редуктора со стороны тягового электродвигателя имеет наружные шлицы, входящие во внутренние шлицы цилиндрической выемки утолщения торсионного вала, цилиндрический выступ мембранной муфты расположен на гильзе, а стакан расположен на цилиндрическом тонкослойном резинометаллическом элементе.