ПРИВОД С ОПИРАЮЩИМСЯ НА ОСЬ РЕДУКТОРОМ ДЛЯ ВЫСОКИХ СКОРОСТЕЙ
DRIVE WITH HIGH-SPEED REDUCTION GEAR RESTING UPON MOUNTED AXLE

Изобретение относится к поворотной тележке для локомотивов согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
При этом в раме поворотной тележки в целом расположено две ведущие колесные пары с принадлежащими им приводными блоками, причем приводной блок подвешен в раме поворотной тележки.
При этом самым простым видом подвешивания приводных блоков является привод с опорноосевой подвеской. DE 195 30 155 А1 описывает такое решение, в котором двигатель на одной стороне опирается посредством двух моторноосевых подшипников на колесные оси ведущих колес, а на другой стороне подпружинено удерживается на поворотной тележке. При этом двигатель и редуктор расположены с опиранием на ось. В случае такого типа привода масса двигателя и редуктора по большей части неподрессоренно нагружает колесную пару. Недостаток такого соединения через моторноосевые подшипники состоит в том, что возникающие вследствие неровностей рельсового пути усилия (ускорения) передаются непосредственно на привод. Этот эффект усиливается с увеличением скорости. За счет больших неподрессоренных масс и, соответственно, моментов инерции первично подрессоренных масс возникают нестабильности и очень высокие усилия между колесом и рельсом, которые приводят к необходимости поиска других решений.
В частности, горизонтальный характер колебаний становится заметно мешающим при скоростях, начиная приблизительно с 140 км/ч, причем в целом линейные колебания с направленной поперек рельсового пути амплитудой и крутильные колебания вокруг вертикальной оси накладываются друг на друга с образованием боковой качки (виляние).
Эта проблема устойчивости при движении и, соответственно, безопасности движения ведущих рельсовых транспортных средств проявляется различными способами.
Например, часто известный в технике как "демпфирование" эффект привлекается для того, чтобы повлиять на поперечные колебания и крутильные колебания вокруг вертикальной оси ходовой части и за счет этого значительно улучшить устойчивость транспортного средства. При демпфировании собственные частоты поворотной тележки и, соответственно, локомотива накладываются на колебания дополнительной качающейся массы и демпфируются.
Этот эффект достигается посредством расцепления масс привода и остальной ходовой части. Указанное расцепление из соображений ходовой техники (нестабильные динамические качества) необходимо, прежде всего, при высоких скоростях, вследствие чего тяжелые приводы локомотива с опирающимся на ось редуктором эксплуатируются до сих пор лишь со скоростями до 160 км/ч.
В поворотных тележках локомотива для высоких скоростей до 300 км/ч используются, например, полностью подрессоренные приводы с полым валом. При этом двигатель и редуктор расцепляются от колесной пары и передача усилий на колесную пару осуществляется через полый вал, который охватывает весь вал колесной пары. Это решение ввиду его трудоемкой конструкции является очень дорогим и массивным.
ЕР 0 444 016 B1 показывает пример для такого решения. При этом тяговый двигатель и прифланцованный редуктор соответственно упруго подвешены в раме поворотной тележки посредством вертикально проходящих плоских пружин и таким образом совместно действуют в качестве демпфера поперечных колебаний и крутильных колебаний вокруг вертикальной оси поворотной тележки. Недостатками такого решения являются трудоемкая конструкция, большой вес и высокие расходы, что обусловлено необходимостью установки (инсталляции) полого вала.
Поворотная тележка согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения известна из ЕР 0 589 866 В1. Правда, при этом редуктор непосредственно прифланцован к тяговому двигателю и блок двигатель-редуктор подвешен в поворотной тележке посредством пружинных элементов. Наряду с высоким весом здесь также является недостатком трудоемкая конструкция и высокие затраты этого решения.
Поэтому в основу изобретения положена задача конструирования моторной поворотной тележки с опирающимся на ось редуктором, которая может эксплуатироваться со скоростями более 160 км/ч и является экономичной в изготовлении.
Эта задача - исходя из поворотной тележки названного в начале типа - решается за счет того, что в соответствии с изобретением (пункт 1) моторный блок (106) является поперечно-упруго подвешенным, редуктор (107) выполнен с возможностью проворачивания вокруг вала (103) колесной пары, но закреплен без возможности смещения вдоль вала (103) колесной пары, а приводной блок имеет сцепление (114), посредством которого моторный блок (106) выполнен с возможностью приводного соединения с колесной парой через редуктор (107).
Заслуга изобретения состоит в том, что создана поворотная тележка, в которой приводной блок расположен таким образом, что как колебания поперек направления движения рельсового транспортного средства, так и крутильные колебания вокруг вертикальной оси поворотной тележки значительно уменьшены. Посредством поперечноупругой подвески моторного блока оно функционирует в качестве демпфера.
Сцепление позволяет расцеплять моторный блок и опирающийся на ось редуктор, что оказалось весьма благоприятным, так как приводит к относительным движениям между качающимся моторным блоком и редуктором. Кроме того, сцепление передает вращающий момент от моторного блока на редуктор и, соответственно, на вал колесной пары. При этом сцепление расположено в примыкании к валу двигателя.
Предпочтительным образом (пункт 2) редуктор (107) через упор (113) против проворачивания редуктора соединен с рамой (102) поворотной тележки. Таким образом, поворотный момент редуктора отводится в раму поворотной тележки.
В одном варианте изобретения (пункт 3 формулы изобретения) редуктор (107) через упор (113) против проворачивания редуктора соединен с моторным блоком (106).
Вследствие того, что редуктор через упор против проворачивания редуктора соединен с моторным блоком, с одной стороны, экономится присоединительное место на раме поворотной тележки, а, с другой стороны, уменьшаются относительное движение между моторным блоком и сцеплением и, следовательно, также пути сцепления при обусловленном подвеской ходе транспортного средства во время эксплуатации. Благодаря этому решению возможно движение с высокими массами с высокими скоростями, что было невозможно с сопоставимыми поворотными тележками и, соответственно, приводными системами с опирающимся на ось редуктором.
Поперечноупругое подвешивание моторного блока (пункт 4 формулы изобретения) реализуется предпочтительным образом посредством двух маятниковых соединительных элементов (115, 116), с помощью которых моторный блок (1060 подвешен к двум крепежным точкам (110, 111) на концевой балке (112) рамы (102) поворотной тележки.
При этом маятниковые соединительные элементы имеют в своих концевых областях опору с определенной крутильной жесткостью, которая в ограниченной степени допускает движения во всех пространственных направлениях. Принципиально возможны различные варианты осуществления маятниковых соединительных элементов, например, они также могут быть реализованы в виде плоских пружин.
Особенно благоприятное действие упора против проворачивания редуктора может достигаться, если точка (пункт 5 формулы изобретения), в которой упор (113) против проворачивания редуктора соединен с моторным блоком (106), расположена настолько близко насколько возможно к сцеплению (114). При этом сцепление расположено в примыкании к моторному валу. Под выражением "настолько близко насколько возможно" здесь должно пониматься расположение, при котором упор против проворачивания редуктора закреплен так близко к сцеплению, как возможно в пределах конструктивных ограничений, так что еще гарантировано надлежащее функционирование сцепления. Идеальная позиция упора против проворачивания редуктора находится в продольном направлении транспортного средства точно на уровне вала двигателя. Точно говоря, точка через которую упор против проворачивания редуктора закреплен на корпусе моторного блока, расположена настолько близко насколько возможно к месту, в котором вал двигателя выступает из корпуса моторного блока. Посредством такого расположения упора против проворачивания редуктора уменьшается до минимума относительное движение между сцеплением и моторным блоком при обусловленном подвеской ходе рельсового транспортного средства во время движения, что щадящим образом воздействует на отдельные компоненты приводного блока.
Упор (113) против проворачивания редуктора предпочтительным образом выполнен в виде маятникового соединительного элемента (пункт 6 формулы изобретения). Аналогично соединительным элементам, с помощью которых моторный блок подвешен на концевой балке рамы поворотной тележки, этот маятниковый соединительный элемент состоит здесь из своего рода стержня, который имеет на своих концах опоры, которые позволяют движение упора против проворачивания редуктора.
Один предпочтительный вариант подвешивания моторного блока в соответствующей изобретению поворотной тележке может быть реализован, когда (пункт 7 формулы изобретения) подвешивание моторного блока (106) на концевой балке (112) поворотной тележки (102) осуществляется посредством, по меньшей мере, одного несущего кронштейна (117, 118), причем соединение между несущим кронштейном (117, 118) и крепежными точками (110, 111) осуществляется через, по меньшей мере, один заменяемый (сменный) переходник (119) несущего кронштейна.
При этом несущий кронштейн расположен по существу горизонтально. Наряду с наиболее простым вариантом осуществления с только одним несущим кронштейном также возможен один предпочтительный вариант с использованием двух несущих кронштейнов, вследствие чего может быть реализовано более простое соединение с крепежными точками, соответственно, с переходниками несущего кронштейна. Переходники несущего кронштейна, например, соединены резьбовым соединением или сварены с несущими кронштейнами.
Благоприятным образом (пункт 8 формулы изобретения) предусмотрено две пары несущих кронштейнов (117, 118, 122), которые расположены рядом друг с другом и каждая из которых состоит из верхнего и нижнего несущих кронштейнов.
Вследствие этого достигается особая стабильность конструкции, кроме того, может быть выполнено более стабильным соединение между несущими кронштейнами и переходниками несущего кронштейна.
Вследствие того, что соединение между переходниками несущего кронштейна и крепежными точками на раме поворотной тележки осуществляется через переходник несущего кронштейна, может быть реализован модульный тип конструкции, с помощью которого рама поворотной тележки может быть приспособлена к соответственно запланированной области применения.
В одном варианте изобретения (пункт 9 формулы изобретения) переходники (119) несущего кронштейна выполнены, например, таким образом, что они жестко соединены непосредственно с крепежными точками (110, 111) на концевой балке (112) рамы (102) поворотной тележки.
Такое выполнение может использоваться, например, для рельсовых транспортных средств, которые достигают максимальной скорости 160 км/ч. Посредством такого выполнения могли бы быть сэкономлены, например, упорные средства и демпферные элементы, так как вследствие жесткого соединения не происходит никаких качательных движений моторного блока, кроме того, отсутствует необходимость в каких-либо маятниковых соединительных элементах, вследствие чего существенно уменьшаются затраты на такую поворотную тележку.
В одном другом варианте (пункт 10 формулы изобретения) переходники (119) несущего кронштейна выполнены таким образом, что соединение переходника (119) несущего кронштейна и крепежной точки (110, 111) на концевой балке (112) рамы (102) поворотной тележки осуществляется с помощью маятникового соединительного элемента (115, 116).
С помощью такого маятникового подвешивания, которое осуществлено посредством использования маятниковых соединительных элементов, за счет соответствующей изобретению поворотной тележки могут быть реализованы более высокие массы и скорости для рельсовых транспортных средств. Таким образом, возможны скорости свыше 160 км/ч.
Поперечные колебания и крутильные колебания вокруг вертикальной оси соответствующей изобретению поворотной тележки могут далее уменьшаться, если (пункт 11 формулы изобретения) между приводным блоком и рамой (102) поворотной тележки известным образом предусмотрен действующий в поперечном направлении к продольной оси поворотной тележки (101) демпфирующий элемент (120).
В случае такого демпфирующего элемента речь может идти, например, о пневматическом или гидравлическом демпфере, а также возможны другие варианты осуществления при применении резиновых или эластомерных элементов. Посредством расположения такого демпфирующего элемента вследствие улучшенной подстроечной характеристики приводного, соответственно, моторного блока относительно рамы поворотной тележки возможна оптимизация демпфирующего действия.
В одном другом варианте осуществления изобретения (пункт 12 формулы изобретения) на концевой балке (112) расположено, по меньшей мере, одно упорное устройство (121), которое ограничивает движение моторного блока (106) в поперечном направлении в продольной оси рамы (102) поворотной тележки.
Вследствие этого амплитуда маятникового (качательного) движения моторного блока удерживается внутри предварительно заданных границ, за счет чего предотвращаются повреждения поворотной тележки моторным, соответственно, приводным блоком.
Другие преимущества и детали изобретения следуют из приведенного ниже описания примеров осуществления со ссылками на чертежи и в соединении с названными в формуле изобретения признаками. При этом на чертежах представлено:
Фиг.1 - фрагмент вида сверху на соответствующую изобретению поворотную тележку;
Фиг.2 - фрагмент поперечного сечения поворотной тележки из фиг.1 вдоль линии А-А;
Фиг.3 - фрагмент вида спереди соответствующей изобретению поворотной тележки;
Фиг.4 - фрагментарное представление в перспективе соответствующей изобретению поворотной тележки;
Фиг.5а - несущие кронштейны для подвешивания моторного блока в раме поворотной тележки в одном варианте осуществления, который позволяет маятниковое подвешивание;
Фиг.5b - несущие кронштейны для подвешивания моторного блока в раме поворотной тележки в одном варианте осуществления, который позволяет маятниковое подвешивание; и
Фиг.6 - фрагмент вида сверху соответствующей изобретению поворотной тележки, в которой редуктор опирается на раму поворотной тележки.
Фигуры показывают соответствующие фрагменты поворотной тележки 101, в которой обычным образом установлены две колесные пары, которые приводятся в действие соответственно своим моторным блоком 106. Фиг.1 показывает правую сторону рамы 102 соответствующей изобретению поворотной тележки 101, причем на левой стороне фиг.1 представлена поперечная балка 109, а на правой стороне - концевая балка 112. Кроме того, показана ведущая колесная пара, состоящая из вала 103 колесной пары и двух колес 104, 105. Колесная пара подвижно ограничена относительно рамы 102 поворотной тележки.
Кроме того, фиг.1 показывает приводной блок, состоящий из моторного блока 106, редуктора 107 и сцепления 114. Составные элементы сцепления 114, например, две звезды сцепления для передачи вращающего момента от моторного блока 106 на вал 103 колесной пары, расположены непосредственно после вала 123 двигателя.
Редуктор 107 осеопорно смонтирован на валу 103 колесной пары, причем он подвижен вокруг вала 103 колесной пары, но установлен без возможности смещения вдоль вала.
Приводной блок подвешен в трех точках в раме 102 поворотной тележки, а именно в главной поворотной точке 108 на поперечной балке 109 и в двух крепежный точках 110, 111, которые на фиг.1 не видны, так как они закрыты концевой балкой 112.
Соединение между моторным блоком 106 и крепежными точками 110, 111 на концевой балке 112 рамы 102 поворотной тележки осуществляется посредством несущих кронштейнов 117, 118, на которых на сторонах концевой балки 112 расположены соответственно переходники 119 несущего кронштейна (фиг.4), которые на фиг.1 также закрыты концевой балкой 112. В данном варианте осуществления изобретения предусмотрено две пары несущих кронштейнов 117, 118, которые расположены рядом друг с другом. Из фиг.4 видно, что предусмотрены соответствующий верхний 117 и нижний несущий кронштейн 122. Здесь оба несущих кронштейна соединены с переходником 119 несущего кронштейна. Принципиально также было бы возможно подвешивание с помощью только одного несущего кронштейна, а также, разумеется, возможны варианты с более чем четырьмя несущими кронштейнами. За счет наличия двух пар несущих кронштейнов, каждая из которых соответственно состоит из верхнего несущего кронштейна 117, 118 и нижнего несущего кронштейна 122 и соединена посредством переходника 119 несущего кронштейна с рамой 102 поворотной тележки, могут быть реализованы модульные решения для подвешивания моторного блока 106 в раме 102 поворотной тележки. Кроме того, посредством такого решения улучшается конструктивная стабильность подвешивания.
Например, переходник 119 несущего кронштейна может быть реализован таким образом, что посредством перестановки верхних 117, 118 и нижних 122 кронштейнов обеспечивается возможность жесткого, не качающегося (не маятникового) соединения с рамой 102 поворотной тележки и, соответственно, концевой балкой. Таким образом, с помощью одних и тех же конструктивных элементов может быть реализовано как жесткое, так и маятниковое подвешивание моторного блока 106.
Кроме того, за счет такой модульной конструкции возможно демонтировать вал 103 колесной пары, в то время как моторный блок 106 остается смонтированным в раме 102 поворотной тележки. Это хорошо видно уже из фиг.4: посредством демонтажа нижних несущих кронштейнов 122 может осуществляться извлечение оси без необходимости произведения на поворотной тележке 101 других работ по переделке.
Фиг.5 показывает несущие кронштейны 117, 122 в деталях - в этом выполнении осуществляется соединение несущих кронштейнов 117, 122 с рамой 102 поворотной тележки посредством маятникового соединительного элемента 115, который через переходник 119 несущего кронштейна соединен с несущими кронштейнами 117, 122. Вариант осуществления, в котором имеется жесткое соединение несущих кронштейнов 117, 122, т.е. моторного блока 106, с рамой 102 поворотной тележки, представлен на фиг.5b. Такой вариант позволяет экономию упорных устройств, поперечных демпферов и тому подобного. Из фиг.5а и 5b видно, что в принципе несущие кронштейны должны просто заменятся для реализации обоих возможных вариантов - верхний несущий кронштейн в таком случае становится нижним несущим кронштейном и, соответственно, наоборот. Фиг.2 показывает разрез поворотной тележки 101 из фиг.1 вдоль линии А-А. Здесь видно, что между переходниками 119 несущего кронштейна и крепежными точками 110, 111 расположены маятниковые соединительные элементы 115, 116, которые позволяют качающуюся установку приводного, соответственно, моторного блока 106 в раме 102 поворотной тележки. Эти маятниковые соединительные элементы 115, 116 отчетливо видны также на фиг.3 и 4. Крепление соединительных элементов 115, 116 к переходникам 119 несущего кронштейна осуществляется через опору с определенной крутильной жесткостью, которая позволяет маятниковые движения моторного блока 106 и таким образом соответствующего изобретению функционирования в качестве демпфирующей массы.
Под термином "маятниковый" здесь понимается устройство, которое позволяет за счет отклонения из положения покоя приводиться в качающееся (раскачивающееся) движение и качаться вокруг центральной, наиболее низко лежащей точки центра тяжести. В данном случае это означает, что моторный блок 106, который подвешен в раме 102 поворотной тележки на маятниковых соединительных элементах 115, 116, вследствие ускорений, которые могут возникать во время движения рельсового транспортного средства, раскачивается и таким образом функционирует в качестве демпфирующей массы для поворотной тележки 101. Это качающееся движение также задается посредством опирания в главной поворотной точке 108 на поперечной балке 109 (а также посредством маятникового подвешивания на концевой балке) рамы 102 поворотной тележки.
При этом маятниковые соединительные элементы 115, 116 могут быть реализованы также в виде плоских пружин.
На фиг.3 видно, что дополнительно между приводным блоком и рамой 102 поворотной тележки предусмотрен подходящий для демпфирования движения двигателя демпфирующий блок 120, который установлен в поперечном направлении относительно продольной оси поворотной тележки 101. Этот демпфирующий блок 120 выполнен, например, гидравлическим или пневматическим, но также может быть выполнен по-другому. Демпфирующий блок 120 также частично виден на фиг.1 и 4.
Предпочтительным также является расположение упора 13 против проворачивания редуктора на корпусе моторного блока 106. Упор 113 против проворачивания редуктора расположен между редуктором 107 и моторным блоком 106. При этом крепление упора 113 против проворачивания редуктора осуществляется на корпусе моторного блока 106.
Чтобы достичь благоприятного действия упора 113 против проворачивания редуктора, он расположен на корпусе моторного блока 106 настолько близко насколько возможно к месту, в котором моторный вал 123. Идеальная позиция упора против проворачивания редуктора находится в продольном направлении транспортного средства точно на уровне моторного вала. Под выражением "настолько близко насколько возможно" здесь следует понимать конструктивно все еще возможное расстояние, которое позволяет надлежащее функционирование редуктора 107 и сцепления 114. Чем меньше это расстояние, тем меньше относительное движение между редуктором 107 и моторным блоком 106 при обусловленных эксплуатацией прогибах подвески поворотной тележки 101. При этом уменьшение относительных движений действует щадящим образом на сцепление.
Упор 113 против проворачивания редуктора - по аналогии с подвесками моторного блока 106 на концевой балке 112 рамы 102 поворотной тележки - выполнено в виде маятникообразного соединения.
Посредством такого упора, с одной стороны, экономится присоединительная точка на раме 102 поворотной тележки, а, с другой стороны, минимизируются пути сцепления при обусловленном подвеской ходе (прогибах) транспортного средства в рабочем режиме.
Один другой вариант осуществления изобретения предлагает, что упор 113 против проворачивания редуктора соединен не с моторным блоком 106, а с поперечной балкой 109 рамы 102 поворотной тележки. Такое решение представлено на фиг.6, где поворотная точка 124 редуктора расположена на поперечной балке 109 рамы 102 поворотной тележки. Здесь следовало бы указать на то, что представление на фиг.6 является только схематичным и действительное выполнение может слегка по-разному реализовываться в соответствии с реальными требованиями. Чтобы предотвратить то, что моторный блок 106 слишком сильно раскачивается, на раме 102 поворотной тележки расположено упорное устройство 121, которое принимает на себя слишком высокие амплитуды качающегося моторного блока 106. Таким образом могут предотвращаться возможные повреждения на поворотной тележке 101 из-за моторного блока 106.
Принципиально возможно с помощью соответствующей изобретению поворотной тележки реализовать различные варианты привода. В трех предусмотренных крепежных точках может подвешиваться, например, также жестко смонтированный на раме привод шестерня-полый вал. Кроме того, возможно встраивание упругого привода шестерня-полый вал как уже представлено, а также монтаж традиционного привода с полым валом с упругой фиксацией для высоких скоростей.
Список ссылочных позиций
101 поворотная тележка
102 рама поворотной тележки
103 вал колесной пары
104, 105 колесо
106 моторный блок
107 редуктор
108 главная поворотная точка
109 поперечная балка
110, 111 крепежная точка
112 концевая балка
113 упор против проворачивания редуктора
114 сцепление
115, 116 маятниковое соединение
117, 118, 122 несущий кронштейн
119 переходник несущего кронштейна
120 демпфирующий элемент
121 упорное устройство
123 вал двигателя
124 поворотная точка редуктора.