КОЛЁСНО-МОТОРНЫЙ БЛОК ТЕПЛОВОЗА
DIESEL LOCOMOTIVE GEARED WHEEL UNIT

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств и может быть использовано в конструкциях магистральных тепловозах и электровозах.
Известен колесно-моторный блок тепловоза ТЭЗ, описанный и показанный на с. 120-122, рис.79 и рис.80 в книге «Конструкция, расчет и проектирование локомотивов. Учебник для студентов втузов, обучающихся по специальности Локомотивостроение / А.А. Комаев и др. под ред.А.А. Камаева - М.: Машиностроение, 1981 г.». Такой колесно-моторный блок состоит и колесной пары с буксами, на оси которой с помощью моторно-осевых подшипников навешан тяговый электродвигатель. Другая его боковая сторона с помощью пружинной подвески взаимосвязана с рамой тележки тепловоза. Существенным недостатком такой схемы навески тягового электродвигателя является то, что в условиях эксплуатации вследствие износа моторно-осевых подшипников нарушается межосевое расстояние зубчатого зацепления шестерни ТЭД и зубчатого колеса, закрепленного на оси колесной пары. Повышенный износ МОБ происходит зачастую из-за недостаточно эффективной подачи смазки в зону их трения и особенно этот деффект наблюдается при низких окружающих температурах за счет попадания влаги в польстер. В результате такого износа, а следовательно, несовершенства конструкции КМБ, локомотивы значительное время простаивают в ремонте.
Известен также моторно-колесный блок тепловоза, описанный в патенте RU 2284930. Такой КМБ содержит тяговый электродвигатель, который навешан на дополнительные балки расположенной в поперечной плоскости рамы тележки и снабженный двумя вертикальными участками, соединенными с буксами колесной пары. Несмотря на свою эффективность использования, такой КМБ обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что в случае его использования в конструкциях тепловоза с бесчелюстными тележками и при прохождении ими кривых участков пути последние не имеют возможности вписываться в такие кривые путем углового поворота КМБ, что влечет за собой повышенный износ гребней, колес, колесных пар.
Поэтому целью предлагаемого изобретения является снижение износа гребней, колесных пар, тележек тепловозов за счет возможного углового поворота колесно-моторных блоков и их расположения в концевых частях тележки.
Поставленная цель достигается тем, что на верхних горизонтальных поверхностях букс двух крайних колесных пар трехосной тележки тепловоза жестко закреплена пара шлицевых втулок, в которых подвижно размещены шлицевые участки упругих стержней, имеющих на своих конусах с одной стороны рычаги, контактирующие с рамой тележки, а с другой - ползуны, установленные в пазах конусной формы упоров, жестко закрепленных на раме тележки, к боковым вертикальным поверхностям букс также жестко присоединены другие шлицевые втулки, в них также подвижно расположены шлицевые участки других упругих стержней, снабженных рычагами, взаимодействующими с направляющими кронштейнов рамы тележки, причем на вертикальных участках дополнительных поперечных балок закреплены корпуса гидроцилиндров, питаемых от гидрораспределителя, установленного на раме тележки, золотник которого соединен с гидростанцией, расположенной в кузове тепловоза, а их штоки шарнирно присоединены к раме упомянутой тележки.
На фиг.1 показан колесно-моторный блок, вид сбоку, расположенный в торцевой части трехосной тележки тепловоза, на фиг.2 - его часть при виде по стрелке А, на фиг.3 - соединение упругих стержней с пазами конусной формы упора, на фиг.4 - упор по стрелке В, на фиг.5 - упругий стержень закрепленный на буксе колесной пары колесно-моторного блока, на фиг.6 - вид на него сверху по стрелке С и на фиг.7 - принципиальная гидравлическая схема управления поворотом колесно-моторного блока.
Колесно-моторный блок состоит из тягового электродвигателя 1, установленного на оси 2 колесной пары, расположенной на буксе 3. На буксах 3 с помощью болтов 4 закреплены вертикальные участи 5 дополнительной поперечной балки 6, к которой жестко присоединен тяговый электродвигатель с помощью болтов 7. На раме тележки 8 жестко закреплены конусной формы упоры 9, снабженные пазами 10, в которых подвижно размещены ползуны 11, закрепленные на упругих стержнях 12, имеющих шлицевые участки 13, расположенные в ответных шлицах 14, жестко установленных на буксах 3, причем другие концы упругих стержней 12 снабжены рычагами 15, контактирующими с рамой тележки 8. На буксах 3 также жестко установлены шлицевые втулки 16, взаимосвязанные со шлицами 17 других упругих стержней 18, снабженных рычагами 19, контактирующими с кронштейнами 20 рамы тележки 8, в пространстве расположенными между направляющими 21. На вертикальных участках 5 дополнительной поперечной балки 6 жестко закреплены корпуса гидроцилиндров 22, штоки 23 которых при помощи шарниров 24 связаны шарнирами 25 с рамой тележки 8. Колеса 26 колесной пары перемещаются по рельсовому пути 27. Тяговый электродвигатель 1 с помощью опоры 28 связан через кронштейн 29 с рамой тележки 8. Корпуса гидроцилиндров 22 с помощью трубопроводов 29, 30, 31 и 32 подключены к гидрораспределителю 33, установленному на раме тележки 8, который также трубопроводами 34 и 35 связан с гидростанцией 36, установленной в кузове тепловоза, а золотник 37 гидрораспределителя 33 жестко соединен с кузовом последнего.
Работает колесно-моторный блок следующим образом. При нахождении тепловоза в отстой его конструкционные элементы находятся в таком положении, как это показано на чертежах. В случае поступательного движения тепловоза в составе поезда или в одиночном варианте по стрелке Е под действием неровности пути возникают, например, вертикальные колебания колесно-моторных блоков 1 относительно рамы тележки 8. При этом рычаги 15 упругих стержней 12 перемещаются по стрелке F, то есть получают в этом направлении угловой поворот. Но так как они жестко присоединены к упругим стержням 12, то и они закручиваются на некоторый угол, благодаря тому что их шлицы 13 расположены в опорах 14, жестко закрепленных на буксе 3, и одновременно конусной формы упоры 9 по этой же стрелке F. При этом они также получают некоторые поступательные движения в вертикальной плоскости за счет наличия в них пазов 10, ползуны 11 совместно с упругими стержнями 12 и их рычагами 15 перемещаются в направлении стрелок А. Такие перемещения способствуют изменению рабочий длины упругих стержней 12, что приводит к увеличению крутильной их жесткости, что подтверждается известной зависимостью:
где G - модуль упругости материала 2-го рода;
p
I - полярный момент инерции сечения упругого стержня;
l - длина рабочей части упругого стержня;
d - диаметр упругого стержня.
Увеличение же крутильной жесткости упругих стержней 12 создает условия по демпфированию динамической составляющей нагрузки, а это позволят повысить плавность хода тепловоза. После исчезновения динамического возбуждения упругие стержни 12 возвращаются в исходное положение, а конусной формы упор 9 перемешается в направлении, обратном стрелки F, что позволяет упругим стержням 12 переместиться совместно с их рычагами 15 в направлении, обратном стрелки К. Далее такой процесс колебаний кузова тепловоза будет повторяться неоднократно. В то же время колебания рамы 8 тележки тепловоза за счет наличия связи кронштейнов 20 с рычагами 19 других упругих стержней 18 вызовут их перемещение в направлении стрелок М, не создавая закрутки их относительно шлицевых втулок 16. Следует отметить, что в этом случае другие упругие стержни 18 с рычагами 19 выполняют роль поводков, удерживая буксу 3 так, что ось 2 колесной пары всегда лежит в поперечной плоскости перпендикулярно продольной оси рельсового пути 27. При входе тепловоза в кривую участка рельсового пути 27, за счет углового поворота тележки тепловоза относительно его кузова, золотник 37 гидрораспределителя 33 также поворачивается на некоторый угол и через трубопровод 34 от гидростанции 36 рабочая жидкость поступает, например, в трубопровод 30 по стрелке N и тогда шток 23 гидроцилиндра 22 будет перемещаться в этом же направлении, поворачивая вертикальные участки 5 дополнительной балки 6 совместно с буксами 3 тяговым электродвигателем 1 и его колесной парой в направлении стрелки Р, при этом рабочая жидкость по трубопроводу 29 будет вытесняться в гидрораспределитель 33, а затем по трубопроводу 35 поступит в гидростанцию 36. В то же время по мере углового поворота колесно-моторного блока по стрелке Р рабочая жидкость из гидроцилиндра 22 по трубопроводу 32 будет вытесняться в гидрораспределитель 33 и также по трубопроводу 35 будет сливаться в гидростанцию 36, а в трубопровод 31 под давлением поступит рабочая жидкость из гидрораспределителя 33, которая и переместит шток 23 этого гидроцилиндра 22 в направлении стрелки U. После прохода тепловоза кривой участка рельсового пути 27 за счет углового поворота золотника 37 гидрораспределителя 33 штоки 23 гидроцилиндров 22 займут исходное положение такое, как это показано на фиг.7, что и обеспечит движение тележки тепловоза по прямой. Следует отметить, что угловые повороты колесно-моторного блока будут сопровождаться и упругой деформацией других упругих стержней 18 за счет того, что их рычаги 19 контактируют с кронштейнами 20, которые и создадут силы сопротивления, исключающие колебания колесно-моторных блоков при таком угловом перемещении. Причем при прямолинейном движении тепловоза они будут исключать влияние колесной пары совместно с тяговым электродвигателем 1. Для обеспечения работоспособности предложенного технического решения важным моментом является процесс сборки его и установки на тележку тепловоза, в этом случае необходимо устанавливать рычаги 15 совместно с упругими стержнями 12 и рычагами 19 с другими упругими стержнями 18 в шлицевые опоры 14 и шлицевые втулки 16, с предварительной закруткой их на определенный угол, чтобы обеспечить в статике такое положение букс 3 и рамы 8 тележки, которое обеспечило бы возможность их требуемого размещения в пространстве и движения тележки по рельсовому пути 27.
Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как оно позволяет использовать его в конструкциях трехосных тележек тепловозов, создающих условия по снижению износа гребней колес при прохождении ими кривых участков пути.