ТЯГОВЫЙ ПРИВОД ЛОКОМОТИВА

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, и зубчатую передачу, причем малое зубчатое колесо размещено на валу тягового электродвигателя, а большое зубчатое колесо - на оси колесной пары (см. Бирюков И.В., Беляев А.И., Рыбников И.К. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог. - М.: Транспорт, 1986, С. 41-43, рис. 3.1.).
Недостатком известного тягового приводавала, применяемого на тепловозах серий 2ТЭ10, ТЭМ2, 2ТЭ116 отечественных железных дорог, состоит в том, что при работе односторонней зубчатой передачи реактивное усилие, действующее на шестерню со стороны зацепления, создает крайне неравномерную нагрузку на моторно-осевые подшипники со стороны зубчатой передачи и со стороны коллектора, что приводит к неравномерному их износу с последующим ростом угла перекоса корпуса тягового электродвигателя относительно колесной пары (см. Бирюков И.В., Беляев А.И., Рыбников И.К. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог. - М.: Транспорт, 1986, С. 43).
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 «Локомотиво-строение». 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, электровозах ЭП1 и ЭП10 отечественных железных дорог и ДС3 железных дорог Украины, двигатель не опирается непосредственно на ось колесной пары, что позволяет снизить неподрессоренную массу локомотива. Недостатком тягового привода является ограничение возможности снизить массу тягового электродвигателя путем повышения частоты вращения ротора, вследствие необходимости повышать внутренний диаметр подшипников ротора для размещения внутри вала электродвигателя торсионного вала. 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, что почти на 40 мм больше диаметра вала тяговых электродвигателей электровозов с опорно-осевым подвешиванием, а масса составляет 2400 кг, что на 20% выше массы асинхронных тяговых электродвигателей той же мощности для привода с опорно-осевым подвешиванием тяговых асинхронных электродвигателей (около 2000 кг).
Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель и зубчатую передачу, опирающиеся на колесные центры колесной пары через моторно-осевые подшипники, промежуточный полый вал и упругие элементы, выполненные в виде плоских резинокордных элементов, причем малое зубчатое колесо размещено на валу тягового электродвигателя, а большое зубчатое колесо - на оси колесной пары (см. Повышение надежности экипажной части тепловозов. А.И. Беляев, Б.Б. Бунин, С.М. Голубятников и др. Под ред. Л.К. Добрынина: монография. М., Транспорт, 1984, С. 160-165, рис. 78).
Недостатком данного тягового привода является необходимость размещения полого вала между тяговым электродвигателем и осью колесной пары, что требует уменьшения радиальных габаритов тягового электродвигателя. При размещении малого зубчатого колеса на валу тягового электродвигателя повысить частоту вращения последнего для уменьшения габаритов невозможно из-за снижения долговечности роторного подшипника, который воспринимает радиальные нагрузки от зубьев малого зубчатого колеса.
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 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. Устройство электровоза 2ЭС10 (Методическое пособие для локомотивных бригад и ремонтного персонала). РЖД, Екатеринбургский учебный центр №1, машинисты инструктора: Касимов P.P. Мальгин А.А. Подоплелов А.А. С. 64-65, рис. 65).
Недостатками указанного тягового привода, примененного для электровоза 2ЭС10 отечественных железных дорог, являются весьма жесткие требования к технологической точности изготовления сопрягаемых поверхностей корпуса тягового электродвигателя, подшипникового щита со стороны редуктора и корпуса редуктора. Кроме того, изгиб оси колесной пары при воздействии на нее статических и динамических нагрузок со стороны букс ведет к перекосу большого зубчатого колеса осевого редуктора относительно малого, неравномерному распределению контактных нагрузок по длине зубьев и снижению долговечности работы осевого редуктора. Отсутствие упругих звеньев между осью колесной пары и валом ротора тягового электродвигателя 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%). Ранее перечисленные недостатки ведут к увеличению затрат при эксплуатации и ремонте тягового привода.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран тяговый привод локомотива, содержащий подвешенный на раме тележки локомотива с помощью подвески тяговый электродвигатель в виде статора и ротора, осевой редуктор, связанный со статором разъемным соединением, подшипник ротора, подшипники вала осевого редуктора и три осевых подшипника, два из которых связаны с осевым редуктором, а третий - со статором, при этом вал ротора тягового электродвигателя одним концом опирается на статор тягового электродвигателя через подшипник ротора, а противоположным концом - через подшипники вала осевого редуктора, с которыми вал ротора тягового электродвигателя соединен посредством мембранной муфты, а большое зубчатое колесо осевого редуктора и осевые подшипники осевого редуктора и статора опираются на полый вал, который опирается на ось колесной пары с помощью упругих элементов (см. Патент на полезную модель №166920, Российская Федерация, МПК В61С 9/38, В61С 9/48. Тяговый привод локомотива. / Воробьев В.И., Новиков В.Г., Космодамианский А.С., Новиков А.С., Цыганков А.Г., Измеров О.В., Борисов А.А., Пугачев А.А. Опубл. 10.12. 2016, бюл. №34).
Недостатком прототипа является то, что упругие элементы, расположенные под полым валом, имеющим небольшой диаметр, должны иметь значительную жесткость, чтобы создать усилие трения между резиной и металлом, достаточное для передачи тягового момента. Это приводит к возрастанию динамических моментов в приводе при ударах во время проезда стыков, что ведет к периодическому усилению упругого скольжения колеса по рельсу в режиме тяги, увеличивает вероятность срыва сцепления между колесом и рельсом и вынуждает снижать силу тяги, что ухудшает тяговые свойства локомотива и его производительность. При этом расположение ступицы большого зубчатого колеса осевого редуктора в ограниченном пространстве между осевыми подшипниками снижает возможность уменьшения толщины полого вала, т.к. для передачи крутящего момента большое зубчатое колесо насаживается на полый вал прессовой посадкой, что требует увеличения централи зубчатой передачи за счет снижения передаточного числа и уменьшения передаваемой силе тяги при том же крутящем моменте тягового электродвигателя.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в повышении производительности локомотива путем улучшения его тяговых свойств по условию сцепления колеса с рельсом.
Это достигается тем, что в тяговом приводе локомотива, содержащем подвешенный на раме тележки локомотива с помощью подвески тяговый электродвигатель в виде статора и ротора, осевой редуктор, связанный со статором разъемным соединением, подшипник ротора, подшипники вала осевого редуктора и осевые подшипники, связанные с осевым редуктором и статором, при этом вал ротора тягового электродвигателя одним концом опирается на статор тягового электродвигателя через подшипник ротора, а противоположным концом - через подшипники вала осевого редуктора, с которыми вал ротора тягового электродвигателя соединен посредством мембранной муфты, а большое зубчатое колесо осевого редуктора и осевые подшипники осевого редуктора и статора опираются на полый вал, который опирается на колесную пару с помощью упругих элементов, осевой подшипник осевого редуктора опирается на ступицу большого зубчатого колеса, а каждый из упругих элементов выполнен в виде плоского кольцевого резино-кордного элемента из четырех отдельных секторов и соединен по своему внутреннему краю с фланцем на полом валу, а по наружному краю - с торцевой поверхностью кольцевого выступа на внутренней стороне колеса колесной пары.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1. изображен общий вид тягового привода локомотива, а на фиг. 2 - вид на упругий элемент со стороны тягового электродвигателя.
Тяговый привод локомотива (Фиг 1), содержащий подвешенный на раме тележки локомотива (на фиг. 1 не показана) с помощью подвески 1 тяговый электродвигатель 2 в виде статора 3 и ротора 4, осевой редуктор 5, связанный со статором 3 разъемным соединением 6, подшипник ротора 7, подшипники 8 вала 9 осевого редуктора 5 и осевые подшипники 10 и 11, связанные с осевым редуктором 5 и статором 3, при этом вал ротора 4 тягового электродвигателя 2 одним концом опирается на статор 3 тягового электродвигателя 2 через подшипник ротора 7, а противоположным концом - через подшипники 8 вала 9 осевого редуктора 5, с которым вал ротора 4 тягового электродвигателя 2 соединен посредством мембранной муфты 12, а большое зубчатое колесо 13 осевого редуктора 5 и осевые подшипники 10 и 11 осевого редуктора 5 и статора 3 опираются на полый вал 14, который опирается на колесную пару 15 с помощью упругих элементов 16.
Осевой подшипник 9 осевого редуктора 5 опирается на ступицу 17 большого зубчатого колеса 13, а каждый из упругих элементов 15 выполнен в виде плоского кольцевого резинокордного элемента из четырех отдельных секторов 18 и соединен по своему внутреннему краю с фланцем 19 на полом валу 14, а по наружному краю - с торцевой поверхностью кольцевого выступа 20 на внутренней стороне колеса колесной пары 15.
Предлагаемый тяговый привод работает следующим образом. Вращающий момент от вала ротора 4 тягового электродвигателя 2 передается валу 9 осевого редуктора 5 через мембранную муфту 12, и далее от большого зубчатого колеса 13 осевого редуктора 5 через упругие элементы 16 на колесную пару 15, создавая усилие тяги. При этом усилие реакции при реализации тягового усилия передается от осевого редуктора 5 и статора 3 тягового электродвигателя 2 на подвеску 1, которая предотвращает поворот осевого редуктора 5 и статора 3 тягового электродвигателя 2 вокруг колесной пары 15 при реализации тягового усилия. Поскольку полый вал 14 опирается на колесную пару 15 через упругие элементы 16, то изгиб оси колесной пары 15 компенсируется упругими элементами 16, не приводит к изгибу полого вала 14 и не вызывает перекоса зубчатых колес осевого редуктора 5.
Поскольку каждый из упругих элементов 16 выполнен в виде плоского кольцевого резинокордного элемента из четырех отдельных секторов 18 и соединен по своему внутреннему краю с фланцем 19 на полом валу 14, а по наружному краю - с торцевой поверхностью кольцевого выступа 20 на внутренней стороне колеса колесной пары 15, упругие элементы 16 могут быть заменены при накоплении усталостных повреждений без разборки остальных элементов привода. Поскольку осевой подшипник 10 осевого редуктора 5 опирается на ступицу 17 большого зубчатого колеса 13, это дает возможность увеличить длину ступицы 17, уменьшить натяг при запрессовке ступицы 17 на полый вал 14 и тем самым уменьшить толщину полого вала 14 и централь зубчатой передачи, что позволяет увеличить тяговое усилие по предельному крутящему моменту тягового электродвигателя 2.
При проезде неровностей пути возникающие в валопроводах привода динамические моменты амортизируются упругими элементами 16, которые соединены с фланцами 19, имеющими диаметр больше, чем полый вал 14, и поэтому при той же нагрузочной способности будут иметь меньшую жесткость, чем упругие элементы, размещенные между полым валом 14 и осью колесной пары 15, вследствие чего динамические моменты в приводе и, соответственно, вызываемое ими упругое скольжение колеса по рельсу будут ниже, чем у прототипа.
Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что расположение осевого подшипника осевого редуктора на ступице большого зубчатого колеса позволяет снизить натяг между ступицей и полым валом, уменьшить толщину полого вала и централь тяговой передачи, что ведет к повышению тягового усилия по предельному моменту тягового электродвигателя, а выполнение упругих элементов в виде плоских резино-кордных элементов позволяет уменьшить их жесткость, что снижает динамические моменты в приводе и повышает тяговое усилие по условиям сцепления колеса с рельсом, и, в совокупности, повышает производительность локомотива.