Муфта генератора буксового узла транспортного средства

Заявляемое решение относится к железнодорожному транспорту, а конкретнее к конструкции муфты генератора буксового узла, предназначенной для использования в составе буксовых устройств диагностики и мониторинга для передачи крутящего момента от оси колесной пары подвижного состава на вал буксового генератора.
Известны конструкции муфты аналогичного назначения (патент РФ №2627959, МПК: B61L 25/04, опубл. 14.08.2017 г.) - прототип.
В известном решении, в соответствии с одним из вариантов выполнения, муфта выполнена из двух полумуфт, одна из которых ведущая закреплена на оси колесной пары, а другая ведомая - на валу ротора генератора, между ними установлена прокладка из резины, причем полумуфты соединяются болтами.
Недостатком данной конструкции муфты является жесткость соединения, что в случае заклинивания ротора генератора приведет скручиванию оси и дальнейшему разрушению генератора и частичному затормаживанию колесной пары вагона.
В другом варианте муфта выполнена из ведущей и ведомой полумуфт с постоянными магнитами, ведущая полумуфта крепится на оси колесной пары, а ведомая - на валу ротора генератора.
Недостатком выполнения муфты данной конструкция является низкая надежность в условиях реальной эксплуатации, поскольку место установки генератора отличается большим количеством смазки под крышкой буксового узла. Смазка неизбежно попадет в зазор между ведущей и ведомой полумуфтами (в том числе, из-за вибраций в процессе движения) и снизит фрикционные свойства соединения, особенно при большом энергопотреблении.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является повышение надежности передачи крутящего момента от оси колесной пары на ротор генератора, защита генератора от разрушения и исключение затормаживания колесной пары в случае заклинивания ротора генератора.
2
2
Указанный технический результат достигается тем, что муфта буксового узла транспортного средства, выполнена и размещена с возможностью передачи крутящего момента от оси колесной пары на ротор генератора, выполнена многолепестковой с толщиной 5-20 мм, из полимерного материала с пределом прочности при изгибе 100-150 кгс/см и твердостью не менее 3 кгс/мм.
Муфта, характеризующаяся тем, что в качестве полимерного материала используется фторопласт, капролон и их аналоги.
Муфта, характеризующаяся тем, что выполнена трех- или четырехлепестковой.
Заявляемое решение конкретизировано на фиг. 1-9, где на фиг. 1 представлена трехлепестковая муфта, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, на фиг. 3 - четырехлепестковая муфта, на фиг. 4 - вид Б на фиг. 3, на фиг. 5 - объемное изображение четырехлепесковой муфты, на фиг. 6 - генератор буксового узела с муфтой в сборе, на фиг.7 - трехлепестковая муфта в сборе с болтами крепления подшипника буксового узла, на фиг. 8 - четырехлепестковая муфта в сборе с двумя болтами, на фиг. 9 - четырехлепестковая муфта в сборе с четырьмя болтами.
2
2
В соответствии с заявляемым решением предлагается использовать для передачи крутящего момента от оси колесной пары на ротор генератора железнодорожного транспортного средства многолепесковую, например, трех- или четырехлепестковую муфту, изготавливаемую из полимерных материалов с пределом прочности при изгибе 100-150 кгс/см и твердостью не менее 3 кгс/мм. Полимерные материалы с такими характеристиками, например, фторопласт, капролон и т.д., обладают достаточной для передачи крутящего момента прочностью момента до 400 Н⋅м и, в то же время, обладают способностью разрушаться при заклинивании генератора, например, в случае неисправности. Это позволяет избежать затормаживания/заклинивания колеса в случае разрушения (заклинивания) ротора генератора, обеспечив при этом надежную передачу крутящего момента от колесной оси на ротор генератора. Таким образом, заявляемая муфта помимо основной функции - передачи крутящего момента от колесной пары на вал генератора - выполняет также роль механического предохранителя.
В данной заявке под капролоном понимаются в том числе все его аналоги полиамиды, выпускаемые под другими торговыми марками - Текамид (Tecamid), Эрталон (Ertalon), Текаст (Tecast), Ультралон (Ultralon), Нейлон (Neylon) и т.д., и имеющие прочностные характеристики, приведенные в независимом пункте формулы. Под фторопластом понимаются фторсодержащие полимеры, имеющие прочностные характеристики, указанные в независимом пункте формулы.
Выбор материалов для изготовления заявляемой муфты обусловлен следующим. В качестве материала выбраны полимерные материалы, обладающие достаточной твердостью и прочностью на изгиб, а также желательно и необходимой морозостойкостью (не хуже - 50°С), что связано с возможностью работы заявляемой конструкции при отрицательных температурах.
2
2
Твердость материала муфты не менее 3 кгс/мм обеспечивает износостойкость муфты в процессе эксплуатации, т.е. сохранение всех геометрических размеров, минимальную выработку от механического воздействия со стороны головок крепежных болтов и оси генератора и надежность передачи крутящего момента от колесной пары на ось генератора. В случае, если твердость менее 3 кгс/мм, то вышеуказанные требования не будут выполняться, а, следовательно, не будет обеспечено достижение заявленного технического результата. Верхняя граница характеристик твердости зависит от конструкции и условий работы буксового генератора.
2
Прочность на изгиб материала муфты 100-150 кгс/смобеспечивает целостность муфты при статических и динамических воздействиях на нее со стороны соединяемых узлов (колесной пары и генератора) в процессе движения поезда (до 400 Н⋅м).
Выбор толщины муфты определяется следующим: если муфта имеет толщину менее 5 мм, то она обладает пониженной износостойкостью и низкой прочностью, и не обеспечивает надежную передачу крутящего момента от оси колесной пары на ротор генератора. Если толщина муфты превышает 20 мм, то муфта перестанет выполнять предохранительную функцию, т.е. не будет разрушаться при превышении крутящего момента более 400 Н⋅м (пороговое значение разрушения/скручивания оси генератора в используемом нами и прототипе исполнении).
Муфта может иметь различное количество лепестков, что зависит от количества болтов крепления подшипника буксового узла. В существующих тележках вагонов это 2, 3 или 4 болта.
Муфта 1 устанавливается и закрепляется на оси 2 ротора генератора 3, например, с помощью переходной вставки 4, выполненной, например, из стали 09Г2С. Вставка переходная насаживается на ось 2 генератора 3, имеющую параллельные лыски, по форме соответствующие углублению соединительной вставки. Муфта 1 устанавливается на переходную вставку 4 и фиксируется на оси 2 с помощью стопорного кольца. При установке устройства на буксовый узел 5 муфта 1 совмещается и вводится в зацепление с головками болтов 6 крепления буксового подшипника (фиг. 3). Количество болтов 6 крепления может быть разным для разных конструкций буксового узла 5 и зависит от конструкции буксового узла тележки вагона. Настоящее время используют 4, 3 и 2 в порядке убывания частоты применения, в основном - 4 болта.
Муфта буксового узла железнодорожного транспортного средства, предназначенная для передачи крутящего момента от оси колесной пары на ротор генератора. В устройстве, принятом в качестве прототипа, при заклинивании ротора генератора произойдет остановка муфты, на которую при этом будут механически воздействовать силы, передаваемые головками болтов крепительной шайбы буксового подшипника. Таким образом, вал генератора будет работать на скручивание.
При заклинивании генератора в процессе движения поезда в общем случае возможны следующие исходы:
а) разрушение муфты;
б) разрушение крепления муфты на валу генератора (срыв муфты с оси генератора);
в) скручивание (разрушение) вала генератора;
г) разрушение (срезание) головок болтов крепительной шайбы;
д) блокировка колесной пары вагона.
Самыми неблагоприятными и опасными исходами с точки зрения надежности и безопасности движения являются г) и д), наименее опасными - а) и б). Для муфты, выполненной из стали (09Г2С - как в прототипе), наиболее вероятным исходом заклинивания генератора будет разрушение его вала и частично - блокировка колесной пары вагона.
Для муфты, выполненной из полимерного материала, последствием заклинивания генератора будет ее срыв или разрушение (а или б). Такой исход не представляет опасности для буксового узла колесной пары и для безопасности движения вагона, при этом сохраняет в целости конструкцию генератора.