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 раму тележки в трех точках, зубчатую передачу с малым зубчатым колесом, размещенным на валу тягового электродвигателя и большим зубчатым колесом, опирающимся через подшипники на корпус тягового электродвигателя, и полый вал, связанный через компенсирующие муфты одним концом с большим зубчатым колесом, а другим - с колесной парой, (см. Бирюков И.В., Савоськин А.Н., Бурчак Г.П. и др. Механическая часть подвижного состава. - М.: Транспорт, 1992, С. 346-347, рис. 13.45).
Недостатком известного тягового привода, применяемого на тепловозах серий ТЭП70 и 2ТЭ70 и электровозах ЭП2к отечественных железных дорог, является то, что консольное расположение малого колеса увеличивает нагрузки на подшипники ротора тягового электродвигателя. При использовании асинхронных тяговых электродвигателей, имеющих повышенную частоту вращения ротора, срок службы роторного подшипника со стороны расположения малого зубчатого колеса оказывается недостаточным.
Известен тяговый привод, содержащий тяговый электродвигатель, редуктор, малое зубчатое колесо которого расположено симметрично на двух подшипниковых опорах, соединяющую их компенсационную муфту, при этом тяговый электродвигатель и редуктор соединены друг с другом разъемный неподвижным соединением и опираются на раму в трех точках, и полый вал, связанный через компенсирующие муфты одним концом с большим зубчатым колесом, а другим - с колесной парой, (см. Смирнов В.А. Тележка двухосная моторная, Руководство по эксплуатации, ДМЗ, 2001 г., стр. 1-3.).
Недостаток данного тягового привода, примененного в отечественном электропоезде ЭД6 состоит в том, что муфта ограничивает габариты тягового электродвигателя, что препятствует применению данного тягового привода для локомотивов, имеющих более высокую мощность тягового электродвигателя.
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).
Недостатком данного тягового привода, примененном на тепловозе 2ТЭ121, электровозах ЭП1 и ЭП10 отечественных железных дорог и ДСЗ железных дорог Украины, 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). Кроме того, осевой редуктор увеличивает неподрессоренную массу, что ограничивает применение данного привода для пассажирских локомотивов.
Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, опирающийся на раму тележки, редуктор с малым и большим зубчатым колесами и полый вал, связанный через компенсирующие муфты одним концом с большим зубчатым колесом, а другим - с колесной парой, при этом малое зубчатое колесо размещено на валу тягового электродвигателя между роторными подшипниками, а корпус редуктора соединен неподвижным разъемным соединением с корпусом тягового электродвигателя (см. Josef KOLAR, Design of a Wheelset Drive, Transactions on Electrical Engineering, Vol. 4 (2015), No. 1, C. 16-17, рис. 19).
Недостаток указанного привода, применяемого на локомотиве Skoda 109Е, в недостаточном сроке службы роторного подшипника, размещенного вблизи малого зубчатого колеса.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, редуктор с малым зубчатым колесом и большим зубчатым колесом и полый вал, связанный через компенсирующие муфты одним концом с большим зубчатым колесом, а другим - с колесной парой, при этом тяговый электродвигатель и редуктор связаны неподвижным разъемным соединением и опираются на раму тележки в трех точках, а вал тягового электродвигателя опирается на вал малого зубчатого колеса через дисковую муфту (см. Андрющенко А.А. Разработка экипажной части скоростного пассажирского электровоза с асинхронным тяговым приводом. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ростов-на Дону, 2013, с. 11, рис. 4).
Недостатки прототипа, используемого на отечественном электровозе ЭП20, заключаются в сложности изготовления и ремонта. Места соединения тягового электродвигателя и редуктора требуют повышенной точности обработки, балансировка тягового электродвигателя не может быть осуществлена отдельно от редуктора. В результате увеличивается стоимость изготовления электровоза и расходов на его эксплуатацию.
Известны дисковые тяговые асинхронные электродвигатели, ротор и статор которых выполнены в виде дисков. При однодисковом исполнении ротора дисковая конструкция тягового двигателя позволяет заметно сократить осевой габарит тягового двигателя (с 940 мм до 530 мм) при том же наружном диаметре и сохранении мощности тягового двигателя на том же уровне. При использовании обмотки с сосредоточенными фазами дисковая конструкция тягового двигателя позволяет увеличить вращающий момент в 1,7 раза, получив ту же мощность при меньшей частоте вращения (см. Курбасов А.С. Повышение работоспособности тяговых электродвигателей [Текст] / А.С. Курбасов. - Москва: Транспорт, 1977, С. 210…214, рис. 136, табл. 21).
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в снижении затрат на изготовление локомотива, его эксплуатацию и ремонт посредством повышения технологичности изготовления деталей и упрощения сборки и ремонта тягового привода.
Это достигается тем, что в тяговом приводе локомотива, содержащем тяговый электродвигатель, редуктор с малым зубчатым колесом и большим зубчатым колесом, полый вал, связанный через компенсирующие муфты одним концом с большим зубчатым колесом, а другим - с колесной парой, при этом тяговый электродвигатель и редуктор опираются на раму тележки, ротор и статор тягового электродвигателя выполнены в виде дисков, вал тягового электродвигателя выполнен полым, вал тягового электродвигателя соединен с валом малого зубчатого колеса с помощью торсионного вала, проходящего через полый вал тягового электродвигателя, и двух зубчатых муфт, редуктор опирается на раму тележки в двух точках и связан с корпусом тягового электродвигателя разъемным подвижным соединением.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1. изображен общий вид тягового привода локомотива.
Предлагаемый тяговый привод локомотива содержит тяговый электродвигатель 1, редуктор 2 с малым зубчатым колесом 3 и большим зубчатым колесом 4, полый вал 5, связанный через компенсирующие муфты 6 и 7 одним концом с большим зубчатым колесом 4, а другим - с колесной парой 8, при этом тяговый электродвигатель 1 и редуктор 2 опираются на раму тележки 9.
Ротор 10 и статор 11 тягового электродвигателя 1 выполнены в виде дисков, вал 12 тягового электродвигателя 1 выполнен полым, вал 12 тягового электродвигателя 1 соединен с валом 13 малого зубчатого колеса 3 с помощью торсионного вала 14, проходящего через полый вал 12 тягового электродвигателя 1, и двух зубчатых муфт 15 и 16, редуктор 2 опирается на раму тележки 9 в двух точках 17 и 18 и связан с корпусом тягового электродвигателя 1 разъемным подвижным соединением 19.
Предлагаемый тяговый привод локомотива работает следующим образом. Вращающий момент от вала 12 тягового электродвигателя 1 передается валу 13 малого зубчатого колеса 3 редуктора 2 через торсионный вал 14 и зубчатые муфты 15 и 16, при этом усилие реакции при реализации тягового усилия передается от редуктора 2 на тяговый электродвигатель 1 через разъемное подвижное соединение 19, что, в совокупности с опорой редуктора 2 на раму тележки 9 в двух точках 17 и 18 предотвращает смещение редуктора 2 относительно тягового электродвигателя 1 и поперечное смещение вала 13 малого зубчатого колеса 3 редуктора 2 относительно вала 12 тягового электродвигателя 1.
Вследствие подвижности соединения тягового электродвигателя 1 и редуктора 2 обеспечивается статическая определимость опор тягового электродвигателя 1 и редуктора 2 на раму тележки 9, что упрощает изготовление корпусных деталей тягового электродвигателя 1 и редуктора 2 и позволяет проводить балансировку ротора тягового электродвигателя 1 без редуктора 2. Поскольку при движении локомотива не происходит взаимного перемещения тягового электродвигателя 1 и редуктора 2, и расцентровка вала 12 тягового электродвигателя 1 и вала 13 малого зубчатого колеса 3 обусловлена только погрешностями при монтаже тягового электродвигателя 1 и редуктора 2, срок службы зубчатых муфт 15 и 16 будет значительно выше, чем у известных тяговых приводов с опорно-рамным тяговым электродвигателем и осевым редуктором.
Благодаря тому, что ротор 10 и статор 11 тягового электродвигателя 1 выполнены в виде дисков, осевой габарит тягового электродвигателя 1 оказывается достаточным для размещения в габаритах тележки зубчатых муфт 15 и 16. Поскольку при выполнении ротора 10 и статора 11 тягового электродвигателя 1 в виде дисков частота вращения вала 12 тягового электродвигателя 1 значительно ниже, чем в известных тяговых приводах, увеличение внутренних диаметров роторных подшипников тягового электродвигателя 1 не приведет к значительному сокращению срока их службы. Кроме того, упомянутое выше уменьшение расцентровки вала 12 тягового электродвигателя 1 и вала 13 малого зубчатого колеса 3 позволяет существенно уменьшить зазор между торсионным валом 14 и полым валом 12 тягового электродвигателя 1, что позволяет уменьшить внутренний диаметр роторных подшипников по сравнению с известными тяговыми приводами с опорно-рамным тяговым электродвигателем и осевым редуктором, и тем самым дополнительно увеличить долговечность роторных подшипников.
Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что выполнение ротора и статора тягового электродвигателя дисковыми и вала тягового электродвигателя полым позволяет соединить вал тягового электродвигателя и вал малого зубчатого редуктора торсионным валом с зубчатыми муфтами благодаря меньшему осевому габариту тягового электродвигателя той же мощности, при этом долговечность подшипников ротора тягового электродвигателя не снижается из-за меньшей частоты вращения ротора дискового электродвигателя, благодаря чему соединение тягового электродвигателя и редуктора может быть выполнено подвижным, тем самым позволяя упростить изготовление корпусных деталей тягового электродвигателя и редуктора и монтаж тягового привода, что, в свою очередь, снижает расходы на изготовление и эксплуатацию локомотива.