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, подвеску и одностороннюю прямозубую зубчатую передачу, причем малое зубчатое колесо размещено на конце вала тягового электродвигателя, а большое зубчатое колесо - на оси колесной пары (см. Конструкция, расчет и проектирование локомотивов: Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности "Локомотивостроение". А.А. Камаев, Н.Г. Апанович, В.А. Камаев и др. Под ред. А.А. Камаева. - М., Машиностроение, 1981, С. 121, рис. 79.).
Недостатком этого привода, применяемого на тепловозах отечественных железных дорог (ТЭ3, 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2ТЭ116), является быстрый износ зубчатой передачи, возникающий, в частности, вследствие перекосов малого зубчатого колеса относительно большого при одностороннем нагружении.
Известен также тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, опирающийся на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники, подвеску и одностороннюю прямозубую зубчатую передачу, причем большое зубчатое колесо размещено на оси колесной пары, подшипники ротора тягового электродвигателя размещены на конце вала тягового электродвигателя, а малое зубчатое колесо размещено между подшипником и ротором тягового электродвигателя (см. Kolar J. Design of a Wheelset Drive / Josef Kolar, - Transactions on Electrical Engineering, Vol. 4 (2015), No. 1. - C. 16., Fig. 17).
В этом приводе, применяемом в зарубежных грузовых локомотивах, благодаря расположению малого зубчатого колеса между опорами вала, снижены перекосы зубчатых колес относительно друг друга, возникающие по причине изгиба вала тягового электродвигателя. Недостатком указанного привода является применение жесткого зубчатого колеса, что приводит к увеличению динамических нагрузок в передаче и снижению срока службы зубчатых колес и подшипников. Кроме того, в приводе ограничена возможность повышения нагрузочной способности передачи за счет применения косозубых зубчатых колес, имеющих более высокую нагрузочную способность за счет увеличения длины линий контакта с увеличением угла наклона зуба на основном цилиндре, поскольку увеличение угла наклона зуба создает осевые нагрузки на подшипники, и это ведет к снижению долговечности последних, а изгиб оси колесной пары под действием нагрузки на буксы от веса локомотива также создает перекос зубьев зубчатых колес относительно друг друга.
Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, опирающийся на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники, подвеску и двустороннюю прямозубую зубчатую передачу, причем два малых зубчатых колеса размещены на противоположных концах вала тягового электродвигателя, а два больших зубчатые колеса - на оси колесной пары (см. Машиностроение. Энциклопедический справочник. Раздел четвертый. Конструирование машин. Т. 13. Под редакцией Л.К. Мартенса. Машгиз, 1949. С. 460-462, фиг. 2, 9.).
В указанном тяговом приводе, примененном на электровозах ВЛ19 отечественных железных дорог, нагрузки на вал тягового электродвигателя приложены симметрично с обеих сторон, что также снижает перекосы зубчатых колес тяговой передачи. Недостатком данного тягового привода является то, что в электровозах, имеющих более мощные тяговый электродвигатели по сравнению с тепловозами, прямозубая тяговая передача имеет низкую долговечность.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, опирающийся на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники, тягу подвески и двустороннюю косозубую зубчатую передачу, причем два малых зубчатых колеса размещены на противоположных концах вала тягового электродвигателя, а больших зубчатые колеса - на оси колесной пары (см. Медель В.Б. Подвижной состав электрических железных дорог: учебное пособие. Т. 1. Конструкция и динамика. М. - Трансжелдориздат, 1957, С. 156-158, рис. 221, 223).
В этом приводе, применяемом на электровозах ВЛ 80 отечественных железных дорог, нагрузочная способность и долговечность зубчатой передачи повышена за счет применения косозубых зубчатых колес в которых вследствие наклона зубьев увеличивается площадь контакта зубьев. Недостатком прототипа является то, что в нем применены жесткие зубчатые колеса, которые не могут амортизировать удары при прохождении неровностей пути. Это ведет к увеличению динамических нагрузок, действующих на якорные и осевые подшипники, что снижает долговечность последних. В данном приводе не могут быть использованы упругие самоустанавливающиеся зубчатые колеса (см. Бирюков И.В, Беляев А.И.., Рыбников Е.К.. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог. М., Транспорт, 1986, С. 54-57, рис. 3.7., 3.8), поскольку указанные упругие самоустанавливающиеся колеса не могут воспринимать боковые нагрузки, возникающие в косозубых зубчатых колесах при передаче крутящего момента. В связи с этим предпринимались попытки использовать в данном приводе упругие косозубые зубчатые колеса (см. Калихович В.Н. Тяговые приводы локомотивов. (Устройство, обслуживание, ремонт). М. - Транспорт, 1983. С. 44-45, рис. 28.). Однако указанные зубчатые колеса не нашли широкого применения в связи с тем, что при работе упругого зубчатого колеса венец перемещается относительно ступицы, что вызывает трение и износ полушайб и полуколец, соприкасающихся с поверхностями венца, ступицы и боковых шайб упругого зубчатого колеса. Применить шевронные зубчатые колеса, в которых не возникает боковых нагрузок, и соответственно не требуется восприятие этих нагрузок парами трения, в данном приводе не удавалось в связи с тем, что применение шевронных зубчатых колес требует увеличения ширины зубчатых колес, что невозможно из-за консольного расположения малых шестерен.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в снижении затрат при эксплуатации и ремонте локомотива посредством снижения динамических нагрузок в тяговом приводе локомотива при проезде неровностей пути, при возможности использования двусторонней зубчатой передачи с наклоном зубьев, без применения пар скольжения, подверженных износу.
Это достигается тем, что в тяговом приводе локомотива, содержащем тяговый электродвигатель, опирающийся на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники, тягу подвески, два малых зубчатых колеса, размещенных на противоположных концах вала тягового электродвигателя, и два больших зубчатых колеса, размещенных на оси колесной пары, подшипники вала тягового электродвигателя размещены на крайних участках вала тягового электродвигателя на кронштейнах подшипниковых щитов, каждое из малых зубчатых колес размещено на валу тягового электродвигателя между ближайшим к нему подшипником вала тягового электродвигателя и ротором тягового электродвигателя, малые зубчатые колеса и большие зубчатые колеса выполнены с шевронными зубьями, а большие зубчатые колеса выполнены в виде упругих самоустанавливающихся зубчатых колес.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид тягового привода локомотива. Тяговый привод локомотива содержит тяговый электродвигатель 1, опирающийся на ось 2 колесной пары через моторно-осевые подшипники 3, тягу подвески 4, два малых зубчатых колеса 5 на противоположных концах вала 6 тягового электродвигателя 1 и два больших зубчатых колеса 7, размещенных на оси 2 колесной пары.
При этом подшипники 8 вала 6 тягового электродвигателя 1 размещены на крайних участках вала 6 тягового электродвигателя 1 на кронштейнах 9 подшипниковых щитов 10, каждое из малых зубчатых колес 5 размещено на валу 6 тягового электродвигателя 1 между ближайшим к нему подшипником 8 ротора 9 тягового электродвигателя 1 и ротором 11 тягового электродвигателя 1, малые зубчатые колеса 5 и большие зубчатые колеса 7 выполнены с шевронными зубьями, а большие зубчатые колеса выполнены в виде упругих самоустанавливающихся зубчатых колес.
Предлагаемый тяговый привод работает следующим образом. Вращающий момент от вала 6 тягового электродвигателя 1 передается малыми зубчатыми колесами 5 на большие зубчатые колеса 7 и от них на ось 2 колесной пары. Симметричное расположение малых зубчатых колес 5 между опорами вала 6 в виде подшипников 8, позволяет выполнить малые зубчатые колеса 5 шевронными. Поскольку в шевронной зубчатой передаче боковые усилия отсутствуют, это позволяет выполнить большие зубчатые колеса 7 в виде упругих самоустанавливающихся зубчатых колес, что позволяет добиться равномерного распределения нагрузки между обоими ветвями передачи, смягчения ударов в передаче при прохождении стыковых неровностей, а также компенсации перекосов, вызванных изгибом оси 2 колесной пары и вала 6 тягового электродвигателя 1 за счет самоустановки больших зубчатых колес 7.
Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что расположение подшипников вала тягового электродвигателя на крайних частях вала при размещении их на кронштейнах подшипниковых щитов и двусторонней зубчатой передаче позволяет выполнить зубчатые колеса с шевронными зубьями и использовать упругие самоустанавливающиеся зубчатые колеса, что ведет к снижению износа зубчатых колес и позволяет снизить расходы в эксплуатации тягового привода.