КОЛЕСНО-МОТОРНЫЙ БЛОК ЛОКОМОТИВА
MOTORED-WHEEL UNIT

Предлагаемое изобретение относится к области рельсовых транспортных средств и может быть использовано в конструкциях магистральных тепловозов и электровозах.
Известен колесно-моторный блок тепловоза ТЭЗ, описанный и показанный на стр.120-122, рис.79 и рис.80 в книге Конструкция, расчет и проектирование локомотивов. Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности Локомотивостроение / А.А.Камаев и др. Под ред. А.А.Камаева. - М.: Машиностроение, 1981. Такой колесно-моторный блок состоит из колесной пары с буксами, на оси которой с помощью моторно-осевых подшипников навешен 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 колеса закрепленного на оси колесной пары. Повышенный износ МОП происходит зачастую из-за недостаточно эффективной подачи смазки в зону их трения и особенно этот дефект 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 колесно-моторный блок локомотива, описанный и показанный на стр.186-187 книги Железнодорожный транспорт: Энциклопедия / Гл. ред. Н.С.Конарев. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. Конструкция такого КМБ аналогична вышеописанной, поэтому недостатки их подобны.
Поэтому целью предлагаемого изобретения является повышение надежности колесно-моторных блоков локомотивов с моторно-осевым подвешиванием в условиях эксплуатации.
Поставленная цель достигается тем, что на опорных шейках оси колесной пары жестко закреплена пара диамагнитных втулок, снабженных рядом поперечных квадратного сечения каналов, в которых неподвижно расположены постоянные магниты, выполненные в виде стержней, взаимодействующих с подобными стержнями, размещенными на других диамагнитных втулках, охватывающих с зазором предыдущие и закрепленных на остове тягового электродвигателя, причем указанные магнитные стержни в зоне их взаимодействия друг с другом имеют одинаковые плюса, на оси колесной пары также жестко закреплен диск, снабженный на своей круговой образующей прямоугольной формы шлицами, выполненными из магнитопроводящего материала и контактирующими через воздушный зазор с ответными шлицами, изготовленными из постоянных магнитов и расположенных на диске, жестко закрепленном на валу тягового электродвигателя. В то же время поперечного квадратного сечения каналы диамагнитных втулок оси колесной пары и остова тягового электродвигателя расположены в шахматном порядке.
На фиг.1 показан колесно-моторный блок, вид сбоку, с вырезом части его деталей, на фиг.2 - его вид по стрелке А и на фиг.3 - часть узла тягового электродвигателя в месте соединения его с осью колесной пары.
Колесно-моторный блок состоит из остова тягового электродвигателя 1 с шапкой 2, навешенного на опорные шейки 3 оси колесной пары 4. На опорных шейках 3 оси колесной пары 4 жестко закреплены диамагнитные втулки 5, в каналах 6 которых запрессованы постоянные магниты 7, а в шапках 2 и остове тягового электродвигателя 1 установлены неподвижно другие диамагнитные втулки 8, также снабженные каналами 9 и размещенными в них постоянными магнитами 10. Шапки 2 с помощью болтов 11 присоединены к остову тягового электродвигателя 1, и он при помощи опорного прилива 12 и пружин 13 навешен на раму тележки 14 локомотива. На оси колесной пары 4 напрессован стальной диск 15, снабженный шлицами 16, взаимодействующими через воздушный зазор с магнитными шлицами 17, расположенными на диске 18, жестко закрепленном на валу 19 тягового электродвигателя. Колесно-моторный блок размещен на рельсовом пути 20.
Работает колесно-моторный блок следующим образом. В любой момент времени у локомотива, находящегося на стоянке, долгосрочном отстое или в движении, зазор δ, образованный постоянными магнитами 7 и 10, расположенными соответственно в каналах 6 и 9 диамагнитных втулок 5 и 8, за счет того, что полюса постоянных магнитов 7 и 10 одинаковы, является постоянным. Следовательно, прямого контакта между диамагнитными втулками 5 и 8 нет, поэтому силы трения скольжения между ними отсутствуют. В движении локомотива после подачи питания на тяговый электродвигатель диск 18 начинает вращаться, например, по стрелке В, и его магнитные шлицы 17 образуют магнитную цепь с шлицами 16, выполненными на стальном диске 15, при этом указанные шлицы увлекают за собой шлицы стального диска 15, который начинает вращаться по стрелке С. Но так как стальной диск 15 жестко закреплен на оси колесной пары 4, то и она вращается в этом же направлении. Силу взаимодействия между шлицами 16 и 17 можно определить по зависимости (см. книгу А.С.Касаткин, М.В.Немцов. Электротехника, изд. 4-е, перераб., 1983):
.
Для расчета этой силы примем:
B - индукция в рабочем зазоре диска 15 и 18, равная 2 Тл;
0
-7
µ - магнитная проницаемость воздушного зазора, равная 4π·10 Н/м;
2
S - площадь контакта шлицов 0,0045 м (длина шлица 150 мм, ширина 30 мм).
2
-7
Тогда N=0,15·0,03·2/2·4·3,14·10=716 кгс.
2
2
2
Следовательно, при выбранных параметрах с 1 см длины шлица 17 можно получить усилие 716/45=15,9 кгс. Известно (см. книгу Конструкция и динамика тепловозов. Изд. 2-е доп., под. ред. Иванова В.Н. М.: Транспорт, 1974, стр.185), что момент на валу тягового электродвигателя составляет Мд=820 кгс·м, и тогда при диаметре шестерни d=170 мм окружное усилие на нем составляет 820/0,085=9647 кгс. Видно, что окружное усилие, создаваемое шлицом 17, в 9647/716=13,5 раза ниже и неспособно осуществить движение локомотива за счет вращения диском 15 колесной пары. Из анализа записанной выше формулы видно, что на силу взаимодействия между шлицами 16 и 17 существенное влияние оказывает величина магнитной индукции В, поэтому она должна в предложенном техническом решении быть большей чем 9647 кгс. Известно (см. газету «Комсомольская правда» от 19.07.02, статья «В японцах есть что-то притягательное»), что в Японии созданы постоянные магниты, с 1 см которых можно получить силу сцепления с металлическими материалами до 900 кгс, а так как в нашем случае площадь шлица составляет 45 см, то усилие на диске 18 тягового электродвигателя будет равным 40500 кгс. Учитывая вышеизложенное можно в практике подобрать численное значение магнитной индукции, которое обеспечит заданное окружное усилие, необходимое для эффективной работы колесно-моторного блока локомотива.
Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известным очевидно, так как оно направлено на повышение надежности колесно-моторных блоков локомотивов за счет ликвидации опорно-осевых подшипников и зубчатой передачи из известной конструкции.