КОМПЕНСАЦИОННАЯ МУФТА ТЯГОВОГО ПРИВОДА ЛОКОМОТИВА

Компенсационная муфта тягового привода локомотива относится к железнодорожному транспорту, а именно к муфтам для передачи крутящего момента от тягового двигателя к колесной паре.
Известны компенсационные муфты тягового привода локомотива, совокупность признаков которых сходна с совокупностью существенных признаков предполагаемого изобретения.
Известна компенсационная муфта тягового привода, предназначенная для передачи крутящего момента от полого вала, охватывающего ось колесной пары, к колесной паре, выполненная в виде плавающей промежуточной рамки, имеющей четыре кронштейна с проушинами, и четырех шатунов, расположенных по окружности в одну сторону и соединяющих ее попарно с полым валом и осью колесной пары [1].
Недостатком указанной компенсационной муфты является то, что у этой муфты угловые перемещения в шарнирах при радиальном смещении полого вала относительно колесной пары велики и достигают таких размеров, что применить в них резиновые упругие элементы практически невозможно.
Известна компенсационная муфта тягового привода локомотива, имеющего опорно-рамное подвешивание тягового двигателя с передачей крутящего момента на ось колесной пары посредством охватывающего ее полого вала, содержащая промежуточную рамку с центральным отверстием и расположенными по ее периферии четырьмя кронштейнами с проушинами, а также направленные по окружности в одну сторону шатуны, посредством упругих шарниров соединенные одними концами с кронштейнами - проушинами, а другими поочередно с полым валом и колесной парой. [2].
Недостатком муфты является высокая нагруженность упругих элементов в шарнирах из-за значительных углов поворота в шарнирах при относительных перемещениях полого вала и колесной пары и их расцентровке.
В качестве прототипа предполагаемой полезной модели выбрана компенсационная муфта тягового привода локомотива [3]. Компенсационная муфта тягового привода локомотива содержит промежуточную рамку с центральным отверстием, имеющую два кронштейна с проушинами, шатуны, направленные по окружности в одну сторону, соединенные с помощью универсальных упругих шарниров одними концами с полым валом, а другими с пальцами полого вала неравномерно расположенными по окружности, при этом крайние из любых трех смежных универсальных упругих шарниров установлены несимметрично относительно диаметральной плоскости, проходящей через ось среднего шарнира, причем центры шарниров промежуточной рамки и полого вала расположены на разных окружностях, имеющих наибольшие по габаритным ограничениям диаметры, причем рамка соединена с выступами колесной пары, расположенными вдоль оси шатунов через плоские упругие элементы, выполненные из высокоэластичного материала.
Эта компенсационная муфта тягового привода локомотива имеет также недостатки. При вертикальных перемещениях колесной пары относительно рамы тележки, возникающих при колебаниях надрессорного строения, в известном приводе возникают динамические моменты (см. схему фиг. 1, где сплошными линиями показаны части механизма в исходном положении, а пунктирными - после перемещения). Допустим, что фланец 7 полого вала перемещается в вертикальном направлении на величину h относительно колесной пары, выступы 6 которой через плоские упругие элементы 5 связаны с промежуточной рамкой 1. Указанное перемещение вызывает поворот поводков 2 длиной L вокруг шарнира 4, связывающего поводок 2 с промежуточной рамкой 1, что уменьшает проекцию поводков 2 на продольную ось промежуточной рамки на величину k, равную
1
Поскольку поводки 2 направлены в одну сторону по окружности, и, соответственно, в разные стороны относительно промежуточной рамки 1, то перемещения вертикальных проекций каждого из шарниров 4 на продольную ось промежуточной рамки 1 будут равны k и направлены встречно друг другу. Поскольку поводки 2 являются твердым телом, и не могут менять свою длину, а шарниры 3 жестко закреплены на противоположных концах промежуточной рамки 1, то шарниры 3 не могут перемещаться навстречу друг другу. Таким образом, навстречу друг другу могут перемещаться только шарниры 4 (проекция расстояния между которыми на горизонтальную ось станет равной L=L-2k). Как видно из схемы фиг. 1., такое возможно только при повороте полого вала 7 (условно показан на схеме серым заштрихованным прямоугольником) на угол, обозначенный на схеме фиг. 1. буквой φ. В результате вертикальные колебания надрессорного строения локомотива при прохождении неровностей пути приводят к крутильным колебаниям полого вала тягового привода и связанных полым валом деталей привода, что снижает надежность и долговечность зубчатых передач и подшипников привода. Это особенно актуально в случае, когда в тяговом приводе используется частотно-управляемый асинхронный тяговый двигатель, поскольку изменение частоты вращения при колебаниях вала якоря двигателя, связанного с полым валом тягового привода, приводит к изменению разности частот вращения якоря и магнитного поля статора, а она, в свою очередь, к колебаниям тока двигателя. Колебания тока частотно-управляемого асинхронного тягового двигателя могут привести к нестабильности работы системы управления полупроводниковым преобразователем частоты в цепи питания тягового электродвигателя. Кроме того, совпадение частот крутильных колебаний с частотой пульсаций тягового момента асинхронного тягового двигателя, возникающих из-за несинусоидальности тока преобразователя, могут привести к резонансным колебаниям, увеличению динамических нагрузок на детали привода и снижению их надежности и долговечности.
Предлагаемая компенсационная муфта тягового привода локомотива не имеет недостатков известных компенсационных муфт. Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами, где на
Фиг. 1. приведена кинематическая схема, поясняющая недостатки прототипа.
Фиг. 2. - муфта, общий вид.
Фиг. 3 - разрез А-А фиг. 1.
Фиг. 4 - разрез Б-Б фиг  1.
Фиг. 5 - разрез В-В фиг. 1.
Фиг. 6. - кинематическая схема предлагаемой муфты.
Компенсационная муфта (фиг. 2) включает в себя промежуточную рамку 1, имеющую два кронштейна с проушинами, в которых шатуны 2 закреплены с помощью универсальных упругих шарниров (сайлентблоков) 3 одними концами с промежуточной рамкой, а другими - с пальцами 4 полого вала, причем шатуны направлены по окружности в разные стороны, а крайние из любых трех смежных универсальных упругих шарниров установлены симметрично относительно диаметральной плоскости, проходящей через ось среднего шарнира. Промежуточная рамка через плоские упругие элементы 5 из высокоэластичного материала (например, резины), расположенные в пазах рамки, соединена с выступами 6 колесной пары.
Радиальные перемещения полого вала относительно колесной пары перпендикулярно оси, проходящей через выступы колесной пары, обеспечиваются за счет поворота шатунов 2 вокруг осей сайлентблоков и поворота полого вала относительно колесной пары, а радиальные перемещения полого вала относительно колесной пары вдоль оси, проходящей через выступы колесной пары - за счет деформации сдвига плоских упругих элементов 5. Передача крутящего момента осуществляется за счет усилий, возникающих при радиальной деформации сайлентблоков 3 и 4 и деформации сжатия плоских упругих элементов 5.
На кинематической схеме фиг 6 черной линией показаны детали предлагаемой муфты в исходном положении, серой пунктирной линией - при вертикальном перемещении полого вала относительно оси колесной пары, обозначения деталей и их перемещений те же, что и на схеме фиг. 1. Как видно из схемы фиг. 6, вертикальное перемещение полого вала величиной h приводит к уменьшению проекции поводков 2 на плоскость, проходящую через продольную ось промежуточной рамки 1, на величину k. Поскольку поводки 2 направлены по окружности в разные стороны, и, соответственно, в одну сторону относительно промежуточной рамки 1, связаны с промежуточной ракой 1 шарнирами 3 на одном из ее концов, а промежуточная рамка 1 может перемещаться вдоль своей оси за счет деформации упругих элементов 5, то перемещение шарниров 3 в горизонтальной плоскости на величину k обеспечивается за счет перемещения промежуточной рамки 1 на ту же величину k за счет деформации упругих элементов 5. При этом шарниры 4 (см. фиг. 6), связывающие поводки 2 с полым валом, не перемещаются в горизонтальной плоскости, поворота полого вала вокруг продольной оси колесной пары не происходит, и колебания надрессорного строения не приводят к крутильным колебаниям полого вала.
Предполагаемое изобретение обеспечивает получение следующих видов технического результата. Направление шатунов по окружности в разные стороны и установка крайних из любых трех смежных универсальных упругих шарниров симметрично относительно диаметральной плоскости, проходящей через ось среднего шарнира, позволяет повысить эксплуатационную надежность и долговечность зубчатой передачи и подшипниковых опор привода вследствие отсутствия крутильных колебаний полого вала при вертикальных колебаниях надрессорного строения во время прохождения неровностей пути.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки на полезную модель:
1. Патент Германии №58270, кл. 20 в 10/01, 1890
2. Авторское свидетельство СССР №184924, кл. B61C 9/46, 1965
3. Патент РФ №2437786. Компенсационная муфта тягового привода локомотива / Г.С. Михальченко, О.В. Измеров, В.И. Воробьев, В.Г. Новиков, Д.В. Воробьев, А.С. Космодамианский, А.С.Новиков. 21.12.2009.