Узел передачи вращающего момента с оси колесной пары на ось ротора буксового электрического генератора
TORQUE TRANSMISSION UNIT FROM WHEEL PAIR AXLE TO AXLE OF ROTOR OF AXLE ELECTRIC GENERATOR

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и предназначено для передачи вращающего момента с оси колесной пары на ось ротора буксового электрического генератора и может быть использовано в любом электромеханическом устройстве для стыковки с элементом механической нагрузки (в режиме электродвигателя) или механического привода (в режиме электрогенератора) при соосном расположении приводных валов.
Известен магнитоэлектрический генератор, используемый в качестве автономного источника питания устройства для мониторинга состояния движущегося железнодорожного вагона. При движении железнодорожного вагона ротор электрического генератора вращается с частотой вращения колесной пары и создает вращающееся магнитное поле, наводящее в фазных обмотках катушек статора переменную ЭДС. Вращающий момент от оси колесной пары передается к ротору генератора посредством муфты. В одном 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. 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 (RU 2627959 C1, B61L 25/04; H02K 21/12, 14.08.2017).
Недостатками данных муфт является следующее. В каждом из описанных вариантов исполнения одна из полумуфт закрепляется на оси колесной пары, что требует проведения демонтажа и последующего монтажа узла торцевого крепления подшипника с использованием специального инструмента и средств контроля, что усложняет процесс установки, а также требует наличия разрешающих документов на выполнение данных работ и, фактически, снимает гарантии изготовителя буксового узла. Кроме того, установка полумуфты осуществляется к оси колесной пары, на торце которой в большинстве случаев нанесены знаки маркировки и клейма, в т.ч. методом холодного деформирования, что приводит к ненормируемому поднятию металла в местах нанесения и, как следствие, не обеспечит необходимую степень шероховатости торцевой поверхности для надежного прилегания поверхности полумуфты к торцу оси колесной пары и явится источником появления дополнительных осевых и радиальных биений в месте стыковки полумуфт. Во втором предлагаемом варианте исполнения муфты технологически затруднительно обеспечить необходимый конструктивный зазор между постоянными магнитами, расположенными на полумуфтах, от которого зависит величина передаваемого момента. Кроме того, обеспечить защиту от попадания магнитомягких посторонних предметов в немагнитный зазор магнитной системы при монтаже устройства и в процессе последующей эксплуатации не представляется возможным.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является упрощение процесса установки узла передачи вращающего момента от оси колесной пары на ось ротора буксового электрического генератора на вагон, отсутствие при этом механического повреждения частей буксового узла, а также компенсация радиального, углового и осевого смещения между осью колесной пары и осью ротора электрического генератора.
Технический результат достигается тем, что узел передачи вращающего момента с оси колесной пары на ось ротора буксового электрического генератора содержит выполненные из эластомерного материала защитные колпачки, предназначенные для установки на головки болтов крепления тарельчатой шайбы, и муфту, при этом внутренняя поверхность колпачков имеет форму, повторяющую форму головок болтов крепления, колпачки имеют срез по одной из граней внутренней поверхности для огибания фиксирующих частей стопорной шайбы, с одной стороны муфта имеет пазы для насадки ее на колпачки, а с другой - упор с элементом стыковки с ротором электрического генератора. Упор обеспечивает невозможность выхода из зацепления механической передачи в осевом направлении и компенсирует все технологические допуски на линейные размеры деталей и узлов буксового узла и колесной пары в процессе установки и последующей эксплуатации электрического генератора во всех допустимых режимах и условиях воздействия внешних механических и климатических воздействий.
Наружные боковые поверхности защитных колпачков, образующие пространство для установки муфты, выполнены круглыми.
Толщина боковой стенки колпачка составляет не менее чем 3 мм.
Муфта имеет, по меньшей мере, два паза.
Элемент стыковки с ротором электрического генератора выполнено в виде, например, вала или отверстия.
На муфте со стороны пазов в центре может быть выполнена конусовидная направляющая.
На конусовидной направляющей имеются пазы с внутренним уклоном.
Применение предлагаемого узла соединения оси колесной пары и оси ротора буксового электрического генератора позволяет практически полностью передать величину и направление вращающего момента с оси колесной пары на ось буксового электрического генератора, а также за счет применения эластомерного материала защитных колпачков компенсировать возможную несоосность вращения оси колесной пары и оси электрического генератора в радиальном и продольном направлении, а также компенсировать ударные и вибрационные нагрузки, возникающие при движении грузового вагона, и полностью избавиться от повреждения болтов крепления тарельчатой шайб и других конструктивных элементов буксового узла. При этом не требуется внесения каких-либо изменений в заводскую конструкцию торцевого крепления буксовых подшипников и обеспечиваются (не нарушаются) требования надежности, гарантируемые при изготовлении, восстановлении или ремонте буксового узла его производителем.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами на примере конструкции торцевого крепления с использованием четырех крепежных болтов, где:
Фиг. 1 - Внешний вид узла передачи вращающего момента в сборе
Фиг. 2 - Вид узла передачи вращающего момента со стороны вала буксового генератора
Фиг. 3 - Внешний вид защитного колпачка
Фиг. 4 - Внешний вид муфты с направляющей и уклонами
Фиг. 5 - Внешний вид муфты с уклонами без направляющей
Фиг. 6 - Пространство для установки муфты, независящее от положения головок болтов крепления тарельчатой шайбы
Фиг. 7 - Осевой разрез узла передачи вращающего момента в сборе
Фиг. 8 - Эскиз установки защитных колпачков в буксовом узле вагона.
Узел передачи вращающего момента с оси колесной пары на ось ротора буксового электрического генератора - это механическое устройство, основная задача которого - передача вращающего момента от оси колесной пары (ведущий вал) на ось ротора электрического генератора (ведомый вал) с компенсацией осевой и радиальной несоосности центра оси колесной пары и оси ротора буксового электрического генератора, а также компенсацией ударных и вибрационных нагрузок, возникающих при движении грузового вагона.
Узел передачи вращающего момента с оси колесной пары на ось ротора буксового электрического генератора включает в себя в зависимости от конструкции два и более защитных колпачка 1, надеваемых на болты 2 крепления торцевой шайбы 3, ввинченные в торец оси колесной пары. На фиг. 1-7 приведена конструкция узла с четырьмя колпачками. Защитные колпачки 1 выполнены из эластомерного материала, сохраняющего свои свойства во всем диапазоне рабочих температур буксового узла. Внутренняя поверхность колпачков имеет форму, повторяющую форму головок болтов 2 крепления. Внешняя поверхность защитных колпачков 1 имеет форму круга, образуя постоянное пространство (постоянную форму) между колпачками для установки муфты 4, не зависящее от осевого расположения болтов 2 крепления торцевой шайбы 3 (фиг. 6). Защитные колпачки 1 с наружной круглой поверхностью охватывают шестигранные головки болтов 2 крепления тарельчатой шайбы 3, образуя пространство для установки муфты 4, имеющей с одной стороны пазы для установки в них колпачков, а с другой - упор с элементом стыковки с ротором электрического генератора. Колпачки 1 имеют срез по одной из граней внутренней поверхности для огибания фиксирующих (отогнутых) частей стопорной шайбы, используемой в торцевом креплении подшипников при изготовлении, восстановлении или ремонте буксового узла. Срез позволяет устанавливать их при любом осевом расположении болта 2 крепления тарельчатой шайбы 3 так, чтобы срез защитного колпачка 1 совпадал с местом загиба стопорной шайбы 5 болтов 2 крепления.
Защитные колпачки 1 выполнены из эластомерного (упругого) материала для обеспечения компенсации несоосности центра оси колесной пары и оси ротора буксового электрического генератора в осевом и радиальном направлении, а также защиты от механического повреждения болтов 2 крепления тарельчатой шайбы 3 от ударов, толчков, вибраций, возникающих при движении грузового вагона. Передача вращающего момента может осуществляться от двух и более болтов 2 крепления тарельчатой шайбы 3.
Муфта 4 выполнена из металла, например, из стали или алюминия. С одной стороны муфты 4 выполнены пазы преимущественно цилиндрической формы для установки в пространство между защитными колпачками 1. С другой стороны муфта 4 имеет упор, препятствующий сползанию колпачков 1 в процессе эксплуатации, и элемент стыковки с ротором буксового электрического генератора, выполненный в виде вала либо отверстия.
На муфте 4 со стороны пазов в центре может быть выполнена конусовидная направляющая 6 для лучшего позиционирования между защитными колпачками 1 и обеспечения эффекта автоматического центрирования (фиг. 4). Пазы муфты 4 могут иметь внутренний уклон 7 для облегчения установки муфты 4 в пространство между защитными колпачками 1.
Узел передачи вращающего момента с оси колесной пары на ось ротора буксового электрического генератора работает следующим образом.
Защитные колпачки 1 устанавливаются на головки болтов 2 с шестигранной головкой, фиксирующих тарельчатую шайбу 3 (или переднею крышку в буксах кассетного типа) буксового узла. Имеющийся у колпачка 1 срез по одной из внутренней граней внутренней поверхности в виде шестигранника позволяет расположить защитный колпачок нужным образом, вне зависимости от радиального расположения граней шестигранника и, соответственно, мест загиба стопорной шайбы 5, фиксирующей болты 2 крепления. Цилиндрическая форма наружной поверхности защитного колпачка 1 позволяет получить одинаковую форму соединения с муфтой 4, при любом размещении граней шестигранника головки болта крепления.
Муфта 4 стороной, в которой выполнены цилиндрические пазы, вставляется в пространство между установленными защитными колпачками 1, а другой стороной соединяется с ротором буксового электрического генератора, например, при помощи вала либо отверстия. При движении железнодорожного вагона, вращение оси колесной пары передается через болты 2 крепления тарельчатой шайбы 3 на защитные колпачки 1, которые за счет упругого соединения передают вращающий момент на муфту 4 с пазами, вращающую непосредственно ротор буксового электрического генератора.