Узел подвешивания тягового электродвигателя

Предлагаемая полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к узлам подвешивания тягового электродвигателя к раме тележки локомотива.
Известен узел подвешивания тягового к раме тележки локомотива, включающий моторно-осевые подшипники тягового электродвигателя и подвеску, состоящую из пружин, качающихся подвесок с шарнирами скольжения и траверс (см. Мед ель В.Б. Подвижной состав электрических железных дорог. Т. 1. Конструкция и динамика. - М., Гострансжелдориздат, 1957, С. 160).
Недостатком указанного узла подвешивания тягового электродвигателя является его сложность и наличие большого числа деталей, изнашиваемых в процессе эксплуатации и требующих восстановления или замены.
Известен узел подвешивания тягового электродвигателя, применяемый на отечественных электровозах типа ВЛ80, ВЛ10, ВЛ11 и ВЛ82 (см. В.Н. Калихович. Тяговые приводы локомотивов (Устройство, обслуживание, ремонт). М., Транспорт, 1983, С. 58). В этих локомотивах тяговый электродвигатель с кронштейном опирается через резиновые шайбы на подвеску, головка которой имеет сменную втулку из износостойкой стали и соединена с брусом рамы тележки плавающим валиком.
Недостатком указанного узла подвешивания тягового электродвигателя является высокий износ сменной втулки и плавающего валика вследствие небольшой площади контакта трущихся поверхностей, особенно при перекосе тягового электродвигателя относительно рамы тележки. Вследствие этого зазор между сменной втулкой и плавающим валиком может достигать в эксплуатации 1,4…2,3 мм, что вызывает увеличение ударных нагрузок, действующих на тяговый электродвигатель.
Известен узел подвешивания тягового электродвигателя, применяющийся на английском тепловозе «Кестрел» (см. Бирюков И.В. и др. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог. М., Транспорт, 1986, С. 43-44, С. 50-52). В указанном локомотиве в опорно-осевом тяговом приводе соединение электродвигателя с рамой тележки осуществляется с помощью поводка, в головках которого установлены сферический и цилиндрический резинометаллические сайлентблоки.
Существенным недостатком данного узла, работающего в условиях комбинированного нагружения (воспринимает одновременно осевые и радиальные нагрузки), является повышенное осевое нагружение на опорные подшипники тягового электродвигателя при поперечном перемещении колесной пары относительно рамы тележки во время прохода локомотивом кривых малого радиуса и стрелочных переводов, особенно при низких до -50°C температурах, при которых повышается жесткость резины в сайлентблоках и увеличивается момент сопротивления повороту сайлентблоков.
Кроме того, повышенные относительные деформации сжатия торцевых частей резиновых втулок цилиндрического амортизатора приводят к дополнительным нагрузками на моторно-осевые подшипники, что в конечном итоге приводит к снижению долговечности подшипников и амортизаторов узла подвешивания.
Известно также, что в поводках букс локомотивов, которые передают боковые усилия от буксы к раме тележки, длина одного из шарниров принимается близкой к 2/3 от длины поводка, для обеспечения угловой жесткости поводка. Такой поводок был применен, в частности, на отечественном электровозе ВЛ85 (см. Электровоз ВЛ85: Руководство по эксплуатации. / Б.А. Тушканов, Н.Г. Пушкарев, Л.А. Позднякова и др. - М.: Транспорт, 1992, С. 14, рис. 2.8.).
Известен узел подвешивания тягового электродвигателя (см. Авторское свидетельство СССР №1759693. Узел подвешивания тягового электродвигателя / B.C. Коссов, Ю.Н. Соколов, B.C. Авраменко, В.М. Суровцев, С.П. Авдеев, Б.И. Годунов и В.П. Колесников - опубл. 07.09.92, Б.И. №33). Он содержит подшипниковые опоры для опирания на ось колесной пары и поводок, концами посредством сайлент-блоков связанный с корпусом двигателя и рамой тележки, при этом один из сайлент-блоков смонтирован на оси с возможностью осевого перемещения в пределах 1-1,2 от максимальной амплитуды поперечных перемещений колесной пары относительно рамы тележки, а параметры сайлент-блоков связаны следующим соотношением:
,
где f - коэффициент трения скольжения подвески по внутреннему валику;
F - суммарное усилие в подвеске от веса тягового электродвигателя и реактивного усилия от реализации силы тяги, кН;
L - межцентровое расстояние по амортизаторам подвески, мм;
t - длина внутренней втулки амортизатора, мм;
р
Ж - радиальная жесткость амортизатора, кН/мм;
o
Ж - осевая жесткость амортизатора, кН/мм;
Δ - амплитуда поперечного перемещения колесной пары с электродвигателем относительно рамы тележки, мм.
Этот узел подвески имеет также недостатки. В эксплуатации под воздействием пыли, влаги и загрязнений, загустевания смазки или загрязнений, содержащих масло и топливо, при низких температурах, коэффициент трения f втулки по поверхности оси может изменяться. Кроме того, при перекосе поводка в процессе работы давление втулки на поверхность оси оказывается неравномерным из-за момента сопротивления сайлент-блока перекосу, вследствие чего износ втулки и оси по краям оказывается больше, чем в середине. В результате этого реальная длина контакта втулки сайлент-блока с осью 1 оказывается меньше, чем принятая выше в указанном соотношении длина внутренней втулки амортизатора. Наконец, при изменении температуры будет меняться радиальная и осевая жесткость амортизатора. Все это в совокупности приводит к увеличению износа втулки и шарнира и при неблагоприятном сочетании названных факторов может приводить к заклиниванию втулки на оси, и, как следствие - к выдавливанию и разрушению резиновых втулок сайлент-блока.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран узел подвешивания тягового электродвигателя, содержащий подшипниковые опоры для опирания на ось колесной пары и поводок, связанный концами с корпусом двигателя и рамой тележки сферическим и цилиндрическим сайлент-блоками, один из которых смонтирован на оси с возможностью осевого перемещения, причем с целью повышения надежности, пространство между сферическим сайлент-блоком и осью заполнено смазочной жидкостью с ферромагнитными наночастицами, в расточке сферического сайлент-блока помещены постоянные магниты, а длина резиновой втулки верхнего сайлент-блока составляет не менее 2/3 от величины межцентрового расстояния по шарнирам подвески L (см. Патент РФ №2549427. Узел подвешивания тягового электродвигателя / В.И. Воробьев, В.Г. Новиков, Г.С. Михальченко, О.В. Измеров, А.А. Пугачев, С.Г. Волохов - опубл. 27.04.2015 Б.И. №12.).
Недостатком указанного узла подвешивания является то, что его затруднительно использовать для модернизации узлов подвешивания тяговых электродвигателей большинства грузовых и маневровых тепловозов отечественных железных дорог, содержащих пружинный комплект, состоящих из четырех пружин, расположенных между двумя балочками и стягиваемых болтами, недостатком которых является быстрый износ накладок (см. Бирюков И.В. и др. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог. М., Транспорт, 1986, С. 41-42, С. 50-51, рис. 3.1), поскольку выступы на корпусе тягового электродвигателя, между которыми размещен пружинный комплект, препятствуют размещению поводка и шарниров. При срезании указанных выступов в ходе модернизации теряется становится невозможным применять такой тяговый электродвигатель для замены вышедшего из строя тягового электродвигателя на тележке тепловоза, еще не прошедшего модернизацию, что приводит к необходимости иметь в депо дополнительный запас тяговых электродвигателей и увеличивает расходы в эксплуатации.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в снижении затрат при эксплуатации и ремонте локомотива посредством обеспечения совместимости предлагаемого узла подвешивания с тяговыми электродвигателями большинства эксплуатируемых на отечественных железных дорогах грузовых тепловозов.
Это достигается тем, что в узле подвешивания тягового электродвигателя, содержащем подшипниковые опоры для опирания на ось колесной пары и поводок, связанный концами с корпусом двигателя и рамой тележки сайлент-блоками, один из которых, выполненный сферическим, смонтирован на оси с возможностью осевого перемещения, при этом пространство между указанным сайлент-блоком и осью заполнено смазочной жидкостью с ферромагнитными наночастицами, в расточке указанного сайлент-блока помещены постоянные магниты, сферический сайлент-блок размещен между выступами на корпусе тягового электродвигателя, нижний конец поводка выполнен раздвоенным, а узел подвешивания содержит три сферических сайлент-блока, два из которых смонтированы по разные стороны нижнего выступа на корпусе тягового электродвигателя без возможности поперечного перемещения.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1. изображен узел подвешивания тягового электродвигателя к раме тележки локомотива, на фиг. 2 - поводок узла подвешивания и на фиг. 3 - шарнир узла подвешивания.
Предлагаемый узел подвешивания тягового электродвигателя содержит подшипниковые опоры 1 для опирания на ось колесной пары, поводок 2, посредством сайлент-блоков 3 и 4 и осей 5 и 6 связанный с кронштейнами 7 на корпусе двигателя 8 и рамой тележки 9. Сайлент-блок 3 смонтирован на оси с возможностью осевого перемещения в пределах 1-1,2 от максимальной амплитуды поперечных перемещений колесной пары относительно рамы тележки. Резиновая втулка сайлент-блока 3 имеет сферическую форму, пространство между осью 5 и сайлент-блоком 3 заполнено смазывающей жидкостью 10, содержащей ферромагнитные наночастицы, а в кольцевой расточке сферического сайлент-блока 3 установлены постоянные магниты 11.
При этом сферический сайлент-блок 3 расположен                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 размещен между выступами 12 и 13 на корпусе тягового электродвигателя, нижний конец поводка 2 выполнен раздвоенным, а узел подвешивания содержит три сферических сайлент-блока, сайлент-блоки 4 смонтированы по разные стороны нижнего выступа 13 на корпусе тягового электродвигателя без возможности поперечного перемещения.
Предлагаемый узел подвешивания тягового электродвигателя работает следующим образом. При поперечном перемещении кронштейна 7 относительно рамы тележки 9 внутренняя втулка верхнего сайлент-блока 3 скользит по оси 5. Возникающая при этом сила трения не приводит к перекосу поводка 2 относительно оси 5, в связи с тем, что этому препятствуют нижние сайлент-блоки 4. Отсутствие перекоса поводка 2 приводит к отсутствию перекоса верхнего сайлент-блока 3, в результате чего давление внутренней обоймы сайлент-блока 3 на ось 5 распространяется равномерно по длине контакта сайлент-блока 3 и оси 5, что предотвращает разрушение слоя смазочной жидкости 10 и заклинивание сайлент-блока 3 на оси 5. Благодаря тому, что резиновая втулка сайлентблока 3 имеет сферическую форму, непараллельность осей 5 и 6 сайлент-блоков 3 и 4, возникающая вследствие неодинаковой высоты неровностей правого и левого рельсов рельсового пути, также не вызывает неравномерного распределения давления внутренней обоймы сайлент-блока 3 на ось 5 по длине контакта сайлент-блока 3 и оси 5. Постоянные магниты 11 удерживают смазочную жидкость в зазоре между сайлент-блоком 3 и осью 5, что предотвращает возникновение сухого трения и задиров контактирующих поверхностей оси и сайлент-блока. Благодаря тому, что сайлент-блоки 4 выполнены сферическими, перекосы осей 6, возникающие вследствие неточности изготовления деталей, компенсируются путем поворота наружных втулок сайлент-блоков 4 относительно внутренних.
Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что выполнение нижнего конца поводка раздвоенным и применение трех сайлент-блоков создает возможность обеспечения совместимости предлагаемого узла подвешивания с тяговыми электродвигателями большинства эксплуатируемых на отечественных железных дорогах грузовых тепловозов, снижения запаса тяговых электродвигателей в депо для ремонта, что позволяет снизить расходы на эксплуатацию локомотивов.