ТЯГОВЫЙ ПРИВОД ЛОКОМОТИВА

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, а именно, устройствам для передачи крутящего момента от тягового двигателя к колесной паре.
Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, на валу которого размещено малое зубчатое колесо тяговой передачи (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 известного тягового привода, применяемого на тепловозах отечественных железных дорог 2ТЭ10М и 2ТЭ116, является то, что консольное размещение зубчатого колеса на валу приводит к его перекосам при передаче силы тяги и неравномерному распределению нагрузки по длине зуба.
Известен тяговый привод, содержащий тяговый электродвигатель, редуктор, малое зубчатое колесо которого расположено симметрично на двух подшипниковых опорах, и соединяющую их компенсационную муфту (Смирнов В.А. Тележка двухосная моторная: руководство по эксплуатации. - ДМЗ,2001. - С. 1-3).
Недостатком привода является то, что компенсационная муфта, размещенная между тяговым электродвигателем и редуктором, уменьшает максимальные осевые габариты тягового электродвигателя, что ограничивает повышение мощности тягового электродвигателя и тем самым препятствует использованию данного тягового привода для локомотивов.
Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель и редуктор, малое зубчатое колесо которого расположено симметрично на двух подшипниковых опорах, причем вал электродвигателя опирается одним концом на подшипник в корпусе статора, а другим - на хвостовик оси малого зубчатого колеса осевого редуктора (Касимов P.P. Мальгин А.А. Подоплелов А.А. Устройство электровоза 2ЭС10: методическое пособие для локомотивных бригад и ремонтного персонала. - РЖД: Екатеринбургский учебный центр №1. - С. 11, рис. 3).
Недостаток указанного тягового привода, примененного для электровоза отечественных железных дорог 2ЭС10, состоит в усложненной конструкции, в связи с необходимостью передачи крутящего момента с вала тягового электродвигателя на вал редуктора с помощью специальной муфты и невозможности диагностирования тягового электродвигателя при ремонте отдельно от редуктора, т.к. при демонтированном редукторе вал тягового электродвигателя не имеет второй опоры.
Известен тяговый привод локомотива, содержащий редуктор и тяговый электродвигатель с малым зубчатым колесом на валу, расположенным между подшипниковыми опорами электродвигателя, тяговый привод снабжен аэростатическим подшипником, расположенным на подшипниковом щите между тяговым электродвигателем и малым зубчатым колесом, и трубкой для подвода сжатого воздуха (Патент на полезную модель №169062, Российская Федерация, МПК В61С 9/46, публ. 2017).
Недостаток данного привода также состоит в то, что установка одного из осевых подшипников в корпусе редуктора требует повышенной точности обработки поверхностей корпуса редуктора, с учетом того, что редуктор базируется на оси колесной пары по радиальной поверхности узла осевого подшипника, а на ТЭД - по торцу поверхности корпуса ТЭД, перпендикулярной оси колесной пары.
Известен тяговый привод локомотива, содержащий редуктор и тяговый электродвигатель с малым зубчатым колесом, расположенным на валу тягового электродвигателя между подшипниковыми опорами, при этом моторно-осевые подшипники расположены в одном корпусе, связанном с остовом тягового электродвигателя с помощью болтов, подшипник тягового электродвигателя со стороны малого зубчатого колеса размещен в защитном корпусе, являющемся частью подшипникового щита, а корпус редуктора состоит из двух половин с продольным разъемом, надевающихся на защитный корпус подшипника тягового электродвигателя и корпус моторно-осевых подшипников (Электровоз магистральный 2ЭС5: руководство по эксплуатации. Книга 7. Описание и работа. Механическая часть. 3ТС.001.018 РЭ7. - С. 19-21).
Недостатком указанного привода, примененного на электровозе 2ЭС5 отечественных железных дорог, является то, что из-за ограниченной длины корпуса моторно-осевых подшипников увеличиваются нагрузки, действующие на моторно-осевой подшипник со стороны зубчатого колеса, что приводит к снижению долговечности моторно-осевого подшипника.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран тяговый привод локомотива, содержащий редуктор и тяговый электродвигатель с малым зубчатым колесом, расположенным на валу тягового электродвигателя между подшипниковыми опорами, при этом моторно-осевые подшипники расположены в одном корпусе, связанном с остовом тягового электродвигателя с помощью болтов, подшипник тягового электродвигателя со стороны малого зубчатого колеса размещен в защитном корпусе, являющемся частью подшипникового щита, а корпус редуктора состоит из двух половин с продольным разъемом, надевающихся на защитный корпус подшипника тягового электродвигателя и корпус моторно-осевых подшипников, большое зубчатое колесо смонтировано на колесе колесной пары с помощью разъемного соединения на болтах, а моторно-осевой подшипник со стороны большого зубчатого колеса расположен под ступицей большого зубчатого колеса (Патент на полезную модель №190120, Российская Федерация, МПК В61С 9/38; В61С 9/46, публ. 2019).
Недостатком прототипа является жесткое соединение большого зубчатого колеса с колесной парой, что приводит к высоким динамическим нагрузкам в передаче, вследствие ударов при прохождении вертикальных неровностей пути, и увеличению расходов на ремонт и обслуживание. Кроме того, при использовании данного привода для отечественных тепловозов с коллекторными тяговыми электродвигателями из-за ограниченного пространства для размещения осевого подшипника со стороны тягового электродвигателя, противоположной большому зубчатому колесу, размеры осевого подшипника необходимо уменьшать, что ведет к снижению надежности и долговечности последнего.
Техническая проблема состоит в снижении расходов на обслуживание и ремонт локомотива путем уменьшения динамических нагрузок на детали тягового привода и увеличении габаритов для размещения осевого подшипника со стороны, противоположной большому зубчатому колесу.
Техническая проблема достигается тем, что в тяговом приводе локомотива, содержащем редуктор и тяговый электродвигатель с малым зубчатым колесом, расположенным на валу тягового электродвигателя между подшипниковыми опорами, при этом моторно-осевые подшипники расположены в одном корпусе, связанном с остовом тягового электродвигателя с помощью болтового соединения, подшипник тягового электродвигателя со стороны малого зубчатого колеса размещен в защитном корпусе, являющемся частью подшипникового щита, а корпус редуктора состоит из двух половин с продольным разъемом, надевающихся на защитный корпус подшипника тягового электродвигателя и корпус моторно-осевых подшипников, большое зубчатое колесо смонтировано на колесе колесной пары с помощью разъемного соединения на болтах, а моторно-осевой подшипник со стороны большого зубчатого колеса расположен под ступицей большого зубчатого колеса, при этом, ступица большого зубчатого колеса опирается на колесо колесной пары через подшипники скольжения, установленные на трубчатой опоре, выполненной из двух половин и соединенной с колесом колесной пары, ступица большого зубчатого колеса соединена с колесом колесной пары через упругие элементы, моторно-осевой подшипник со стороны большого зубчатого колеса выполнен радиальным роликовым с внутренней обоймой, не имеющей буртов, шариковый моторно-осевой подшипник размещен под ступицей большого зубчатого колеса между радиальным роликовым моторно-осевым подшипником и корпусом тягового электродвигателя, между корпусом моторно-осевых подшипников и шариковым моторно-осевым подшипником качения имеется зазор, наружная обойма шарикового моторно-осевого подшипника качения со стороны тягового электродвигателя упирается в выступ на корпусе моторно-осевых подшипников, а со стороны колеса колесной пары - во втулку, которая упирается в торец наружной обоймы радиального роликового моторно-осевого подшипника, противоположный торец наружной обоймы радиального роликового моторно-осевого подшипника упирается в крышку корпуса моторно-осевых подшипников, моторно-осевой подшипник со стороны, противоположной большому зубчатому колесу, опирается на колесо колесной пары и выполнен в виде радиального роликового подшипника, внутренняя обойма которого не имеет буртов.
Технический результат заключается в том, что снижение ударных нагрузок в деталях тягового привода за счет применения амортизаторов, применение отдельного упорного подшипника и увеличение габарита радиального осевого подшипника со стороны, противоположной большому зубчатому колесу, за счет расположения его на ступице колеса колесной пары, позволяет увеличить долговечность работы моторно-осевых подшипников и, тем самым, снизить расходы на ремонт и обслуживание локомотива.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1а показаны силы, действующие на моторно-осевые подшипники тягового привода 2ЭС5, на фиг. 1б показаны силы, действующие на моторно-осевые подшипники тягового привода 2ЭС10, на фиг. 2 изображен общий вид тягового привода локомотива.
Усилия, действующие на моторно-осевые подшипники, определяются выражениями:
радиальное усилие, действующее на моторно-осевой подшипник со стороны зубчатого колеса
,
радиальное усилие, действующее на моторно-осевой подшипник со стороны, противоположной зубчатому колесу
,
1
2
где F - окружное усилие в тяговой передаче, передаваемое на тяговый электродвигатель, L - расстояние от зубчатого колеса до моторно-осевого подшипника со стороны, противоположной зубчатому колесу, L - расстояние между моторно-осевыми подшипниками.
2
1
1
2
1
2
2
1
1
Если L>0,5 L, то R>R и, таким образом, наиболее нагруженным является подшипник со стороны зубчатого колеса. Поскольку для обоих приводов L и F одинаковы, a L для привода прототипа (фиг. 1а) меньше, чем для привода электровоза 2ЭС10 (фиг. 1б), и, согласно приведенной выше формуле (1), при уменьшении величины L величина R будет увеличиваться, то усилие R на моторно-осевом подшипнике прототипа будет выше, чем у привода электровоза 2ЭС10 при равных окружных усилиях на зубчатых колесах.
Тяговый привод локомотива (фиг. 2) содержит редуктор 1 и тяговый электродвигатель 2 с малым зубчатым колесом 3, расположенным на валу 4 тягового электродвигателя 2 между подшипниковыми опорами 5, при этом моторно-осевые подшипники 6, 7, 8 качения расположены в одном корпусе 9, связанном с остовом тягового электродвигателя 2 с помощью болтового соединения (на рисунке не показаны), подшипник 5 тягового электродвигателя 2 со стороны малого зубчатого колеса 3 размещен в защитном корпусе 10, являющемся частью подшипникового щита, а корпус редуктора 1 состоит из двух половин с продольным разъемом, надевающихся на защитный корпус 10 подшипника 5 тягового электродвигателя 2 и корпус 9 моторно-осевых подшипников 6, 7 и 8, большое зубчатое колесо 11 смонтировано на колесе 12 колесной пары с помощью разъемного соединения на болтах 13, а моторно-осевой подшипник 8 со стороны большого зубчатого колеса 11 расположен под ступицей 14 большого зубчатого колеса 11.
Ступица 14 большого зубчатого колеса 11 опирается на колесо 12 колесной пары через подшипники 15 скольжения, установленные на трубчатой опоре 16, выполненной из двух половин и соединенной с колесом 12 колесной пары, ступица 14 большого зубчатого колеса 11 соединена с колесом 12 колесной пары через упругие элементы 17, моторно-осевой подшипник 8 со стороны большого зубчатого колеса 11 выполнен радиальным роликовым с внутренней обоймой, не имеющей буртов, шариковый моторно-осевой подшипник 7 размещен под ступицей 14 большого зубчатого колеса 11 между радиальным роликовым моторно-осевым подшипником 8 и корпусом тягового электродвигателя 2, между корпусом 9 моторно-осевых подшипников 6, 7, 8 и шариковым моторно-осевым подшипником качения 7 имеется зазор 18, наружная обойма шарикового моторно-осевого подшипника качения 7 со стороны тягового электродвигателя 2 упирается в выступ на корпусе 9 моторно-осевых подшипников 6, 7, 8, а со стороны колеса колесной пары - во втулку 19, которая упирается в торец наружной обоймы радиального роликового моторно-осевого подшипника 8, противоположный торец наружной обоймы радиального роликового моторно-осевого подшипника 8 упирается в крышку 20 корпуса 9 моторно-осевых подшипников 6, 7, 8, моторно-осевой подшипник 6 со стороны, противоположной большому зубчатому колесу 11, опирается на колесо 21 колесной пары и выполнен в виде радиального роликового подшипника, внутренняя обойма которого не имеет буртов.
Тяговый привод локомотива работает следующим образом.
При работе тягового привода в сборе крутящий момент с вала 4 передается на малое зубчатое колесо 3 и далее на большое зубчатое колесо 11 и колесо 12 колесной пары. При необходимости осмотра моторно-осевых подшипников 7 и 8 со стороны большого зубчатого колеса 11, снимают половины корпуса редуктора 1, затем разъединяют болтовое соединение тягового электродвигателя 2 и корпуса 9 моторно-осевых подшипников, после чего разъединяют соединение ступицы 14 большого зубчатого колеса 11 с упругими элементами 17, большое зубчатое колесо 11 отодвигают от колеса 12 колесной пары, разъединяют соединение трубчатой опоры 16 с колесом 12 колесной пары, трубчатую опору 16, выполненную из двух половин, снимают, обеспечивая доступность моторно-осевых подшипников 7 и 8.
При проезде стыковых неровностей пути в тяговом приводе упругие элементы 17 деформируются, тем самым амортизируя возникающие в деталях тягового привода ударные нагрузки, и большое зубчатое колесо 11 поворачивается на подшипниках 15 скольжения трубчатой опоры 16. Расположение упругих элементов 17 на колесе 12 колесной пары создает удобства для их осмотра и замены.
Поскольку внутренние обоймы роликовых моторно-осевых подшипников 6 и 8 не имеют буртов, осевые нагрузки, действующие от колес 12 и 21 колесной пары на тяговый электродвигатель 2, воспринимает шариковый моторно-осевой подшипник 7, который, в свою очередь, не воспринимает радиальных нагрузок, поскольку между корпусом 9 моторно-осевых подшипников и шариковым моторно-осевым подшипником 7 качения имеется зазор 18. Наличие шарикового моторно-осевого подшипника 7, работающего в качестве упорного, позволяет исключить осевые нагрузки на ролики роликовых моторно-осевых подшипников 6 и 8 со стороны буртов обойм и тем самым увеличить продолжительность их службы.
Размещение роликового моторно-осевого подшипника 6 на колесе 21 колесной пары позволяет увеличить его диаметр и осевые габариты, что увеличивает продолжительность его службы.