5. Тяговые передачи подвижного состава
5.1. Типы тяговых передач
Тяговая передача предназначена для канализации потока мощности от вала тягового двигателя к колесной паре. Это сложный механический узел, входящий в состав тягового привода локомотива и состоящий из одного или нескольких, последовательно соединенных, передаточных механизмов (валы, муфты, редукторы) [ ].
Конструкция тяговой передачи во многом является определяющей с точки зрения уровня воздействия колес на путь с одной стороны, а с другой стороны динамических сил и моментов на тяговый двигатель – и далее на систему электромеханического преобразования энергии. Поэтому основные требования, предъявляемые к тяговым передачам можно сформулировать следующим образом:
высокая степень эксплуатационной готовности;
низкий уровень динамических моментов в передаточном механизме;
минимально возможная неподрессоренная масса;
минимум затрат на обслуживание и ремонт.
Тяговые приводы классифицируются в зависимости от степени подрессоривания тягового двигателя, т.е. различаются устройством тяговой передачи. Различают следующие типы (классы) тяговых приводов:
привод с опорно-осевым подвешиванием тягового двигателя и редуктора (привод первого класса);
привод с опорно-рамным подвешиванием тягового двигателя и опорно-осевым тяговым редуктором (привод второго класса);
привод с опорно-рамным подвешиванием тягового двигателя и редуктора (привод третьего класса).
В приводе первого класса тяговый двигатель расположен параллельно оси колесной пары и с одной стороны жестко опирается на ее ось через два моторно-осевых подшипника. С другой стороны тяговый двигатель опорными выступами через пружинную подвеску или резиновые амортизаторы подвешивается к раме тележки. Ведущая шестерня тягового редуктора устанавливается на консоли вала якоря тягового двигателя или выполняется заодно с ним (рис.5.1, а). В зацепление с шестерней входит зубчатое колесо, жестко установленное на оси колесной пары. На электровозах, ввиду большей осевой мощности, привод выполняется с использованием двухстороннего тягового редуктора (рис.5.1, б).
Преимущества тягового привода первого класса:
легкость изготовления, монтажа и обслуживания;
низкие затраты на производство и жизненный цикл;
ремонтопригодность;
способность обеспечения максимального передаточного отношения, что особенно важно для грузового подвижного состава.
Р
ис.
5.1. Тяговый привод первого класса: а) с
односторонним тяговым редуктором; б) с
двухсторонним тяговым редуктором:1 –
тяговый двигатель; 2 – вал ротора; 3 –
шестерня редуктора; 4 – зубчатое колесо;
5 – корпус редуктора; 6 – моторно-осевые
подшипники; 7 – ось колесной пары.
В качестве недостатков такого привода отмечаются:
большая неподрессоренная масса, вызывающая повышенное динамическое воздействие на путь;
высокий уровень динамического воздействия на тяговый двигатель и редуктор;
использование моторно-осевых подшипников скольжения, неравномерный износ которых приводит к нарушению зацепления зубчатой передачи и преждевременному выходу ее из строя.
Перечисленные достоинства и недостатки обусловили применение приводов первого класса на грузовых и универсальных локомотивах с конструкционной скоростью до 120км/ч.
В приводе второго класса тяговый двигатель установлен на раме тележки. Тяговый редуктор жестко установлен на оси колесной пары и соединен с рамой тележки реактивной тягой. Конструкции тягового привода второго класса отличаются в основном типом передаточного механизма соединяющего вал тягового двигателя. Основными типами являются:
муфта установленная между тяговым двигателем и редуктором – муфта поперечной компенсации (рис. 5.2, а);
торсионный вал, проходящий внутри полого вала ротора тягового двигателя – муфта продольной компенсации. (рис.5.2, б).
По сравнению с приводом первого класса, привод второго класса обладает рядом преимуществ, таких как:
сниженная (за счет установки тягового двигателя на раме тележки) неподрессоренная масса;
установка тягового двигателя на раме тележки изолирует его от ударов и вибрации со стороны пути;
жесткий корпус редуктора, обеспечивает работу зубчатой передачи без перекосов с постоянством межосевого расстояния.
Недостатками привода второго класса являются:
наличие высоконагруженных узлов трения и шарниров в передаточных механизмах;
высокий уровень динамических моментов в передаче, вследствие несовершенства ее кинематической схемы;
наличие жестких габаритных ограничений;
наличие несущего корпуса редуктора, передающего реактивный момент на раму тележки.
Рис.5.2. Тяговый привод второго класса: а) с муфтой установленной между тяговым двигателем и редуктором; б) с торсионом, проходящим через полый вал ротора: 1 – тяговый двигатель; 2 – вал ротора тягового двигателя;
3 – торсион; 4 – муфта; 5 – шестерня редуктора; 6 – зубчатое колесо;
7 – корпус редуктора; 8 – ось колесной пары.
Привод второго класса применяется на пассажирском тяговом и моторвагонном подвижном составе, предназначенном для движения со скоростями до 180…200 км/ч.
В приводе третьего класса тяговый двигатель и редуктор установлены на раме тележки. При этом зубчатое колесо редуктора соединяется с колесной парой через шарнирно-поводковые тяговые муфты и полый карданный вал, охватывающий ось колесной пары.
Наиболее распространены следующие устройства приводов третьего класса:
привод с раздельно установленным двигателем и редуктором (рис.5.3, а). Здесь шестерня редуктора установлена на консоли вала ротора, а зубчатое колесо на цапфе корпуса тягового двигателя. Передача момента на колесную пару осуществляется полым валом с шарнирно-поводковыми муфтами;
привод с интегрированным моторно-редукторным блоком (рис.5.3, б). В таком устройстве зубчатое колесо установлено на подшипниках расположенных в корпусе редуктора, шестерня редуктора выполнена заодно с валом тягового двигателя, который одним концом опирается на подшипник в корпусе редуктора, а другим на подшипник в противоположном подшипниковом щите. При этом тяговый двигатель и редуктор интегрируются в единый моторно-редукторный блок. Передача момента осуществляется аналогично предыдущему варианту.
Рис.5.3. Тяговый привод третьего класса: а) с раздельно установленным двигателем и редуктором, б) с интегрированным моторно-редукторным блоком: 1 – ТЭД; 2 – вал ротора ТЭД; 3 – шестерня редуктора; 4 – зубчатое колесо;
5 – корпус редуктора; 6 – шарнирно- поводковая муфта;
7 – полый вал; 8 – ось колесной пары.
Преимущества привода третьего класса:
низкая неподрессоренная масса, определяемая в основном массой колесной пары и элементов трансмиссии, обуславливающая минимальное динамическое воздействие на путь;
низкие динамические нагрузки на элементы привода.
Недостатки:
сложность конструкции;
жесткие габаритные ограничения, в частности по приближению к верхнему строению пути;
увеличенная централь привода приводит к уменьшению реализуемого передаточного отношения редуктора;
расходы на производство, обслуживание и ремонт.
Привод третьего класса применяется на подвижном составе в движении со скоростями до 300км/ч.