Как установить и соединить тяговый электродвигатель с колесной парой?

Обычно тяговые электродвигатели тепловозов размещают так, чтобы их  валы были  параллельны  осям колесных пар. В этом случае, закрепив на валу электродвигателя малое зубчатое колесо (шестерню), а на оси колесной пары большое зубчатое колесо (см. рис. 248), получают простую зубчатую передачу, посредством которой колесная пара приводится в движение. Тяговые электродвигатели локомотивов имеют, к сожалению, внушительную массу (около 3—5 т). Возникает вопрос: где и как их установить? Казалось бы, на раме тележки, ведь она обрессорена и поэтому двигатели не будут испытывать жестких ударов, возникающих при движении колес по неровностям пути, например по стыкам рельсов. В конечном итоге это приведет к уменьшению расходов на содержание и ремонт как пути, так и двигателя. Пассажирские тепловозы ТЭП60, ТЭГТ70, ТЭП75 развивают значительные скорости движения. Чтобы снизить увеличивающееся с ростом скорости воздействие локомотива на путь, масса тяговых электродвигателей   воспринимается   только       рамой тележки. В этом случае принято говорить, что они имеют опорно-рамную подвеску. Посмотрите на рис. 249 и 250.

Рис. 249. Схема опорно-рамной подвески тягового электродвигателя

Вы видите, что в колесной паре появилось довольно сложное промежуточное устройство. На участке между колесами ось колесной пары охвачена полым валом (стальной трубой) не вплотную, а с зазором. Полый вал «не падает» на ось, так как удерживается жесткими опорами — двумя моторно-осевыми подшипниками, укрепленными в корпусе тягового электродвигателя. Ведомое (большое) зубчатое колесо насажено на полый вал, который в свою очередь соединен с колесным центром шарнирно-упругими связями: ось колесной пары непосредственного контакта с тяговым электродвигателем не имеет. Вращающий, момент от двигателя передается по следующей цепочке: малое зубчатое колесо — большое зубчатое колесо — полый вал — шарнирно-упругая связь — колесный центр.

Рис. 250. Колесная пара тепловозов ТЭП60 и ТЭП70 (первых выпусков) с полым валом

Конструктивно шарнирно-упругая связь может быть устроена, например, так. На каждом конце полого вала укрепляют по диску (так называемому приводу) с двумя пальцами, которые, как это видно из рис 251, свободно (с зазором) пропускают через соответствующие отверстия в колесном центре. Еще два пальца укрепляют на самом колесном центре.

Рис. 251. Вид на шарнирно-упругую связь колесной пары тепловозов ТЭП60 и ТЭП70 (первых выпусков)

На ось колесной пары (с наружных сторон колеса) свободно надевают траверсу («плавающую» рамку), которую четырьмя тягами соединяют с четырьмя пальцами. Тяги, иногда называемые поводками, соединяются с  пальцами и плавающей траверсой через резинометаллические втулки, выполняющие роль эластичных шарниров. В целом конструкция представляет собой эластичную муфту. Каждая колесная пара имеет две муфты (на левом и правом колесах). Таким довольно сложным путем с помощью шарнирно-упругих деталей достигается передача вращающего момента колесной паре с полым валом. Эластичные элементы, наличие зазоров, повороты тяг и траверсы — все это и создает условия для взаимного перемещения тягового электродвигателя относительно оси колесной пары при ее движении по неровностям пути и при «игре» рессорного подвешивания. Благодаря этому вращающий момент от тягового электродвигателя колесной паре передается относительно мягко, без ударов. Опорно-рамная подвеска имеет и другие достоинства, связанные с повышением надежности тягового двигателя. Она пробивает дорогу и на грузовые локомотивы, отличающиеся повышенной мощностью и нагрузкой от оси на рельсы. В    частности, она применена на новом тепловозе 2ТЭ121 мощностью 2940 кВт (4000 л. с.) в секции. Однако на всех построенных в нашей стране грузовых тепловозах, имеющих относительно невысокие скорости и ограниченную до 225 кН (23 тс) нагрузку от оси на рельсы, опорно-рамная подвеска не применяется, так как конструктивно она сложна, а в обслуживании и ремонте затруднительна. Конструкторы работают над созданием новых, более простых и совершенных типов опорно-рамной подвески, в частности без полого вала. На грузовых тепловозах 2ТЭ116, 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, М62, ТЭЗ и др. тяговый электродвигатель устанавливают так, что на раму тележки приходится часть его веса (примерно половина), а другую часть веса воспринимает колесная пара. Иными словами, тяговый электродвигатель одной стороной опирается на раму тележки через упругие опоры (комплект пружин), а другой стороной — на ось колесной пары через две жесткие опоры (моторно-осевые подшипники) . Подобная установка тягового двигателя получила название опорно-осевой (рис. 252).

Рис. 252. Схема опорно-осевой подвески тягового электродвигателя

При такой подвеске расстояние между валом тягового электродвигателя и осью колесной пары мало изменяется, что позволяет закрепить большое зубчатое колесо непосредственно на оси колесной пары, т. е. упростить конструкцию. Простая в изготовлении, надежная в эксплуатации, удобная для обслуживания опорно-осевая подвеска, казалось бы, не имеет недостатков. Однако это не   так.    Ведь ось колесной пары не может свободно перемещаться относительно тягового двигателя. А такое перемещение необходимо из-за неровностей пути. Самая же главная неприятность в том, что на ось колесной пары локомотива дополнительной нагрузкой ложится 15—25 кН, или 1,5 — 2,5 тс (!) от тягового электродвигателя: динамическое воздействие от колесной пары на путь с ростом скорости увеличивается, усиливаются нагрузки на жесткие опоры—моторно-осевые подшипники, зубчатые колеса и на сам электродвигатель, что  осложняет     и   без  того  тяжелые условия, в которых он работает: переменные нагрузки, перекос остова электродвигателя из-за неизбежных зазоров в моторно-осевых подшипниках и др. Стремление избавиться от этих недостатков вынуждает усложнять конструкцию большого зубчатого колеса: его венец упруго соединяют со ступицей этого колеса при помощи, например, резинометаллических блоков (вкладышей). На тепловозах 2ТЭ10В и 2ТЭ116 их шестнадцать. Подрезиненные колеса хотя и улучшают условия работы зубчатой передачи  и  элементов  тягового  электродвигателя, но не устраняют основной недостаток опорно-осевой подвески: вес двигателя, приходящийся на ось колесной пары, остается неподрессоренным. Мы рассказали о двух главных системах подвески тяговых электродвигателей: опорно-осевой и опорно-рамной. Обе они примечательны тем, что каждый тяговый электродвигатель обычно приводит во вращение одну собственную колесную пару. Наряду с такими индивидуальными приводами, получившими широкое распространение на современных тепловозах, известны конструкции, в которых один тяговый двигатель приводит в движение одновременно две или три колесные пары, так что все они имеют одинаковую частоту вращения.

Рис. 253. Общий вид мономоторной тележки с одним тяговым двигателем

Тележку с одним электродвигателем (рис. 253) принято называть мономоторной (одномоторной), а сам привод — групповым. Естественно, один двигатель весит меньше и занимает места меньше, чем, скажем, три в трехосной тележке, и поэтому общая масса ее уменьшается, в том числе за счет сокращения расстояния между осями колесных пар. В этом и состоит одно из основных достоинств группового привода для тепловозов. Есть и другая выгода. Допустим, на поверхность рельсов случайно попало масло. Так как движущие колесные пары механически соединены между собой, они, помогая друг другу, в некоторых случаях могут увереннее реализовать силу тяги (расчетную), чем при индивидуальном приводе. Однако групповой привод требует высокой точности изготовления зубчатой передачи.