Тележка локомотива

 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности, к тележкам локомотива. Сущность изобретения: тележка 1 оснащена опорно-осевыми тяговыми электродвигателями 5, установленными вертикально над осями колесных пар и связанными с поперечными балками рамы тележки горизонтальными реактивными тягами 7, расположенными в плоскости тяговых зубчатых передач 8. 3 ил.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности, к тележкам локомотивов.

Известна конструкция тележки по а.с. СССР N 1353681, кл. 61 F 5/00, 1987, тяговые электродвигатели у которой (ТЭД) имеют опорно-рамное подвешивание и расположены "вертикально" над колесными парами. Такое расположение ТЭД позволяет существенно сократить расстояние между колесными парами, уменьшить базу тележки, увеличить количество тяговых осей при сохранении длины локомотива, улучшить динамические качества, особенно при движении в кривых, а также повысить тяговые возможности локомотива. Однако сложная конструкция тяговой передачи затрудняет производство, эксплуатацию и ремонт такой тележки, что является недостатком ее конструкции. Известна также конструкция тележки с опорно-осевым расположением ТЭД, установленных "горизонтально" на раме тележки (прототип). Эта конструкция тележки отличается сравнительной простотой и удобством эксплуатации и ремонта. Однако "горизонтальное" расположение ТЭД вызывает увеличение базы тележки, а опорно-осевое расположение ТЭД и крепление их к раме тележки в средней части остова приводит к появлению значительных дополнительных усилий в моторно-осевых подшипниках, инерционных динамических давлений от колеса на рельс и динамических добавок в зубчатом зацеплении тяговой передачи, отрицательно сказывающихся на надежности тележки, снижая тяговые возможности локомотива.

Отмеченные недостатки прототипа в значительной мере устранены в предложенном техническом решении тележки, при этом ее конструкция, как и конструкция прототипа, сравнительно проста и ремонтопригодна.

Цель изобретения - повышение надежности и тяговых качеств тележки с опорно-осевым расположением ТЭД. Поставленная цель достигается за счет соединения ТЭД с рамой тележки в плоскости тяговой зубчатой передачи и "вертикальной" установки ТЭД на раме тележки.

На фиг.1 изображена тележка, общий вид; на фиг.2 - вид сверху; на фиг.3 - схемы тяговых приводов тележек, поясняющие эффективность и принцип работы предложенного устройства.

Тележка 1, представленная на фиг.1 и 2, оснащена опорно-возвращающими устройствами, а также шкворневым узлом 3, передающим силу тяги от тележки к раме локомотива (не показана). Колесные пары 4 связаны с ТЭД 5 посредством моторно-осевых подшипников. Тележка оснащена тормозами колодочного типа с пневматическим приводом 6. Для удержания электродвигателей в "вертикальном" положении они соединены с поперечными балками рамы тележки 1 горизонтальными тягами 7, на концах которых имеются резино-металлические шарниры. Тяговые зубчатые передачи 8 (выполнены по типу передач с упругими зубчатыми колесами тепловозов 2ТЭ116) имеют разъемный кожух, верхняя половина которого крепится болтами к остову электродвигателя, а нижняя половина соединена с верхней болтами (см. фиг.1). Вертикальная нагрузка от рамы тележки 1 на буксы 10 передается через четыре комплекта винтовых пружин 9 и балок 11, образующих систему рессорного подвешивания. Для гашения вертикальных колебаний в системе рессорного подвешивания имеются демпферы 12.

Тележка работает следующим образом (см. фиг.3). При реализации силы тяги локомотивом реактивные моменты в колесно-моторных блоках, возникающие вследствие работы ТЭД 5, посредством реактивных тяг 7 замыкаются на раме тележки 1. Так как реактивные тяги 7 расположены в плоскости тяговых зубчатых передач 8, то дополнительные силы, возникающие вследствие действия реактивного момента, в моторно-осевых подшипниках, связывающих электродвигатели 5 с осями колесных пар, и тяговых передачах, в отличие от прототипа, будут отсутствовать. Подобная картина будет наблюдаться при торможении локомотива.

Поясним более подробно принцип работы предложенной тележки и ее преимущества по сравнению с прототипом. На фиг.3 приведены схемы опорно-осевых тяговых приводов с горизонтальным "а" (прототип) и вертикальным "б" расположением электродвигателей на тележках. В первом случае при подпрыгивании колесной пары на высоту h из точки О₁ в точку О₂ общая для шестерни и колеса точка К₁ переместится для зубчатого колеса в точку К_2к, т.к. колесная пара связана с рельсом силами трения и поэтому не может повернуться на некоторый угол ϕ_к. Если бы шестерня и колесо не были между собой сцеплены, точка К1 шестерни переместилась бы в точку К_2ш. Но так как зубчатые колеса не могут быть расцеплены, то шестерня повернется вместе с якорем электродвигателя на некоторый угол ϕ_ш, который определяется расстоянием К_2кК_2ш, или, в конечном счете высотою подпрыгивания колесной пары ϕ_ш1= (i+1), где i - передаточное число тягового редуктора; L - расстояние от центра колесной пары до траверсной подвески ТЭД в точке С.

Значение угла поворота ϕ_ш не изменится, если на высоту h подпрыгнет точка С траверсного подвешивания. Так как колесная пара подпрыгивает на высоту h с некоторым ускорением, то ускоренно будет поворачиваться и шестерня с якорем, что вызовет дополнительные инерционные силы в зубчатом зацеплении тяговой передачи.

В случае "б" подпрыгивание колесной пары из точки О₁ в точку О₂ на высоту h заставит повернуться электродвигатель относительно колесной пары на значительно меньший угол, определяемой расстоянием С₂*С₂, при этом угол поворота шестерни определится из соотношений ϕ_ш2= (i+1), C^*₂C₂= , где L_т - длина тяги.

Предположим теперь, что h изменяется по синусоидальному закону h = 0,002sin200. t. Тогда h" = a = 0,002 ˙ 200².sin200t. Амплитудное значение ускорения будет равно h_A'' = a_A = 80 м/с² ≃ 8g, где g - ускорение свободного падения.

Тогда ϕ_ш1= (4,41+1) = 0,01 рад; = (4,41+1) = ,430, а М_Я1 = I_Я ϕ_ш" = 2,7 ˙ 430 = 1160 кгм.

Во втором случае C^*₂C₂= = 2·10^-6м; ϕ _ш2 = 1,08 10^-5 рад, а М_Я2 = 4,3 кгм, т.е. во втором случае, у предложенной тележки возбуждающие колебания колесной пары будут создавать динамические нагрузки в тяговой передаче на два порядка меньше, чем в первом - у прототипа.

Рассмотрим теперь влияние "вертикального" расположения электродвигателей на динамическое давление колеса на рельс. Добавочное динамическое воздействие колеса на рельс P_g при горизонтальном расположении электродвигателя можно представить как сумму трех слагаемых P_g = P₁ + P₂ + P₃, где Р₁ - воздействие, обусловленное силами инерции вертикально перемещающихся частей (колесная пара, электродвигатель, буксы, части деталей рессорного подвешивания);
Р₂ - воздействие, возникающее вследствие инерционного сопротивления поворота электродвигателя вокруг точки С;
Р₃ - воздействие от инерционного сопротивления вследствие неравномерного вращения якоря электродвигателя.

P₁= - ω ; P₂= - ω ;
P₃= - ω ; ω = 2+0,13 g , где G_кп - вес колесной пары с относящимися к ней деталями;
Ig - момент инерции электродвигателя относительно точки подвешивания к раме тележки, т.е. точки С;
ω - линейное ускорение зубьев шестерни в точке зацепления;
V - скорость движения по ж.д. путям.

В случае "горизонтального" расположения электродвигателя, см. фиг.3 (а), при скорости движения V = 70 км/ч для тепловоза типа ТЭ10
ω = 2+0,13 9,8 = 52,3 м/c²;
P₁= - · 52,3 = -12т ;
P₂= - · 52,3 = - 2,3 т;
P₃= - = -2,07 т ;
Р_д = - 16,37 т.

В случае "вертикального" расположения электродвигателя, см. фиг.3 (б), при тех же условиях
P_д= P₁= - · 52,3 = 15,5 т . P₂ = P₃ = 0, т.к. электродвигатель расположен "вертикально" и практически не поворачивается вокруг точки С.

То есть несмотря на то, что электродвигатели у предложенной тележки полностью опираются на ось колесной пары, динамическое давление от колеса на рельс на 5% меньше, чем у тележки-прототипа. Кроме того, как показывают расчеты, благодаря соединению остова электродвигателя с рамой тележки тягой 7 в плоскости тяговой зубчатой передачи 8 (фиг.2), существенно - до 40% уменьшается величина реакций в моторно-осевых подшипниках, вызванных действием рабочего момента электродвигателя.

Из представленных оценок нагруженности основных элементов привода сравниваемых тележек очевидно преимущество предложенной конструкции. Снижение сил, действующих между колесами и рельсами, в зубчатом зацеплении тяговых передач и моторно-осевых подшипниках ТЭД, а также повышение компактности предложенной тележки в сочетании с простотой ее конструкции позволяют решить поставленную задачу, что и обосновывает технико-экономический эффект предложенной тележки.

Формула изобретения

ТЕЛЕЖКА ЛОКОМОТИВА, содержащая осевые тяговые зубчатые передачи, корпуса которых жестко связаны с соответствующими корпусами электродвигателей, соединенных с рамой посредством моторно-осевых подшипников, отличающаяся тем, что оси якоря электродвигателя, шестерен тяговой передачи и колесной пары каждого колесно-моторного блока расположены в одной вертикальной плоскости, а связь электродвигателя с рамой выполнена в виде тяги, расположенной перпендикулярно указанной вертикальной плоскости и посередине ширины зубьев шестерен тяговой передачи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3