Приводное устройство, в частности, для железнодорожного транспортного средства, содержащее систему охлаждения
Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к приводному устройству для транспортного средства. Приводное устройство (10) содержит двигатель (12), содержащий приводной вал (14), и редуктор (16), содержащий входной вал (18), связанный во вращении с приводным валом. Кроме того, приводное устройство содержит, по меньшей мере, вентилятор (28), содержащий крыльчатку (29), выполненную с возможностью приводиться во вращение вокруг своей оси приводным валом (14). При этом вентилятор (28) выполнен с возможностью создавать поток воздуха в одном и том же направлении, независимо от направления вращения крыльчатки (29). Достигается снижение габаритных размеров. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к приводному устройству для транспортного средства, в частности для железнодорожного транспортного средства.
Подобное приводное устройство состоит из двигателя, например электрического двигателя, питающегося от обычных средств электропитания и содержащего, в частности, приводной вал.
Кроме того, устройство состоит из редуктора, включающего в себя входной вал, который приводится в действие приводным валом, выходного вала, предназначенного для приведения в действие колес транспортного средства, и зубчатых шестерен редуктора, кинематически расположенных между входным и выходным валами.
Соединение между приводным валом двигателя и входным валом редуктора обычно выполняется посредством соединительного узла, например, с помощью обычного кардана.
Некоторые детали редуктора, в частности зубчатые шестерни, предназначенные для значительных понижений скорости, обычно подвергаются воздействию высоких температур, которые могут сокращать сроки их использования. Обычно принимаются меры для охлаждения редуктора с целью уменьшения перегрева этих деталей.
Известно решение, которое заключается в охлаждении редуктора с помощью потока воздуха, циркулирующего вокруг упомянутого редуктора, при этом этот поток воздуха вырабатывается при продольном движении транспортного средства. Однако это решение не всегда является удовлетворительным, в частности в случае, когда пространство вокруг редуктора ограничено, как, например, в случае трамвая с низким уровнем пола.
Ограниченное пространство вокруг редуктора также затрудняет использование вентиляторов, средства питания которых обычно являются громоздкими.
Во всяком случае, охлаждение элементов кинематической цепи, в частности двигателей и редукторов, становится все более и более затруднительным, а их использование - все более и более ограниченным. Кроме того, редуктор тем более будет нагреваться, если он выполняет также функцию угловой передачи и если у него имеется только одна понижающая ступень.
Задача изобретения состоит в устранении вышеуказанных недостатков за счет создания приводного средства, редуктор которого выполнен с возможностью эффективно охлаждаться даже в ограниченном пространстве.
Поставленная задача решена в приводном устройстве для транспортного средства, в частности для железнодорожного транспортного средства, состоящем из двигателя, имеющего приводной вал, и редуктора, имеющего входной вал, связанного во вращении с приводным валом, при этом согласно изобретению оно содержит, по меньшей мере, вентилятор, имеющий крыльчатку, выполненную с возможностью вращения вокруг своей оси с помощью приводного вала.
Такой вентилятор создает систему охлаждения, которая не нуждается в громоздких специфических средствах питания, так как его крыльчатка приводится в движении соединительным узлом, то есть двигателем.
Кроме того, скорость вращения крыльчатки, то есть мощность создаваемого потока воздуха, возрастает автоматически в зависимости от необходимости охлаждения зубчатых шестерен редуктора. Действительно, в то время как нагрев зубчатых шестерен усиливается со скоростью вращения приводного вала, созданный поток воздуха увеличивается со скоростью вращения крыльчатки, что напрямую связано со скоростью вращения приводного вала.
Предпочтительно приводное устройство в соответствии с изобретением включает в себя один или несколько следующих признаков, взятых в отдельности или во всех технически допустимых комбинациях.
- Приводное устройство содержит соединительный узел, соединяющий приводной вал с входным валом редуктора, при этом крыльчатка связана во вращении с этим соединительным узлом.
- Соединительный узел представляет собой кардан, имеющий первый элемент кардана, неподвижно соединенный с приводным валом, второй элемент кардана, неподвижно соединенный с входным валом редуктора, и промежуточный элемент, соединяющий первый и второй элементы кардана.
- Крыльчатка неподвижно соединена с первым элементом кардана и коаксиально с приводным валом.
- Крыльчатка неподвижно соединена со вторым элементом кардана и коаксиально с входным валом.
Крыльчатка неподвижно соединена с промежуточным элементом соединительного узла.
- Вентилятор содержит направляющее сопло потока воздуха, выработанного крыльчаткой, способное направлять этот поток воздуха в сторону редуктора.
- Вентилятор выполнен с возможностью создавать поток воздуха в одном и том же направлении, независимо от направления вращения его крыльчатки.
Вентилятор содержит ступицу с лопастями радиального действия, предназначенными для создания радиального потока воздуха при вращающейся ступице, при этом каждая лопасть радиального действия является симметричной по отношению к медианной плоскости этой лопасти, проходящей через ось ступицы, и отклоняющую юбку радиального потока воздуха в направлении, параллельном оси ступицы.
- Крыльчатка содержит ступицу с лопастями осевого действия, при этом каждая лопасть осевого действия является симметричной по отношению к медианной плоскости этой лопасти, проходящей через ось ступицы.
- Крыльчатка содержит ступицу с лопастями осевого и радиального действия, при этом каждая лопасть является симметричной по отношению к медианной плоскости этой лопасти, проходящей через ось ступицы.
Поставленная задача решена также в транспортном средстве, в частности железнодорожном транспортном средстве, например трамвае с низким уровнем пола, содержащим ранее упомянутое приводное устройство.
Действительно, такое приводное устройство особенно подходит для трамвая с низким уровнем пола, у которого пространство вокруг редуктора весьма ограничено.
Изобретение будет лучше понято при прочтении нижеследующего описания, приведенного исключительно в качестве примера и сделанного со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показано приводное устройство в соответствии с примером варианта осуществления изобретения, вентилятор которого представлен частично, вид в разрезе;
на фиг. 2 показано приводное устройство, изображенное на фиг. 1, вентилятор которого представлен полностью, вид сбоку;
на фиг. 3 показана крыльчатка вентилятора, установленная на приводном устройстве, изображенном на фиг. 1, вид в перспективе;
на фиг. 4 показано направляющее устройство потока воздуха, установленное на вентиляторе приводного устройства, изображенного на фиг. 2, вид в перспективе.
На фиг. 1 представлено приводное устройство 10, предназначенное для установки на транспортном средстве, в частности на железнодорожном транспортном средстве, для приведения этого транспортного средства в движение. Это приводное устройство 10 предназначено, например, для установки на моторной тележке трамвая с низким уровнем пола.
Приводное устройство 10 содержит двигатель 12, например электрический двигатель, получающий питание от обычных средств электропитания, таких как контактная сеть, контактный рельс или любое другое предусмотренное для этого средство. Этот электрический двигатель 12, который является обычным и не будет более подробно описан, содержит, в частности, приводной вал 14.
Приводное устройство 10, кроме этого, содержит редуктор 16. Этот редуктор 16, который является обычным и не будет подробно описан, содержит, в частности, входной вал 18, приводимый во вращение приводным валом 14 двигателя 12. Редуктор 16 содержит также выходной вал (на чертежах не показан), предназначенный для привода колес транспортного средства. Редуктор 16 содержит обычно зубчатые шестерни редуктора (на чертежах не показаны), расположенные кинематически между входным 18 и выходным валами.
Приводной вал 14 двигателя 12 и входной вал 18 редуктора 16 соединены посредством соединительного узла 20.
В приведенном примере соединительный узел 20 является карданом. Как было упомянуто, кардан позволяет соединить два взаимодействующих вала, даже если их оси не находятся на одной линии.
Этот соединительный узел 20 содержит первый элемент кардана 22, неподвижно соединенный с приводным валом 14, второй элемент кардана 24, неподвижно соединенный с входным валом 18 редуктора 16, и промежуточный элемент 26 кардана, соединяющий первый 22 и второй 24 элементы кардана.
Как вариант, приводной вал 14 и входной вал 18 могут быть соединены любым другим предусмотренным для этого типом соединительного узла.
Приводное устройство 10 содержит средства охлаждения редуктора 16, позволяющие уменьшать нагрев зубчатых шестерен редуктора 16 и таким образом продлевать сроки их использования.
Эти средства охлаждения представляют собой вентилятор 28.
Вентилятор 28 содержит крыльчатку 29, показанную на фиг. 1 и представленную более детально на фиг. 3. Крыльчатка 29 содержит ступицу 30 с лопастями 32, вращающимися вокруг оси ступицы 30 и способными создавать поток воздуха, предназначенный для направления в сторону редуктора 16, чтобы охлаждать зубчатые шестерни, которые он содержит.
Ступица 30 связана во вращении с соединительным узлом 20. В частности, на примере, показанном на фиг. 1, ступица 30 неподвижно соединена со вторым элементом кардана 24 и коаксиально - с входным валом 18. Для этого ступица 30 закреплена болтами на втором элементе кардана 24.
Как вариант, ступица 30 может быть неподвижно соединена с первым элементом кардана 22 и коаксиально - с приводным валом 14. В качестве другого варианта ступица 30 может быть неподвижно соединена с промежуточным элементом 26 кардана 20.
Во всех случаях ступица 30 приводится во вращение приводным валом 14. Таким образом, вентилятор 28 не требует дополнительного источника питания, и скорость его вращения напрямую зависит от скорости вращения приводного вала 14.
Кроме того, установка вентилятора 28 на соединительном узле 20 позволяет уменьшить громоздкость вентилятора 28. Действительно, эта громоздкость снижается только благодаря диаметру вентилятора 28, который, как правило, меньше радиальных размеров редуктора 16.
Предпочтительно вентилятор 28 выполнен с возможностью создавать поток воздуха в одном и том же направлении, независимо от направления вращения ступицы 30 крыльчатки 29. Такой вентилятор позволяет направлять поток воздуха в сторону редуктора 16, независимо от направления вращения ступицы 30.
На самом деле, железнодорожное транспортное средство, в частности трамвай, обычно выполнено с возможностью перемещаться в двух противоположных направлениях. Следовательно, двигатель 12 и приводной вал 14 выполнены с возможностью вращаться в двух направлениях. Кроме того, поток воздуха, созданный вентилятором 28, предназначен для охлаждения редуктора 16 и поэтому важно, чтобы этот поток воздуха оставался направленным в сторону этого редуктора 16.
Для этого крыльчатка 29 имеет лопасти 32 радиального действия, предназначенные для создания радиального потока воздуха, когда ступица 30 находится во вращении. Преимущественно, каждая лопасть 32 крыльчатки 29 симметрична по отношению к медианной плоскости этой лопасти, проходящей через ось ступицы 30.
Такой радиальный поток не зависит от направления вращения ступицы 30. В этом случае крыльчатка 29 предпочтительно содержит юбку 34, преимущественно выполненную заодно со ступицей 30, расположенную коаксиально вокруг лопастей 32 радиального действия. Такая юбка 34 позволяет отклонять радиальный поток воздуха в направлении, параллельном оси ступицы 30 к редуктору 16.
Как правило, вентилятор 28 содержит, кроме этого, направляющее устройство 36 создаваемого потока воздуха, выполненное с возможностью направлять поток воздуха, идущий от крыльчатки 29, в сторону редуктора 16. Как показано на фиг. 2, это направляющее устройство 36 расположено вокруг крыльчатки 29 коаксиально этой крыльчатке 29.
Направляющее устройство 36 более подробно показано на фиг. 4.
Направляющее устройство 36 содержит внутреннее сопло 38 и внешнее сопло 40, имеющие общую форму тела вращения и являющиеся коаксиальными, при этом внешнее сопло 40 является в осевом направлении более длинным, чем внутреннее сопло 38. Внутреннее сопло 38 размещено в пространстве, ограниченном внешним соплом 40, при этом сопла 38 и 40 соединены посредством радиальных лапок 41.
Сопло 38 и сопло 40 предпочтительно имеют переднюю часть с увеличивающимся радиусом, позволяющую отклонять радиальный поток воздуха в осевом направлении, и заднюю часть с постоянным радиусом для осевого направления отклоненного потока воздуха.
Внутреннее сопло 38 размещается между передней кромкой 38А и задней кромкой 38 В, при этом передняя кромка 38А предпочтительно расположена над лопастями 32 радиального действия, тогда как направляющее устройство 36 установлено вокруг крыльчатки 29. Таким образом, одна часть воздушного потока, созданного лопастями 32, направляется между юбкой 34 и внутренним соплом 38, а другая часть воздушного потока направляется между внутренним 38 и внешним 40 соплами. Таким образом, направляющее устройство 36 такого типа представляет собой два направляющих уровня, что позволяет улучшить линейность потока воздуха на выходе направляющего устройства 36.
В соответствии с приведенным примером внутреннее 38 и внешнее 40 сопла усечены под углом и закрыты пластиной 42, например, из листового металла, радиус кривизны которой больше чем радиусы кривизны сопел 38 и 40. Эта пластина 42 позволяет частично уменьшить габариты направляющего устройства.
И наконец, направляющее устройство содержит крепежную часть 44, например из листового металла, закрепленную на соплах 38 и 40 и на пластине 42 болтами, например, и содержащую средства крепления 46 в устройстве 10, например, на двигателе 12 или на редукторе 16.
Следует заметить, что изобретение не ограничивается вариантами его осуществления, описанными выше, и может иметь различные варианты осуществления в рамках формулы изобретения.
В частности, крыльчатка 29 может иметь лопасти осевого действия, предназначенные для создания потока воздуха, когда ступица 30 находится во вращении. В этом случае каждая лопасть крыльчатки 29 симметрична по отношению к медианной плоскости этой лопасти, проходящей через ось ступицы 30. Такая форма необходима для того, чтобы направление потока воздуха не зависело от направления вращения ступицы 30.
Также возможно предусмотреть вариант вентилятора, комбинирующего лопасти осевого действия и лопасти радиального действия, или содержащего лопасти радиального и осевого действия. Вентилятор такого типа имеет возможность объединять радиальные и осевые потоки в единый общий осевой поток, направляемый к редуктору 16.
1. Приводное устройство (10) для транспортного средства, в частности для железнодорожного транспортного средства, состоящее из двигателя (12), имеющего приводной вал (14), и редуктора (16), имеющего входной вал (18), связанный во вращении с приводным валом, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, вентилятор (28), имеющий крыльчатку (29), выполненную с возможностью приводиться во вращение вокруг своей оси приводным валом (14) и создавать поток воздуха, предназначенный для направления к редуктору (16), при этом вентилятор (28) выполнен с возможностью создавать поток воздуха в одном и том же направлении, независимо от направления вращения его крыльчатки (29).
2. Приводное устройство (10) по п. 1, отличающееся тем, что содержит соединительный узел (20), соединяющий приводной вал (14) с входным валом (18) редуктора, при этом крыльчатка (29) связана во вращении с этим соединительным узлом (20).
3. Приводное устройство (10) по п. 2, отличающееся тем, что соединительный узел (20) представляет собой кардан, имеющий первый элемент кардана (22), неподвижно соединенный с приводным валом (14), второй элемент кардана (24), неподвижно соединенный с входным валом (18) редуктора, и промежуточный элемент (26), соединяющий первый (22) и второй (24) элементы кардана.
4. Приводное устройство (10) по п. 3, отличающееся тем, что крыльчатка (29) неподвижно соединена с первым элементом кардана (22) и коаксиально - с приводным валом (14).
5. Приводное устройство (10) по п. 3, отличающееся тем, что крыльчатка (29) неподвижно соединена со вторым элементом кардана (24) и коаксиально - с входным валом (18).
6. Приводное устройство (10) по п. 3, отличающееся тем, что крыльчатка (29) неподвижно соединена с промежуточным элементом (26) соединительного узла (20).
7. Приводное устройство (10) по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что вентилятор (28) содержит направляющее сопло (36) потока воздуха, созданного крыльчаткой (29), выполненное с возможностью направлять этот поток воздуха в сторону редуктора (16).
8. Приводное устройство (10) по п. 1, отличающееся тем, что вентилятор (29) содержит:
- ступицу (30) с лопастями (32) радиального действия, выполненными с возможностью создания радиального потока воздуха при вращающейся ступице (30), при этом каждая лопасть (32) радиального действия является симметричной по отношению к медианной плоскости этой лопасти, проходящей через ось ступицы (30), и
- отклоняющую юбку (34) радиального потока воздуха в направлении, параллельном оси ступицы (30).
9. Приводное устройство (10) по пп. 1 или 8, отличающееся тем, что крыльчатка (29) содержит ступицу (30) с лопастями осевого действия, при этом каждая лопасть осевого действия является симметричной по отношению к медианной плоскости этой лопасти, проходящей через ось ступицы (30).
10. Приводное устройство (10) по п. 8, отличающееся тем, что крыльчатка (29) содержит ступицу (30) с лопастями осевого и радиального действия, при этом каждая лопасть является симметричной по отношению к медианной плоскости этой лопасти, проходящей через ось ступицы (30).
11. Приводное устройство (10) по п. 9, отличающееся тем, что крыльчатка (29) содержит ступицу (30) с лопастями осевого и радиального действия, при этом каждая лопасть является симметричной по отношению к медианной плоскости этой лопасти, проходящей через ось ступицы (30).
12. Транспортное средство, а именно железнодорожное, например трамвай с низким уровнем пола, отличающееся тем, что оно содержит приводное устройство (10) по любому из пп. 1-11.
