ПЗ (1233332), страница 4
Текст из файла (страница 4)
2.2 Тяговый привод
Тяговый привод предназначен для преобразования вращающего момента электродвигателя в поступательное движение электровоза. Изображение тягового привода электровоза ЭП1 представлено на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 – Тяговый привод [1]: 1 – Тяговый редуктор с колесной парой;
2 – Передаточный механизм
Так как ЭП1 является пассажирским электровозом, конструкция подвески его тяговых агрегатов значительно отличается от подвешивания тягового привода грузовых электровозов. Магистральный пассажирский электровоз ЭП1 имеет тяговый привод II класса со следующими конструктивными особенностями: тяговый двигатель (ТЭД) устанавливается на подрессоренные части локомотива (рама тележки); опорно-осевой редуктор; передача реакций от приложенных моментов в тяговом приводе осуществляется через корпус редуктора и, собственно, его подвеску; вал якоря ТЭД с валом шестерни редуктора достигается путем установки тяговой муфты, которая способна передать тяговый момент по трем линейным и двум угловым координатам. Муфта может быть использована для снижения динамических моментов в передаче, но для этого она должна иметь не большую торсионную жесткость (на кручение).
Так как редуктор отделен от ТЭД, то для создания параллельности осей зубчатого колеса и шестерни необходим несущий корпус редуктора с узлами подшипников. Помимо этого, чтобы было возможно воспринимать реакцию G момента, которая передается через редуктор, последний должен иметь опору не только на ось колесной пары, но и на шарнирную опору. В свою очередь эта шарнирная опора должна допускать относительные перемещения рамы тележки и редуктора в точке крепления по всем степеням свободы, кроме той, по которой реализуется тяговый момент. Этот узел подвижной опоры называют подвеской или реактивной тягой редуктора.
2.3 Тяговый редуктор
Тяговый редуктор электровоза ЭП1 одноступенчатый с шевронными зубчатыми колесами и раздельной смазкой опорных подшипников ведущего и ведомого валов и зубчатых колес.
Тяговый редуктор состоит из блока зубчатого колеса, смонтированного на оси колесной пары, блока шестерни, корпуса верхнего 1 и корпуса нижнего 2.
Корпус редуктора, состоящий из нижней и верхней половин, предназначен для кинематической связи блока шестерни и зубчатого колеса, восприятия сил в зацеплении, размещении гнезд для подшипников, а также для защиты зубчатой передачи от воздействия внешней среды, жесткого обеспечения централи и передачи реакций от действия моментов в тяговом приводе. Одновременно нижний корпус является емкостью для смазки, смазывающей зубчатую передачу. Изображение корпуса редуктора показано на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – Редуктор ЭП1 [1]: 1 – Верхняя половина кожуха;
2 – Нижняя половина кожуха
Во всех приводах второго класса корпус редуктора – тяжело нагруженный узел. Он обеспечивает параллельность осей малого и большого зубчатого колеса редуктора и постоянство централи в условиях действия различных опорных реакций в подшипниковых узлах, которые передаются через муфту и корпус самого редуктора.
Верхний и нижний корпусы коробчатого типа сварены из листового проката. Размеры горловин корпусов и расстояние между ними обеспечиваются совместной обработкой. Тяговый редуктор в разрезе изображен на рисунке 2.5.
Рисунок 2.5 – Тяговый редуктор в разрезе [1]
Блок шестерни включает в себя вал 9, две шестерни 8 с встречными углами наклона зубьев, составляющие в сборе шевронную шестерню, опоры подшипников 3, 6, два подшипника 5, 7, лабиринтные кольца 10, 12 и крышки 4, 11.
Блок зубчатого колеса состоит из центра зубчатого колеса 20, двух зубчатых венцов 13, корпусов подшипников 14, 15, подшипников 16, 17, лабиринтных крышек 18, 19 и монтажных деталей. Установленные на центр два зубчатых венца образует шевронное колесо, при этом несовпадение одноименных рабочих поверхностей зубьев в колесе не более 0,2 гм. Венцы для шевронного колеса подбираются с разницей величины радиального биения зубчатого венца относительно базовой поверхности и разницей толщин зубьев венцов с левым и правым углом наклона зубьев не более 0,05 мм. Подобранные по радиальному биению венцы устанавливают на центр синфазно. Венцы крепятся к центру призонными болтами с моментом затяжки от 490.5 до 569 Нм (От 50 до 58 кгс/м), стопорятся стопорными шайбами.
2.4 Подвеска тягового редуктора
Подвеска тягового редуктора предназначена для крепления редуктора к раме тележки, восприятия реактивных сил от действия моментов в тяговом приводе и передачи их на раму тележки, снижения динамической составляющей на подвеске и для компенсации изменения взаимного положения тягового редуктора и рамы тележки.
Тяговый редуктор одним концом опирается через блок зубчатого колеса на ось колесной пары, а другим концом на раму тележки через специальную подвеску с резиновыми шайбами и резинометаллическим 10, амортизатором.
Подвеска тягового редуктора состоит из подвески 4, двух резиновых шайб 2, резинометаллического амортизатора 7, валика 5, дисков I, 3 и деталей монтажа. Подвеска 4 выполнена из поковки с последующей механической обработкой и имеет головку, которой крепится в верхнем корпусе тягового редуктора посредством эксцентрикового валика 5 и амортизатора 7. Схема подвешивания тягового редуктора изображена на рисунке 2.6.
а)
б)
Рисунок 2.6 (а, б) – Схема подвешивания тягового редуктора: 1,3 – диски: 2 – шайба;
4 – подвеска; 5 – эксцентриковый валик; 6 – дистанционное кольцо;
7 – резинометаллический шарнир; 8–гайка
2.5 Механизм передаточный
Механизм передаточный предназначен для передачи крутящегося момента от двигателя на вал шестерни тягового редуктора и обеспечения компенсации относительных перемещений тягового двигателя и редуктора с колесной парой. Компенсация относительных перемещений тягового двигателя и тягового редуктора с колесной парой осуществляется за счет осевой податливости резинокордных дисков в муфте, а при превышении сил трения между сферическими зубьями полумуфты относительно цилиндрических зубьев зубчатого венца, запрессованного во втулку якоря тягового двигателя за счет их проскальзывания.
Механизм передаточный включает в себя зубчатую полумуфту 1, торсионный вал 2 и резинокордную муфту.
Зубчатая полумуфта изготовлена из стали 45, имеет 46 сферических зубьев, нарезанных с модулем 6 мм, термообработанных ТВЧ h 1,5…2, 42…51 HRC.
Торсионный вал соединяется с зубчатой муфтой и ступицей 3 резинокордовой муфты коническими прессоваными соединениями.
Напрессовка ступицы и полумуфты на торсионный вал, а также фланца на вал блока шестерни производится по технологическому процессу завода-изготовителя без подогрева охватывающих деталей гидравлическим способом с созданием осевой силы и одновременным созданием распорного усилия путем подачи масла в зону сопряжения.
Уплотнение масляной ванны зубчатой муфты выполнено с применением резиновой манжеты, установленной в якоре тягового двигателя.
3 КРИТЕРИИ ДИНАМИЧЕСКОГО СОВЕРШЕНСТВА ТЯГОВОГО ПРИВОДА
3.1 Условия работы тяговых передач
Условия работы тяговой передачи определяются тремя основными группами факторов. Первая группа факторов связана с выполнением основного назначения ТП – преобразования и передачи потока энергии от источника к движителю. При этом основные показатели, определяющие нагрузку элементов передачи, непостоянны по абсолютному значению и во времени. В зависимости от режима ведения поезда мощность, реализуемая приводом, тяговый момент и частота вращения могут изменяться в широких пределах. Так, в момент трогания поезда зубчатая передача работает в режиме низких частот вращения и больших вращающих моментов. При движении на максимальных скоростях режим работы зубчатой передачи меняется. Все это затрудняет выбор оптимальной геометрии зуба, типа смазки и так далее.
Кроме того, в процессе работы тяговой передачи может изменяться направление вращения и направление потока энергии. Первое наблюдается при изменении направления движения экипажа, второе – при переходе от тяги к рекуперации. Работа зуба последовательно затрудняет приработку его боковых поверхностей.
Вторая группа факторов обусловлена использованием колесной пары в качестве опорного и направляющего элемента экипажа. В связи с этим неизбежно большее или меньшее число связанных с движетелем элементов тягового привода и прежде всего ТП подвержены вибрациям в вертикальном и поперечном направлениях, задаваемым колесной паре рельсовым путем.
Третья группа факторов связана с климатическими условиями. Температуры, при которых работают отечественные железные дороги, изменяются от минус 55 до плюс 55 С. Непосредственная близость таких источников тепла, как тяговый электродвигатель и тормозные устройства, а также собственное выделение тепла, может существенно увеличивать верхний уровень рабочих температур тяговой передачи.
Длительная работа подвижного состава и пути в условиях низких температур типична для большинства климатических районов Российской Федерации. Как известно, в этих условиях повышается вертикальная жесткость пути (в 3-4 раза по сравнению с летними). Это приводит к высоким возмущениям, передаваемым на элементы ходовых частей, в том числе и на тяговую передачу.
Вода, снег, пыль, содержащие значительное количество абразивных и химически активных частиц, постоянно присутствуют в микроатмосфере, окружающей элементы передачи, а значительные перепады давления, вызванные аэродинамическими явлениями при движении на больших скоростях, способствуют их проникновению во внутренние полости тяговой передачи. Кроме того, тяговая передача является одним из немногих узлов локомотива, плохо поддающимися визуальному контролю не только в движении, но и на стоянке. Увеличение мощности тягового привода при сохранении габаритных ограничений, обусловленных шириной колеи и диаметром колес локомотива, привело к созданию конструкций с высокой степенью использования материалов и заполнения отводимого пространства, что затрудняет возможности визуального контроля.
Таким образом, тяговые передачи работают в исключительно сложных условиях, несоизмеримо более трудных, чем большинство передач других транспортных средств.
3.2 Требования, предъявляемые к тяговым передачам
Основное требование сводится к обеспечению высокой безотказности в работе, так как ТП не резервируется и отказ ее практически приводит к отказу локомотива. Вместе с тем при конструировании ТП обеспечение безотказности не может достигаться любой ценой, необходимо учитывать и экономические показатели. Исходя из этого, стремятся снизить уровень потерь энергии, материалоемкость и трудоемкость при обслуживании и ремонте. Передача должна обладать высоким КПД, так как через нее проходит весь поток полезной энергии. Приемлемыми считаются конструктивные и технологические решения, обеспечивающие высокую ремонтопригодность, контролепригодность и унификацию узлов и деталей.
Важным следствием является ориентация на сокращение числа преобразований потока энергии, что всегда сопряжено с ее потерями. Требования снижения трудоемкости, энергоемкости и материалоемкости предъявляются на стадии производства передачи. Иногда они могут противоречить требованиям эксплуатации. При этом доминирующее значение должны иметь последние, так как в силу длительности периода эксплуатации именно они определяют общую технико-экономическую эффективность локомотива.
3.3 Критерии оценки динамических свойств тяговых приводов
Назначение тягового привода – создание и передача на колесную пару тягового момента, по существу, статического. Кроме статической составляющей, в процессе движения локомотива появляется динамическая составляющая. Она считается вредной и возникает из-за непрямолинейности траектории колеса, кинематического несовершенства схемы или конструкции тяговой передачи и ряда других причин. К вредным нужно отнести также динамические нагрузки, вызванные переменными ускорениями корпусов ТЭД и редуктора. Передачу тягового момента можно было бы осуществить при отсутствии динамических нагрузок, т.е. в стационарных условиях. Поэтому в качестве критериев для оценки динамических качеств привода принимаются отличия действительных условий работы его основных элементов от идеальных стационарных.
Идеальные стационарные условия работы характеризуются отсутствием динамических сил, действующих на корпус тягового двигателя и редуктора, отсутствием динамических составляющих тягового момента и его реакций, соосным расположением ведущих и ведомых валов, а следовательно отсутствием относительных перемещений шарнирных элементов муфт. Учитывая это, для оценки динамического совершенства тягового привода целесообразно принять следующие критерии: степень защищенности тягового двигателя от динамических сил; тоже для тягового редуктора; степень защищенности кинематической цепи, передающей вращение, от динамических воздействий; уровень относительных угловых перемещений шарнирных элементов муфт.
Для количественной оценки динамического совершенства тягового привода принимаются:
а) ускорение центра масс ТЭД и корпуса редуктора;
б) динамический момент на валу якоря ТЭД;
в) угол закручивания шарнирных элементов муфт.
Рассмотрим основные критерии совершенства ТП.