Первые|Начало внедрения|Реконструкция тяги|Новые решения|Литература|Страница автора
РЕКОНСТРУКЦИЯ ТЯГИ » ОПОРНО-ЦЕНТРОВОЙ ПРИВОД
3.2. Опорно-центровой привод.
Опорно-центровой привод - это модификация опорно осевого привода, в которой жесткое опирание тягового электродвигателя одной стороной на ось колесной пары заменено упругим опиранием на колесные центры через полый вал и упругие элементы.
Создание опорно-центрового привода, с одной стороны, было продиктовано необходимостью в услових повышения скоростей движения поездов:
- снизить динамические воздействия на коллекторный тяговый электродвигатель, недостаточно устойчивый к вибрациям и ударам из-за сложности конструкции;
- снизить воздействие необрессоренной массы двигателя на путь;
- упростить переход на моторно-осевые подшипники качения за счет снижения динамических нагрузок на них;
- в то же время сохранить минимальную величину централи близкой к достигаемой в опорно-осевом приводе.
С другой стороны, основной предпосылкой развития опорно-центровых приводов явилось использование высокоэластичных материалов, позволяющих создавать упругие элементы любой заданной формы.
Типичным примером такого привода является привод Сименса, в котором в качестве упругой опоры использовано восемь сегментных резино-металлических блоков, расположенных с наружной стороны каждого колесного центра и соединенных с полым валом через кронштейны, проходящие в отверстия в колесном центре. При воздействии веса и реакции от тягового электродвигателя блоки работают на сжатие, а при передаче тягового момента - на сдвиг.
К достоинствам данной конструкции является большой размер резиновых блоков, размещенных снаружи колесного центра, их доступность для осмотра и замены, а также легкость охлаждения набегающим воздухом. С другой стороны, данная конструкция имеет детали сложной конфигурации и требующие большого объема механической обработки; кроме того, она требует больших секторных окон в дисках колесных центров.
На следующем рисунке изображена более простая конструкция опорно-центрового привода, разработанная в 50-х годах 20 столетия для моторных вагонов электропоездов. В ней резинометаллические элементы выполнены плоскими и размещены вертикально; они монтируются через окна в колесных центрах, а преднатяг достигается при установке крышек. Резинометаллические элементы работают на сдвиг как под действием веса двигателя, так и при передаче момента. Благодаря вертикальному расположению плоских резиновых элементов размеры конструкции в осевом направлении минимальны. Конструкция имеет малые габариты в длину. Недостатком конструкции является то, что колесные центры и полый вал нагружены усилиями преднатяга элементов, а также то, что резинометаллические элементы менее доступны для осмотра, хуже охлаждаются и могут дополнительно разогреваться от действия колодочных тормозов.
В связи с этим в передаче Эрликона, использованной на моторных вагонах электропоездов Z 7100 ж.д. Франции, был применен привод, в котором вертикальные упругие элементы размещены с обоих сторон колесного центра и прижаты к нему шайбами, размещенными на пальцах полого вала. В этом случае элементы при передаче веса двигателя и крутящего момента также работают на сдвиг, но усилия преднатяга в каждой паре элементов взаимно компенсируются. Привод также легко вписывается в габариты колесного центра.
Недостатком привода является необходимость делать большие отверстия в диске колесного центра. Кроме того, ухудшаются условия охлаждения резиновых элементов, а размеры элементов ограничены необходимостью вписывания в диск колесной пары.
На тепловозе 6800 ж.д. Франции применена другая модификация этого привода, в которой вертикальные упругие элементы зажаты в обоймах, размещеннных снаружи диска колесной пары. В этом случае появляется возможность увеличить размер упругих элементов, а отверстия в колесных центрах достаточно сделать только для полых втулок обойм. В результате механизм воспринимает силу тяги и вес электродвигателя, которые для привода тепловоза выше, чем для привода моторвагонного подвижного состава. Недостатком конструкции является увеличение размеров узла в осевом направлении.
В приводе электровоза Е11 завода им. Г. Беймлера в ГДР в качестве упругого элемента было использовано коническое резинометаллическое кольцо, которое размещено с внутренней стороны спицевого колесного центра и крепится к его кольцевому выступу. Такая конструкция также проще по сравнению с конструкцией Сименса, однако при этом также ухудшается охлаждение кольца, усложняется его осмотр и демонтаж при ремонте. Указанные недостатки компенсируются тем, что резиновый элемент имеет большие размеры и за счет этого - меньшую нагруженность. Резина в элементе при восприятии веса двигателя работает на сжатие и сдвиг, при передаче крутящего момента - на сдвиг. По результатам испытаний, частота собственных колебаний двигателя этого привода по низшей форме составляет примерно 8,5 Гц, что обеспечивает хорошую защиту от колебаний необрессоренных масс на неровностях пути.
Для отечественных локомотивов было создано несколько проектов и опытных конструкций опорно-центрового привода. В начале 60-х годов был запатентован и спроектирован оригинальный опорно-центровой привод с использованием металлических упругих элементов в виде многовитковых колец из пружинной стали (круглого прутка или плоских лент). По мнению авторов, трение между витками пружинного кольца должно было обеспечивать рассеяние колебаний и предотвращать возникновние резонансов. К недостаткам привода относится возможность возникновения параметрических колебаний из-за циклического изменения жесткости кольца в вертикальном направлении за поворот колеса. Привод не был реализован.
В 1975 г. во ВНИТИ был создан опытный образец опорно-центрового привода тепловоза с использованием в качестве упругих элементов цилиндрических втулок, размещенных в отверстиях колесного центра. При восприятии веса тягового двигателя и передаче крутящего момента резина элеметов работала на сжатие. Такая конструкция отличалась простотой, технологичностью и удобством монтажа элементов. Однако низшая собственная частота вертикальных колебаний двигателя при параметрах амортизаторов, обеспечивающих их надежность при передаче тягового момента, составила примерно 16 Гц, что близко к частоте колебаний необрессоренных масс. В итоге максимальные ускорения двигателя снизились лишь на 15-20%, при этом максимальные радиальные деформации резиновых элементов достигали 15%, что не позволяло ожидать надежной работы привода.
Более удачным оказался опорно-центровой привод ВНИТИ с упругими элементами в виде резинокордных муфт, на которых подвешен полый вал. В этом случае резина элементов работает на сдвиг (в местах присоединения элементов к фланцу). Конструкция этого привода также технологична в изготовлении, а резинокордные элементы были способны обеспечить приемлемый для того времени срок службы привода. Как показали испытания, максимальные ускорения остова двигателя удалось снизить на 35%. Вместе с тем выяснилось, что зазор между полым валом и осью колесной пары должен был более 8 мм, что не позволяло использовать привод для грузовых локомотивов из-за увеличения централи в передаче.
Таким образом, исследования ВНИТИ выявили два противоречия при создании опорно-центровых приводов:
- чем выше отношение крутящего момента на оси колесной пары к массе двигателя, тем ниже эффективность амортизации опорно-центрового привода, поскольку жесткость упругого элемента ограничивается предельными деформациями при реализации тягового усилия;
- чем выше эффективность амортизации опорно-центрового привода, тем меньше у него конструктивных преимуществ по сравнению с опорно-рамным приводом с полым валом, поскольку требуемая величина зазора между полым валом и осью, и, соответственно, минимальная величина централи в зубчатой передаче приближается к аналогичной величине для опорно-рамного привода.
В итоге, опорно-центровой привод превратился в решение, приемлемое для относительной узкой ниши требуемых параметров. В первую очередь в создании опорно-центровых приводов были заинтересованы разработчики электровозов с коллекторными тяговыми электродвигателями переменного тока 16 Гц, имевшими большую массу; кроме того, опорно-центровой привод в этом случае попутно ришал проблему сглаживания пульсаций тягового момента.
В то же время при проектировании не исключен выбор опорно-центрового привода по другим параметрам, например, вследствии того, что у него тяговые двигатели не увеличивают момент инерции обрессоренных масс тележки.
