Первые|Начало внедрения|Реконструкция тяги|Новые решения|Литература|Страница автора
ОТ АВТОРА
Данная работа не является пособием по теории, проектированию, расчету или динамике тягового привода локомотивов и моторвагонного подвижного состава. Ее - дополнить существующую литературу по тяговым приводам, показав логику выбора проектировщиками того или иного решения, в зависимости от имеющихся знаний для проектирования, располагаемой технологической базы для производства подвижного состава и возможностей смежных отраслей, в процессе развития технологии и изменения требований, предъявляемых к конструкции подвижного состава.Под "тяговым приводом" в данной работе понимается преимущественно электрический тяговый привод. Это сделано прежде всего потому, что тяговые приводы локомотивов с гидравлической или механической передачами конструируются в основном из тех же самых элементов, что и электрический тяговый привод. Кроме того, локомотивы с гидро- и механической передачей составляют небольшую часть производимого в настоящее время ассортимента локомотивов, и, более того, электрический привод в последнее время расширяет сферу применения на дизель-поездах.
Олег Измеров.
1. ПЕРВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПРИВОДА
В разделе:
На паровых локомотивах тяговый привод в общем случае не требовался, поскольку движущиеся колеса были одновременно частью теплового двигателя - паровой машины. Промежуточная механическая передача при паровой тяге применялась либо на экспериментальных конструкциях, не получавших развитие, либо на специальных конструкциях (узкоколейные паровозы, бустерные машины на тендере и т.п.), при этом передача считалась нежелательным, вынужденным элементом конструкции.
Только при появлении подвижного состава новых видов тяги - электрической, дизельной (турбинной, моторной) тяговый привод, как отдельное устройство, не относящийся к первичному двигателю, превратился из нежелательного решения в необходимое и создающее дополнительные преимущества.
Первые попытки создать передачу крутящего момента от тягового электродвигателя к колесам приводили к результатам, мало похожим на современные конструкции. Этот период поисков можно назвать предысторией, потому что в это время еще не удалось создать решения, удовлетворявшие всем требованиям производства и эксплуатационников. С более поздними конструкциями их роднит лишь то, что уже на этом этапе тяговые приводы разделились на опорно-осевые, в которых тяговый двигатель полностью или частично непосредственно опирался на ось и тем самым относился к необрессоренным массам, и опорно-рамные, в которых двигатель опирался на раму кузова или тележки и, таким образом, относился к обрессоренным массам.
Исторически самый первый демонстрационный локомотив Сименса в 1879 г. содержал все элементы привода - тяговый двигатель и зубчатые передачи. Привод с зубчатой передачей был использован и на трамвае Пироцкого в 1880 году. Однако первые тепловозы и электровозы приходилось изготовлять на заводах, ранее занимавшихся производством паровых локомотивов, и в распоряжении конструкторов имелось лишь то технологическое оборудование, которое использовалось для производства паровозов. В частности, это порождало трудности с изготовлением зубчатых колес, требуемых для передачи момента от электродвигателя к колесной паре и обеспечения надежности и долговечности такой передачи. Не удивительно, что конструкторы вначале пытались вообще отказаться от какой-либо передачи или максимально использовать "паровозные" решения.
1.1. Опорно-осевой привод.
В первых опорно-осевых приводах безредукторные схемы встречаются так же часто, как и схемы с зубчатой передачей. Опорно-осевой привод без использования редуктора во многих изданиях называют "системы Герлесс", хотя на самом деле "Герлесс" (Gearless) означает лишь то, что в приводе нет зубчатой передачи.
1.1.1. Безредукторный привод с цельным двигателем на оси.
Такой привод были использованы в 1890 году для двигателей электровоза Лондонского метро. При мощности двигателя всего 50 л.с. габариты двигателей получались очень большими из-за низкой скорости вращения. Очень массивные катушки полюсов располагались с одной стороны, и в этом месте двигатель связывался тягой с рамой локомотива. Якорные подшипники для облегчения конструкции располагались не на цельном подшипниковом щите, а на двух консольных кронштейнах. Недостатком конструкции являлась большая неподрессоренная масса и ограниченные возможности увеличивать мощность двигателя при заданном диаметре колеса, что вызывало высокое воздействие на путь и усиление вибраций от поездов, воздействующих на сооружения вблизи путей метро. С другой стороны, в асимметричной компоновке двигателя уже можно видеть некоторые задатки классическкой опорно-осевой схемы привода.
Более удачными были непосредственные приводы первых американских магистральных электровозов. В 1893 году фирма Дженерал Электрик построила небольшие промышленные локомотивы с двумя ведущими осями и непосредственным приводом.
Тяговые двигатели представляли собой двухполюсные машины с вертикально расположенными полюсами.
В 1895 году фирма Дженерал Электрик строит более мощные машины для линии Балтимор - Огайо (см. рис из Scientific American—August 10, 1895). Двигатели имели шесть полюсов и разъемный шестигранный статор и опирались на раму через траверсу и полуэллиптические пружины. Каждый двигатель развивал мощность уже 360 л.с., что позволяло обеспечить пассажирским поездам скорость 56 км/час. Однако дальнейшего развития этот привод также не получил.
1.1.2. Привода с раздельным якорем и остовом.
Стремление снизить необрессоренную массу и одновременно сохранить низкое расположение центра тяжести локомотива (что не позволяли описываемые далее параллельно-кривошипные привода) привела конструктора "Дженерал Электрик" А. Батчелдера к идее разделить тяговый двигатель и разместить якорь двигателя непосредственно на движущей оси, а полюсы поставить на рамных креплениях, как показано на рисунке. При этом колесная пара перемещалась вертикально, вдоль полюсов.
Локомотивы с таким приводом были построены для линии Нью-Йорк Централ в 1904 году. В 1913 году аналогичный привод планировалось применить в разработанном на Коломенском заводе проекте тепловоза Ф. Мейнеке.
Конструкция получалась очень простой и содержала минимум изнашивающихся частей. Но эта простота создавала и ряд серьезных минусов. Во-первых, использование активных материалов двигателя оказывалось плохим из-за малого числа оборотов якоря, наличия всего двух полюсов и необходимости делать зазор между якорем и полюсами слишком большим. Во-вторых, колебания полюсов относительно якоря из-за неровностей пути нарушало коммутацию, т.к. при этом якорь перемещался относительно магнитного потока, менялся воздушный зазор и возникали удары щеток о коллектор. В-третьих, хотя на оси сидел только якорь, но из-за плохого использования активных материалов он все равно получался настолько большим и тяжелым, что его масса вызывала чрезмерное воздействие на путь. Наконец, привод было неудобно ремонтировать, т.к. для снятия якоря двигателя нало было распрессовывать колесную пару. В итоге локомотивы с таким приводом вышли из употребления, а для конструкторов на долгие годы стало непреложным правилом, что при любой передаче якорь и магнитная система тягового двигателя должны быть связаны в одну систему, не допускающую перемещения их друг относительно друга.
1.1.3. Первые опорно-осевые привода классической схемы.
Трехточечное подвещивание тягового двигателя с зубчатой тяговой передачей было изобретено в 80-х годах прошлого века Франком Спрагом (Frank J. Sprague) и в 1887 году было впервые применено на трамваях, отчего в технической литературе его иногда называют трамвайным подвешиванием.
