Первые|Начало внедрения|Реконструкция тяги|Новые решения|Литература|Страница автора
РЕКОНСТРУКЦИЯ ТЯГИ » ОРП С ПОЛЫМ ВАЛОМ НА ОСИ » ПОЛЫЙ КАРДАННЫЙ ВАЛ » ПОВОДКОВЫЕ
3.3.1.2. Опорно-рамные приводы с полым карданным валом и поводковыми муфтами.
Более универсальным решением явилось применение в качесве полукарданов поводковых муфт с резинометаллическими шарнирами. Поводковые муфты, по сути дела представляют собой модификации пружинных муфт Сешерон и Альстом, в которых пружины заменены поводками; таким образом получаются две разновидности муфт, с односторонним или встречным расположением поводков. Число поводков варьируется в зависимости от соотношения передаваемого момента и расцентровок, а также конструкции шарнира и диаметра колеса, в которое вписывается муфта; минимальное число поводков при одностороннем расположении равно трем (см. рис.), а при встречном - четырем, но чаще всего это 4 или 6 поводков.
В отечественной практике поводковая муфта была впервые использована в тяговом приводе созданного в 1976 г. тепловоза ТЭП75 Коломенского тепловозостроительного завода с конструкционной скоростью 160 км/ч и диаметром колес 1220 мм. В этом приводе муфта, связывающая зубчатую передачу с полым карданным валом, размещена между редуктором и диском колесной пары, а муфта, связывающая полый карданный вал с колесным центром - с наружной стороны колесного центра, сквозь который проходят пальцы полого вала. Поводковые муфты выполнена четырехповодковыми, с односторонним рсположением поводков и цилиндрическими резинометаллическими шарнирами, технология производства которых к тому времени была хорошо освоена на заводе-изготовителе. Ввиду того, что при цилиндрических шарнирах, изготовляемых методом запрессовки, осевые габариты шарниров получаются значительными, один из колесных центров пришлось сделать выпуклым, и ось пришлось удлинить по сравнению с требуемой для опорно-осевого привода. Передаточное число привода 3,12.
С небольшими изменениями привод ТЭП75 был использован для первых серийных тепловозов ТЭП70. Для тяги продолжительного режима 3 т на ось была достигнута удовлетворительная надежность элементов привода. Конструкция привода ТЭП75 обеспечивает удобство обслуживания и замены резинометаллических элементов, потерявших несущую способность. Вместе с тем в индивидуальном приводе пассажирского тепловоза
при использовании цилиндрических резинометаллических шарниров, изготовленных методом запрессовки, конструкция требует применения колес диаметром 1220 мм, что не всегда желательно для пассажирских тепловозов, т.к. увеличивает эксцентриситет рамы относительно автосцепки и, соответственно, изгибающие моменты, действующие на кузов от продольных услилий, а также базу и момент инерции тележки.
Необрессоренная масса для тепловоза ТЭП75 составила 3,4 т. на ось; таким образом, относительная необрессоренная масса для тепловоза ТЭП75 увеличилась на 20%. Необходимо отметить, что это явилось не следствием каких-то недостатков привода с полым карданным валом, а результатом повышения тягового усилия и требований к долговечности привода; с другой стороны это говорит о том, что достоинства конструкции поводковой муфты зависят главным образом от конструкции и технологии изготовления резинометаллического шарнира, который становится ключевым элементом привода.
Аналогичный привод был использован для экспериментального грузового электровоза ВЛ81 производства НЭВЗ с диаметром колеса 1250 мм. Благодаря меньшей длине тягового двигателя колесный центр сделан плоским. Резинометаллические шарниры также изготавливались методом запрессовки. Соответствено, неподрессоренная масса составила 3,1 т., что несколько меньше, чем у ТЭП75. Динамическая составляющая крутящего момента в приводе, по данным ВНИИЖТ, составила порядка трети от часового момента, что можно считать хорошим показателем защищенности привода от колебаний пути. Однако при требуемой силе тяги часового режима, равной 6,5 т. на ось (более чем вдвое больше, чем для ТЭП75) деформации резины в резинометаллических шарнирах достигли уровня деформации резины в шарнирах тепловоза ТЭП60, что на момент создания электровоза ВЛ81 (1976 г.) уже считалось неудовлетворительным. После прошедших в 1978 году испытаний на электровозе ВЛ81 опорно-рамный тяговый привод был заменен на опорно-осевой.
В связи с этим в тяговом приводе электровоза ВЛ84 диаметр колес был увеличен до 1350 мм, что позволило разместить поводковую муфту, имеющую достаточную долговечность (напряжения в резиновых втулках получались вдвое ниже, чем для электровоза ВЛ81). При испытаниях динамическая составляющая крутящего момента от колебаний тележек составила около 60% от часового момента, что также можно считать хорошим показателем защищенности. Следует отметить, что собственная частота колебаний тягового привода (6,28 Гц) оказалась достаточно близкой к частоте галопирования тележки (4,8-5 Гц), что и обусловило относительно высокий динамический момент.
За счет увеличения массы колес было в значительной мере утрачено такое преимущество тягового привода с полым валом, как минимальная необрессоренная масса; у электровоза ВЛ84 она составила 3,8 т, и по показателю относительной необрессоренной массы привод электровоза ВЛ84 всего лишь на 5% лучше тягового привода тепловоза 2ТЭ121 с осевым редуктором.
Увеличение диаметра колес и, соответственно, момента их инерции привело и к увеличению напряжений в оси в режиме автоколебаний при боксовании. Кроме того, увеличились габариты и масса тележки. В итоге грузовые электровозы с диаметром колеса 1350 мм в отечественной практике далее не строились, а на грузовых электровозах НЭВЗ в дальнейшем (включая первое десятилетие 21 века) использовался опорно-осевой привод с диаметром колеса 1250 мм. Таким образом, простое увеличение поводковой муфты по диаметру осей шарниров с 0,6 до 0,7 метра не было выходом для создания опорно-рамного привода с полым валом для грузовых локомотивов; требовалось повышение несущей способности самих резинометаллических шарниров либо поиск иной конструкции полукарданной муфты.
В тяговом приводе скоростного электровоза ЭП200 постройки Коломенского тепловозостроительного завода обе поводковые муфты размещены с внутренней стороны колесных центров диаметром 1250 мм. Резинометаллические шарниры выполнены с наружной цилиндрической и внутренней сферической поверхностью, что сделано для снижения краевых деформаций резины в шарнирах. Большие осевые смещения полумуфт обусловлены спецификой тележки электровоза ЭП200, колесные пары которой попарно связаны балансирами в вертикальном и поперечном направлениях. Зубчатое колесо выполнено шевронным и составлено из двух венцов со встречным наклоном зубьев. Подшипники роликовые цилиндрические, с раздельной смазкой, осевой люфт в подшипниках 0,3...0,4 мм. В приводе используется тяговый двигатель НТВ-1000 с часовой мощностью 1000 кВт и максимальной частотой врашения 3100 об/мин. Привод обеспечивал осевую силу тяги в часовом режиме (по результатм испытаний ВНИИЖТ) 3,25 тс и конструкционную скорость по экипажу 250 км/ч. В модификации ЭП201 осевая сила тяги в часовом режиме могла быть повышена до 3,63 тс. Передаточное отношение редуктора - 3,37, число зубьев малой шестерни 27, большой 91. Компенсирующие свойства привода соответствовали примененному в буксовой ступени рессорному подвешиванию со статическим прогибом 121 мм.
Значительного повышения несущей способности поводковых муфт можно добиться при использовании сферических резинометаллических шарниров, изготовленных методом вулканизации, преднатяг в которых достигается за счет разрезной наружной обоймы. Примером такого решения может служить привод фирмы Броун-Бовери, в котором такие шарниры использованы в поводковой муфте, соединяющей большое зубчатое колесо передачи с полым карданным валом. Шарниры могут при этом располагаться как с внутренней, так и с наружной поверхности колесного центра. Муфта, соединяющая полый вал с колесным центром, выполнена в виде двух массивных резиновых колец, привулканизованных к металлическим обоймам; предварительное сжатие резины достигается за счет стягивания обойм в направлении вдоль оси колесной пары. Таким образом, массивная резинометаллическая муфта обеспечивает податливость привода на кручение (при этом резина кольца работает на сдвиг), а поводковая муфта обеспечивает компенсацию осевых смещений. Такая деунификация муфт оправдана в случае, если привод должен гасить пульсации момента тягового двигателя, например, при системе электрификации переменным током 16 Гц, используемой в ряде стран Европы.
В другом приводе фирмы Броун-Бовери и Си (BBC), для электровоза E120 с асинхронными тяговыми двигателями, обе муфты выполнены поводковыми, с 6 встречно направленными поводками, с использованием сферических резинометаллических шарниров. Поскольку пуск двигателя производится с использованием широтно-импульсной модуляции, в подавлении пульсаций момента двигателя нет необходимости, поэтому крутильная жесткость валопроводов привода может быть высокой - это также спосособно обеспечить гашение автоколебаний колесной пары при боксовании за счет соударения зубьев передачи. Нагрузочная способность привода достаточна для работы локомотива в грузовом режиме и в то же время обеспечиевает возможность работы в качестве скоростного пассажирского локомотива. Зубчатая передача выполнена шевронной, большое зубчатое колесо имеет два зубчатых венца со встречным наклоном зубьев.
Передачу электровоза Е120 можно отнести к весьма совершенным конструкторским решениям привода с поводковой муфтой, что опять-таки достигнуто в первую очередь за счет использования сферических резинометаллических шарниров.
