Первые|Начало внедрения|Реконструкция тяги|Новые решения|Литература|Страница автора
РЕКОНСТРУКЦИЯ ТЯГИ » ОРП С ОСЕВЫМ РЕДУКТОРОМ » ГИДРОПЕРЕДАЧА
3.4.3. Особенности привода с осевым редуктором при гидропередаче.
В период реконструкции тяги основным типом гидропередачи, используемой для железнодорожных экипажей, становится гидродинамическая передача, валы которой располагаются вдоль оси пути. Обычно число гидропередач принимается равным числу дизелей на экипаже (как правило, 1 или 2), а сама гидропередача в случае привода с осевым редуктором на тележечных экипажах обычно располагается на главной раме локомотива.
В общем случае углы излома карданных шарниров получаются относительно большие - в карданных валах, передающих момент с кузова на тележку - из-за больших углов поворота и поперечных перемещений тележки, в карданных валах на тележке - из-за малой длины карданов. Кроме того, в ряде случаев по условиям компоновки требуется существенная начальная расцентровка валов. Поэтому в данный период, как правило, использовались карданы с шарнирами Гука, производство которых основано на технологии, применяемой в автомобильной промышленности. В отечественном тепловозостроении тепловозостроительными заводами выпускались лишь те карданы, которые не могли быть заказаны в автомобильной промышленности. (2000-8000 кгс*м по пределу текучести), а на узкоколейных тепловозах использовались освоенные производством автомобильные карданы. На рисунке показаны карданы (сверху вниз соответственно) ВК-80, ВК-40 и ВК-21, изготовлявшиеся именно на локомотивостроительных заводах. Принципиально они не отличаются от автомобильных. При выборе или проектировании карданов необходимо учитывыать следующие специфические условия работы их на локомотиве:
- удары на стыках, при которых корпус осевого редуктора может испытывать ускорения в десятки g;
- кратковременные динамические моменты при автоколебаниях привода при боксовании, которые могут в 3-4 раза превышать расчетный статический момент по сцеплению;
- динамические нагрузки от кинематического несовершенства карданной передачи, неровностей пути (при вертикальной тяге) и пересопряжения зубьев редукторов.
Карданный привод тепловозов с гидропередачей является многомассовой системой с рядом собственных частот, в котором могут возникать резонансные явления. В нашей стране исследование и компьютерное моделирование таких приводов началось примерно с 1960 года (на аналоговых вычислительных машинах).
Наиболее простой схема привода получается при двухосных локомотивах в жесткой раме - гидропередача и два осевых редуктора. На рисунке изображен привод тепловозов ТГК2 и ТГМ61 с одноступенчатыми осевыми редукторами. Подобная схема применялась на поставляемых в СССР ромышленных тепловозах завода Иенбахер Верке, двухосных автомотрисах АС1, путевой технике и целом ряде других аналогичных экипажей. Осевые редукторы могли быть и двухступенчатые.
Сходная схема привода широко использовалась и при тележечном экипаже для двухтележечных четырехосных магистральных тепловозов и дизель-поездов, но уже по другим соображениям. Значительная осевая мощность, требуемая в магистральном движении, зачастую могла быть реализована лишь при двух дизелях, по одному на тележку. Соответственно, дизель соединялся со своей гидропередачей (которых тоже было по одному на тележку), а гидропередачу компоновали так, чтобы выходные валы оказались в центре тедежки между колесными парами. Это позволяло обойтись без раздаточных редукторов, сократить до минимума число карданных валов, полностью их унифицировать, и, кроме того, мощность, передаваемая каждым карданом, не превышала осевой. осевые редукторы, как правило, двухступенчатые. На рисунке показана передача тепловоза отечественного тепловоза ТГ100 Луганского тепловозостроительного завода (1959 г.). Аналогичная передача была применена также на тепловозах ТГ102, французских тепловозах BB69000 и т.п.
В варианте, когда силовые установки размещены друг к другу гидропередачами, требуется то же самое количество валов для передачи момента с гидропередачи на тележки, однако валы при этом нагружены неравномерно. Вал, передающий момент с гидропередаче на ближний осевой редуктор, должен передавать вдвое больший момент, чем вал между осевыми редукторам. Достоинством же этой схемы является возможность сочленения всех осей уравнительным карданным валом между двумя гидропередачами. Подобная схема в отечественной практике была использована на тепловозе ТГ16.
Для маневрово-промышленных четырехосных тепловозов, где, как правило, требуется один дизель, одной из наиболее распространенных является схема с последовательной передачей мощности с гидропередачи на осевой редуктор ближайшей оси тележки, а от него - на осевой редуктор следующей оси. Для тепловозов широкой колеи, чтобы увеличить длину кардана, передающего момент с гидропередачи на тележку, осевой редуктор на ближней к гидропередаче оси ставили такой стороной, чтобы расстояние от фланца вала редуктора до фланца вала гидропередачи было наибольшим.
На узкоколейных отечественных тепловозах и тепловозе ТГМ40, в связи с небольшой базой тележки, осевые редукторы были развернуты в одну сторону, для увеличения длины межосевого карданного вала. По своим динамическим свойствам эта схема не отличается от предыдущей.
В зарубежной практике в данный период для однодизельных четырехосных тепдловозов использовались аналогичные варианты данного привода. Примером может служить на построенный в 1964 году фирмой MAK (ФРГ) тепловоз серии 290 мощностью по дизелю 1100 л.с. (см. рис.), тепловоз серии 216 и другие.
Другим часто применяемой в зарубежной практике вариантом такого привода стала схема, при которой ближний к гидропередаче осевой редуктор выполняет роль раздаточного, и от его малой шестерни тихоходной ступени приводится межосевой карданный вал. Осевой редуктор дальней от гидропередачи оси получается одноступенчатым. Эта схема использовалась ради того, чтобы опустить межосевой кардан ниже и создать удобство для компоновки шкворневого узла тележки. При этом осевые редукторы деунифицируются. Схема применялась, например, на маневровых тепловозах LDH-70 монщостью 700 л.с. (см. рис.) и L-45H (450 л.с.) производства завода им. 23 августа (СРР), на тепловозах DD-20 мощностью 1000 л.с. фирмы "Кися Сейдзе Кайся" (Япония), тепловозе SI 1050 л.с. производства фирмы Brush (Англия).
Довольно редко в данном периоде встречается сочетание привода с осевым редуктором и спарникового. Одним из таких исключений является тепловоз серии BB71000, выпущенный в 1965 г. во Франции для железных дорог с небольшой осевой нагрузкой (13,5 т). В его приводе момент передается от карданного вала с гидропередачей на осевой редуктор дальней от гидропередачи колесной пары тележки, которая связана с другой колесной парой тележки спарниковой передачей. Такая сложная компоновка связана с необходимостью использования тележки типа Даймонд, из-за чего карданный вал должен был проходить выше тележки, и не оставалось места для межосевого кардана.
В 50-60-е гг. 20 века в связи с дороговизной меди в странах Европы и в Японии, не имеющих крупных собственных месторождений, и дефицитом меди в СССР в обстановке "холодной войны" было создано много экспериментальных и серийных шестиосных локомотивов с гидропередачей. Ввиду большого разнобразия схем передачи расмотрим лишь некоторые из них.
Последовательная передача мощности без использования раздаточных редукторов для трехосных тележек встречается редко из-за снижения к.п.д. при передаче мощности к удаленной колесной паре. Исключений относительно немного. Из мощных локомотивов, например, следует отметить экспериментальный магистральный тепловоз СС80000 мощностью 3100 л.с., произведенный фирмой Ательер де Монтирел в 1967 году во Франции (см. рисунок вверху).
К числу серийных машин с данной компоновкой, например, относится пятиосный маневровый тепловоз DE-10 (Япония, 1966г.) мощностью 1250 л.с., с двухосной и трехосной тележками и небольшой осевой нагрузкой (13 т). В данном случае последовательная передача мощности более оправдана, поскольку лишь одна колесная пара отделена от гидропередачи двумя промежуточными осевыми редукторами.
Гораздо более распространенной явилась схема, при которой крутящий момент от гидропередачи передается на один раздаточный редуктор а от него, соответственно, на один и на два последовательно соединенных валами осевых редуктора. Схема, при которой раздаточный редуктор находится между второй и третьей колесными парами первой по ходу тележки (и симметрично - на задней), была использована на экспериментальном маневровом тепловозе ТГМ10, выпущенном БМЗ в 1961 г. Расположение раздаточного редуктора ближе к гидропередаче позволило использовать для ТГМ10 тележку с передачей силы тяги через высокий шкворень, разработанную ранее для тепловозов с электропередачей ТЭ3, ТЭМ1 и ТЭМ2, т.к. при этом раздаточный редуктор располагался до шкворневого узла.
Следует отметить, что в последнее время, благодаря совершенствованию технологии изготовления узлов передачи, схема с последовательной передачей мощности в трехосной тележке снова привлекла внимание конструкторов. Она была использована фирмой Voith Turbo в новом семействе магистральных локомотивов Maxima мощностью до 5000 л.с. по дизелю (см. выше).
В зарубежной практике на тепловозах с гидропередачей широко использовались специально спроектированные бесшкворневые трехосные тележки, обеспечивавшие конструкторам большую свободу в расположении элементов карданной передачи. В таких случаях часто использовалась компоновка, при которой раздаточный редуктор находится за первой по ходу колесной парой, при этом в валопроводе от гидропередачи до раздаточного редуктора может использоваться промежуточная опора. Например, она была использована на построенном в 1959 г. и закупленном в СССР маневровом тепловозе фирмы Зимеринг-Грац-Пауэр (Австрия) мощностью 1100 л.с. и имевшем на отечественных ж.д. серию АМГ5.
Фирмой Хеншель (ФРГ) данная компоновка использовалась в двухдизельном тепловозе 4000 л.с., поставленном в 1962 г. в СССР и получившем на отечественных ж.д. серию ТГ400. В связи с большей мощностью и габаритами осевого редуктора на этом тепловозе расстояние между первой и второй колесными парами передней по ходу тележки было увеличено.
В отечественной практике данная схема использовалась на построенном в 1961 году Луганским тепловозостроительным заводом опытном тепловозе ТГ106 мощностью 4000 л.с., при этом удалось вписать раздаточный редуктор в сравнительно небольшое межосевое расстояние (1900 мм). Устройства передачи тяги были выполнены в виде четырех пружинных поводков, буксовое подвешивание - двухступенчатое.
В случаях, когда дизель можно было разместить в середине тепловоза, а гидропередачу - над тележкой, ее стремились размещать на месте раздаточного редуктора, чтобы она могла его заменить. Такая компоновка была использована на опытном тепловозе ТГ105 Луганского тепловозостроительного завода в 1961 г. (см. рис.) и газотурбовозе ГТ101 того же завода, на котором гидропередача располагалась между первой и второй колесной парой передней по ходу тележки.
Схема, при которой редуктор средней оси выполняет одновременно роль раздаточного, была использована на тепловозе фиомы MaK G3000, поступивший в СССР под серией ТГ300. Данная компоновка была использована для того, чтобы иметь возможность применить шкворневую тележку. В тихоходных ступенях редуктора была применена цилиндрическая зубчатая передача.
В пассажирском тепловозе ТГП50 для снижения необрессоренной массы осевые редукторы были выполнены одноступенчатыми, и применено два раздаточных редуктора. Поскольку карданы между осевыми и раздаточными редукторами получились небольшой длины, реактивные тяги осевых редукторов выполнены вертикальными. Ввиду сложности данная схема не нашла распространения.
К типичным осевым редукторам тепловозов с гидропередачей можно отнести осевой редуктор, применяемый на отечественных тепловозах ТГМ6А, ТГМ4, ТГМ8Э и ТГМ12. Быстроходная ступень редуктора - коническая, с круговым зубом, тихоходная - цилиндрическая. Передаточное число конической ступени близко к 1, т.к. увеличение диаметра ведомого конического колеса в первой ступени ведет к увеличению общих габаритов редуктора. Это обстоятельство ограничивает передаточное число таких редукторов величинами немногим более 4. Корпус редуктора литой. Система смазки - комбинированная, от насоса и специальных ванн. В редукторе использованы радиальные роликовые подшипники для восприятия радиальных нагрузок и радиальные шариковые - для восприятия осевых. Редукторы тепловозов ТГМ4А и ТГМ14 аналогичны по конструкции приведенному, но рассчитаны на передачу меньших моментов. Осевые редукторы тепловозов ТГМ3А и ТГ102 выполнены по той же схеме, но отличаются решениями некоторых узлов и деталей (например, нет масляного насоса).
В тяговом редукторе тепловоза ТГ16, в основном выпускавшегося для дорог узкой колеи, конической выполнена тихоходная ступень, а быстроходная - цилиндрической. Это принципиально позволяет увеличить общее передаточное число редуктора без увеличения его общих габаритов. В тихоходной ступени для восприятия осевых нагрузок, которые для конических колес будут выше, чем для цилиндрических, используются пары конических роликовых подшипников. По аналогичной схеме создан осевой редуктор тепловозов ТУ7А, ТУ6А, ТГМ40, с передаточным числом больше 6, а также осевой редуктор дизель-поезда ДР1.
Осевые редукторы, которые выполняют одновременно функции раздаточных, могут быть выполнены как двухступенчатыми (слева), так и трехступенчатыми (справа). В первом случае редуктор выполнен двухпоточным, с двумя раздельными цилиндрическими передачами на выходные фланцы, во втором случае межосевые карданные валы присоединяются к проходящему насквозь через корпус редуктора валу второй ступени.
Одноступенчатый осевой редуктор на тепловозах ТГК2, дизель-поездах Д1 и т.п. выполнен коническим и имеет сравнительно простое устройство. Масса двухступенчатых осевых редукторов без учета массы колесной пары составляет обычно 1-1,5 т, одноступенчатых - несколько меньше. В начале 80-х гг. А.В. Гудковым (ВНИТИ) предлагалась унификация передач маневровых тепловозов промышленного транспорта на базе редуктора и карданных валов тепловоза ТГМ6А, в точ числе и замена карданными передачами спарниковых механизмов на тепловозе ТГМ23.
В целом к концу периода тяговый привод в тепловозах с гидропередачей становился все более консервативен, от поиска радикально новых решений разработчики перешли к конструктивному совершенствованию и улучшению технологии отдельных узлов и деталей. На рисунке показан современный одноступенчатый осевой редуктор фирмы Voith. От осевого редуктора тепловоза ТГК его отличает лишь реализация большего передаточного отношения за счет улучшения технологии производства зубчатых колес, тщательная проработка подшипниковых узлов и литья деталей корпуса.
