Кинематические схемы механической части тяговых электроприводов

История развития транспортных средств показывает, что при проектировании подвижного состава наиболее важно определить кинематическую связь движущегося колеса с тяговым двигателем. То или иное схемное решение продиктовано обычно назначением транспортного средства либо особенностями конструктивного исполнения его ходовых частей, в частности колес. Общеизвестно, что наибольшей несущей способностью при минимальных массогабаритных показателях обладают жесткие (стальные) колеса. Вместе с гем для них требуется специальная путевая структура — рельсовая колея. Объединение стальных колес в единый элемент (колесную пару) позволяет существенно упростить кинематическую схему тягового привода ведущей оси. Действительно, при вписывании в кривые отпадает необходимость обеспечивать разные угловые скорости вращения внешнего и внутреннего колес, поскольку можно допустить проскальзывание их по рельсу. Проскальзывание колес вызывает дополнительный износ их бандажей, который вполне допустим, если принимать во внимание малую величину коэффициента трения скольжения между ними и путевой структурой (порядка фтр= 0,08) и относительно небольшой разброс в угловых скоростях их вращения.

Примеры кинематических схем тягового привода рельсового подвижного состава для индивидуального и группового их исполнения приведены на рис. 2.3.

Тяговый электропривод (рис. 2.3, а) включает в себя тяговый электродвигатель /, соединенный посредством карданного вала 2 с входной шестерней одноступенчатого редуктора J, выходное зубчатое колесо которого жестко насажено на ось колесной пары.

Групповой тяговый электропривод (рис. 2.3, б) включает в себя тяговый электродвигатель 1 с двумя выходными хвостовиками, соединенными посредством двух карданных валов 2 с входными шестернями угловых одноступенчатых редукторов 3, выходные зубчатые колеса которых жестко насажены на оси колесных пар.

Рис. 2.3. Кинематические схемы индивидуального и группового приводов.

Индивидуальный тяговый привод повышает надежность привода подвижного состава в плане сохранения тягового и тормозного усилий подвижного состава в целом, так как выход из строя, например, тягового двигателя, приведет к потере усилия лишь на одной оси, а нс на всей тележке, как в случае использования группового привода. Однако противобуксовочные свойства индивидуального привода ниже, чем у группового.

Применение на подвижном составе колес с пневматическими шинами приводит к необходимости включать в кинематическую схему ведущей оси осевой дифференциала, поскольку расчетный коэффициент трения, действующий в пятне контакта колеса с путевой структурой (резина-асфальт) и принимаемый обычно ф_тр= 0,75…0,8, показывает, что силы трения велики и вызывают интенсивный износ резины.

На рис. 2.4 показаны варианты кинематических схем тяговых приводов подвижного состава с пневматическими шинами.

Схемы включают в себя: тяговый электродвигатель У, соединенный посредством карданного вала 2 с входным валом центрального редуктора 5, содержащего осевой дифференциал. Передача крутящего момента с редуктора пневмоколеса 5 осуществляется посредством полуосей 4.

Отличие схемы, приведенной на рис. 2.4, б, от схемы рис. 2.4, а заключается в том, что помимо центрального редуктора в схему входят и бортовые редукторы б. Применение бортовых редукторов позволяет перейти от двухступенчатого центрального редуктора к одноступенчатому, уменьшив при этом его массогабаритные показатели.

Рис. 2.4. Кинематические схемы с центральным и разнесенным редуктором.

В случае использования на подвижном составе с пневматическими шинами сдвоенных ведущих осей возникает необходимость включать в схему нс только осевой, но и межосевой дифференциал (рис. 2.5).

Рис. 2.6. Схема мотор-колеса.

Рис. 2.5. Кинематическая схема с осевым и межосевым дифференциалом.

Кинематическая схема включает в себя следующие элементы: тяговый электродвигатель У, соединенный с центральным редуктором 3 первой ведущей оси подвижного состава посредством карданного вала 2; дифференциал центрального редуктора, связанный полуосями с бортовыми редукторами 4, вмонтироваными в пневматические колеса 5, и посредством межосевого дифференциала 6 — со второй ведущей осью, кинематическая схема которой аналогична схеме первой оси.

При использовании на подвижном составе мотор-колес кинематическая схема тягового привода транспортного средства с пневматическими шинами может быть реализована в варианте, показанном на рис. 2.6. Как и в предыдущих схемных решениях, тяговый электродвигатель У соединен с редуктором 3, но без карданного вала, поскольку ось вала тягового двигателя совпадает с осью входной шестерни редуктора. Отличительная особенность последнего — его планетарное исполнение.

В некоторых случаях удается реализовать безредукторный моторколесный тяговый привод, что существенно упрощает его конструктивное исполнение.