9. ТЯГОВІ ПРИВОДИ ТЗ (ТП)

9.1. Призначення ТП:

ТП - це комплекс обладнання, яке призначене для перетворення електрое­нергії в роботу з подолання опору руху. Структурна схема ТП така:

 

 

 

ТЕД

 

тягова передача

 

ведучі колеса

 

 

де ТЕД (тяговий електричний двигун) - потрібен для перетворення елект­ричної енергії в механічну (електрична частина ТП).

Тягова передача і колеса відносяться до механічної частина ТП - це, як правило, складний механізм, який потребує значних витрат при виробництві, експлуатації та ремонті, а розвинуті в ньому динамічні явища відрізняються ви­сокою інтенсивністю і їх наслідки можуть призводити до зниження надійності РС та безпеки руху.

9.2. Умови роботи ТП:

1) деталі ТП підпадають під дію великих динамічних навантажень, які ви­никають між колесом і колією, значних коливань надресорної будови, буксу­вання;

2) тривалий час знаходяться під дією снігу, пилу, вологості;

3) обмежені габарити і важкодоступні місця під підлогою кузова.

Ці умови виставляють вимоги до ТП як конструкційні так і експлуатаційні.

9.3. Вимоги до ТП:

1) забезпечення необхідної при русі РС свободи переміщень КП відносно рами візка чи кузова;

2) забезпечення оптимальної швидкості обертання якоря ТЕД і відповідно високого к.к.д. передачі;

3) необхідність поглинати частку енергії коливань, які діють в ТП;

4) простота конструкції, мінімальна маса непідресорених частин, малі га­барити, низька енергомісткість, трудомісткість при виготовленні та експлуата­ції, ремонтнопридатність, контролепридатність;

5) допускати таке розташування ТЕД, при якому вони легкодоступні для огляду і ремонту і захищені від снігу, пилу, вологи;

6) пружно зв'язувати якір ТЕД з ТП;

7) забезпечення надійності.

9.4 Класифікація ТП

Класифікацію ТП можна проілюструвати наступною структурною схемою (рис. 9.1).

Зі схеми видно, що ТП класифікуються за декількома основними класифі­каційним ознаками:

9.4.1. За кількістю колісних пар, що приводяться.

9.4.1.1. Індивідуальні приводи - це приводи, коли крутний момент переда­ється на кожну КП від свого ТЕД.

Переваги - більш висока надійність, малі габарити щодо висоти, яка до­зволяє використовувати колеса меншого діаметру, понизити рівень підлоги, проста тягова передача.

Недоліки - низький коефіцієнт використання зчепленої ваги найменш на­вантаженої (лімітуючої) осі (підвищена вірогідність буксування). Вартість і ма­са ТЕД у розрахунку на вісь вища, ніж при груповому приводі.

9.4.1.2. Групові приводи - це приводи, коли крутний момент від одного двигуна передається на дві і більше КП. В цьому приводі недоліки індивідуаль­них приводів усунуті, значно покращені протибуксовочні характеристики, хоча це викликало необхідність ускладнення конструкції тягової передачі.

 

9.4.2. За розташуванням ТЕД - дивись розділ "Конструкція візків".

9.4.3. За видом підвіски ТЕД

9.4.3.1. Рамно-осьова (рис. 9.2) - це підвіска, коли ТЕД 1 опирається з од­ного боку моторноосьовими підшипниками на вісь КП 3, а з другого - пружною підвіскою 4 на поперечну балку рами візка 5.

Рис. 9.2 - Рамно-осьова підвіска ТЕД

Така підвіска найбільш проста за конструкцією, але має велику непідресо-рену вагу (понад 50 % ваги двигуна), а тому - низькі динамічні показники.

9.4.3.2. Рамна - це підвіска (рис. 9.3), коли весь ТЕД 1 жорстко зв'язаний з рамою візка 2. Таким чином 100 % ваги двигуна підресорені і динамічні показ­ники такої підвіски вище попередньої. Але в цьому випадку конструкція тяго­вої передачі більш складна.

Рис. 9.3 - Рамна підвіска ТЕД

9.4.4. За конструкцією зв'язку з тяговим редуктором

9.4.4.1. Безкарданний зв'язок застосовуютьтоді, коли двигун розташованийв у поперечному напрямі (Див. Розділ "Конструкція візків").

9.4.4.2. Карданний зв'язок застосовують коли ТЕД розташований під кузо­вом тролейбуса чи на візку трамваю, а редуктори - на балці ведучого мосту. Взаємне розташування валів ТЕД та редукторів не залишається постійним, тому що між кузовом 1 тролейбуса чи рамою візка трамваю (рис. 9.4, а) і редуктором 2 знаходяться пружні елементи 3. Для врахування вертикальних переміщень між ТЕД 4 та редуктором установлюють карданний вал 5 - пристрій, який пе­редає крутний момент між валами, розташованими співосно чи під кутом (у) і змінюючими взаємне розташування в певних межах. Для компенсації кутових зміщень (у) в карданному валі є два карданних шарніра 6, а для компенсації лі­нійних зміщень - шліцьові з'єднання 7.

 

Карданний шарнір 8 (рис. 9.4, б) - кардан, складений з хрестовини 9, яка через роликопідшипники 10 з'єднана з вилкою 11 вала. До валів ТЕД та редук­тора карданний вал закріплюють фланцевими муфтами. Крутний момент (М), який передається з двигуна на колеса, реалізують у вигляді дотичної сили тяги Бк чи сили гальмування Вк через зчеплення коліс з шляховим покриттям.

9.4.5. За конструкцією тягового редуктора

Міцність, габаритні розміри, маса, ступінь використання конструкційних матеріалів електродвигунів, пропорційні швидкості обертання якоря. Останню завжди приймають максимальною за умов механічної міцності та комутаційної стійкості (птах = 4000 об/хв.). Наприклад, тролейбусні двигуни типів ДК- 207Г3 та ДК-210А3 мають п = 3900 об/хв. Оскільки швидкість колеса менша, ніж яко­ря електродвигуна, потрібен редуктор з передавальним числом і > 1. Так, у тя­гового редуктора вагона метро і = 5,5; КТМ-5М - і = 6,15, ЗіУ-9 - і = 11,4.

Тобто, призначення тягового редуктора - зниження швидкості обертання вала ТЕД з пропорційним збільшенням крутного моменту.

Якщо момент на валу двигуна Мдв, то на ведучих колесах:

Мк = Мдв-і-Лпер, (9.1) 2Мк    2Мдв ■ і -лг

а сила тяги Б =

і пер

Д к Д к

де п - ККД передачі, Дк - діаметр колеса.

Остання повинна забезпечити розгін при руханні з прискоренням апуск = 1,0 - 1,3 м/сек , тоді

Мк = Рк й = РУ2Д;       Мдв = ^ = ^ (9.2)

2 2 іЛпер 2іЛ

Бк = М (1 + у) апуск + (9.3)

де \У = и-М - опір руху.

З урахуванням співвідношення пускової сили тяги до номінальної, та пере­вірки з нагріву, вибирають міцність ТЕД РС.

9.4.6. На міському транспорті застосовуються два види приводу коліс ­бездиференціальний та диференціальний. Більш простий за конструкцією без-диференціальний - це привід, в якому два колеса жорстко укріплені на осі ко­лісної пари. Такий привід застосовують на рейковому транспорті.

На безрейковому транспорті застосовують диференціальний привід - коли вісь колісної пари розділена на дві півосі, а між ними встановлюють диференці­ал.

Диференціалом тягової передачі називають механізм, що забезпечує задане (звичайно - рівномірне) розподілення крутного моменту, який передається на ведучі колеса при їх коченні без буксування. Це необхідно при повороті і русі нерівностями шляху, коли колеса проходять різні відстані.

Принцип дії диференціального механізму можна розглянути на кінематич­ній схемі заднього моста тролейбуса ЗіУ-9 (рис. 9.5).

Ведуча шестерня 2 центрального редуктора з'єднана карданним валом з ТЕД і встановлена на підшипниках 3 в картері 4, закріпленому на балці 6 веду­чого моста. Зубчате колесо 18, зв' язане болтами з диференціальною коробкою 17, встановлене на підшипники 16,20 в картері редуктора. Механізм диферен­ціалу складається з хрестовини, на чотирьох шипах якої насаджені сателіти 5, і двох півосевих шестерень 19, зв'язаних шліцьовими втулками 21 з півосями 1. Шипи хрестовини закріплені в диференціальній коробці 17. Тому зубчате коле­со 18 обертає водило разом з диференціальною коробкою весь диференціаль­ний механізм. Сателіти 5 поділяють навантаження, що передається на них від коробки диференціала, порівну між півосевими шестернями правого і лівого ходових коліс 10, встановлених на маточинних підшипниках 9, визначивших рівняння крутним моментом та переданих на рухомі колеса.

Бортовий редуктор являє собою планетарний механізм. Піввісь передає від центрального редуктора крутний момент на сонячну шестерню 7, що знахо­диться в зачепленні з сателітом 8 і коронною шестернею 13. Сателіти 8 переда­ють крутний момент з сонячної шестерні через валики 11 на водило 12, зв' язане болтовим кріпленням 14 з маточиною 15 ведучого колеса.

При повороті екіпажу вліво ліва піввісь затримує своє обертання, а права буде обертатися швидше. Одночасно збільшиться швидкість обертання правої півосьової шестерні і, відповідно, зменшиться число обертів лівої півосьової шестерні. При цьому сателіти будуть обертатися навколо своєї осі з якимось числом обертів.

В цьому випадку приріст числа обертів півосі можна знайти за формулою:

Аи = ис^, (9.4)

де 2С - кількість зубців;

ис - частота обертання сателітів;

2ш - кількість зубців півосьової шестерні.

Число обертів півосей будуть мати такі значення:

правої ип = ик + Аи = ик + ис—°-

2ш'

А 2

лівої пл = пк - Ап = пк - ис—°-

Склавши ліві і праві частини рівнянь, знайдемо:

Пп + Пл = 2пк, (9.5)

тобто сума чисел обертів півосей залишається незмінною і дорівнює по­двійному числу обертів диференціальної коробки.

Обертаючий момент, підведений до диференціала Мдиф за однакової швид­кості обертання півосей, дорівнює:

Мдиф = Мл + Мп; Мл « Мп (9.6)

Якщо не враховувати втрат на тертя в диференціалі, то як за однакових, так і за різних частот обертання півосей диференціал порівну розподіляє обер­таючий момент Мдиф між ними. Рівність моментів Мп і Мл пояснюють тим, що сателіт представляє собою рівноплечий важіль, до середини якого прикладене зусилля з боку хрестовин, а по кінцям діють реакції з боків зубців напівосьових шестерень.

В свою чергу момент, підведений до кожної півосі, залежить від передава­льного числа редуктора і:

Мп ~ Мл ~ —^, (9.7) де г|м - ККД тягової передачі.

В дійсності за різної частоти обертання півосей в механізмі диференціала з'являться втрати на внутрішнє тертя.

У цьому випадку при симетричному диференціалі, застосованому в тро­лейбусі, півосьові шестерні та півосі, які мають більшу частоту обертання, бу­дуть передавати момент:

М' = 0,5 (Мдиф - Мт) (9.8) де Мт - момент тертя, який виникає в диференціалі при відносному обер­танні напіввісей з різним числом обертів. Півосьові шестерні та півосі, що ма­ють меншу частоту обертання, будуть передавати момент:

М" = 0,5 (Мдиф + Мт) (9.9)

Здійснивши віднімання М' з М" одержимо:

М" - М' = Мт (9.10) Коефіцієнт корисної дії диференціалу:

Л =1 -^ = 1 -^3-. ПП" (911) Лдиф   1   N      1   2М        п    ' ( )

де Nт - міцність тертя, що виникає в диференціалі за пл ф пп.

п', п'' - частоти обертання відповідних напівосьових шестерень; - міцність надана диференціалу.

Недоліки - при руханні з місця на слизькому шляху часто виникає буксу­вання одного з ведучих коліс, які знаходяться на ділянці шляху з меншим кое­фіцієнтом зчеплення, чи менш навантаженого. Сумарна сила тяги екіпажу в цьому разі знизиться і буде визначатися тягою, яку дає буксуюче колесо, що має менше зчеплення зі шляхом. Із-за неспроможності використовувати силу тяги небуксуючого колеса екіпаж може спинитися, або не рушити з місця.

9.4.7. Півосі та їх розрахунок

Півосі призначені для передачі обертаючих моментів від диференціалу до ведучих коліс рухомого складу при тяговому режимі та від ведучих коліс до диференціалу - при гальмовому режимі.

На сучасних тролейбусах, які мають значні вагові навантаження, застосо­вують тільки розвантажені півосі, які не несуть згинаючих зусиль, тобто не ді­ють на згин. Цю функцію несуть їх кожухи, в яких півосі обертаються на під­шипниках. Обидва кінця півосі 1 (рис. 9.5) мають шліци 21, за допомогою яких вона з'єднується з півосевою шестернею 19 і сонячною шестернею 7 ведучого колеса 10 і передає крутний момент.

Півосі тролейбуса розраховують на кручення.

Напруження кручення

 [МПа], (9.12)

\Укр = —- - момент опору перерізу внутрішнім діаметром ав. 16

Кут закручення

Ф = Мдиф^, [рад] (9.13)

де Ь - довжина півосі, м;

0 - модуль пружності другого роду (модуль зсуву);

1 ■      -        ■ і і - момент інерції перерізу, і = в

Напруження на зріз шліца:

тзр = ^, (9.14)

•      р Мдиф

де сила зрізу Рзр = ———-—

0,5ав • п • к

де п - кількість шліців;

к - коефіцієнт нерівномірностей розподілення навантаження по шліцам

т

(к = 0,7 - 0,8);

- площа зрізу (Р^ = Ш-Д, м2). Напруження зминання:

Озм = рзм . (9.15)

зм

Сила зминання:

Рзм = -МдШ*-. (9.16)

0,25(сїз - ав )п - к ' }

Площа зминання:

= Д-Н, [м2]. (9.17) На тролейбусі півосі не працюють на згин завдяки конструкції моста, тому

і розрахунку на цей вид деформації не підлягають.

Напруження т; тзр; озм повинні бути менше допустимих для легованої сталі

40Х або 40ХНМ, з якої їх виготовляють.