Принудительная система смазывания моторно-осевых подшипников электродвигателя локомотива
Владельцы патента RU 2255253:
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для циркуляционного смазывания жидким смазочным материалом подшипников скольжения, и может найти применение для смазывания опор скольжения и качения с размещением масляного насоса на детали с вращающимся движением в этих опорах.
Известны устройства для принудительного смазывания подшипника вала редуктора, включающие подпружиненный плунжер, постоянно контактирующий с неподвижной поверхностью, на которой выполнен кулачок, цилиндр плунжера, вращающийся вокруг оси вала смазываемых подшипников, каналы для всасывания жидкого смазочного материала в полость плунжера и нагнетания из полости плунжера к подшипникам вала (см., например, Япония, патент №54-30468, кл. F 16 Н 57/04 от 24.06.75). Пульсирующая подача жидкостного смазочного материала в зону работы подшипника требует точного размещения канала нагнетания, а забивка каналов всасывания и нагнетания продуктами изнашивания может исключить подведение смазочного материала в требуемую зону и нарушить работоспособность подшипникового узла.
Устройство системы смазывания МОП электродвигателя отличается сложностью конструкции. Это, прежде всего, обусловлено установкой насоса на крышке маслосборника, приводом его в действие от оси колесной пары через шестерню, смонтированную на оси колесной пары, необходимостью регулирования зазоров в зацеплении зубчатых колес. Изнашивание вкладышей в процессе эксплуатации нарушает работу зубчатой передачи, что, в свою очередь, ухудшает работу системы смазывания подшипников.
Предлагаемое изобретение направлено на упрощение конструкции устройства смазывания МОП, на повышение эксплуатационной надежности привода насоса системы смазывания, на обеспечение постоянного подведения в зону трения подшипников смазочного материала с требуемым давлением.
Предлагаемое устройство принудительной системы смазывания моторно-осевых подшипников электродвигателя локомотива жидким смазочным материалом, содержащее две польстерные камеры, маслосборник, насос, который приводится в действие от оси колесной пары, клапанную коробку с клапанами, соединенными системой каналов для всасывания и нагнетания смазочного материала с рабочими полостями подшипников, снабжено плунжерным насосом, корпус которого установлен посредством разъемных опор на оси колесной пары, подпружиненный плунжер взаимодействует торцовой поверхностью с кулачком, размещенным на оси колесной пары, при этом ось плунжера перпендикулярна оси колесной пары, а канал нагнетания от клапанной коробки содержит клапан, ограничивающий величину давления смазочного материала.
Решение технической задачи поясняется чертежом, на котором представлена конструктивная схема устройства.
Устройство принудительной системы смазывания моторно-осевых подшипников 1 и 2 на оси 3 содержит плунжерный насос 4 и кулачок 5. Насос 4 включает плунжер 6, клапанную коробку 7 и пружину 8. Корпус насоса 4 связан с осью 3 посредством разъемных опор 9. Конструктивно опоры 9 могут быть выполнены с опорными поверхностями скольжения или качения. Клапанная коробка 7 содержит всасывающий 10 и нагнетательный 11 клапаны. Кулачок 5 для монтажа на ось 3 может быть выполнен разъемным. Система смазывания включает каналы всасывания 12 и нагнетания 13. Канал нагнетания соединен с клапаном 14, ограничивающим величину давления смазочного материала, подаваемого в подшипники.
Перед работой системы смазывания регулируют минимальную величину сжатия пружины 8, например, подкладкой на торцовой поверхности плунжера 6 и максимальную величину давления нагнетания предохранительным клапаном 14.
Устройство работает следующим образом.
При вращении оси 3 кулачок 5 взаимодействует с торцовой поверхностью плунжера 6, при этом плунжер 6 совершает рабочий ход, сжимая пружину 8. Из маслосборника через канал 12 и клапан 10 смазочный материал всасывается в рабочую полость плунжера 6, затем нагнетается через клапан 11 в канал 13 и подается в рабочие полости подшипников 1 и 2. При превышении величины заданного давления в нагнетательных каналах срабатывает предохранительный клапан 14 и смазочный материал стравливается через канал 15 в маслосборник. Нагнетаемый насосом 4 смазочный материал по каналам и зазорам в подшипниках поступает в польстерные камеры и маслосборник.
Таким образом, крепление корпуса насоса посредством опор, размещенных на оси колесной пары, привод насоса от кулачка, которым снабжена ось колесной пары, обеспечивают компактность устройства, удобство его регулирования, а введение клапана, ограничивающего величину давления смазочного материала, способствует повышению эксплуатационной надежности привода насоса в системе принудительного смазывания моторно-осевых подшипников электродвигателя локомотива.
Принудительная система смазывания моторно-осевых подшипников электродвигателя локомотива жидким смазочным материалом, включающая две польстерные камеры, маслосборник, насос, который приводится в действие от оси колесный пары, клапанную коробку с клапанами, соединенными системой каналов для всасывания и нагнетания смазочного материала с рабочими полостями подшипников, отличающаяся тем, что снабжена плунжерным насосом, корпус которого установлен посредством разъемных опор на оси колесной пары, подпружиненный плунжер взаимодействует торцовой поверхностью с кулачком, размещенным на оси колесной пары, при этом ось плунжера перпендикулярна оси колесной пары, а канал нагнетания от клапанной коробки содержит клапан, ограничивающий величину давления смазочного материала.
Моторно-осевой подшипник с польстером
Конструкции МОП различают по системам их смазки. Так, на тепловозах старой постройки ТЭЗ и 2ТЭ10Л, оборудованных тяговыми электродвигателями ЭДТ-200Б и ЭД-107 (соответственно), шейки смазывают с помощью набивки из шерстяной пряжи.
Моторно-осевые подшипники смазывают осевой смазкой марки Л, 3 и С в зависимости от времени года. Уровень смазки в масляной ванне контролируется по стержню 10 поплавка при открытии крышки 8 или щупом. Пробка 11, расположенная в самой низкой части корпуса, служит для слива масла и конденсата.
К недостаткам фитильной подачи масла следует отнести замасливание (уплотнение) трущихся частей польстера, а также неудобство контроля зазора на «масло» в подшипнике в эксплуатационных условиях, что отрицательно сказывается на надежности экипажной части тепловозов.
Как отмечалось ранее (см. «Локомотив» № 8, 2007 г.), для повышения надежности колесно-моторных блоков грузовых тепловозов 2ТЭ10У и 2ТЭ116 начиная с 1986 г. стали устанавливать модифицированные тяговые электродвигатели постоянного тока ЭД-118Б с принудительной смазкой МОП.
Дополнительно к польстерной (фитильной) системе смазки, как на двигателях ЭД-118А, в средней части оси колесной пары каждого колесно-моторного блока с ЭД-118Б установлен маслосборник вместимостью 35 л. На крышке маслосборника смонтирован шестеренчатый масляный насос, имеющий механический привод от оси колесной пары посредством пары зубчатых колес (редуктора).
При движении тепловоза шестеренчатый масляный насос подает масло из маслосборника по каналам в польстерные камеры, откуда самотеком через окна во вкладышах масло проникает в зазор между осью колесной пары и вкладышами МОП. В результате создается так называемый масляный клин, обеспечивающий жидкостное трение.
Отработанное масло по каналам сливается в маслосборник. Таким образом, круг циркуляции смазки образован каналами, соединяющими оба МОП с маслосборником, масляным насосом, маслосборником и польстерным устройством.
Так как производительность масляного насоса зависит, в первую очередь, от частоты вращения колесной пары (скорости движения), принудительная система смазки обеспечивает надежную работу МОП двигателей ЭД-118Б лишь при достижении скорости движения тепловоза примерно 25 км/ч. В период разгона и работе тепловоза при меньших скоростях подача смазки к вкладышам МОП осуществляется польстерной системой смазки так же, как и на двигателях ЭД-118А.
Необходимо заметить, что вкладыши МОП двигателей ЭД-118Б выполнены биметаллическими с заливкой баббитом марки Б83 толщиной 2,5 мм. Такая конструкция вкладышей позволяет уменьшить вероятность задиров шеек осей колесных пар тепловоза, что наблюдалось при эксплуатации бронзовых вкладышей двигателей ЭД-118А. В целом интенсивность износа биметаллических вкладышей с принудительной системой смазки стала в два раза ниже, чем при польстерной смазке МОП.
Нужно отметить, что колесно-моторные блоки с тяговыми электродвигателями ЭД-118А и ЭД-118Б взаимозаменяемы.
Тяговый редуктор тепловоза предназначен для преобразования величины вращающего момента при его передаче от якоря ТЭД к оси колесной пары.
Тяговые редукторы тепловоза работают исключительно в неблагоприятных условиях: большие статические и динамические нагрузки, вибрации, непосредственная близость таких источников тепловой энергии, как ТЭД и тормозные колодки, возможность попадания в зацепление воды, снега и пыли (в том числе металлических частиц), сложность визуального и технического контроля даже на стоянках поезда и др.
Как отмечалось выше, на тепловозах применяют односторонний тяговый редуктор, который состоит из ведущей шестерни (малого зубчатого колеса), зубчатого колеса и кожуха. Последний защищает зубчатые колеса редуктора от атмосферных осадков, пыли и грязи, а также служит емкостью для смазки зубчатого зацепления.
тяговой привод электродвигатель редуктор
Упругое зубчатое колесо тягового редуктора грузовых тепловозов:
Зубчатое колесо (. 5) состоит из ступицы 18, напрессованной на ось колесной пары, зубчатого венца 4, который соединен со ступицей при помощи двух тарелок 17, и упругих элементов 23 и 24. Упругая связь зубчатого венца 4 со ступицей, состоящая из шестнадцати упругих элементов, равномерно расположенных по окружности колеса при работе редуктора, позволяет венцу занимать такое положение, при котором обеспечивается оптимальное зацепление двух зубчатых колес, т.е. наиболее полное прилегание по длине зубьев шестерни и колеса. Такие зубчатые колеса называют упругими и самоустанавливающимися.
Зубчатый венец 4 изготавливают из стали 45ХН. Рабочая поверхность зубьев подвергается закалке, чем обеспечиваются их заданная твердость и износостойкость.
КМБ с опорно-осевым подвешиванием ТЭД.
Конструкцию КМБ составляют:
унифицированная тепловозная со стандартным профилем бандажа КП;
тяговый электродвигатель (ТЭД) постоянного тока типа ЭД-118А;
система опорно-осевого подвешивания ТЭД;
односторонний тяговый редуктор;
буксовые узлы с осевыми упорами скольжения.
Тяговый электродвигатель используется ТЭД постоянного тока последовательного возбуждения с номинальной мощностью – 305кВт. В зависимости от типа двигателя (ЭД-118А или ЭД-118Б) изменена конструкция МОП.
Система подвешивания позволяет разместить ТЭД в непосредственной близости от оси колесной пары и передает вес ТЭД и кожуха зубчатой передачи на колесные пары и раму тележки тепловоза.
Кроме того воспринимает реакционные усилия от действий тяговой передачи.
В зависимости от типа ТЭД подвешивание его к оси колесной пары выполняется посредством МОП с раздельной польстерной или комбинированной польстерно – принудительной подачей смазки в зону трения подшипников.
Подвешивание ТЭД к раме тележки не зависит от типа применения ТЭД и сохраняется без каких-то либо конструктивных отличий.
В этом случае используется пружинное (трамвайное) подвешивание.
МОП, подшипники тягового электродвигателя ЭД-118А имеют разъемные вкладыши изготовленные из бронзы ОЦС 4-4-17.
Положение вкладышей в корпусе двигателя, нижние с вырезом 180*60 для подвода смазки прижимными корпусами подшипников, которые имеют камеры для размещения смазывающего польстера и крепится четырьмя болтами.
Вкладыши левой и правой стороны ТЭД взаимозаменяемы.
МОП смазывается польстерным устройством укрепленной в теле корпуса подшипника. Элементом подающим смазку к узлу трения, является польстерный пакет. Он собран из двух войлочных пластин 8×157×190мм и 12 хлопчатобумажных фитилей шириной 20мм и длинной 200мм.
Польстерный пакет закреплен в подвижной коробке с выступом рабочего торца пакета на 16±1мм относительно коробки. Масляная ванна корпуса имеет объем 6л.
Система смазывания МОП – ЭД118Б.
Система представляет собой – замкнутый круг циркуляции масла через вкладыши МОП при помощи реверсивного масляного насоса. Круг циркуляции масла образован установкой на тяговом электродвигателе единого осевого подшипника, который включает в себя две польстерные камеры (по одной для каждого МОП) в нижней части маслосборника вместимостью 35литров соединенные с МОП каналами.
Шестеренчатый насос отлит из чугуна, реверсивный с приводом от оси колесной пары, через зубчатую передачу с соотношением 48/34 зубьев.
В момент трогания и движения до скорости 25км/час, когда насос не обеспечивает достаточную подачу масла, смазка МОП в основном осуществляется польстерным смазывающим устройством. Кроме того в отличие от ЭД-118А вкладыши выполнены биметалическими с баббитовой заливкой на бронзовой основе 0,5 – 07мм.
Односторонний тяговый редуктор с УЗК предназначен: для повышения вращающего момента, передаваемого колесным парам, обеспечения заданной и конструктивной скорости движения тепловоза.
Это требование обеспечивает одноступенчатый тяговый редуктор, который состоит из шестерни, УЗК упругого зубчатого колеса и кожуха.
Шестерня и зубчатое колесо закрыты кожухом, который крепится болтами в трех точках к ТЭД.
Зубчатая передача редуктора при опорно осевом подвешивании ТЭД работает в тяжелых условиях, которые создаются переменным режимом работы и динамическими нагрузками, явлением перекоса зубчатого колеса находящегося на оси, при ее деформации, явлением перекоса остова ТЭД в следствии увеличения зазоров в МОП и прочих.
Для обеспечения надежности и увеличению срока службы редуктора передачи, зубчатое колесо выполнено с самоустанавливающимся зубчатым венцом и упругой связью между ним и ступицей колеса.
Шестерня изготавливается из стали.
Поверхность зубьев подвергается цементации и впадины между ними, с последующей закалкой. Продольных скосов зубья шестерни, для компенсации явления перекоса зацепления с зубчатым колесом не имеют.
Последствия этого явления компенсируются самоустановкой зубчатого венца упругого колеса. Посадка шестерни на конический хвостовик якоря вала ТЭД производится в нагретом виде до 170ºС состоянии с натягом в пределах 1,3-1,45мм. После посадки шестерня фиксируется от сползания по валу якоря ТЭД гайкой, наворачиваемой на резьбовой хвостовик вала с определенным моментом затяжки и стопорится отгибной шайбой.
Шестерня состоит из 17 зубьев, прямых правильных (в поперечном сечении) зубьев.
Зубчатое колесо УЗК.
Конструкция: состоит из зубчатого венца, который через 16 упругих двух типов жесткости элементов по средством тарелок, призонных втулок и болтов крепления, соединен со ступицей.
Относительно ступицы зубчатый венец сцентрирован через 90 стальных термообработаных роликов. Зубчатый венец изготовлен из хромоникелевой стали. Рабочая поверхность зубьев закаливается токами ТВЧ, впадины между зубьями уплотняются накаткой стальными роликами.
Упругие элементы двух типов жесткости позволяют разделить передачу крутящегося момента как бы на два этапа. Восемь элементов малой жесткости, жесткость на сдвиг 125-135кг/мм, установлены в отверстия Ø70мм, расположенные в теле внутреннего кольцевого бурта зубчатого венца и в периферийной части тарелок по скользящей посадке (от руки). Каждый из этих элементов состоит из стального пальца на наружную профильную поверхность которого насажены резинометаллические амортизаторы, при чем по длине пальца их располагается 3шт.
Два амортизатора (один крайний, один средний) на металлических втулках имеют ограничительные бурты, которые препятствуют как сцеплению самих упругих комплектов так и зубчатого венца. Резинометаллические амортизаторы закрепляются в отверстиях тарелок и бурте венца стопорными пружинными кольцами. Восемь элементов (большой жесткости, жесткость на сдвиг 470-500кг/мм). Установлены в отверстия тарелок по скользящей посадке, а в отверстия тела бурта венца – с радиальным зазором 4мм.
Упругий элемент состоит из стального пальца, профиль которого в средней части выполнен по радиусу (бочкообразный). На концы пальца посажены резинометаллические амортизаторы по одному с каждой стороны. При чем как и в первом случае втулка одного из амортизаторов имеет ограничительный бурт и канавку под стопорное кольцо втулки другого – гладкая с двумя канавками под стопорные кольца.
Бурт втулки препятствует сползанию амортизатора с пальца.
Все резиновые комплекты из масло бензостойкой резины.
Ступица УЗК изготовлена из стали и представляет собой толстостенную втулку на наружной поверхности которой имеется кольцевой замкнутый бурт. Ребро бурта для возможности самоустановки зубчатого венца через ролики, выполнено сферически выпуклым. В теле бурта по кругу просверлены 8 сквозных отверстий под призонные втулки. Посадка ступицы на подступичную часть оси КП (Ø236,5) осуществляется тепловым способом с натягом. Для возможности демонтажа при расформировании КП при использовании гидросъема, по внутренней окружности втулки ступицы расточена кольцевая канавка имеющая связь с косым каналом просверленным в теле втулки. При сборке ролики укладываются на ребро бурта зубчатого венца насыпью без сепаратора и. Для снижения трения и износа роликов, закладывается смазка буксол.
К тарелкам для ограничения сдвига пальцев упругих элементов через распорные втулки приклепаны кольца свернутые из металлических полос.
Работа УЗК.
При малом вращающем моменте передаваемом от ТЭД на КП в работу вступают элементы с меньшей жесткостью, а затем с ростом вращающего момента (что характерно для трогания с места) зубчатый венец колеса поворачивается (ступица колеса пока неподвижна) происходит упругая деформация резинометаллических амортизаторов, и при угле поворота на 1º вступают в работу элементы с большей жесткостью (выбирается радиальный зазор 4мм). Таким образом в тяговой передаче исключаются ударные нагрузки, вызывающие повреждения зубьев шестерни и колеса.
Кожух тяговой передачи:
Назначение: предназначен для защиты тяговой передачи от неблагоприятных внешних воздействий и образует ванну для размещения смазки передачи.
Кожух состоит из двух разъемных половин, сваренных из заготовок листовой стали. Линия разъема половин совпадает с горизонтальной линией проведенной через центр УЗК и шестерни. По стыку между верхней и нижней половинами в качестве уплотнения разъема по всему периметру уложена резиновая трубка. Для ее укладки используется паз образованный приваркой к верхней половине с наружной стороны и из нутрии боковых стенок, металлических накладок, полос. Соединение половин кожуха- четырех болтовое по торцам через прокладку. Дополнительно фиксация половин осуществляется специальной накладной пластиной прикрепляемой с торца болтами к половинам кожуха.
Кожух при монтаже центрируют горловиной по выступу единой крышки МОП ТЭД и жестко крепят в трех точках к остову и подшипниковому щиту ТЭД.
Три болта ØМ-42 вворачивают в две резьбовые бонки приваренные к боковым стенкам половин кожуха и специальному приливу с резьбовым отверстием, который отлит на подшипниковом щите ТЭД. С помощью шайб, которые устанавливают на бонках и приливе крепления регулируют зазор между торцами венца УЗК и боковыми стенками половин кожуха, который должен быть не менее 8мм. параллельно обеспечивается регулировка зазора между ступицей колесного центра и горловины кожуха, который в эксплуатации должен быть не менее 1,5мм. Кожух от неблагоприятных воздействий внешней среды вместе соприкосновения горловины с выступом единой крышки МОП ТЭД уплотняется войлочным со специальной пропиткой полу кольцами уложенными в пазы горловины. Отверстия кожуха под монтаж малой шестерни так же уплотняется установкой цельного войлочного кольца, которое зажимают между подшипниковым щитом ТЭД и боковой стенкой кожуха. По оси КП со стороны колесного центра уплотнение кожуха выполнено без контактным с дополнительным расширительным коробом, который на верхней половине кожуха имеет отражательное кольцо. В нижней части короба, в стенке кожуха имеется овальное отверстие для возврата выброшенной смазки в смазочную ванну нижней половины.
На обечайке в нижней части кожуха имеется заправочная горловина, она же контрольная горловина закрытая пробкой. На обечайке верхней половине кожуха установлен сапун.
Смазывание тяговой передачи осуществляется способом окунания зубьев венца УЗК. При этом зубья подхватывают смазку из масляной ванны нижней половины кожуха благодаря хорошей липкости смазки, затем передают ее на рабочею поверхность зацепления с зубьями шестерни. Уровень смазки масляной ванны в кожухе должен быть таким чтобы не превышал окружности впадин венца. В передаче используется смазка с высоким содержанием серы СТП-3. СИТП-3 смазка тяговых передач. Заправляется в количестве 5кг в один кожух.
Односторонний тяговый редуктор с УЗК тепловоза ТЭМ—2
Односторонний одноступенчатый тяговый редуктор с передаточным отношением 75:17 (i=4,41) состоит из прямозубых шестерни и зубчатого колеса. Зубчатое колесо цельное, без упругих элементов и возможности самоустановки венца. Для устранения вредного влияния перекосов зубьев в зацеплении и, как следствие, неравномерного износа их поверхностей, зубья ведущей шестерни выполняются с продольным скосом (на 0,2 – 0,24 мм) в сторону, обращённую к ТЭД. На ступицу зубчатого колеса (со стороны ТЭД) напрессованы с натягом 0,3-0,9 мм отбойник (штампованное с изгибом стальное кольцо) и маслоотражательное кольцо. Перед посадкой маслоотражательного кольца на ступицу колеса свободно устанавливают
жёлоб – стальное профильное кольцо (в сечении напоминает букву Z). Для его удержания без вращения на боковых стенках половин кожуха передачи приварен зацеп (полукольца, по одному на каждой половине). В совокупности эти элементы образуют бесконтактное лабиринтно-кольцевое уплотнение МОП, примыкающего к зубчатому колесу. Для сброса за пределы кожуха масла, просочившегося через уплотнение, в стенке нижней половины имеется отверстие, закрытое снаружи накладным приваренным жёлобом.
Кожух тягового редуктора состоит из двух разъемных сварной конструкции половин: верхней и нижнейс линией разъема по центрам шестерни и зубчатого колеса. Между верхней и нижней половинами кожуха для уплотнения разъема по всему периметру в паз, образованный приваренными изнутри и снаружи верхней половины кожуха накладками, уложена уплотнительная резиновая трубка размером 6×4 мм. Обе половины скреплены четырьмя болтами через прокладки толщиной, обеспечивающей установку уплотнительной трубки по разъему с натягом.
Кожух центрирован горловиной по бурту вкладыша МОП и жестко прикреплен к корпусу ТЭД в трех точках болтами М42 через две бонки, приваренные к несущей боковой стенке вблизи центра зубчатого колеса для восприятия основной массы кожуха, и бонку, приваренную к листу и обечайке, чтобы обеспечить правильную установку кожуха относительно зубчатого колеса. С помощью прокладок, устанавливаемых под бонки крепления, регулируют зазор, который должен быть не менее 8 мм, между торцами зубчатого колеса и стенками кожуха, а также радиальный, не менее 1,5 мм, зазор между ступицей колесного центра и горловиной кожуха, необходимый для изменения его вследствие износа МОП в процессе эксплуатации. Момент затяжки болтов должен быть 1400—1600 Н м.
Уплотнение кожуха от внешней среды в месте соприкосновения горловины с буртом вкладыша МОП создается войлочными полукольцами, уложенными в пазы горловины, а по отверстию монтажа ведущей шестерни установкой с натягом войлочного кольца между стенкой кожуха и подшипниковым шитом ТЭД. По оси уплотнение кожуха выполнено бесконтактным с дополнительным расширительным коробом, который имеет отражательное полукольцои в нижней части отверстиедля возврата проникшей смазки снова в полость кожуха.
Герметичность сварных соединений кожуха проверяют в специальной ванне водным раствором.
Зубчатая передача тягового редуктора смазывается способом окунания, при котором зубчатое колесо захватывает смазку из нижней части кожуха и подает на рабочую часть зацепления с зубьями шестерни. В нижнюю половину кожуха заливают 5 кг осерненного масла. При этом зубья колеса погружают в масло, не превышая окружности впадин, которое благодаря своим высоким показателям вязкости создает на поверхности зубьев непрерывный стабильный смазочный слой и в то же время стекает в нижнюю часть кожуха.
Для предупреждения повышения давления газов в кожухе на его верхней половине установлен сапун, соединяющий полость с атмосферой.
