Оглавление цикла «ТЭД — труженик электродвигатель»
• Вступление
• Введение
• 2ТЭ121, ЭП1
• ЭР2, ЭР9, ЭД4, ЭД9...
• Е, 81-717
• ТЭП60, ТЭП70, ЭП2К
...Ох уж этот сочинский ход – поезда словно куры в курятнике стремятся клюнуть ближнего и напакостить на нижнего, разве что лезут не вверх, а вперёд. Грузовые, пассажирские, немного пригородных, хорошо, хоть контейнерной «валюты» почти нет – они больше идут из Китая в столицы и в Европу, сюда заезжают нечасто. Наглые поезда – чтобы их протолкнуть, порой ставят набок даже скорые.
Вот и мы вроде скорые, однако это не особо заметно – на рассвете постояли чёрт-те сколько по Масловке, пропустили какой-то «более скорый», а сейчас ещё и поставили по Давыдовке – забрать электромеханика, который вправил аппаратуре станции свихнувшиеся ночью «мозги». Вот некого больше поставить кроме скорого, который из-за опоздавшего «более скорого» и сам выбился из графика. До Ли́сок опоздание уже не нагнать...
Нагнать бы хоть к сдаче поезда на Северо-Кавказскую дорогу, но это уже головная боль россошанцев, что примут электровоз через два часа. Итак, СЦБист на борту, взлетаем! Вентиляторы не выключали – на кой чёрт оно надо, минуты не простояли, кран вперёд, контроллер тоже вперёд. Стрелка килоамперметра завалилась за полдень, на 800 ампер, а ЭП1М такие токи не шибко любит. Но вроде уверенно цеплялся за рельсы, набрали почти 40 км/ч, пока стрелки под колёса не попали...
Поскользнувшись на хорошо смазанной стрелке, электровоз начал завывать словно ветер, задрожал, задёргался. Пустились в пляс красные столбики токов двигателей, которые машинист предусмотрительно вывел на дисплей. Что ж, сбрасываем до трёхсот, вроде всё успокоилось – в сильный разнос уйти не успели, а стрелки уже позади. Добавляем до девятисот... Но этого электровоз уже не выдержал.
Удар! Электровоз дёрнулся, один из ТЭДов завыл диким воем, загорелась лампа датчика боксования. Дисплей услужливо показал, что рухнул ток четвёртого двигателя. Средняя тележка почему-то шибко любит боксовать, рывки тяги треплют её приводы сильнее всего, вот муфта и не вывезла. Или провернуло шестерню. Но это уже ремонт разберётся. Машинист молниеносно сбросил тягу и выполнил ступень торможения, помощник убежал в машинное выслушивать пострадавшую тележку.
Вроде всё тихо – значит, привод разнесло не сильно. С такой неисправностью, выключив двигатель, можно следовать со скоростью то ли 15, то ли 30 км/ч, надо набрать инструктора, спросить... То-то он обрадуется звонку в восемь утра в воскресенье... И про график можно смело забыть – сейчас осмотрим тележку, доползём на пяти двигателях до Лисяндии, а там, скорее всего, дадут вместо заболевшего «биотуалета» грузовой ВЛ80С.
Итак, что случилось с нашим «биотуалетом», он же электровоз ЭП1М? Оборвало тяговый привод – один из самых сложных узлов пассажирского локомотива, отличающий его от грузового. В одной из предыдущих статей – «ТЭД-23» – разобрана конструкция «грузового» привода I класса и пара конструкций «пассажирского» привода II класса, сейчас – немного возвращения к истокам, а потом рассмотрим ещё несколько конструкций II и III классов, включая хитрющий привод электровоза ЭП2К и тепловозов ТЭП60, ТЭП70.
Начнём издалека. Чего общего между грейдером вроде ДЗ-98 и тепловозом 2ТЭ116У?
И тот, и тот родом из СССР. И тот, и тот выглядят грозно. Но главное – и у того, и у того нет никакой подвески между колёсами и двигателем. У 2ТЭ116У двигатель вообще стоит прямо на оси, а у ДЗ-98 дизель стоит на раме, которая безо всяких рессор стоит на заднем мосту. Нет, конечно, мост может «переваливаться» при переезде через кочки – это же целая тележка, но всё равно рессор эта тележка лишена – в отличие от КАМАЗовской или Ураловской, например.
Впрочем, не будем отвлекаться на устройство грейдеров. Суть одна: если между колесом и двигателем нет никакого подрессоривания – двигателю от дорожных неровностей достаётся по первое число. Да и двигатель врезается в неровности всей своей пролетарской массой, разбивая путь.
Колёсная пара (КП) 2ТЭ116У с буксами весит более 2,5 тонн, тяговый двигатель – почти 3,5 тонны, из которых половина через МОПы (моторно-осевые подшипники) приходится на КП, половина – через упругую повеску на раму. Есть разница – в стыки пути будет проваливаться только колёсная пара (2,5 т) или она же с половиной массы двигателя (около 4 т)? Кроме того, на высоких скоростях отягощённая двигателем КП перестанет отрабатывать неровности пути – будет «зависать», а автó с жёсткой установкой двигателя вообще слетит с дороги.
Поэтому на пассажирском подвижнóм сставе, который работает на больших скоростях, применяется опорно-рамное подвешивание – образно говоря, как у большинства автомобилей. Двигатель целиком подрессорен, а на колёсной паре стоит лишь редуктор – это называется опорно-рамным приводом II класса. Есть и привод III класса – подрессорен ещё и редуктор, примерно как у автомобилей с разрезным ведущим мостом, где колёса «мотыляются» отдельно от главной передачи. Будь то ВАЗ-2108 или МАЗ-543:
В 23-й статье рассказано о двух типах приводов с карданными шарнирами – чешских пассажирских электровозов и чешских же трамваев, впрочем, на отечественных трамваях привод совершенно такой же. Когда в 1970-х при проектировании мощного грузового тепловоза ему заложили ходовую часть на базе ВЛ60К с тяжёлыми для тепловоза электровозными колёсными парами – стало ясно, что нужен опорно-рамный привод.
2ТЭ121 в широкую серию не пошёл, однако его привод сгодился на ЭП1. На ЧС2 и ЧС4 вал (втулка) якоря тягового двигателя внутри полый, в нём размещены зубчатый поршень и вал с карданным шарниром – на ЭП1 похожая схема, но там нет карданного шарнира. Вот я возле этих якорей:
Видите, выходящие из якорей валы «висят»? Им дают свободу зубчатые муфты. Вот якорь двигателя НБ-520 в разрезе:
Муфта состоит из венца и полумуфты. Венец – кольцо с зубьями изнутри, он запрессован во втулку якоря, а полумуфта – с виду вроде обычная шестерёнка, она напрессована на торсионный вал. Как видно на чертеже, зубья у полумуфты закруглённые, благодаря чему вал с полумуфтой может «водить носом». Получается что-то вроде ШРУСа (шарнира равных угловых скоростей типа Рцеппа) того же ВАЗ-2108, только без шариков.
Что интересно – подобные муфты весьма распространены на флоте. Да что говорить, Бог един, что в переложении на язык техники значит – техника вся строится из одних кубиков, разобрался в одном типе машин – разберёшься в любом. Но разбираться надо до основания, а не поверхностно. Понимания уровня «у легковушки тянет только одно из колёс, раз при пробуксовке буксует лишь одно» маловато будет.
А вот главный герой цикла, ТЭД – тяговый электродвигатель – в сборе с резинокордной муфтой (РКМ):
На переднем плане справа в сторону смотрит кронштейн, с помощью которого двигатель подвешивается к раме тележки, а на заднем плане висят подшипниковые щиты. Но подшипниковый щит – просто крышка от канализационного люка с дырой под подшипник, не шибко интересно, всё «ноу-хау» тут в муфте, посредством которой торсионный вал двигателя соединяется с редуктором:
Упругие элементы – резинокордные (грубо говоря, дюритовые) кольца, с помощью болтов и колец зажатые между ступицей и корпусом муфты. За счёт их деформации муфта даёт свободу отклонения валов двигателя и редуктора друг относительно друга. А зубчатая муфта двигателя даёт ещё и свободу осевого перемещения – ведь венец куда длиннее полумуфты.
Итого колёсная пара с редуктором относительно двигателя, закреплённого на раме тележки, может мотыляться как угодно. Вот она:
И в разрезе:
Диск прикручивается к корпусу муфты с предыдущего чертежа – таким образом тяговый двигатель и редуктор оказываются упруго связаны через муфту. Диск сидит на одном валу с ведущими шестернями – а их именно две, пара с противоположно нарезанными зубьями, вместе они образуют шевронное колесо. Почему шевронное – на снимке ясно, зубья сходятся в форме шеврона.
На ведомом зубчатом колесе, что сидит на оси колёсной пары (на чертеже закрашено зелёным) – ответный шеврон, и оно тоже собрано из двух зеркальных половин:
Здесь, как видим, вперемешку стоят колёсные пары ЧС4 и ЭП1. Чешские узнаются сразу по прямым зубьям и «спицам» колёс, российские – по шеврону. Для чего вообще нужен шеврон? Для того же, для чего вообще придумана косозубая передача – обеспечить плавное зацепление (зубья при вращении «склещаются» постепенно, а не сразу по всей длине) и увеличение площади зуба, что позволяет передавать бóльший крутящий момент. Если кто-то ещё помнит видеомагнитофоны ("профессионалы рекомендуют VHS") – то там запись пишется на похожим образом, вращающиеся головки чертят на широченной ленте косые дорожки...
Шевронная передача – по сути сдвоенная косозубая, а почему колёс по два – ответ очевиден: куда проще изготовить два колеса с обычными косыми зубьями и сделать из них бутерброд, чем вырезать шевронные зубья на одном цельном. А ещё у этой передачи очень характерный звук, его можно послушать, например, на видео «Эволюция ездового быка, в просторечии — вола. Часть 2/7».
Было бы неправильным обойти вниманием гиганты-подшипники, на которых вращаются валы:
Для комфортной работы и в редуктор, и в зубчатую муфту тягового двигателя залита осернённая смазка ОСп, с протечками которой борются где резиновые, а где и лабиринтные уплотнения. Например, взгляните на диск редуктора на чертеже – ближе к центру со стороны редуктора на нём непонятные зубцы:
Это и есть бурты лабиринта. Почти такие же уплотнения применены в газотурбинных двигателях, в разрезе их можно увидеть, например, в статье о компрессоре двигателя АИ-25:
А на уплотнение полости зубчатой муфты поставлен вполне привычный сальник, он указан справа на рисунке.
Ну ладно, «Белый медведь» 2ТЭ121 и его почему-то не любимые массами потомки ЭП1, ЭП1М и ЭП1П разжёваны, пойдём дальше. На электропоездах мощность и крутящий момент двигателей в несколько раз меньше – поэтому там и приводы попроще. Скажем, часовая (допустимая в течение часа по нагреву изоляции) мощность разобранного выше двигателя НБ-520 – 800 кВт, а двигателя РТ-51 электропоезда ЭР9 – всего 200 кВт.
Поэтому и требования к самому хитрому узлу – муфте – куда ниже, можно и относительные смещения допустить куда больше – муфта отработает их без разрушения. Поэтому внутри РТ-51, равно как и у двигателя электрички постоянного тока ЭР2, и у двигателей потомков – ЭД9М и ЭД4М – никаких полых и торсионных валов. Это простой двигатель, на вал которого напрессован ведущий диск резинокордной муфты:
Только муфта на порядок проще – это резиновый «бублик», одна боковина которого прикреплена к ведущему диску муфты, другая – к ведомому. Вот редуктор с ведомым диском, а внизу видна оболочка муфты:
Деформации этого «бублика» отрабатывают все перемещения колёсной пары с редуктором относительно двигателя. Эта муфта называется оболочковой. Довольно скучная конструкция, и, как и зубчатая муфта, применяется не только в тяговом приводе электропоездов, но и в других областях как локомотивостроения, так и техники в целом.
Например, вот прикрытая защитным ограждением оболочковая муфта в приводе вентилятора централизованного воздухоснабжения (ЦВС) тепловоза ТЭП70:
А вот она в эрзац-варианте – не бублик, а блин – в приводе вспомогательного компрессора моего и не только моего любимца ЧС8:
Вспомогательным компрессором на электровозах накачивают воздух для подъёма токоприёмника и включения аппаратов защиты после длительного отстоя. О главных аппаратах защиты – БВ, ГВ – статья «ТЭД-25»:
О вспомогательных приводах ЧС8 есть параграф в 22-й статье:
Там же есть немного и о метропоездах. Они тоже электрички, пусть и токоприёмники у них не на крыше, а на тележке, и вагоны поголовно моторные, а не через один – чтобы разгон был быстрей. Вот прямой предок неоднократно нами разобранного «номерного» – вагон типа Еж3 или просто «ёжик» и я возле его тележки:
Как видим, балка с рельсовым токоприёмником уже снята, но благодаря этому хорошо видна конструкция букс. Она тут весьма радикальная, на «большой дороге» не встречающаяся – горизонтальные силы (торможения и тяги) с буксы на раму тележки передаются через упругие листовые поводки́. А штырь, торчащий из буксы вверх, в норме ничего не передаёт – это предохранитель на случай обрыва поводков.
Такая конструкция перекочевала и на первые «номерные» – шестиглазые певучие вагоны 81-717, на рубеже веков составлявшие основу парка большинства метрополитенов бывшего СССР. На более поздних «номерных» буксы уже другой конструкции, шпинтонные – примерно как на пассажирских вагонах. Но мы всё же собрались для изучения тягового привода. Колпара с редуктором и куском карданной муфты:
Муфта метровагона – две одинаковых муфты, работающих «спина к спине». Несмотря на название, это не классические шарниры Джелорамо Кардана, где подшипники «жёстко» (с одной степенью свободы) соединяют вилку с крестовиной. Это карданная муфта «наизнанку». Кулачок муфты действительно похож на карданную крестовину, только не четырёхрогую, а двурогую, но есть два «но».
Во-первых, тут закреплена на валу не вилка, а «крестовина» (кулачок). Во-вторых, установленные на кулачке на игольчатых подшипниках ролики не жёстко держатся в проушинах вилки, а могут скользить в них – проушины не круглые, а прямоугольные. За счёт этого каждая муфта имеет три степени свободы – перемещение в осевом направлении (оба ролика скользят в проушинах в одну сторону), наклон оси в вертикальной плоскости, наклон в горизонтальной.
На снимке видно одну муфту, и ту без вилки, но за счёт этого можно видеть кулачок с роликами. Думали ли вы, двигаясь на работу на метро, какие хитрые железяки вращаются под вами? Муфта только на снимке выглядит небольшой, а на деле в сборе она размером с лошадиную голову. Максимальные обороты тягового двигателя «ежа» – 3250 мин⁻¹. Ни на каком грузовике даже на повышающей передаче карданный вал не развивает таких оборотов! А трудится муфта вагона даже больше – каждые две минуты разгон с «педалью в пол», и так с шести утра до позднего вечера... Ничего, выдерживает.
И заключительный номер программы – коломенский привод, внук французского привода системы Альстом, переработанного в 1950 гг. для тепловоза ТЭП60:
В 1970-х его ещё раз переработали, выкинули лишнюю деталь (траверсу – она только тормозит систему) да используют в таком виде по сей день на тепловозах ТЭП70 всех индексов и электровозах ЭП2К. Выпускал и выпускает все эти серии Коломенский завод. Итак, это снова я, на сей раз возле колёсных пар ТЭП60 в 2008 году в белорусской Орше:
На ТЭП60 сделан привод III класса – с опорно-рамной установкой и двигателя, и редуктора. На ось колёсной пары надет полый вал, на котором стоит редуктор, а с редуктором, как в приводе I класса, безо всяких муфт соединён электродвигатель. Однако ТЭД установлен на раме тележки, а колёсная пара свободна в перемещениях внутри полого вала.
Через отверстия в колесе пропущены пальцы, запрессованные в полый вал. Крутящий момент с полого вала передаётся через поводки на траверсу, с траверсы – на пальцы, запрессованные в колесо. Поводки – уже знакомой нам конструкции, они как буксовые поводки ВЛов и бесчелюстной тележки тепловозов, с двумя резинометаллическими шарнирами – короче, как автомобильные реактивные тяги.
Взглянем на тележку ТЭП70, колёсные пары в которой стоят без ТЭДов – это так называемая технологическая тележка, применяемая в депо и на заводах для перемещения кузовов. Как видите, оси колёсных пар вполне обычные, только в колёсах непонятные отверстия и пальцы:
А вот взгляд снизу на комплектную тележку:
Чтобы понять конструкцию привода – надо фотографию разглядывать вместе с чертежом:
ТЭД с редуктором собраны жёстко, это и по снимку видно – кожух редуктора в нескольких местах подвешен к двигателю. Из редуктора выходит фланец ведомого зубчатого колеса, который с помощью поводков связан с 1-м приводным фланцем полого вала. Это первая муфта привода, под неё даже колёсный центр сделан куполообразной формы, чтобы муфта помещалась.
Вторая муфта – это 2-й приводной фланец, через поводки связанный с колесом. За счёт упругости резинометаллических шарниров поводков полый вал может играть как угодно, давая упругую связь редуктора и колёсной пары. А редуктор с ТЭДом преспокойно висят в надрессорном строении – привод III класса. На ТЭП60 полый вал стоял в подшипниках тягового двигателя, муфты были на обоих колёсах и работали параллельно, а нужная свобода обеспечивалась промежуточным звеном – траверсой. На ТЭП70 же муфта лишь на одном колесе, свобода обеспечена за счёт последовательной работы муфт вместо параллельной, а траверса стала не нужна.
Поэтому колёса у ТЭП70 разные – с одной стороны тележки стоят колёса с выпуклыми центрами без муфт, а с другой стороны стоят колёса с плоскими центрами с муфтами:
Этот же привод при создании в 2000-х годах электровоза постоянного тока ЭП2К попал и на него. Более 1200 выпущенных ТЭП60 со старым приводом с траверсой, около 1500 простых ТЭП70, ТЭП70БС, ТЭП70У, грузовых 2ТЭ70 и электровозов ЭП2К с новым приводом – видимый результат работы Коломзавода, всегда одного из передовых. Даже первый газотурбинный двигатель в СССР создали не авиаторы, а коломенские паровозники! Но о газотурбинных двигателях – отдельный раздел:
Здесь же напоследок – о приводе системы Сешерон, что стоит на 4-осных малышах ЧС1, первых Шкодах, поставленных на Советские ЖД. Там ни пальцев, ни шариков, ни зубьев – упругие металлические пластины крест-накрест:
Для больших мощностей этот привод оказался непригоден, поэтому на более мощных ЧС3 – по сути усиленных ЧС1, а также 6-осных ЧС2 стоит уже привод Шкода, описанный в 23-й статье.
А о возвращающих устройствах, тормозных передачах и прочем, что сегодня попало в кадр, но не было названо – в следующих статьях, видео и роликах! Отслеживать их появление можно как здесь, так и в нашем общем Телеграм-канале по транспорту:
—=≡=—=≡=—=≡=—=≡=—=≡=—=≡=—=≡=—
—=≡=—=≡=—=≡=—=≡=—=≡=—=≡=—=≡=—
