Класифікація тягових приводів
Виміряти О.В.
КЛАСИФІКАЦІЇ ТЯГОВИХ ПРИВОДІВ
ПО динамічних властивостей
ДЛЯ ЗАДАЧ ПРОЕКТУВАННЯ РЕЙКОВИХ екіпажів
Недоліки існуючих класифікацій тягових приводів.
В останні півстоліття неодноразово робилися спроби створення класифікацій тягового приводу рейкових транспортних засобів. Найбільш досконалими з них можна вважати дві, запропоновані в роботі [1].
Дана класифікація охоплює основну частину відомих конструктивних схем тягових приводів і може бути розширена за рахунок подальшої класифікації муфт. Проте і їй притаманні певні недоліки.
Основний методологічний недолік класифікації полягає в тому, що, як в першій, так і в другій класифікації в якості ознак фактично використовуються не самі динамічні властивості, а конструктивні рішення, що впливають на реалізовані динамічні параметри приводу. Так, наприклад, ступінь подрессоривания двигуна в класифікації фактично визначена лише місцем розташування двигуна (підвіска на осі або на рамі візка), хоча підвіска на рамі візка є не усуненням причини виникнення динамічних зусиль і моментом (тобто усунення обурення від шляху), а способом пружного підвішування тягового двигуна на осі колісної пари за допомогою буксового підвішування і рами візка. Таким чином, за замовчуванням вважається, що буксовими щабель підвішування є більш високим ступенем обрессоріванія двигуна, ніж, наприклад, опорно-центровий підвішування, хоча в реальній конструкції, наприклад, у візку шляховий машини або легкорельсового транспорту з буксовими підвішуванням Мегі ця умова може і не виконуватися.
З точки зору накопиченого наукового доробку щодо динаміки і міцності тягових приводів основним недоліком класифікації є те, що в класифікації використовуються кілька ознак, що відбивають динамічні властивості приводу при впливі нерівностей шляху, в той час як абсолютно відсутні ознаки, що відображають ступінь навантаженості деталей приводу при впливі інших динамічних чинників, наприклад, автоколебаний в режимі боксування або вплив Зубцову збурень. При спробі ж ввести такі ознаки в класифікацію з'ясовується, що поняття динамічного досконалості в реальному приводі є умовним і суперечливим. Так, в приводі з опорно-рамним двигуном і редуктором надійність тягового двигуна може виявитися гірше, ніж в приводі з опорно-рамним двигуном і опорно-осьовим редуктором через вплив Зубцову збурень на елементи двигуна і вигину вала від вигину вала під дією реакції провідною шестерні на валу ТЕД, а дотичні напруження в осі при боксування можуть досягти значень, які в експлуатації можуть привести до поломки осі.
В результаті викладеного можна зробити висновок, що існує необхідність в створення класифікації тягових приводів, спеціально орієнтованої на завдання проектування залізничних екіпажів.
Методичні підходи до побудови нової класифікації.
Ухвалення в якості основної сфери використання класифікації саме завдань проектування локомотива означає, що поняття динамічного досконалості має застосовуватися в першу чергу до візка і екіпажу в цілому, і що проектувальник може піти на допустиме погіршення окремих динамічних показників приводу (наприклад, динамічного моменту в Валопроводи) в З метою поліпшення динаміки екіпажу в цілому. Основний динамічною характеристикою тягового приводу по відношенню до візка рейкового екіпажу є співвідношення обрессоренних і необрессоренних мас приводу. З одного боку, збільшення конструкційної швидкості рейкового екіпажу може зажадати обмеження необрессоренной маси; з іншого боку, збільшення обрессоренних мас візки може вимагати збільшення опору повороту візка для зниження виляння в прямих, що, в свою чергу призведе до погіршення динамічних показників в кривих і т.п. Вибираючи тяговий привід, проектувальник фактично в першу чергу вибирає прийнятне ставлення обрессоренних і необрессоренних мас. Звідси випливає, що базовою ознакою нової класифікації приводу повинна бути ступінь необрессоренності мас приводу.
Що стосується інших динамічних властивостей приводу (динамічний момент в Валопроводи, прискорення елементів приводу і т.п.), то в даний час в світовій практиці основним шляхом вирішення проблем, пов'язаних з цими властивостями, є в першу чергу вдосконалення технології виготовлення, а також введення пружних елементів, що знижують напруження і деформації елементів конструкції від впливу динамічних факторів до рівня, порівнянного з впливом тягових моментів (застосування асинхронних ТЕД, косозубих і шевронних передач, до оніческіх роликопідшипників, заміна циліндричних гумово шарнірів сферичними і т.п.). Це дозволяє на період, поки впровадження нових технологій є вигідним для виробництва залізничних екіпажів, виключати з класифікації ознаки, пов'язані з чутливістю елементів приводу до впливу нерівностей шляху, кинематическим недосконалістю муфт і т.п. Безсумнівно, таке припущення обмежує час актуальності класифікації, однак, на відміну від природничих наук, в техніці актуальність класифікацій, як правило, зберігається на певний період розвитку техніки (в даному випадку це період виходу вітчизняного залізничного машинобудування на передові рубежі світових технологій).
У зв'язку з тим, що в групових приводах кінематична ланцюг приводу під час руху рейкового екіпажу не є строго замкнутої внаслідок наявності пружного ковзання колеса по рейці, а, з іншого боку, абсолютна більшість тягових приводів містять замкнутий контур кінематичного ланцюга через те, що правий і лівий колісний центри пов'язані віссю, ознакою ступеня розвитку замкнутості контуру кінематичного ланцюга приводу в новій класифікації можна знехтувати і вважати, що вибір між індивідуальним і груповим приводом диктує я в даний час в основному не прагненнями отримати певні динамічні властивості, а наявної на підприємствах корпорації технологічною базою і можливостями і доцільністю закупівлі комплектації.
Нарешті, ще одним важливим моментом в побудові нової класифікації є те, що вона повинна являти собою не просто поділ сукупності відомих конструкцій тягового приводу з певних формалізованим ознаками, а подобу алгоритму переходу від базових динамічних властивостей приводу в складі рейкового екіпажу до конкретних конструкцій, що дозволяє проектувальнику не тільки доповнювати класифікацію будь-якої знову знайденої конструкцією приводу, а активно використовувати цю класифікацію для пошуку нових спосіб ів рішення технічної задачі.
Розглянемо практичну реалізацію даних методичних передумов у вигляді класифікації - алгоритму.
Побудова класифікації.
Схема класифікації показана на малюнку:
Угруповання тягових приводів в залежності від їх необрессоренной маси найбільш просто може бути проведена розбиттям їх на три групи:
- необрессоренние тягові приводи, тобто такі приводи, в яких частку маси вузлів і деталей, що відносяться до обрессоренним масам, можна для практичних завдань вважати пренебрежимо малої;
- частково обрессоренние тягові приводи. тобто такі, в яких практично значущою величиною є як маса, яку можна віднести до необрессоренной, так і маса, яку можна віднести до обрессоренной;
- обрессоренние тягові приводи. тобто такі, в яких частку маси вузлів і деталей, що відносяться до необрессоренним масам, можна для практичних завдань вважати пренебрежимо малої.
Таким чином, всі мислимі конструктивні рішення приводів діляться на три групи і четвертої в принципі бути не може: або майже весь привід необрессоренний, або майже весь обрессоренний, або щось проміжне. Тому перший, базовий рівень класифікації вже не залежить ні від розвитку технології, ні від зміни споживчих функцій рейкового екіпажу.
Однак базовий рівень класифікації сам по собі не дає уявлення про відповідний технічний вирішенні тягового приводу і практичної інформації по його вибору і створення нових схем. Тому в класифікацію введені рівні переходу від базового властивості приводу до конкретного вирішення.
Другий рівень класифікації - це принцип технічного рішення.
Для повністю необрессоренного приводу принцип рішення самоочевидний. оскільки всі значущі у ваговому відношенні елементи приводу повинні жорстко спиратися на вісь або бути пов'язані з нею безпосередньо або через інші елементи, також відносяться до необрессоренним масам. Це визначає перехід на третій рівень - рівень конструктивної схеми (безпосередній опорно-осьової привід), а від нього - на рівень прикладів технічних рішень (наприклад, привід електровоза лінії Балтимор-Огайо 1895 року).
Відзначимо відразу, що в класифікації не обов'язково перерахування всіх прикладів рішень, і при використанні класифікації для тієї чи іншої практичної задачі одні масиви прикладів можуть бути опущені, а в інших, навпаки, можуть бути введені нижчі підкласи технічних рішень. Це дозволяє уникнути спроб «обійняти неосяжне» в даній класифікації і взагалі уникнути її надмірно громіздкість; класифікація підлаштовується користувачем під решаемую завдання.
Щоб отримати частково обрессоренний привід, необхідно тим чи іншим способом виділити в ньому частина приводу (деталі, вузли, їх частини), яка буде ставитися до необрессоренним масам, і частина приводу, яка буде ставитися до обрессоренним. Таким чином, для частково обрессоренного приводу загальним принципом технічного рішення є поділ приводу на обрессоренную і необрессоренную маси. На другому рівні виділено чотири відомих способу поділу мас приводу:
- поділ якоря і остова. що на рівні конструктивної схеми відповідає відомому рішенню «остов на рамі, якір на осі», і на рівні прикладів - приводу Батчелдера;
- поділ точок підвісу приводу (частина маси приводу спирається на вісь безпосередньо, інша - через раму візка), що на рівні конструктивних схем відповідає класичному опорно-осьового приводу, і на рівні прикладів - приводу з жорстким зубчастим колесом і траверсою, до приводу з пружним зубчастим колесом і жорсткою підвіскою і т.п;
- поділ передачі і ТЕД. що на рівні конструктивних схем відповідає опорно-рамної приводу з опорно-осьовим редуктором і на рівні прикладів - приводу з зовнішнім карданом, з подвійною муфтою, з карданом в підлогою якорі і т.п .;
- поділ коліс передачі. відповідне на рівні конструктивних схем двом різним схемам; перше з них - привід без передавального механізму (наприклад, запропонований в [3] Л.Н. Решетовим), а інше - привід гнучким зв'язком (кліноременний привід трамвая Сіменса, ланцюговий привід)
У приводі, елементи якого повністю обрессорени, при технічній реалізації існує єдина технічна задача - яким чином зв'язати цей привід з необрессореннимі масами, щоб передати на них тягове зусилля. Таким чином, тут загальним принципом технічного рішення є знаходження способу зв'язку приводу з необрессореннимі масами, і приводи розбиваються відповідно по знайденим способам зв'язку. Виділено три відомих способу такого зв'язку:
- зв'язок компенсує механізмом, що відповідає двом можливим конструктивним схемам: компенсуючим механізмом з співісними валами (поперечної муфтою, порожнистим карданним валом і т.п.) і механізмом з Неспіввісність валами (поперечно-кривошипні приводи з похилим дишлом, з рамою Кандо тощо .);
- зв'язок пружною опорою. що відповідає конструктивній схемі опорно-центрового приводу (з кільцевої опорою, з опорою з окремих елементів і т.п.);
- зв'язок електромагнітним полем. що відповідає лінійному електродвигуна (з одинарним, з подвійним зазором і т.п.).
Як видно з наведеного, нова класифікація здатна охопити все тягові приводи, включаючи експериментальні та рідко використовувані. У новій класифікації виявлені напрямки конструкторського пошуку не тільки на рівні тривіальних ідей (наприклад, використання іншої карданної муфти і т.п.), але і на рівні створення нових сімейств приводів за рахунок винаходу нового способу поділу мас приводу або нового способу зв'язку колісної пари і приводу.
Хоча в представленої класифікації і не були включені ознаки динамічних властивостей, завдання оптимізації якої є підлеглою по відношенню до задачі оптимізації екіпажу в цілому (прискорення кістяка ТЕД, динамічний момент в Валопроводи і т.п.), це обмеження викликано перш за все двовимірної схемою класифікації і в подальшому може бути знято без зміни її структури, шляхом переходу до тривимірної і багатовимірної схемою.
Висновки.
1. Вивчення існуючих класифікацій тягового приводу залізничних екіпажів показує необхідність створення класифікації тягового приводу, спеціально орієнтованої на завдання проектування.
2. В якості базового ознаки нової класифікації пропонується взяти ступінь необрессоренності мас приводу.
3. Встановлено, що основними принципами реалізації необхідного ступеня необрессоренності мас приводу в конструктивній схемі приводу є способи поділу мас приводу (в частково обрессоренних приводах) і сособ зв'язку приводу з колісною парою (в повністю обрессоренних).
4. Запропонована класифікація здатна охопити всі відомі рішення тягових приводів і визначає напрямки пошуку нових.
Література.
1. І.В. Бірюков, А.І. Бєляєв. Є.К. Рибников. Тягові передачі електрорухомого складу залізниць. М. Транспорт, 1976 - 256 с.
2. Підвищення надійності екіпажної частини тепловозів. А.І. Бєляєв, Б.Б. Бунін, С.М. Голуб'ятників і ін. Під ред. Л.К. Добриніна. М. Транспорт, 1984 - 248 с.
3. Л.М. Решетов. Самоустановлювальні механізми. Довідник.- 2-е изд. перераб. і доп. - М. Машинобудування, 1985 - 272 с.