II. Механическое оборудование

Общие сведения

Механическая часть предназначена для реализации тяговых и тормозных усилий, развиваемых электровозом, размещения электрического и пневматического оборудования, обеспечения заданного уровня комфорта, удобных и безопасных условий управления электровозом.

Механическая (экипажная) часть электровоза состоит из двух секций соединенных между собой автосцепкой. Каждая секция включает в себя две двухосные тележки и кузов, связанных между собой наклонными тягами, рессорным пружинным подвешиванием типа «флейсикойл», гидродемпферами и ограничителями перемещения кузова.

На механическую часть электровоза действует нагрузка, создаваемая весом механического, электрического и пневматического оборудования. Кроме того, механическая часть передает тяговые усилия от электровоза к поезду и воспринимает динамические нагрузки, возникающие при движении электровоза по кривым и прямым участкам пути. Механическая часть должна быть достаточно прочной, а также отвечать требованиям безопасности движения и правилам технической эксплуатации железных дорог. Для обеспечения нормальной и безаварийной работы необходимо, чтобы все механическое оборудование находилось в полной исправности и отвечало нормам безопасности, прочности и правилам ремонта.

Механическая (экипажная) часть одной секции электровоза 2ЭС6 представлена на рисунке 2.1

 

Рисунок 2.1 - Механическая (экипажная) часть одной секции.

1 - автосцепка; 2 - кабина; 3 - колесная пара; 4 - букса; 5 - буксовый поводок; 6 - рама тележки; 7 - перегородка; 8 - кронштейн; 9 - наклонная тяга; 10 - крыша кузова; 11 - амортизатор; 12 - рама кузова; 13 - буксовая пружина; 14 - кузовная пружина; 15 - страховочный шкворень; 16 - кронштейн; 17 - боковая стенка; 18 - задняя стенка; 19 - переходная площадка.

 

 

Тележка

Каждая секция включает в себя две двухосные тележки, на которые опирается кузов. Тележки воспринимают тяговые и тормозные усилия, боковые, горизонтальные и вертикальные силы при прохождении неровности пути и передают их, через пружинные опоры с поперечной податливостью, на раму кузова. Тележка электровоза 2ЭС6 имеет следующие технические характеристики:

Конструкционная скорость, км/ч ……………………………………120

Нагрузка от колесной пары на рельсы, кН…………………………..245

Тип тягового электродвигателя………………………………………ЭДП810

Тип подвески двигателя……………………………………………опорно-осевая

Крепление двигателя…………………опорно-осевое с маятниковой подвеской

Тип букс……………………одноповодковая с кассетным роликоподшипником

Рессорное подвешивание………………………………………..двухступенчатое

Статический прогиб, мм:

буксовой ступени……………………………………………………..58

кузовной ступени……………………………………………………..105

Тип тормозных цилиндров…………………………………………..ТЦР 8

Коэффициент нажатия тормозных колодок………………………..0,6

Рисунок 2.2 - Тележка электровоза 2ЭС6

Тележка состоит из сварной рамы коробчатого сечения, которая своей концевой балкой через наклонную тягу с шарнирами соединена с центральной частью рамы кузова. К средней балке рамы тележки крепятся посредством маятниковых подвесок остова тяговых электродвигателей постоянного тока, которые другими своими сторонами опираются на оси колесных пар через смонтированные на них моторно-осевые подшипники качения. Крутящий момент от тяговых электродвигателей передается на каждую ось колесной пары через двухстороннюю косозубую передачу, образующую шевронное зацепление с шестернями посаженными на хвостовики вала якоря тягового электродвигателя.

На буксовых шейках оси колесной пары смонтированы двухрядные конические роликовые подшипники закрытого типа фирмы «Тимкен», размещенные внутри корпуса бесчелюстной одноповодковой буксы. Поводки имеют сферические резино-металлические шарниры, которые посредством клиновых пазов крепятся к буксе и к кронштейну на боковинах рамы тележки, образуя продольную связь колесных пар с рамой тележки.

Поперечная связь колесных пар с рамой тележки осуществляется за счет поперечной податливости буксовых пружин. Аналогично, поперечная связь кузова с рамой тележки осуществляется за счет поперечной податливости кузовных пружин и жесткости пружин упоров-ограничителей, которые также обеспечивают возможность поворота тележки в кривых участках пути и гашения различных форм колебаний кузова на тележках. Также для гашения колебаний кузова и подрессоренных частей тележки применены вертикальные буксовые, вертикальные и горизонтальные кузовные гидравлические демпферы (гидравлические гасители колебаний).

Для торможения электровоза используется тормозная рычажная передача с применением чугунных тормозных колодок, восьмидюймовыми тормозными цилиндрами (на каждое колесо тележки) с автоматическим регулятором выхода штока.

Рама тележки

Рисунок 2.3 - Рама тележки

 

Рама тележки предназначена для передачи и распределения вертикальной нагрузки между отдельными колесными парами восприятия и передачи на раму кузова тягового усилия, тормозной силы, а также боковых, горизонтальных и вертикальных сил от колесных пар при проходе ими неровностей пути. Она служит для монтажа всех основных узлов, составляющих тележку, и предназначена для распределения статических и инерционных нагрузок от веса кузова, тяговых двигателей, тормозного оборудования на рессорное подвешивание.

Рама тележки, рис. 2.3, представляет собой цельносварную конструкцию коробчатого сечения с незамкнутой концевой частью. В комплект рамы входят две боковины 1 и 2, средняя 3 и концевая 4 балки и кронштейны 5, 6, 7 для установки элементов тормозной системы.

Верхний и боковые листы боковины рамы тележки выполнены плоскими, а нижний в центральной части имеет прогиб радиусом 350 мм. Для стыковки с концевой балкой нижний и верхний листы имеют закругление радиусом 400мм и выступ шириной 400мм. Для стыковки со средней балкой закругления радиусом 250 мм и выступ шириной 340мм.

Кроме того, на наружном продольном торце нижнего листа боковины также имеются два выступа с округлыми сторонами под установку кронштейнов тормозных цилиндров, а на его горизонтальных участках с каждой стороны устанавливаются по два круглых платика под чаши буксовых пружин. В боковых листах имеются по пять сквозных отверстий диаметром 98 мм, в которые при сборке рамы ввариваются трубы, расточенные под запрессовку в них кронштейнов для установки элементов тормозной системы. После сварки короба боковины, к ее нижней части привариваются щеки 9, имеющие клиновидные пазы для установки валиков амортизаторов двух буксовых поводков, которые впоследствии обрабатываются на раме в сборе. На верхний лист устанавливаются эллипсовидные накладки под стаканы кузовных пружин.

Средняя балка имеет также коробчатое сечение, в ее центральной части для придания конструкции необходимой жесткости вварена толстостенная труба с наружным диаметром 219 мм, по обе стороны которой с каждой стороны установлены по два кронштейна подвесок тяговых электродвигателей. Клиновидные пазы на кронштейнах унифицированы с клиновидными пазами для крепления буксовых поводков и также обрабатываются на тележке в сборе.

Концевая балка является наиболее ответственным и напряженным элементом рамы. Ее основной профиль аналогичен профилю средней балки, однако к ее передней части посередине приварен кронштейн 8 для установки наклонной тяги, образованный двумя плоскими закругленными боковыми листами и приваренными к ним сверху согнутым листом с радиусом гиба 170 мм, а к торцам толстостенной втулки с наружным диаметром 175 мм. Для изготовления рамы применены листы из стали 09Г2Д ГОСТ19281-89. При этом их толщина составляет: верхних листов боковин, средней и концевой балок –16 мм, всех нижних листов – 20 мм, боковых листов боковины и средней балки – 12 мм, боковых листов концевой балки – 16 мм, кронштейнов и платиков от 10 до 20 мм.

Блок колесно-моторный

На электровозе впервые применён колёсно-моторный блок с коническими моторно-осевыми подшипниками качения и двухсторонней косозубой передачей. Особенность конструкции КМБ состоит в применении единого жёсткого для двух моторно-осевых подшипников корпуса, обеспечивающего качественную регулировку подшипников при сборке, её стабильность в эксплуатации и обеспечивающего расчётную долговечность подшипников не менее 5 млн. км пробега. Вдвое повышен ресурс зубчатых колёс (до 1,8 млн. км пробега). Большое зубчатое колесо выполняется составным, венец изготавливается из стали 45 ХН с контурной закалкой ТВЧ.

Рисунок 2.4 - Блок колесно-моторный.

Колесно-моторный блок включает в себя колесную пару, кожух зубчатой передачи, шестерни и тяговый двигатель типа ЭДП810 с опорно-осевым подвешиванием через моторно-осевые подшипники качения. Основные размеры представлены на рисунке 2.4.

Колесная пара

Колесная пара направляет электровоз по рельсам, передает силу тяги, развиваемую электровозом, и тормозную силу при торможениях, воспринимает статические и динамические нагрузки, возникающие между рельсом иколесом, и преобразовывает вращающий момент тягового электродвигателя в поступательное движение электровоза.

Колесная пара состоит из оси, колесных центров, бандажей, бандажных колец и зубчатых колес, смотри рисунок 2.5.

Рисунок 2.5 - Колесная пара

Ось колесной пары, смотри рисунок 2.6, изготовлена из осевой стали, заготовка по ГОСТ 4728-96 и ее длина составляет 2450 мм. Для монтажа буксовых подшипников, колес, зубчатых колес и моторно-осевых подшипников на оси предусмотрены буксовые, предступичные, подступичные части и моторно-осевые шейки. Все поверхности, за исключением торцов, шлифованные. Центра колесных пар отлиты из стали 25Л-III ГОСТ 977-88 и статически отбалансированы путем механической обработки. На электровозе 2ЭС6 применена колесная пара с дисковым литым колесным центром. Бандаж изготовлен из специальной стали, на обод колесного центра посажен в горячем состоянии, для предупреждения сползания застопорен бандажным кольцом. В торцевой части оси имеются отверстия под болты для крепления торцевой шайбы.

Рисунок 2.6 - Ось колесной пары

Тяговая зубчатая передача

Зубчатая передача предназначена для передачи вращающего момента с вала якоря тягового электродвигателя на колесную пару. С целью уменьшения уровня нагрузок, действующих на элементы привода и, в первую очередь, на подшипники, на электровозе 2ЭС6 применена традиционная жесткая двухсторонняя косозубая передача с модулем 10 мм, с централью 617,5 мм, передаточным отношением 3,44 и коэффициентом перекрытия равным 2,1, ширине зубьев равной 90 мм. Два зубчатых колеса, находящихся на оси колесной пары, также как и две шестерни, посаженые на хвостовики вала якоря, образуют шевронные колеса с разнесенными полушевронами, смотри рисунок 2.7

Рисунок 2.7 - Зубчатое колесо.

Зубчатое колесо составное и состоит из ступицы и зубчатого венца, соединенных 16 призонными болтами диаметром 25 мм. Зубчатый венец изготавливается из стали 45ХН. Рабочие поверхности зубьев подвергаются контурной закалке ТВЧ с последующим отпуском. В окончательно готовой детали твердость рабочих поверхностей зубьев от 51±3, во впадине не менее 42 HRC.

Ступица зубчатого колеса изготавливается из поковки 3-й группы легированной стали 40 ХН или 30 ХГСА с твердостью 248…293 НВ. Посадка ступицы тепловая с натягом 0,16 – 0,22 мм. Допускается также и холодная посадка ступицы на ось колесной пары. При этом величина натяга несколько уменьшается (в пределах 0,14-0,18 мм).

Шестерня, смотри рисунок 2.8, изготавливается из поковки легированной стали 12Х2Н4А или 20ХН3А с последующей цементацией на глубину 1,6…1,9 мм и с закалкой поверхности зубьев по всему контуру, включая и впадины до HRC³60. После механической и термической обработки производится шлифовка рабочих поверхностей зубьев и конусного отверстия. Посадка шестерен на конусные (1:10) хвостовики вала – тепловая (индукционный подогрев) с натягом 0,22…0,26 мм. Требуется контакт сопрягаемых посадочных поверхностей до площади прилегания не менее 75%.

Рисунок 2.8 - Шестерня

Кожух зубчатой передачи

Кожух зубчатой передачи предназначен для защиты зубчатой передачи от внешней среды и является масляной ванной для ее смазывания.

Кожух редуктора, смотри рисунок 2.9, состоит из двух половин и сварен из листовой стали с толщиной листов 5 мм., прикреплен к остову тягового двигателя тремя болтами М36. По горловинам кожуха со стороны тягового двигателя установлены уплотнения из трубчатой резины, а со стороны колеса – специальное уплотнение из полиуретанового материала. По стыку двух половин кожуха со стороны малой горловины установлено специальное уплотнение, а с внутренней стороны горловины – приварено кольцо для сбора масла. На ступице зубчатого колеса и крышке подшипника предусмотрены выступы, выполняющие функции маслоотбойников. Для улучшения условий смазки передачи нижняя поверхность кожуха выполнена с дополнительным резервуаром. На боковине нижней половины кожуха находится карман с заправочной горловиной, закрываемой откидной крышкой. К крышке люка приварена трубка-сапун, служащая для выравнивания давления внутри кожуха с атмосферным давлением. Половины кожуха по концам стянуты двумя болтами М24, восемью болтами М12 по боковине со сторону колеса и тремя болтами М12 со стороны тягового двигателя.

Рисунок 2.9 - Кожух редуктора колесной пары.

Формирование колесной пары

Формирование колесной пары начинается с посадки одного из зубчатых колес в вертикальном положении, затем посадка внутреннего кольца моторно-осевого подшипника на ось. Далее вместе с болтами в лабиринтное уплотнение ступицы зубчатого колеса устанавливается крышка подшипника. Наружное кольцо подшипника монтируется в стакан. Стакан вставляется в корпус подшипников с установкой между ними составного кольца. Опускается корпус подшипников на ось и затягиваются болты. Собирается, как и первое, наружное кольцо второго подшипника со стаканом и корпусом подшипника. В вертикальном положении напрессовывается внутреннее кольцо второго подшипника. Устанавливается крышка подшипника на ось и затягиваются болты. При проверке плотности установки подшипников от усилия рук корпус подшипников не должен проворачиваться. Отворачиваются болты, составное кольцо демонтируется и шлифуется от исходной толщины для обеспечения осевого разбега подшипников от 0,25 до 0,35 мм. Устанавливается составное кольцо на место и проверяется плавность вращения корпуса подшипников от усилия рук без заедания и стуков. Выполняется посадка второго зубчатого колеса на ось. Вторично проверяется плавность вращения корпуса подшипников. Напрессовываются колеса на ось.

Буксовый узел

Буксы бесчелюстные одноповодковые с роликовыми подшипниками закрытого типа фирмы «Тимкен». Через буксы на колесные пары передается вертикальная нагрузка от массы электровоза, а от колесных пар на рамы тележек- усилия тяги, торможения и боковые горизонтальные усилия. Колесные пары с рамой тележки связаны через буксовые пружины 5 и односторонние буксовые поводки. Литой корпус буксы имеет два прилива под нижние направляющие буксовых пружин 4. Внутри корпуса размещен двухрядный конический роликовый подшипник 14 закрытого типа с эластомерным уплотнением и заправленный специальной смазкой на расчетный пробег 1,4 млн.км. Подшипник устанавливается на буксовую шейку прессом с усилием 8…10т. при натяге 0,07-0,10 мм и фиксируется торцевой шайбой 4 или 5 с болтами 11, завернутыми в торец оси. Наружное кольцо подшипника закрепляется крышками букс 8 или 9, на наружных крышках букс с одной стороны устанавливается токосъемное устройство, а с другой - датчики систем регулирования тяги и систем безопасности.

Буксовые поводки имеют сферообразные резино-металлические шарниры. Оси шарниров имеют клинообразные концы, которыми поводок соединен с одной стороны с корпусом буксы, а с другой стороны с кронштейном посередине боковины рамы тележки, осуществляя тем самым продольную связь колесных пар с рамой тележки. Буксовый узел представлен на рисунке 2.10.

 

Рисунок 2.10 - Буксовый узел и токоотводящее устройство

Буксовое подвешивание

Рессорное подвешивание служит для смягчения ударов, передаваемых на надрессорное строение, при прохождении электровоза по неровностям пути, и равномерного распределения нагрузок между колесными парами.

На верхние направляющие буксовых пружин 2 через резино-металлические амортизаторы 1 опирается рама тележки, причем хвостовик верхних направляющих входит в расточку нижних направляющих пружин с зазором ± 14мм, ограничивающим поперечное смещение колесной пары относительно рамы тележки с жесткостью поперечной связи 5,7 кН/мм за счет поперечной податливости буксовых пружин. При заданной осевой нагрузке 24 т на каждую буксу устанавливаются по две наружные пружины 4, а при добаластировке электровоза до осевой нагрузки 25 т, добавляются еще и по две внутренние поз.14.

Наружные буксовые пружины изготовлены из шлифованного прутка диаметром 42 мм стали 60С2ХА с поджатыми и обточенными концевыми витками. Статический прогиб пружин под расчетной нагрузкой составляет 58мм, высота пружин под нагрузкой равна 206 мм,поперечная жесткость пружины равна 1,43 кН/мм.

Внутренняя пружина изготовлена также из шлифованного прутка, прошедшего термообработку до твердости 42…48 ед.HRC с последующим упрочнением наклепом дробью. Число рабочих витков - 3, полных - 4,5. Диаметр прутка 15 мм, высота пружины в свободном состоянии 184 мм, средний диаметр витка-160 мм.

Рисунок 2.11- Буксовое подвешивание