В статье авторы исследуют причину частых разрывов муфт электропоездов, предлагают своё решение данной проблемы.
Ключевые слова: электропоезда, резинокордная муфта, осевые силы, шевронная зубчатая передача, косозубая зубчатая передача.
В настоящее время в России на железных дорогах почти повсеместно эксплуатируются электропоезда производства Демиховского машиностроительного завода: постоянного тока — ЭД2Т, ЭД4М, ЭП2Д, и переменного тока — ЭД9Т, ЭД9М, ЭП3Д. Одной из главных и долго существующих проблем этих электропоездов является разрыв резинокордных муфт, вследствие чего они периодически вынуждены заходить на внеплановые ремонты в депо. Ремонт данного узла подразумевает собой отцепку неисправного вагона, поднятие его на домкрат, выкатку из-под него тележки и разбор тяговой передачи. На московском узле эта ситуация является крайне нежелательной в виду большого пассажиропотока: даже без 1 вагона электропоезду на линии будет крайне нелегко. В связи с этим, мы поставили перед собой задачу — выяснить причину разрыва резинокордных муфт и предложить свой вариант её устранения.
Для того, чтобы выяснить, из-за чего рвутся муфты, необходимо заглянуть в тяговую передачу и разобрать процессы, происходящие в ней. На всех отечественных поездах Демиховского завода применяют второй класс тяговой передачи с косозубыми зубчатыми колесами, в котором двигатель имеет опорно-рамное подвешивание, а редуктор — опорно-осевое. Крутящий момент с ротора двигателя передается на малую шестерню через упругую резинокордную муфту, основная задача которой — скомпенсировать несоосность двигателя и редуктора (из-за разного подвешивания). Общий вид тележки электропоезда ЭД4М приведён на рисунке 1.
Рис. 1. Тележка электропоезда ЭД4М
В ходе анализа данного привода, были выявлены некоторые его недостатки, такие, как низкая плавность хода и, самый основной — возникновение осевой силы, стремящейся сдвинуть колесо вдоль оси. Именно эти силы и вызывают большие изгибающие моменты в резинокордной муфте, которые в определенный момент времени могут превысить её предел прочности — муфта разорвётся (рисунок 2).
Рис. 2. Оборванная резинокордная муфта
Решение данной проблемы возможно двумя способами: изменение класса тяговой передачи или изменение структуры зубчатых колёс в редукторе. Первый — трудозатратный, неэкономичный, приведет к изменению габаритов всей экипажной части поезда и изменению его тяговых характеристик. Второй способ требует денежных затрат, но не требует изменения габаритов экипажной части, поэтому рассмотрим его. Как уже было сказано ранее, в редукторах данной тяговой передачи применяется, как правило, косозубая передача. Общий вид зубчатых колёс воссоздан на платформе SolidWorks и представлен на рисунке 3.
Рис. 3. Зубчатые колёса
Предлагаемое решение — изменить косозубую на шевронную передачу без изменения числа зубьев и передаточного отношения редуктора. Данная передача лишена такого недостатка, как осевые силы, вызывающие большие изгибающие моменты. Единственный её недостаток — цена. Из всех видов передач шевронная является самой дорогой, но даже с таким раскладом эта цена окупится, поскольку затрат на ремонт резинокордных муфт будет гораздо меньше. Общий вид предлагаемого решения — шевронной зубчатой передачи — представлен на рисунках 4 и 5.
Рис. 4. Шевронные зубчатые колёса
Рис. 5. Шевронная передача в сборе
Таким образом, мы получим модифицированную зубчатую передачу 2 класса, которая позволит решить поставленную нами задачу: ликвидировать осевые силы, что предотвратит обрыв резиновых муфт и позволит уменьшить затраты на внеплановые ремонты электропоездов; более того, данная передача увеличит плавность хода, что повлияет на комфорт пассажиров; наконец, она позволит применять на поездах более мощные двигатели, что, при прочих равных, позволит увеличить их среднюю скорость и уменьшить время в пути следования.
Шевронные колёса, как уже было сказано, предполагается делать с таким же числом зубьев, как и косозубые, что не изменит передаточного отношения редуктора. Они будут такими же по высоте и ширине, благодаря чему успешно впишутся в старый корпус редуктора: внешне тележка абсолютно никак не изменится, что также является большим плюсом — рисунок 6.
Рис. 6. Общий вид тележки с новой шевронной передачей
Литература:
- Расчёт тяговой передачи / С. В. Володин, П. С. Григорьев, Е. К. Рыбников.: Железнодорожный транспорт, 2018. — 104 с.
- В. Г. Сафонов //Тяговые передачи // 2016.11–16 с.
- Пегов Д. В., Крушинский Д. В., Шеремет Д. М., Пономаренко С. А. и др. Электропоезда постоянного тока ЭД2Т, ЭТ2М, ЭД4М, ЭР2Т, ЭТ2 // Центр Коммерческих Разработок, 2008–192 с., табл., ил.
