VI.4. Колесно-моторный блок

Колесно-моторный блок осуществляет кинематическую и силовую связь между тяговым электродвигателем и колесной парой тепловоза. Он выполнен с опорно-осевой подвеской тягового электродвигателя ЭД-118А и односторонней зубчатой передачей. Тяговый электродвигатель одной стороной жестко опирается на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники, а другой стороной — опорным приливом упруго через пружинную подвеску на раму тележки. При такой подвеске практически половина массы тягового электродвигателя жестко связана с необрессоренными массами колесной пары и составляет на одном блоке около 4250 кг.

Вращающий момент тягового электродвигателя передается на колесную пару через одноступенчатую зубчатую передачу: шестерню, напрессованную на вал якоря и находящуюся в постоянном зацеплении с упругим зубчатым колесом колесной пары. Шестерня и зубчатое колесо закрыты кожухом, который крепится болтами в трех точках к остову электродвигателя. От попадания пыли и влаги торец моторноосевого подшипника со стороны коллектора электродвигателя закрыт хомутом, который выполнен в виде двух полуколец, армированных войлоком. Торец моторно-осевого подшипника со стороны зубчатой передачи находится в контакте со ступицей зубчатого колеса. Для улучшения смазывания торцовых поверхностей на торцах передних половин вкладышей выполнены по две прорези, в которые при сборке устанавливают войлочные полосы 6х10х160 мм. Общее перемещение тягового электродвигателя относительно оси .должно быть не более 1,2 мм.

Моторно-осевые подшипники (рис. 89) имеют разъемные вкладыши 1 и 3, изготовленные из бронзы. Положение вкладышей в корпусе электродвигателя фиксируется шпонкой 2. Верхние вкладыши 1 вкладывают в остов двигателя, нижние 3 с вырезом 180х60 мм для подвода смазки прижимаются корпусами подшипников 12, которые имеют камеры для размещения смазывающего польстерного устройства, четырьмя болтами 15 каждый, момент затяжки болтов — 1250—1420 Н • м (125—142 кгс  м). Вкладыши осевых подшипников левой и правой сторон электродвигателя взаимозаменяемы.

Во избежание повышенных краевых по вкладышам давлений от прогиба оси колесной пары расточку внутренней поверхности вкладышей выполняют по гиперболе. Разность диаметров гиперболической расточки на краях рабочей поверхности вкладышей и в средней части составляет 1 мм. Строительный диаметральный зазор в осевом подшипнике по вершине гиперболы составляет 0,5—0,86 мм. В процессе эксплуатации допускается увеличение зазора до 1,8мм и производить восстановительную расточку вкладышей следует в виде корсета.

Смазывание моторно-осевых подшипников осуществляется польстерным устройством, укрепленным на дне корпуса подшипника 12. Элементом, подающим смазку к узлу трения, является польстерный пакет (фитиль) 13. Он собран из трех пластин тонкошерстного каркасного войлока размерами 13х157х190 мм. Каждая пластина состоит из четырех спрессованных слоев тонкошерстного войлока, между которыми проложена шерстяная ткань, состоящая из 50 % шерсти и 50 % штапельно-вискозного полотна. В качестве заменителя, как показал опыт эксплуатации, польстерный пакет можно собирать из двух войлочных пластин 8х157х190 мм и 12 хлопчатобумажных фитилей шириной 80 и длиной 200 мм, уложенных между ними в два ряда. Польстерный пакет 13 закреплен в подвижной коробке 4 с выступанием рабочего торца пакета на 16±1 мм относительно кромки коробки. Коробка для обеспечения ее перемещения без перекосов и заеданий в направляющих корпуса 5 подпружинена четырьмя пластинчатыми пружинами по две снизу и сверху. Каждая пластинчатая пружина одним концом прикреплена к коробке и имеет возможность свободно перемещаться в пазе корпуса коробки при ее деформации. Коробка с польстерным пакетом в направляющих корпуса 5 постоянно поджимается усилием 40—60 Н (4—5 кгс) винтовыми пружинами 9 посредством рычага 8 через окно во вкладыше 3 к шейке оси колесной пары. Рычаг 8 и пружины 9 закреплены осями 6 и 7 на корпусе 5. Для удержания рычага в поднятом положении при проведении работ, связанных с выемкой польстерного пакета, на ось 7 установлен пружинный фиксатор 10, свободный конец которого выполнен такой длины и конфигурации, что при неопущенном в рабочее положение рычаге 8 он не дает возможности установить крышку 11 на корпус подшипника 12.

Масляная ванна корпуса подшипника в нижней части имеет отстойник для конденсата со сливной пробкой 14, а сверху она закрыта через паронитовую прокладку крышкой 11. Заполняется масляная ванна через отверстие в боковой стенке корпуса подшипника осевым маслом Л, 3 и С в зависимости от времени года и местности эксплуатации тепловоза. С целью устранения возможности переполнения маслом корпуса подшипника и перетекания его в кожух тягового редуктора кромка заправочного отверстия определяет наибольший уровень смазки, соответствующий 6 л. Наименьший допустимый уровень смазки контролируется риской на щупе маслоуказателя 16, закрывающем заправочное отверстие польстерной камеры осевого подшипника.

В целях дальнейшего повышения работоспособности осевых подшипников, особенно при эксплуатации в северных районах, тепловозы оборудуются электродвигателями ЭД-181Б с циркуляционной системой смазывания. В целом колесно-моторные блоки с ЭД-118А и ЭД-118Б взаимозаменяемы на тележках тепловоза.

Циркуляционная система смазывания осевых подшипников (рис. 90) представляет собой замкнутый круг циркуляции масла через вкладыши осевых подшипников. Круг циркуляции масла образован установкой на тяговом электродвигателе 1 единого осевого подшипника 2, который включает в себя две польстерные камеры 3, 9 и в нижней средней части маслосборник 15 вместимостью 35 л, соединенные через подшипники системой каналов. В маслосборнике на крышке 10 установлены шестеренный насос 13, который приводится в действие от оси колесной пары через шестерню 11, выполненную резъемной для монтажа и демонтажа без расформирования колесной пары, и зубчатое колесо 12, установленное на валу насоса. Зацепление зубчатой передачи привода насоса регулируется прокладками 16 крышки и устанавливается с увеличенным боковым зазором до 1 мм на компенсацию износа вкладышей осевого подшипника в процессе эксплуатации.

В польстерные камеры вместимостью 5 л каждая устанавливают польстерные смазывающие устройства 17, полностью унифицированные с ЭД118А. Камеры левой и правой сторон сообщаются через канал Г на уровне нижних кромок окон вкладышей 18. При движении тепловоза масло, нагнетаемое насосом по системе каналов в подшипнике, поступает в польстерные камеры, откуда самотеком через окна во вкладышах проникает в зазор между шейкой оси колесной пары и вкладышем, далее по каналам Д сливается в маслосборник, замыкая круг циркуляции. В момент трогания и до скорости 25 км/ч, когда насос не обеспечивает подачу достаточного количества масла, смазывание подшипника в основном осуществляется польстерным устройством, как на ЭД118А.

Для уменьшения потерь масла из круга циркуляции и исключения возможности попадания в него смазки тяговой зубчатой передачи, а также влаги и пыли из атмосферы вкладыши выполнены за одно целое с комбинированным контактно-лабиринтным уплотнением. Кроме того, вкладыши выполнены биметаллическими с баббитовой заливкой на бронзовой основе для лучшей приработки и во избежание задиров шеек осей колесных пар. Расточка внутренней поверхности вкладышей также производится по гиперболе, но под шейки осей диаметром 210 мм, чтобы сохранить жесткость биметаллических вкладышей на уровне бронзовых.

Систему смазывания заправляют осевым маслом. Масло заливают в польстерные камеры по нижнюю кромку окна вкладыша, а в масло­сборник — по кромку заправочного отверстия 6. В процессе эксплуатации работу насоса проверяют через контрольную пробку 5.

Шестеренный насос (рис. 91) состоит из корпуса 4, изготовленного из отливки чугуна, в который вставлены шестерни 2 и 3, имеющие 14 зубьев каждая, модуль — 2 мм и ширину венца 14 мм. Шестерни являются рабочими органами подачи масла в систему смазывания осевого подшипника. К корпусу насоса через штифты 9 и болты 14 крепится клапанная коробка 1, в которой размещаются обратные шариковые клапаны 13 на всасывание и нагнетание для каждого направления вращения насоса. Всасывающие отверстия клапанной кробки закрыты сеткой 12. На хвостовик валашестерни 3 установлено приводное зубчатое колесо 10, которое находится в зацеплении с шестерней, установленной на оси колесной пары. Приводное зубчатое колесо снизу ограждено кожухом 11 для уменьшения барботажных потерь (вспенивания).

Тяговый редуктор тепловоза предназначен для повышения вращающего момента, передаваемого тяговым электродвигателем на колесную пару, и обеспечения заданной длительной и конструкционной скоростей движения тепловоза.

Основные параметры зубчатой передачи тягового редуктора
Число зубьев:
шестерни	17
колеса	75
Модуль, мм	10
Угол исходного контура, град	20
Коэффициент коррекции:
шестерни	0,505
колеса	0,437
Длина общей нормали, мм:
шестерни
колеса
Диаметр окружности выступов, мм:
шестерни	198,88
колеса	777,5
Передаточное число	4,412
Межцентровое расстояние, мм	468,8

Зубчатая передача редуктора при опорно-осевом подвешивании тягового электродвигателя работает в тяжелых условиях, обусловленных переменными режимами работы и динамическими нагрузками, перекосом зубчатых колес от деформации оси и вала якоря, а также перекосом остова тягового электродвигателя вследствие зазоров в осевом подшипнике, которые в эксплуатации могут достигать 2 мм и более. Для обеспечения надежности и увеличения срока службы редуктора зубчатое зацепление выполнено с самоустанавливающимся зубчатым венцом упругого колеса. Венец и ведущую шестерню изготавливают из легированных сталей.

Шестерня изготавливается из стали 12Х2Н4А. Поверхности зубьев и впадин шестерен цементируют на глубину 1,6—1,9 мм (после шлифовки) и подвергают закалке до твердости HRC³59; твердость сердцевины зуба и обода — HRC³35. С целью повышения усталостной прочности при изгибе шестерен исходный профиль впадин зубьев выполняют с выкружками (протуберанцами) и не шлифуют. Продольных скосов зубья шестерен не имеют, как на прежних жестких передачах, а влияние перекоса компенсируется самоустанавливающимся зубчатым венцом упругого колеса. После закалки и шлифовки профиль зуба и впадин шестерни подвергают магнитной дефектоскопии.

Посадка шестерни производится в нагретом до 443 К (170° С) состоянии на конический (конусность 1:10) хвостовик вала якоря тягового электродвигателя с осевым натягом 1,3 -1,45мм. Перед насадкой шестерни на вал сопрягаемые их посадочные поверхности проверяют на прилегание по краске (прилегание должно быть не менее 75 %). На валу электродвигателя шестерни от сползания с конуса в нагретом состоянии дополнительно крепят гайкой с моментом затяжки 500 Н • м (50 кгс • м) и контрятся отгибочной шайбой. Для съема шестерни гидрораспрессовкой на торце вала электродвигателя предусмотрено резьбовое отверстие с выходом на сопрягаемую посадочную поверхность под установку специального ручного гидронасоса.

Зубчатое колесо (рис. 92) состоит из зубчатого венца 6, который через упругие элементы 1 и 2 посредством тарелок 19, призонных втулок 4, болтов 11 и гаек 3 соединен со ступицей 20, насаженной на ось колесной пары с натягом 0,16-0,22 мм, и жестко центрирован через ролики 10 по ее сферической поверхности. Момент затяжки болтов крепления тарелок 80 - 90 Н • м (8—9 кгс • м).  

Зубчатый венец изготавливают из стали 45ХН. Рабочая поверхность зубьев подвергается секторной закалке токами высокой частоты на глубину 3—5 мм и по .высоте 4—б мм от впадины зуба до твердости HRC³50, твердость сердцевины зуба и обода венца НВ255—НВ302. Впадины зубьев упрочняют накаткой роликами диаметром 120 мм с усилием 85—95 кН (8500—9500 кгс). После закалки и шлифовки профиль зуба и впадины венца подвергают магнитной дефектоскопии.

Упругие элементы для получения нелинейной характеристики тан­генциальной жесткости зубчатого колеса выполнены разной жестко­сти двух типов. Восемь элементов 1 (малой жесткости) имеют жесткость (125—135)10⁴ Н/м (125—135кгс/мм) и установлены в отверстия диаметром 70 мм тарелок и зубчатого венца по скользящей посадке. Они состоят из пальца 22, на наружную профильную поверхность которого насажены резиновые амортизаторы 24 и 23, предварительно вставленные в металлические втулки 5, 7 и 8. Втулки 5 и 7 выполнены с ограничительными буртами, препятствующими одностороннему свободному осевому перемещению по ним венца. Поэтому сформированные упругие элементы 1 устанавливают на колесе по четыре ограничительными буртами на каждой стороне зубчатого венца. Упругие элементы в тарелках и венце закрепляют стопорными пружинными кольцами 21.

Восемь других упругих элементов 2 имеют большую жесткость, равную (47—50) 10⁶ Н/м (470—500 кгс/мм). Они установлены в отверстия тарелок по скользящей посадке, а в отверстие венца — с радиальным зазором 4 мм. Упругий элемент 2 также состоит из профильного пальца 15, на концы которого напрессованы резиновые амортизаторы 17, предварительно вставленные в металлические втулки 16 и 18. Для предотвращения сползания втулка 16 имеет ограничительный бурт и проточку, а втулка 18 — две проточки под установку стопорных пружинных колец 21. Необрезиненная поверхность пальца выполнена бочкообразной (радиусом 270 мм).

Все резиновые амортизаторы упругих элементов изготовляют из маслобензостойкой резины. Формирование упругих элементов производится способом запрессовки резиновых амортизаторов в металлическую арматуру, при этом посадочные поверхности предварительно смазывают смесью из 30 % касторового масла и 70 % этилового спирта. Сформированные упругие элементы для стабилизации сцепления резины с металлом выдерживают в течение 20 дней при температуре 288—303 К (15—30° С) без нагружения и доступа света.

При сборке упругого зубчатого колеса между венцом и ступицей устанавливают без сепаратора 90 роликов 10 размером 15х25 мм, которые обеспечивают относительное поворачивание венца и ступицы через тело качения, жесткую их центровку и разгрузку упругих элементов от радиальных усилий в зубчатом зацеплении тяговой передачи. Для возможности самоустановки зубчатого венца поверхность ступицы под роликами выполнена сферической радиусом 300 мм и упругие элементы сформированы с зазорами до 5 мм между ограничительными буртами втулок. Поверхности венца и ступицы под роликами термообработаны до твердости HRC³ 48. В целях предотвращения выпадания пальцев 15 и 22 с наружных сторон тарелок прикреплены ограничительные кольца 9. Тарелки, втулки и пальцы изготовлены из стали 45 или 38ХС и термообработаны с целью повышения износостойкости гнезд под упругие элементы.

Передача вращающего момента зубчатым колесом, имеющим упругие элементы разной жесткости двух типов, осуществляется как бы в два этапа: сначала при малом вращающем моменте в работу вступают упругие элементы 1 с меньшей жесткостью, а затем с увеличением вращающего момента (при трогании) венец поворачивается, и при угле поворота примерно Г вступают в работу более жесткие элементы 2. Таким образом обеспечивается требуемая нелинейная характеристика тангенциальной жесткости упругого зубчатого колеса.

Для осмотра состояния деталей упругого зубчатого колеса при ремонтах, а также замены упругих элементов предусмотрена возможность полной его разборки без расформирования колесной пары. Разборка производится в сторону противоположного колесного центра.

Применение в тяговом редукторе упругого зубчатого колеса позволило значительно (в 3 раза) снизить динамические нагрузки, возникающие в зацеплении при движении тепловоза, и, как показал опыт эксплуатации тепловозов, главное — достичь эксплуатационной долговечности зубчатой передачи не менее 1,2 млн. км пробега.

Для создания масляной ванны и предохранения зубчатых колес и шестерен от песка, пыли и других абразивных материалов тяговая зубчатая передача помещена в кожухе.

Кожух тягового редуктора (рис. 93) состоит из двух разъемных сварной конструкции половин верхней 1 и нижней 9 с 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 3 и 4, укладывают уплотнительную резиновую трубку 5. Скрепляют две половины четырьмя болтами 7 через прокладки 6 толщиной, обеспечивающей установку уплотнительной трубки по разъему с преднатягом.  

Кожух центрируют горловиной по бурту вкладыша осевого подшипника и жестко крепят к остову тягового электродвигателя в трех точках болтами М42 через две бонки 15, приваренные к несущей боковой стенке вблизи центра зубчатого колеса для восприятия основной массы кожуха, и бонку 8, приваренную на нижней половине к листу и обечайке для обеспечения правильной установки кожуха относительно зубчатого колеса. С помощью прокладок, устанавливаемых под бонки крепления, регулируют зазор между торцами зубчатого колеса и стенками кожуха (который должен быть не менее 8 мм), а также радиальный зазор между ступицей колесного центра и горловиной кожуха (который должен быть не менее 1,5 мм). Регулирование зазоров необ­ходимо из-за износа осевого подшипника в процессе эксплуатации. Момент затяжки болтов должен быть 1400—1600 Н • м (140—160 кгс • м).

Кожух от внешней среды в месте соприкосновения горловины с буртом вкладыша осевого подшипника уплотняют войлочными полукольцами 11, уложенными в пазы горловины, а по отверстию монтажа ведущей шестерни установкой с преднатягом войлочного кольца между стенкой кожуха и подшипниковым щитом тягового электродвигателя. По оси уплотнение кожуха выполнено бесконтактным с дополнительным расширительным коробом 14, который имеет отражательное полукольцо 13 и в нижней части отверстие Б для возврата проникшей смазки снова в полость кожуха. Герметичность сварных соединений кожуха проверяют керосином. Особое внимание уделяют уплотнению между кожухом и осевым подшипником, так как смазки разные и их смешивание резко снижает работоспособность рассматриваемых узлов и особенно польстерного устройства смазки осевого подшипника вследствие замасливания фитилей вязкой смазкой зубчатой передачи. Это уплотнение выполнено бесконтактным лабиринтно-кольцевым, образованным отбойным кольцом на ступице зубчатого колеса и желобом, который удерживается полукольцами 12 (по одному на каждой половине), приваренными внутри на несущей боковине кожуха. На пути уплотнения в нижней части полукольца 12 имеется отверстие В, которое служит для отвода проникшей через уплотнение смазки за пределы кожуха.

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 заливается смазка СТП в количестве 5 кг. При этом зубья колеса погружаются 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. Смазка СТП зубчатой передачи тягового редуктора, как показал опыт эксплуатации, обладает хорошей влагостойкостью и устойчивостью к окислению, имеет высокий показатель вязкости и удовлетворительные смазывающие качества при низких температурах 223 К (—50° С). Для предупреждения повышения давления газов в кожухе на его верхней половине установили сапун 2, соединяющий полость кожуха с атмосферой.

В эксплуатации контроль уровня смазки и ее дозаправку производят через горловину, закрытую резьбовой пробкой 10. Уровень смазки ограничивается нижним краем заправочной горловины.

Подвешивание тягового электродвигателя (рис. 94) на раму тележки выполнено упругим пружинным и так, чтобы можно было без труда опустить полностью колесно-моторный блок и выкатить его из-под тепловоза без выкатки тележки. Это подвешивание называют обычно траверсным. Траверсное подвешивание состоит из нижней 11 и верхней 4 балочек с приваренными к ним накладками 5 и 10 из стали 20Х, цементированных и закаленных до твердости HRC³50. Между накладками расположены четыре пружины 3, предварительно затянутые усилием около 40 — 50 кН (4—5 тс) с помощью стяжных болтов 2. Собранная траверса помещается между четырьмя опорными приливами кронштейна 6 поперечной балки рамы тележки. Через крайние пружины и опоры кронштейна тележки устанавливают направляющие стержни 9, предупреждающие выпадание всего траверсного подвешивания. Крайние пру­жины удерживают направляющие стержни, а средние — специальные трубчатые выступы 3, приваренные к балочкам. Направляющие стержни удерживаются от выпадания снизу валиками 7, закрепленными болтами к кронштейну рамы тележки.  

Установка колесно-моторного блока на тележку производится при повернутом двигателе приблизительно на 30° к горизонтали путем спуска рамы тележки или подъема колесно-моторного блока для заведения опоры (носика) двигателя на траверсу, установленную на раме тележки. После установки тягового электродвигателя 1 отпускают стяжные болты, создавая зазор 5 мм между гайками и их опорными поверхностями. При этом траверсу устанавливают с преднатягом в кронштейне тележки и с незначительным зазором в опоре двигателя для обеспечения поперечных и продольных перемещений колесно-моторного блока, которые возникают при движении тепловоза.

Упругая пружинная траверсная подвеска тягового электродвигателя смягчает удары, передаваемые на раму тележки при колебаниях колесно-моторного блока во время движения. Пружины подвески рассчитывают так, чтобы при развитии наибольшей силы тяги между витками оставался зазор. Однако при движении тепловоза колесно-моторный блок совершает колебания, которые могут быть особенно интенсивными при боксовании вплоть до полной осадки пружин. Это вызывает отрыв от поверхности контакта и большие ударные нагрузки, которые передаются на узлы подвешивания тягового электродвигателя. Кроме того, опорная часть двигателя при движении перемещается по балочкам траверсы (особенно средней колесной пары тележки) как в продольном, так и в поперечном направлении. Все это вызывает интенсивный износ трущихся деталей: накладок траверсы и двигателя, кронштейнов тележки, которые после пробега 400 тыс. км подлежат периодической замене или восстановительному ремонту.

Уменьшение этого нежелательного явления и, следовательно, повышение долговечности подвески ведутся в направлении применения упругих элементов, обладающих нелинейно нарастающей жесткостью, в частности, резинометаллических втулок в маятниковой подвеске типа «Серьга» (рис. 95), которой оборудована опытная партия тепловозов 2ТЭ116, и проходят эксплуатационные ресурсные испытания. В этой конструкции кронштейн 3 через фиксирующую шпонку 5 прикреплен болтами 4 к двигателю 1 вместо нижней отъемной опоры, предусмотренной на случай использования данного электродвигателя под серийную траверсную подвеску. Нижняя проушина серьги 2 через резинометаллическую втулку 7 и валик 8 соединяется с кронштейном двигателя, а верхней аналогичной конструкции проушиной, расположенной в одной поперечной к оси колесной пары плоскости, подвешивается тяговый электродвигатель к поперечной балке рамы тележки через кронштейн 6.  

При этой подвеске поперечные перемещения электродвигателя сопровождаются деформацией резиновых втулок проушин и отклонением серьги, а вертикальные—только деформацией резиновых втулок; поворот двигателя при наезде одного колеса на неровность или возвышение наружного рельса в кривых производится за счет деформации резиновых втулок и отклонений серьги.