СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ЛОКОМОТИВА С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ Российский патент 1994 года по МПК H02K5/24 B61C9/38 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в локомотивах с электрической передачей.

Известна система передачи локомотива с электрической передачей, содержащая двигатель постоянного тока с вращающимся якорем и неподвижным индуктором и зубчатую шестерню, установленную на валу колесной пары [1].

В такой системе за счет совпадения собственной частоты колебаний ротора и вынужденной частоты, возникающей за счет периодического изменения магнитного потока в воздушном зазоре, возможен резонанс поперечных колебаний якоря.

Известна также система, в которой для устранения резонанса поперечных колебаний воздушный зазор под нижними главными полюсами уменьшен по сравнению с таковыми под верхними полюсами, при этом одностороннее магнитное тяжение действует как пружина с отрицательной жесткостью и уменьшает собственную частоту колебаний [2].

В этой системе используются двигатели постоянного тока с ослаблением магнитного поля и на ослабленном поле эффект пружины с отрицательной жесткостью уменьшается при ослаблении поля более чем на 50%. Таким образом, такая система недостаточно эффективна.

Цель изобретения - повышение надежности.

Цель достигается тем, что зубчатая шестерня установлена на валу колесной пары локомотива так, что угол между ее зубцами и зубцами якоря двигателя составляет β = ± , где Z_я - число зубцов якоря.

Существенным отличием предлагаемой системы от прототипа является то, что благодаря проделанным операциям частота совместного возмущающего воздействия на якорь близка к сумме частот периодической составляющей магнитного тяжения и механического усилия зубьев шестерни и оказывается выше собственной частоты колебаний якоря.

Сущность изобретения заключается в следующем. Зубчатое строение якоря электрической машины (фиг. 1) обуславливает неравномерное распределение магнитной индукции В в воздушном зазоре под главными полюсами. Поскольку воздушные зазоры практически разные, то появляется периодическое возмущающее воздействие на якорь со стороны магнитных сил F_м (фиг.2) с частотой
f_я = Z_я ˙n (n - частота вращения якоря, об/c).

На фиг. 2 изображена система передачи локомотива с электрической передачей, где 1 - статор, 2 - главный полюс, 3 - якорь, 4 - зубчатая шестерня (ведущая), 5 - другая зубчатая шестерня (ведомое колесо). Периодическое возмущающее воздействие P_n со стороны тягового редуктора воздействует на якорь с частотой f_ш = Z_ш ˙n, шестерня на коническом хвостике вала якоря может занимать различные положения относительно зубцов якоря (фиг.3 и 4). Если периодические усилия F_м и P_n действуют в фазе, как показано на фиг.2, а это реализуется при установке шестерни по фиг.3, то частота возмущающего воздействия на якорь близка к частоте f_м, поскольку число зубцов якоря в несколько раз больше числа зубьев шестерни. Обычно отношение Z_я/Z_ш выбирается не равным и не кратным, например для тягового редуктора тепловоза
= = 3,17647.

При сдвиге зубьев шестерни по окружности на валу якоря (фиг.4) на угол β = ± частота возмущающего воздействия со стороны F_м и P_n близка к сумме их частот f = f_я + f_ш. Собственная частота поперечных колебаний вала якоря в подшипниках на жестком основании определяется по формуле
f_с = , Гц где g - ускорение свободного падения 9,81 м/c²;
δ - радиальный зазор в якорном подшипнике, обычно δ = 0,03-0,3 мм.

При указанных δ частота собственных колебаний вала якоря в подшипниках f_c = 29-91 Гц. При скорости движения тепловоза, например, v = 5 км/ч частота вращения якоря может быть определена по формуле
n = 5,3 , об/мин где i - передаточное число тягового редуктора (i = 4,41);
D_к - диаметр круга катания колеса (D_к = 1,05 м),
n = 5,3 · = 1,855 об/с
При этом f_м = n Z_я = 1,855 54 = 100,17 Гц;
f_ш = n ˙Z_ш = 1,855 ˙17 = 31,53 Гц;
f = f_м + f_ш = 100,17 + 31,53 = 131,7 Гц.

Следовательно, уже при скорости 5 км/ч частота возмущающего воздействия на якорь превышает максимально возможную собственную частоту колебаний якоря и резонанс поперечных колебаний якоря исключается.

Использование: в тяговых электрических машинах, локомотивах с электрической передачей. Сущность изобретения: при сборке машины зубья шестерни на валу якоря устанавливаются так, чтобы угол между ними и зубцами якоря составлял При этом частота возмущающего воздействия равна сумме частот электромеханического и механического воздействий, что позволяет уже при скорости 5 км/ч сделать его выше собственной частоты колебаний якоря и исключить резонанс. Устройство состоит из статора 1, главного полюса 2, зубчатого якоря 3, ведущей шестерни 4, ведомого зубчатого колеса 5 колесной пары и вала якоря. 4 ил.

СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ЛОКОМОТИВА С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ, содержащая двигатель постоянного тока с вращающимся якорем и неподвижным индуктором, зубчатую шестерню, установленную на валу двигателя, и находящуюся в зацеплении с ним другую зубчатую шестерню, установленную на валу колесной пары локомотива с электрической передачей, отличающаяся тем, что зубчатая шестерня установлена на валу двигателя так, что угол между ее зубцами и зубцами якоря двигателя составляет
± ,
где Z_я - число зубцов якоря.