ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ РЕДУКТОР СО СМАЗКОЙ МАСЛОМ, ПРЕЖДЕ ВСЕГО ДЛЯ ЗАКРЫТЫХ ТЯГОВЫХ ПРИВОДОВ РЕЛЬСОВЫХ ТРАНСПОРНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2004 года по МПК F16H57/04 

Настоящее изобретение относится к высокоскоростному редуктору со смазкой маслом, прежде всего для закрытых тяговых приводов рельсовых транспортных средств, при этом в таком редукторе сливные маслопроводы, предназначенные для отвода масла из лабиринтных камер бесконтактных лабиринтных уплотнений валов, проходят к масляному поддону корпуса редуктора.

В современных высокоскоростных тяговых приводах смазка поверхностей трения в целом осуществляется вращающимся зубчатым колесом с большим числом зубьев, которое при разгоне захватывает своими зубьями масло по типу смазки в масляной ванне из масляного поддона корпуса, смачивает далее приводную шестерню и по мере увеличения частоты вращения благодаря своему зубчатому профилю создает дисперсную масляновоздушную смесь, которая распределяется по всему объему редуктора и за счет этого поступает также к подшипникам, в которых в корпусе редуктора установлены приводные валы.

При этом в приводах с вращающимися с высокой скоростью большими зубчатыми колесами особая проблема связана с обеспечением надежного, износостойкого и практически масло- и газонепроницаемого уплотнения валов устанавливаемыми рядом с этими подшипниками бесконтактными уплотнениями, предотвращающими утечку смазки наружу. Обычно для этой цели применяют лабиринтные уплотнения, принцип действия которых основан на дросселировании давления в щели между подвижной и неподвижной деталями. В таких редукторах обеспечивается циркуляция масла по замкнутому контуру благодаря тому, что конденсат масляного тумана, образующийся в лабиринтных камерах таких уплотнений, отводится из них по соответствующей сифонной системе и непрерывно возвращается по обратным маслопроводам в закрытый корпус редуктора, за счет чего должно исключаться просачивание наружу сколько-нибудь существенного количества масла через наружные грязеотводящие камеры лабиринтных уплотнений. С этой целью обратные маслопроводы выполняют в виде имеющих определенный уклон маслоотводящих каналов, выходные отверстия которых располагаются выше уровня масла в масляном поддоне.

При этом в особо высокоскоростных редукторах возникает специфический эффект, проявляющийся в том, что масляновоздушная смесь, захватываемая в корпусе редуктора зубчатым колесом в виде так называемого увлекаемого потока, скорость которого практически равна угловой скорости вращения этого зубчатого колеса, значительно нагревается под действием внутреннего трения и расширяется, повышая вследствие этого нагрузку на лабиринтные уплотнения. По этой причине во избежание утечки масла наружу помимо прочего требуется исключительно надежное функционирование системы отвода масла из камер лабиринтных уплотнений.

Кроме того, для уменьшения до приемлемого уровня количества тепла, выделяющегося за счет внутреннего трения в масляном тумане, необходимо стремиться к тому, чтобы поддерживать количество масла в корпусе редуктора, а тем самым и вязкость масляновоздушной смеси на минимально допустимом уровне и по возможности не создавать в корпусе редуктора условий, отрицательно влияющих на характер движения потока. С другой стороны, ни в коем случае нельзя допускать работу редуктора без смазки, что могло бы привести к его заеданию, и поэтому нельзя допускать падения уровня масла в редукторе ниже необходимой для его надежной работы величины. По вышеуказанным причинам колебание уровня масла в редукторе допустимо лишь в очень узких пределах, и поэтому необходим надежный контроль за уровнем масла.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать такую усовершенствованную систему отвода масла из щелей лабиринтных уплотнений прежде всего для тяговых приводов рельсовых транспортных средств, а также для используемых в других областях высокоскоростных редукторов, которая практически полностью позволяла бы предотвратить утечку масла, а также разработать такой указатель уровня масла, который обеспечивал бы максимально эффективную, т.е. чувствительную и не зависящую от положения корпуса редуктора индикацию уровня масла и вместе с тем не оказывал бы существенного отрицательного влияния на характер движения потока в корпусе редуктора.

Указанная задача решается с помощью предлагаемого в изобретении высокоскоростного редуктора со смазкой маслом, прежде всего для закрытых тяговых приводов рельсовых транспортных средств, при этом в таком редукторе сливные маслопроводы, предназначенные для отвода масла из лабиринтных камер бесконтактных лабиринтных уплотнений валов, проходят к масляному поддону корпуса редуктора. Согласно изобретению указанные сливные маслопроводы оканчиваются на участках, на которых в рабочем режиме и независимо от направления вращения зубчатых колес редуктора автоматически создается относительное разрежение, при этом указанные участки разрежения образованы осевыми сужениями между зоной зубьев зубчатого колеса с большим числом зубьев и смежными стенками корпуса редуктора.

В предпочтительном варианте выполнения указанные сужения могут быть образованы утолщениями стенок корпуса редуктора, причем указанные утолщения материала должны быть сформированы таким образом, чтобы в потоке, захватываемом зубчатым колесом, не возникало завихрений в обоих направлениях.

Предпочтительно лабиринтные камеры лабиринтных уплотнений валов выполнить сообщающимися со сливными маслопроводами через сифонную систему.

Сливные маслопроводы, предназначенные для отвода масла от подшипника зубчатого колеса с большим числом зубьев, предпочтительно выполнить в виде отверстий в утолщениях стенок корпуса.

В предпочтительном варианте выполнения сливные маслопроводы, предназначенные для отвода масла от подшипника шестерни, могут быть образованы сформированными в стенках корпуса редуктора маслоотводящими каналами.

Высокоскоростной редуктор в соответствии с изобретением может иметь указатель уровня масла, для чего в утолщении стенки корпуса целесообразно выполнить сообщающееся с масляным поддоном отверстие под поплавок, видимый сквозь смотровое стекло, при этом указанное отверстие необходимо расположить на высоте центра тяжести поверхности допустимого уровня масла в масляном поддоне.

Настоящее изобретение основано на использовании описываемого уравнением Бернулли эффекта, когда при работе редуктора у выходных отверстий обратных маслопроводов создается разрежение, которое эффективно способствует отводу масла из лабиринтных камер бесконтактных уплотнений валов. Обусловлено это тем, что согласно уравнению Бернулли статическое давление в движущемся с высокой скоростью потоке жидкости меньше, чем в неподвижной, соответственно движущейся более медленно жидкости, а именно, тем меньше, чем больше разность скоростей потока. Таким образом, если в корпусе редуктора искусственно сузить тот участок, по которому движется увлекаемый зубчатым колесом поток, то скорость такого увлекаемого зубчатым колесом потока на этом участке увеличится, а статическое давление в этом месте, напротив, снизится по сравнению со всей остальной системой. Если расположить выходные отверстия обратных маслопроводов именно в этой зоне, то при работе редуктора в маслоотводящей линии возникает подсос, способствующий более интенсивному всасыванию масляного конденсата из уплотнительной системы. С физической точки зрения такая система работает по типу сопла Вентури, хотя она и предназначена для иной цели. Сужение целесообразно предусмотреть на том участке корпуса редуктора, где увлекаемый зубчатым колесом поток имеет наибольшую скорость, а именно, вблизи периферии зубчатого колеса. Для максимально эффективного использования имеющегося в обратных маслопроводах перепада такое сужение наиболее целесообразно располагать непосредственно над масляным поддоном. Если сужения в этой зоне образованы за счет утолщения материала стенок корпуса редуктора, то в этих утолщениях предпочтительно одновременно разместить отверстия обратных маслопроводов, по которым отводится масло от подшипника зубчатого колеса с большим числом зубьев. Эти утолщения материала предпочтительно формировать таким образом, чтобы в захватываемом зубчатым колесом потоке в результате изменения его сечения по возможности не возникало завихрений в обоих направлениях вращения колеса. Кроме того, в расположенном непосредственно рядом еще одном отверстии можно установить поплавок, который виден снаружи через смотровое стекло и по положению которого можно визуально контролировать уровень масла. Расположение поплавка еще в утолщенной зоне стенки корпуса исключает отрицательное влияние на характер движения потока масляновоздушной смеси как на участке сужения, так и на других чувствительных к изменению гидродинамических условий участках, при этом помимо прочего отпадает необходимость в использовании обычно применяемых дорогостоящих трубчатых направляющих для поплавка. Кроме того, влияние наклонного положения корпуса редуктора, обусловленного, например, уклоном участка пути, на точность измерения визуально контролируемого уровня масла можно исключить, если согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения указанный участок, на котором расположено отверстие под поплавок, совпадает с центром тяжести поверхности допустимого уровня масла в масляной ванне. Наличие достаточного количества масла для поплавка при неработающем редукторе не в последнюю очередь обеспечивается за счет расположения на этом же участке выходных отверстий обратных маслопроводов.

Маслоотводящие каналы, предназначенные для отвода масла от подшипника приводной шестерни, также могут оканчиваться на искусственно суженном участке, что позволяет использовать описанный выше всасывающий эффект и для более интенсивного отвода масла от подшипника приводной шестерни.

Предлагаемый в изобретении редуктор отличается исключительно малыми затратами на его изготовление, для которого не требуются большие производственные площади, и характеризуется высокой технологичностью. Само устройство не требует обслуживания и подвода энергии извне. За исключением используемого при определенных условиях поплавка, для расположения плоскости визуального контроля за уровнем масла выше этого уровня не требуется никаких механически подвижных деталей.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - корпус редуктора тягового привода рельсовых транспортных средств в сечении плоскостью А-А по фиг.3, совпадающей с плоскостью, в которой лежит ось зубчатого колеса с большим числом зубьев,

на фиг.2 - сечение плоскостью В-В по фиг.3, параллельной плоскости сечения А-А и совпадающей с плоскостью, в которой лежит центр тяжести поверхности уровня масла, и

на фиг.3 - вид сбоку корпуса редуктора, если смотреть в направлении оси.

На фиг.1 и 2 позицией 1 обозначено зубчатое колесо с большим числом зубьев тягового привода рельсовых транспортных средств, приводимое во вращение не показанной на чертежах шестерней. Это зубчатое колесо 1 представляет собой сборное колесо, зубчатый венец которого привинчен к ступице 2, которая в горячем состоянии насажена на не показанную на чертежах ось тяговой подвижной единицы. Позицией 3 обозначен корпус редуктора, в котором зубчатое колесо 1 и приводная шестерня установлены в роликоподшипниках 4 с цилиндрическими роликами. Внизу корпус 3 заканчивается масляным поддоном 5, который примерно до середины зубьев зубчатого колеса 1 заполнен трансмиссионным маслом. Уплотнение между корпусом 3 редуктора и ступицей 2 обеспечивают лабиринтные уплотнения 6. Эти бесконтактные уплотнения с щелью (лабиринтом) между подвижной и неподвижной деталями, т.е. между валом и корпусом, допускают вращение одной детали с высокой частотой относительно другой детали и в принципе не подвержены износу. Однако полностью избежать утечки масла через лабиринтное уплотнение 6 невозможно из-за высокого давления масляного тумана, которое устанавливается при высокоскоростном режиме работы, и поэтому для практически полного возврата просачивающегося масла в масляный поддон 5 предусмотрена сифонная система 7 и сливные маслопроводы 8, благодаря чему обеспечивается циркуляция просочившегося масла по замкнутому контуру. При этом масло, лишь самое минимальное количество которого не попадает в такую циркуляционную систему, удаляется вместе с налипшими снаружи частицами грязи через внешние грязеотводящие камеры 9.

Корпус 3 редуктора имеет оптимальный гидродинамический контур, который показан на фиг.1 и 2 прерывистой линией. Благодаря такому контуру захват состоящего из масляновоздушной смеси потока зубчатым колесом происходит с низким трением и практически без завихрений, что исключает чрезмерный нагрев такого масляного тумана. Вместе с тем в зоне самых нижних зубьев и оснований зубьев зубчатого колеса боковым стенкам корпуса 3 придан такой контур, чтобы получить суженные участки 10. С этой целью стенка корпуса выполнена с непрерывным с внутренней стороны утолщением таким образом, чтобы в зоне максимального утолщения материала, т.е. в вершине утолщения, внутренние стенки корпуса 3 проходили вертикально вниз до масляного поддона 5, за счет чего в нижней зоне зубчатого венца и оснований зубьев зубчатого колеса 1 и образуются требуемые сужения. Сливной маслопровод 8 для отвода масла от опор зубчатого колеса 1 образован поперечным отверстием 8а, отходящим перпендикулярно сифонной системе 7, и примыкающим к нему вертикальным отверстием 8b, которое выполнено в утолщении стенок корпуса. Вертикальное отверстие 8b оканчивается на уровне нижних зубьев зубчатого колеса 1 в зоне максимального утолщения материала, т.е. точно на том участке 10, на котором при работе редуктора вне зависимости от направления вращения создается наибольшее относительное разрежение по сравнению с давлением во всей системе внутри закрытого корпуса 3. В результате такого разрежения создается подсос, способствующий более интенсивному всасыванию просочившегося масла и за счет этого его отводу из лабиринтных камер лабиринтных уплотнений 6, соответственно из сифонной системы 7. Благодаря такому отсасывающему эффекту практически полностью исключается утечка трансмиссионного масла наружу, что позволяет снизить загрязнение окружающей среды и в течение длительного времени поддерживать на постоянном уровне количество масла в корпусе 3 редуктора.

Последний фактор имеет наиболее важное значение для обеспечения длительного срока службы редуктора в связи с тем, что, с одной стороны, высокоскоростные редукторы следует эксплуатировать с минимально допустимым количеством масла, чтобы поддерживать вязкость образующейся масляновоздушной смеси, а тем самым и ее способность нагреваться на минимально возможном уровне, а с другой стороны, недостаток масла может привести к поломке этого редуктора. Поэтому в высокоскоростных приводах для обеспечения их надежной работы необходим точный контроль за уровнем в них масла, при этом, однако, такой контроль не должен отрицательно сказываться на характере движения потока.

На фиг.2 и 3 показан один из примеров реализации такого контроля. В соответствии с этим примером непосредственно перед или за вершиной утолщения материала в стенке корпуса 3 предусмотрено вертикальное поплавковое отверстие 11, которое снизу сообщается с масляным поддоном 5, а сверху пересекается с горизонтальной выемкой 12, которая снаружи герметично закрыта смотровым стеклом 13. Наличие поплавка 14 позволяет поднять плоскость визуального контроля за уровнем масла, который можно контролировать по положению верхней части этого поплавка, над плоскостью разъема корпуса 3 и масляного поддона 5, примерно совпадающей с уровнем масла, без необходимости использования дополнительных деталей, которые привели бы к удорожанию подобного указателя уровня масла или создавали бы иные помехи в гидродинамически чувствительной зоне во внутренней полости редуктора.

Преимущество описанного выше решения состоит также в том, что, как показано на фиг.3, центр тяжести поверхности уровня масла точно совпадает с местом расположения указателя уровня масла, благодаря чему точный визуальный контроль за уровнем масла обеспечивается абсолютно независимо от возможного наклона корпуса 3.

Кроме того, на фиг.3 наглядно показано, что сливные маслопроводы 15, которые проходят от подшипника 16 шестерни и которые выполнены в виде сформированных в стенках корпуса маслоотводящих каналов, также оканчиваются на участке 10 сужения потока под подшипником 17 зубчатого колеса, благодаря чему отсасывание масла от подшипника 16 шестерни также происходит в соответствии с уравнением Бернулли.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к высокоскоростным редукторам со смазкой маслом для закрытых тяговых приводов рельсовых транспортных средств. В высокоскоростном редукторе со смазкой маслом сливные маслопроводы 8 предназначены для отвода масла из лабиринтных камер бесконтактных лабиринтных уплотнений 6 валов. Маслопроводы 8 проходят к масляному поддону 5 корпуса 3 редуктора и оканчиваются на участках 10. Участки 10 разрежения образованы осевыми сужениями между зоной зубьев зубчатого колеса 1 и смежными стенками корпуса 3. Технический результат - усовершенствование системы отвода масла из щелей лабиринтных уплотнений и повышение эффективности индикации уровня масла, не зависящей от положения корпуса редуктора. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Высокоскоростной редуктор со смазкой маслом, прежде всего для закрытых тяговых приводов рельсовых транспортных средств, при этом в таком редукторе сливные маслопроводы (8, 15), предназначенные для отвода масла из лабиринтных камер бесконтактных лабиринтных уплотнений валов, проходят к масляному поддону (5) корпуса редуктора, отличающийся тем, что указанные сливные маслопроводы (8, 15) оканчиваются на участках (10), на которых в рабочем режиме и независимо от направления вращения зубчатых колес редуктора автоматически создается относительное разрежение, при этом указанные участки (10) разрежения образованы осевыми сужениями между зоной зубьев зубчатого колеса (1) с большим числом зубьев и смежными стенками корпуса (3) редуктора.2. Высокоскоростной редуктор по п.1, отличающийся тем, что указанные сужения образованы утолщениями стенок корпуса (3) редуктора.3. Высокоскоростной редуктор по п.2, отличающийся тем, что указанные утолщения стенок корпуса сформированы таким образом, чтобы в потоке, захватываемом зубчатым колесом, не возникало завихрений в обоих направлениях.4. Высокоскоростной редуктор по п.1, отличающийся тем, что лабиринтные камеры лабиринтных уплотнений (6) валов сообщаются со сливными маслопроводами (8, 15) через сифонную систему (7).5. Высокоскоростной редуктор по п.2, отличающийся тем, что сливные маслопроводы (8), предназначенные для отвода масла от подшипника зубчатого колеса с большим числом зубьев, выполнены в виде отверстий (8a, 8b) в утолщениях стенок корпуса.6. Высокоскоростной редуктор по п.2, отличающийся тем, что сливные маслопроводы (15), предназначенные для отвода масла от подшипника шестерни, образованы сформированными в стенках корпуса (3) редуктора маслоотводящими каналами.7. Указатель уровня масла для высокоскоростного редуктора по п.3, отличающийся тем, что в утолщениях стенок корпуса выполнено сообщающееся с масляным поддоном (5) отверстие (11) под поплавок (14), видимый сквозь смотровое стекло (13).8. Указатель уровня масла по п.7, отличающийся тем, что отверстие (11) расположено на высоте центра тяжести поверхности допустимого уровня масла в масляном поддоне.