牽引電機懸掛方式.doc

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牽引電機的三種懸掛方式 動力車和機車的牽引電機是通過傳動裝置驅動輪對的，牽引電動機懸掛，是指牽引電動機的安裝方式。牽引電機和傳動裝置在動力車上有不同的懸掛方式，常用的懸掛方式有以下三種：抱軸式懸掛，車體懸掛，轉向架懸掛。軸懸式又稱牽引電動機半懸掛，架懸式和體懸式又稱牽引電動機全懸掛。以下就這三種懸掛方式的結構、工作原理和優(yōu)缺點進行介紹。 一、抱軸式懸掛 1、定義 牽引電動機抱軸式懸掛，或稱半懸掛（traction motor semi-suspension）：牽引電動機的一端通過抱軸承剛性抱合在車軸上，另一端彈性懸掛在轉向架構架的橫梁或端梁上的安裝方式。牽引電動機質(zhì)量的一半支懸在構架上，為簧上質(zhì)量，故稱半懸掛。牽引電動機的另一半質(zhì)量壓在車軸上，為簧下質(zhì)量。 2、結構圖 左圖為彈性軸懸式牽引電機 1—牽引電動機；2—車軸；3—空心軸； 4—抱軸承；5—大齒輪；6—彈性元件。 3、工作原理 固裝在牽引電動機電樞軸上的小齒輪與固裝在車軸上的大齒輪組成一級減速裝置，牽引電動機驅動車軸回轉。借助于抱軸承的定位作用，保證了牽引電動機電樞軸與車軸平行，且大小齒輪的中心距保持不變，保證了大小齒輪的正常嚙合。 彈性軸懸式也屬于牽引電動機半懸掛（軸懸式）。彈性軸懸式的結構與剛性軸懸式相似，見上圖。牽引電動機的一端彈性支在轉向架構架上，另一端通過抱軸承支承在空心軸上，此空心軸套裝在車軸的外面，從動大齒輪固裝在空心軸端部，空心軸兩端通過彈性元件支承在輪心上，牽引電動機輸出的力矩通過小齒輪傳至大齒輪，通過空心軸、彈性元件傳至輪對，空心軸與車軸一同旋轉。裝在輪心上的彈性元件，既要支承牽引電動機約一半的重量和空心軸及大齒輪的全部重量，還要傳遞牽引電動機通過大齒輪傳來的力矩。 4、優(yōu)缺點 （1）優(yōu)點：牽引電動機半懸掛由于結構簡單、工作可靠、制造容易、成本低廉、維修方便等優(yōu)點，在電傳機車上得到廣泛應用。彈性軸懸式牽引電動機只要存在一點彈性，來自鋼軌的硬性沖擊，經(jīng)過彈性元件的緩沖，使抱軸承及牽引電動機的垂向加速度大為減小，改善了牽引電動機的工作條件。牽引電動機的力矩經(jīng)彈性元件傳至輪對，改善了牽引齒輪副的工作條件。 （2）缺點： ①簧下質(zhì)量大，因而輪軌垂向動載荷大。 牽引驅動裝置中的大齒輪全部質(zhì)量以及牽引電動機、小齒輪和齒輪箱等約一半的質(zhì)量是壓在車軸上的簧下質(zhì)量。 ②牽引電動機及牽引齒輪的工作條件差。 來自鋼軌的沖擊直接傳至牽引電動機和牽引齒輪嚙合面，牽引電動機垂向加速度大，牽引齒輪嚙合面的接觸動應力大，影響它們的工作可靠性及使用壽命。因此，隨著機車速度的提高，牽引電動機半懸掛不再適應要求而要采用牽引電動機全懸掛。一般情況下，機車最大運用速度不超過120km/h，可以采用牽引電動機半懸掛。 ③牽引電動機抱軸承的技術狀態(tài)對驅動裝置的工作有重大影響。 抱軸承過去都采用滑動軸承，滑動抱軸承與車軸之間徑向間隙較大，且隨著機車走行里程的增加，滑動抱軸承的間隙增大，大小牽引齒輪的中心距發(fā)生變化，齒輪嚙合條件惡化，抱軸承間隙增大，使牽引電動機電樞軸與車軸不平行度增大，也使齒輪嚙合條件惡化，影響齒輪的使用壽命。因此必須嚴格注意抱軸承的潤滑與維護，保證軸承間隙不超限?；瑒颖лS承在速度較高的情況下磨損快，且容易發(fā)熱而引起燒瓦事故。滑動抱軸承缺點是：運用可靠性差，維修工作量大，維修費用高，牽引齒輪副的嚙合條件差，影響齒輪使用壽命。 近些年來，國內(nèi)外一些機車采用滾動抱軸承。與滑動抱軸承相比，滾動抱軸承的優(yōu)點為滾動軸承工作可靠，維修工作最小，而且減小了抱軸承的徑向間隙，改善牽引齒輪的嚙合條件，延長牽引齒輪的使用壽命。彈性軸懸式的動力學性能及其結構復雜性介于剛性軸懸式與架懸式之間，適用于是最大速度為120km/h～160km/h的機車。 二、車體懸掛 1、定義 這種懸掛方式通常是把牽引電動機懸掛在車體的底部，使其成為二系彈簧以上的質(zhì)量。這樣一來，轉向架構架的質(zhì)量及回轉慣性矩就大為減小，容易保持轉向架高速時的蛇形穩(wěn)定性，對減輕輪軌的垂向及橫向動載荷也有所幫助。對于時速超過200km的動力集中型高速動車組，動力車置于列車兩端，中間為拖車，要求動力車具有很大的功率，其牽引電動機車較大，如果采用架懸式，則轉向架構架質(zhì)量增加很多，簧間質(zhì)量（構架質(zhì)量位于一二系之間，稱為簧間質(zhì)量）過大，對機車動力學性能、特別是對轉向架的蛇行穩(wěn)定性不利，須設法減小。為此，把牽引電動機掛在車體底部，使牽引電動機成為二系懸掛之上的車體質(zhì)量，謂之體懸式，也屬于全懸掛。此時，牽引電動機電樞軸輸出的力矩經(jīng)減速裝置傳到輪對上產(chǎn)生牽引力，該驅動裝置要適應車體與輪對之間各方向的相對位移，該相對位移比架懸式驅動裝置要求的相對位移量要大得多。體懸式牽引電動機的驅動機構最為復雜，只有必要時才采用體懸式。 2、結構 全懸掛方式模型 1、車體2、構架3、輪對4、驅動裝置 牽引電動機體懸式驅動裝置 3、工作原理 牽引電動機懸掛在車體上，其輸出扭矩通過齒輪箱（裝在車體上）、萬向軸、小齒輪、大齒輪傳至輪對。牽引電動機體懸式驅動裝置必須適應車體與轉向架之間的相對運動以及轉向架與輪對之間的相對運動。傳遞扭矩的萬向軸的長度必須能夠靈活伸縮，以適應車體與輪對之間較大的相對運動。 4、車體懸掛方式的優(yōu)缺點 牽引電機采用體懸掛的方式可以使得簧下不能通過彈簧進行緩沖的重量大大減輕，這樣減輕了車輛對鋼軌的沖擊力，并改善了電機與齒輪組的工作條件，相對于軸懸式來說，軸懸式有一半的重量要直接沖擊鋼軌，在同樣沖擊力的情況下，很明顯要比軸懸跑得快。 三、轉向架懸掛 1、定義 架懸式懸掛牽引電動機固裝在轉向架構架上，牽引電動機全部是簧上質(zhì)量，故又稱全懸掛式。牽引電動機架懸式由于簧下質(zhì)量小，適用于快速和高速機車。架懸式牽引電動機和轉向架構架一起振動，與電樞軸上的小齒輪相嚙合的大齒輪也必須隨構架振動，使大小齒輪的中心距保持不變。把從動大齒輪上的力矩傳到輪對的驅動裝置上是架懸式的關鍵技術。該驅動裝置必須是彈性的，以適應轉向架構架相對于輪對各方向的振動位移。 2、架懸式驅動機構 架懸式驅動機構，按彈性聯(lián)軸器的結構和布置方式不同，可分為電機空心軸驅動裝置和輪對空心軸驅動裝置兩大類。 （1）電機空心軸驅動裝置 ①示意圖 1—輪對；2—齒輪箱； 3—小齒輪；4—彈性聯(lián)軸器；5—牽引電動機；6—扭軸； 7—齒形聯(lián)結器。 牽引電動機固裝在轉向架構架上，而牽引齒輪箱是軸懸的。牽引電動機的電樞軸是空心的，傳遞扭矩的丑軸從空心電樞軸中穿過。牽引電動機空心電樞軸的輸出超矩，經(jīng)齒形聯(lián)結器、扭軸、彈性聯(lián)軸器、小齒輪、大齒輪驅動輪對轉動。扭桿端的齒形聯(lián)結器和扭軸與空心電樞軸之間的間隙，允許扭桿傾斜，以適應牽引電動機與輪對之間各個方向的相對位移。 ②優(yōu)缺點：電機空心軸驅動裝置布置緊湊、尺寸小、重量輕，其缺點是簧下質(zhì)量較大、牽引電動機長度縮短，對提高功率不利。另外，整個傳動系統(tǒng)的扭轉剛度較小，如果各彈性元件的剛度選擇及匹配不恰當，會使輪軌間的黏滑振動增大，容易誘發(fā)空轉，影響機車黏著牽引力的正常發(fā)揮。 （2）輪對空心軸驅動裝置 ①示意圖 1—彈性元件；2—空心軸； 3—輪對；4—軸承； 5—牽引齒輪；6—牽引電動機；7—空心軸套。 大齒輪用滾動軸承支承在空心軸套上，而空心軸套緊固在牽引電動機的機體上。在空心軸套內(nèi)又貫穿一根空心軸，包在車軸外面，此空心軸是轉動的，用來傳遞牽引電動機的扭矩?？招妮S是一端通過連接盤、彈性元件與大齒輪相一端通過連接盤、彈性元件與大齒輪相連。另一端通過連接盤、彈性元件與輪心相連。牽引電動機扭拒由小齒輪、大齒輪，經(jīng)彈性元件、空心軸，傳至空心軸另一端的彈性元件，傳遞給車輪，再經(jīng)車軸傳至另一側的車輪。這種驅動裝置稱為輪對空心軸兩級彈性驅動裝置。 ②優(yōu)缺點：空心軸兩端的彈性元件為彈性六連桿機構，分別與大齒輪及輪心相連，用來傳遞扭矩，并且有良好的運動學性能。輪對空心軸兩級彈性驅動裝置的優(yōu)點是：簧下質(zhì)量輕，輪對與牽引電動機之間得到兩級彈性隔離，因此有較好的動力學性能，彈性六連桿機構的徑向剛度很大，與車軸保持同心，不產(chǎn)生離心力而形成附加載荷和應力。其缺點是結構比較復雜。 3、架懸式懸掛方式補充 牽引電動機架懸式廣泛應用于速度較高的機車和動車上。其主要特點是將牽引電動機固裝在轉向架構架上。因牽引電動機全部質(zhì)量屬于簧上部分，故稱這種懸掛為全懸掛。這種懸掛方式因簧下質(zhì)量較小，有利于機車高速運行。同時因線路不平順和沖擊所引起的輪對垂向和橫向加速度，不會傳到牽引電動機和牽引齒輪副，使電機和齒輪副的工作條件大為改善。例如當車輪的垂向加速度為10g時，牽引電動機的垂向加速度只有0.5g，牽引電動機及牽引齒輪副的工作條件大為改善，故障率減少，工作壽命延長。機車速度愈高，上述優(yōu)點愈明顯。通常認為，機車最大運用速度超過120km/h就應采用牽引電動機架懸式。