理论教育 牵引电机与齿轮传动装置在城市轨道交通系统中的应用

牵引电机与齿轮传动装置在城市轨道交通系统中的应用

时间:2023-10-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:牵引电机通过齿轮传动装置将扭矩传递给轮对,齿轮传动装置由齿轮减速箱、齿式联轴节和减速箱悬吊装置3部分组成。齿轮减速箱由箱体、牵引齿轮和两对轴承组成。此外,牵引电机与减速箱组成一个整体跨骑在两轮对上,其重量直接由两轮对支承,增加了簧下重量,加剧了转向架运行的动力作用。转向架上两套牵引电机及其传动装置各自独立地配置,分别驱动一轮对。

牵引电机与齿轮传动装置在城市轨道交通系统中的应用

使牵引电机的扭矩转化为轮对或车轮上的转矩,利用轮轨之间的黏着作用,驱动车辆沿着钢轨运行。

地铁轻轨的动力转向架,无论是采用直流电机还是交流电机,均需通过机械减速装置,将电机的扭矩转化为转向架轮对转矩,利用轮轨的黏着作用,驱使车辆沿着钢轨运行。根据牵引电机在转向架上(或车体上)配置的特征,以及电机转轴与转向架轮对之间传动的特征,大致可分为以下6种结构形式。

(一)爪形轴承传动装置

城市电动轨道车辆最古老的传动形式为,直接利用牵引电机驱动轴上的齿轮带动轮对轴传递扭矩。这时马达轴与轮对轴呈平行配置,牵引电机的一部分重量通过两个爪形轴承支承于轮对轴上,另一部分重量通过弹簧支于构架梁上。一般牵引电机的小齿轮与轮对上的大齿轮之间的传动比取为1∶4~1∶6,如图7-25所示。

图7-24 转向架构架

爪形轴承传动装置的很大一部分重量非弹性直接支于轮对轴上,增加了簧下部分的重量,对转向架的运行品质带来不利影响,而且必然导致相关的运动零件的强烈振动和磨耗,如轴承、齿轮和集电器等。此外,由于这种传动的扭转弹性很低,往往要造成集电器过载,甚至损坏。但是这种传动结构简单、坚固,所以至今仍在轻轨车辆上获得应用。我国北京地铁车辆即采用这种形式。

图7-25 传动齿轮及联轴节

图7-26 爪形轴承传动装置

1—电机;2—电机悬挂;3—小齿轮;4—大齿轮;5—减速箱壳;6—爪形轴承;7—制动盘

北京地铁车DK2 动车每台转向架配置2台牵引电机。牵引电机平行于轮对,其一端通过爪形轴承支于轮轴上,另一端悬吊于构架横梁上。牵引电机通过齿轮传动装置将扭矩传递给轮对,齿轮传动装置由齿轮减速箱、齿式联轴节和减速箱悬吊装置3部分组成。齿式联轴节由2个半联轴节、2个齿轮套、1个圆弹簧和16个螺栓组成,如图7-26所示。

齿式联轴节采用将主动齿轮轴与牵引电机轴连接在一起,从而将牵引电机产生的转矩传递给主动齿轮,并使之与牵引电机一起转动。

齿轮减速箱由箱体、牵引齿轮和两对轴承组成。牵引齿轮为一对相互啮合很具有相同的模数压力角和螺旋角等参数的圆柱斜齿轮,其作用是通过齿轮的啮合传动,将牵引电机的转矩由主动齿轮传递到从动齿轮上,进而使轮对旋转,同时达到减速和增大转矩的目的。齿轮减速箱体为分箱式结构,箱体内放有一定量的润滑油,箱体上设有油针、放油堵、检查盖及透气塞。

减速箱悬吊装置将箱体的一端弹性地吊挂在构架横梁上,箱体的另一端坐在车轴上。

(二)横向牵引电机-空心轴传动装置

横向牵引电机-空心轴传动装置将牵引电机支承于构架横梁上,采用电机空心轴和高弹性的联轴器驱动齿轮减速箱,解决了上述方案的电机直接支于齿轮增加簧下重量和传动件过小的扭转弹性常导致集电器过载的问题,如图7-27所示。

在空心电枢和齿轮减速箱的小齿轮之间设置了一可移动的橡胶高弹性的钢片联轴器。减速箱一端支于轮对轴上,另一端通过一可动的纵向可调节的支撑铰接于构架上。

空心轴传动由于其重量轻、作用可靠和耐久性在城市轨道车辆中获得广泛应用。

上海地铁车辆每台动力转向架上装有二台牵引电机,呈横向吊挂于构架横梁上,其结构类似于图7-27所示。每一轮对的轴上装有单级齿轮箱,牵引电机的输出轴经弹性联轴节与齿轮箱的小齿轮相连接,电机的转矩通过齿轮箱减速 (传动比为5.95∶1)后驱动轮对。

此外还有以下四种悬挂形式。

(三)两轴-纵向驱动、骑马式结构

在转向架中央,沿着车辆运动方向配置的牵引电机连同左右轮对的减速箱,组成一个整体结构跨骑在转向架的两个轮轴上,牵引电机两端伸出的驱动轴经联轴器与减速箱的伞齿轮连接,经齿轮减速后,借助于空心轴和橡胶联轴器驱动轮对,其结构简图如图7-28所示。

单电机两轴-纵向驱动、骑马式结构的优点为,转向架的固定轴距比之以上介绍的两种型式可有较大的减缩,有可能在2m以内,这对于要求通过小半径曲线的轻轨交通车辆更具有现实意义,所以这种结构的转向架在轻轨车辆上获得广泛的应用。

这种由一个电机驱动两个轮对的结构,当一个轮对的黏着摩擦由于局部的蠕滑效应而遭破坏时,另一具有良好黏着摩擦条件的轮对将担当起后备的保护的作用。同样,在加速或减速时所出现的轮对卸载将不起作用,因为一根轴卸载在另一根轴上就要承担附加的载荷,整个转向架所传递的摩擦力矩总和仍不变,从而可避免因轮对卸载而导致打滑空转的危险。

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图7-27 横向电机牵引空心轴传动装置

1—电机;2—小齿轮;3—空心电枢;4—大齿轮;5—空心轴;6—连接法兰;7—减速箱壳;8—制动盘

图7-28 单电机两轴纵向驱动、骑马式结构

1—电机;2—橡胶联轴器;3—小锥齿轮;4—空心轴;5—连接法兰;6—车轴;7—减速箱壳;8—制动盘

这种结构通过一个牵引电机经机械连接强制驱动转向架的两个轮轴,两个轮对必具有相同的角速度,若两轮对的车轮直径存在差异,必会造成运行阻力的上升和磨耗的加剧。此外,牵引电机与减速箱组成一个整体跨骑在两轮对上,其重量直接由两轮对支承,增加了簧下重量,加剧了转向架运行的动力作用。

(四)全弹性结构的两轴纵向驱动

这种装置的牵引电机完全弹性地悬挂于转向架构架横梁的下方,电机两端伸出的驱动轴经联轴器、减速齿轮驱动万向接头空心轴,再经橡胶联轴器将扭矩传递给轮轴,其结构简图如图7-29所示。

由于牵引电机完全弹性地悬挂于构架,比之上述的单电机两轴纵向驱动,骑马式结构减轻了簧下重量,改善了动力性能,其余特征均与之相类似。

(五)牵引电机对角配置的单独轴纵向驱动

两牵引电机呈对角纵向悬挂于构架横梁的下方,电机驱动轴与齿轮减速箱之间的扭矩的传递经由一十字头连杆轴来实现。齿轮减速箱一端弹性悬挂于构架的端梁,另一端抱在轮对车轴上。

转向架上两套牵引电机及其传动装置各自独立地配置,分别驱动一轮对。其结构简图如图7-30所示。

这种传动与支悬方式减轻了簧下重量,电机纵向配置使轮对内侧留出了更大的空间,有利于安排制动盘或采用内置式轴箱,有利于减缩转向架的固定轴距。

(六)牵引电机置于车体上的驱动装置

低地板的轻轨车辆为了实现尽可能高的低地板率,常常将转向架构架做成下凹的元宝形,仅仅车轮与轴箱高出低地板,这就不得不将牵引电机配置于车体上,而又不妨碍曲线运行时车体与转向架之间的相对运动,因此,这种转向架的结构往往十分复杂,造价也异常高昂。

图7-29 全悬挂单电机两轴-纵向驱动装置

1—电机;2—橡胶联轴器;3—小锥齿轮;4—空心轴;5—连接法兰;6—车轴;7—减速箱壳;8—制动盘

图7-30 牵引电机对角配置单独轴纵向驱动装置

1—电机;2—传动轴;3—小锥齿轮;4—车轴;5—减速箱壳;6—制动盘

图7-31为这种驱动装置转向架的结构原理简图。配置于车体底架的牵引电机驱动轴经十字头万向连杆轴与一轮对车轮外侧的齿轮箱小伞齿轮连接,再经齿轮减速使轮对转动。

图7-31 牵引电机置于车体上的驱动装置

1—电机;2—减速箱;3—车轴;4—传动轴;5—减速箱座;6—制动盘;7—转向架体

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