RU198059U1

RU198059U1 - Vehicle axle box generator coupling

Info

Publication number: RU198059U1
Application number: RU2019137996U
Authority: RU
Inventors: Вадим Викторович Кунгурцев; Александр Александрович Перевязкин; Сергей Николаевич Рязанов; Алексей Викторович Шульгин
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта"
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2020-06-16

Abstract

Заявляемое решение относится к железнодорожному транспорту, а конкретнее к конструкции муфты генератора буксового узла, предназначенной для использования в составе буксовых устройств диагностики и мониторинга для передачи крутящего момента от оси колесной пары подвижного состава на вал буксового генератора. Муфта генератора буксового узла транспортного средства, размещенная с возможностью передачи крутящего момента от оси колесной пары на ротор генератора. Муфта выполнена многолепестковой с толщиной 5-20 мм, из полимерного материала с пределом прочности при изгибе 100-150 кгс/сми твердостью не менее 3 кгс/мм. Технический результат заключается в повышении надежности передачи крутящего момента от оси колесной пары на ротор генератора, защите генератора от разрушения и исключение затормаживания колесной пары в случае заклинивания ротора генератора. 2 з. п. ф-лы, 9 ил.The claimed solution relates to railway transport, and more specifically to the design of the coupling of the axle box generator assembly, intended for use as part of the axle box diagnostic and monitoring devices for transmitting torque from the axis of the wheel pair of the rolling stock to the axle box shaft. The generator coupling of the axle box of the vehicle, placed with the possibility of transmitting torque from the axis of the wheelset to the generator rotor. The coupling is made of multi-leaf with a thickness of 5-20 mm, from a polymeric material with a tensile strength in bending of 100-150 kgf / cm with a hardness of at least 3 kgf / mm. The technical result consists in increasing the reliability of the transmission of torque from the axis of the wheel pair to the rotor of the generator, protecting the generator from destruction and eliminating the braking of the wheel pair in case of jamming of the rotor of the generator. 2 s P. f-ly, 9 ill.

Description

Заявляемое решение относится к железнодорожному транспорту, а конкретнее к конструкции муфты генератора буксового узла, предназначенной для использования в составе буксовых устройств диагностики и мониторинга для передачи крутящего момента от оси колесной пары подвижного состава на вал буксового генератора.The claimed solution relates to railway transport, and more specifically to the design of the coupling of the generator of the axle box assembly, intended for use as part of the axle box diagnostic and monitoring devices for transmitting torque from the axis of the wheelset of the rolling stock to the axle box shaft.

Известны конструкции муфты аналогичного назначения (патент РФ №2627959, МПК: B61L 25/04, опубл. 14.08.2017 г.) - прототип.Known design coupling for a similar purpose (RF patent No. 2627959, IPC: B61L 25/04, publ. 08/14/2017) - prototype.

В известном решении, в соответствии с одним из вариантов выполнения, муфта выполнена из двух полумуфт, одна из которых ведущая закреплена на оси колесной пары, а другая ведомая - на валу ротора генератора, между ними установлена прокладка из резины, причем полумуфты соединяются болтами.In a known solution, in accordance with one embodiment, the coupling is made of two coupling halves, one of which is mounted on the axis of the wheelset, and the other driven on the shaft of the generator rotor, a rubber gasket is installed between them, and the coupling halves are connected by bolts.

Недостатком данной конструкции муфты является жесткость соединения, что в случае заклинивания ротора генератора приведет скручиванию оси и дальнейшему разрушению генератора и частичному затормаживанию колесной пары вагона.The disadvantage of this coupling design is the rigidity of the connection, which in case of jamming of the rotor of the generator will lead to twisting of the axis and further destruction of the generator and partial braking of the wheel pair of the car.

В другом варианте муфта выполнена из ведущей и ведомой полумуфт с постоянными магнитами, ведущая полумуфта крепится на оси колесной пары, а ведомая - на валу ротора генератора.In another embodiment, the coupling is made of a leading and driven coupling half with permanent magnets, the driving coupling coupling is mounted on the axis of the wheelset, and the driven coupling is mounted on the shaft of the generator rotor.

Недостатком выполнения муфты данной конструкция является низкая надежность в условиях реальной эксплуатации, поскольку место установки генератора отличается большим количеством смазки под крышкой буксового узла. Смазка неизбежно попадет в зазор между ведущей и ведомой полумуфтами (в том числе, из-за вибраций в процессе движения) и снизит фрикционные свойства соединения, особенно при большом энергопотреблении.The disadvantage of the coupling of this design is low reliability in real-life conditions, since the generator installation site is characterized by a large amount of lubricant under the axle box cover. Lubrication will inevitably fall into the gap between the driving and driven half-couplings (including due to vibrations during movement) and will reduce the frictional properties of the joint, especially with high power consumption.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является повышение надежности передачи крутящего момента от оси колесной пары на ротор генератора, защита генератора от разрушения и исключение затормаживания колесной пары в случае заклинивания ротора генератора.The technical result, the achievement of which the claimed solution is directed, is to increase the reliability of transmission of torque from the axis of the wheelset to the generator rotor, to protect the generator from destruction and to prevent braking of the wheelset in case of jamming of the generator rotor.

Указанный технический результат достигается тем, что муфта буксового узла транспортного средства, выполнена и размещена с возможностью передачи крутящего момента от оси колесной пары на ротор генератора, выполнена многолепестковой с толщиной 5-20 мм, из полимерного материала с пределом прочности при изгибе 100-150 кгс/см² и твердостью не менее 3 кгс/мм².The specified technical result is achieved by the fact that the coupling of the axle box of the vehicle, made and placed with the possibility of transmitting torque from the axis of the wheelset to the rotor of the generator, is multilobe with a thickness of 5-20 mm, from a polymeric material with a tensile strength in bending of 100-150 kgf / cm ² and a hardness of at least 3 kgf / mm ² .

Муфта, характеризующаяся тем, что в качестве полимерного материала используется фторопласт, капролон и их аналоги.Coupling, characterized in that fluoroplastic, caprolon and their analogues are used as a polymeric material.

Муфта, характеризующаяся тем, что выполнена трех- или четырехлепестковой.The coupling, characterized in that it is made of three- or four-petal.

Заявляемое решение конкретизировано на фиг. 1-9, где на фиг. 1 представлена трехлепестковая муфта, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, на фиг. 3 - четырехлепестковая муфта, на фиг. 4 - вид Б на фиг. 3, на фиг. 5 - объемное изображение четырехлепесковой муфты, на фиг. 6 - генератор буксового узела с муфтой в сборе, на фиг.7 - трехлепестковая муфта в сборе с болтами крепления подшипника буксового узла, на фиг. 8 - четырехлепестковая муфта в сборе с двумя болтами, на фиг. 9 - четырехлепестковая муфта в сборе с четырьмя болтами.The claimed solution is specified in FIG. 1-9, where in FIG. 1 shows a three-leaf clutch, in FIG. 2 is a view A in FIG. 1, in FIG. 3 - four-leaf clutch, in FIG. 4 is a view B in FIG. 3, in FIG. 5 is a three-dimensional image of a four-sand clutch; FIG. 6 - a box-type knot generator with a clutch assembly; FIG. 7 - a three-leaf clutch assembly with bolts of an axle box bearing mounting, FIG. 8 - four-leaf clutch assembly with two bolts, in FIG. 9 - four-leaf clutch assembly with four bolts.

В соответствии с заявляемым решением предлагается использовать для передачи крутящего момента от оси колесной пары на ротор генератора железнодорожного транспортного средства многолепесковую, например, трех- или четырехлепестковую муфту, изготавливаемую из полимерных материалов с пределом прочности при изгибе 100-150 кгс/см² и твердостью не менее 3 кгс/мм². Полимерные материалы с такими характеристиками, например, фторопласт, капролон и т.д., обладают достаточной для передачи крутящего момента прочностью момента до 400 Н⋅м и, в то же время, обладают способностью разрушаться при заклинивании генератора, например, в случае неисправности. Это позволяет избежать затормаживания/заклинивания колеса в случае разрушения (заклинивания) ротора генератора, обеспечив при этом надежную передачу крутящего момента от колесной оси на ротор генератора. Таким образом, заявляемая муфта помимо основной функции - передачи крутящего момента от колесной пары на вал генератора - выполняет также роль механического предохранителя.In accordance with the claimed solution, it is proposed to use multi-sand, for example, a three- or four-leaf coupling made of polymer materials with a tensile strength of 100-150 kgf / cm ² and hardness not less than 3 kgf / mm ² . Polymeric materials with such characteristics, for example, fluoroplastic, caprolon, etc., have a torque strength sufficient to transmit torque up to 400 N⋅m and, at the same time, have the ability to collapse upon jamming of the generator, for example, in the event of a malfunction. This allows you to avoid braking / jamming of the wheel in case of destruction (jamming) of the generator rotor, while ensuring reliable transmission of torque from the wheel axis to the generator rotor. Thus, the claimed clutch, in addition to the main function - transmitting torque from the wheelset to the generator shaft - also serves as a mechanical fuse.

В данной заявке под капролоном понимаются в том числе все его аналоги полиамиды, выпускаемые под другими торговыми марками - Текамид (Tecamid), Эрталон (Ertalon), Текаст (Tecast), Ультралон (Ultralon), Нейлон (Neylon) и т.д., и имеющие прочностные характеристики, приведенные в независимом пункте формулы. Под фторопластом понимаются фторсодержащие полимеры, имеющие прочностные характеристики, указанные в независимом пункте формулы.In this application, caprolon is understood to include, among other things, all its polyamide analogues sold under other trademarks - Tecamid (Tecamid), Ertalon (Ertalon), Texcast (Tecast), Ultralon (Ultralon), Nylon (Neylon), etc., and having strength characteristics given in the independent claim. Fluoroplastic is understood to mean fluorine-containing polymers having strength characteristics specified in an independent claim.

Выбор материалов для изготовления заявляемой муфты обусловлен следующим. В качестве материала выбраны полимерные материалы, обладающие достаточной твердостью и прочностью на изгиб, а также желательно и необходимой морозостойкостью (не хуже - 50°С), что связано с возможностью работы заявляемой конструкции при отрицательных температурах.The choice of materials for the manufacture of the inventive coupling is due to the following. As the material, polymeric materials are selected that have sufficient hardness and bending strength, as well as desirable and necessary frost resistance (no worse than 50 ° C), which is associated with the possibility of the claimed design to work at low temperatures.

Твердость материала муфты не менее 3 кгс/мм² обеспечивает износостойкость муфты в процессе эксплуатации, т.е. сохранение всех геометрических размеров, минимальную выработку от механического воздействия со стороны головок крепежных болтов и оси генератора и надежность передачи крутящего момента от колесной пары на ось генератора. В случае, если твердость менее 3 кгс/мм², то вышеуказанные требования не будут выполняться, а, следовательно, не будет обеспечено достижение заявленного технического результата. Верхняя граница характеристик твердости зависит от конструкции и условий работы буксового генератора.The hardness of the coupling material of at least 3 kgf / mm ² ensures the wear resistance of the coupling during operation, i.e. preservation of all geometric dimensions, minimum generation from mechanical stress from the side of the heads of the mounting bolts and the axis of the generator and the reliability of the transmission of torque from the wheelset to the axis of the generator. If the hardness is less than 3 kgf / mm ² , then the above requirements will not be fulfilled, and, therefore, the claimed technical result will not be achieved. The upper limit of the hardness characteristics depends on the design and operating conditions of the axle box generator.

Прочность на изгиб материала муфты 100-150 кгс/см²обеспечивает целостность муфты при статических и динамических воздействиях на нее со стороны соединяемых узлов (колесной пары и генератора) в процессе движения поезда (до 400 Н⋅м).The bending strength of the coupling material 100-150 kgf / cm ² ensures the integrity of the coupling under static and dynamic effects on it from the side of the connected nodes (wheel pair and generator) during the movement of the train (up to 400 N⋅m).

Выбор толщины муфты определяется следующим: если муфта имеет толщину менее 5 мм, то она обладает пониженной износостойкостью и низкой прочностью, и не обеспечивает надежную передачу крутящего момента от оси колесной пары на ротор генератора. Если толщина муфты превышает 20 мм, то муфта перестанет выполнять предохранительную функцию, т.е. не будет разрушаться при превышении крутящего момента более 400 Н⋅м (пороговое значение разрушения/скручивания оси генератора в используемом нами и прототипе исполнении).The choice of clutch thickness is determined by the following: if the clutch has a thickness of less than 5 mm, then it has reduced wear resistance and low strength, and does not provide reliable transmission of torque from the axis of the wheel pair to the generator rotor. If the thickness of the coupling exceeds 20 mm, then the coupling will cease to fulfill the safety function, i.e. will not be destroyed if the torque exceeds 400 N⋅m (the threshold value of destruction / twisting of the axis of the generator in the version used by us and the prototype).

Муфта может иметь различное количество лепестков, что зависит от количества болтов крепления подшипника буксового узла. В существующих тележках вагонов это 2, 3 или 4 болта.The coupling may have a different number of petals, which depends on the number of mounting bolts for the axle box bearing. In existing wagon trolleys, these are 2, 3 or 4 bolts.

Муфта 1 устанавливается и закрепляется на оси 2 ротора генератора 3, например, с помощью переходной вставки 4, выполненной, например, из стали 09Г2С. Вставка переходная насаживается на ось 2 генератора 3, имеющую параллельные лыски, по форме соответствующие углублению соединительной вставки. Муфта 1 устанавливается на переходную вставку 4 и фиксируется на оси 2 с помощью стопорного кольца. При установке устройства на буксовый узел 5 муфта 1 совмещается и вводится в зацепление с головками болтов 6 крепления буксового подшипника (фиг. 3). Количество болтов 6 крепления может быть разным для разных конструкций буксового узла 5 и зависит от конструкции буксового узла тележки вагона. Настоящее время используют 4, 3 и 2 в порядке убывания частоты применения, в основном - 4 болта.The coupling 1 is installed and fixed on the axis 2 of the rotor of the generator 3, for example, using the adapter 4, made, for example, of steel 09G2S. The transition insert is mounted on the axis 2 of the generator 3, having parallel flats, in shape corresponding to the recess of the connecting insert. The coupling 1 is mounted on the adapter insert 4 and is fixed on the axis 2 using the locking ring. When installing the device on the axle box 5, the coupling 1 is combined and engages with the heads of the bolts 6 securing the axle box bearing (Fig. 3). The number of mounting bolts 6 may be different for different designs of the axle box assembly 5 and depends on the design of the axle box assembly of the wagon trolley. Currently, 4, 3 and 2 are used in decreasing order of frequency of use, mainly 4 bolts.

Муфта буксового узла железнодорожного транспортного средства, предназначенная для передачи крутящего момента от оси колесной пары на ротор генератора. В устройстве, принятом в качестве прототипа, при заклинивании ротора генератора произойдет остановка муфты, на которую при этом будут механически воздействовать силы, передаваемые головками болтов крепительной шайбы буксового подшипника. Таким образом, вал генератора будет работать на скручивание.Clutch box axle assembly of a railway vehicle, designed to transmit torque from the axis of the wheelset to the generator rotor. In the device adopted as a prototype, when the generator rotor is jammed, the coupling will stop, which will be mechanically affected by the forces transmitted by the bolt heads of the axle box bearing washer. Thus, the generator shaft will work on twisting.

При заклинивании генератора в процессе движения поезда в общем случае возможны следующие исходы:When the generator is jammed during the train movement, in general, the following outcomes are possible:

а) разрушение муфты;a) the destruction of the coupling;

б) разрушение крепления муфты на валу генератора (срыв муфты с оси генератора);b) the destruction of the mounting of the coupling on the shaft of the generator (failure of the coupling from the axis of the generator);

в) скручивание (разрушение) вала генератора;c) twisting (destruction) of the generator shaft;

г) разрушение (срезание) головок болтов крепительной шайбы;d) destruction (cutting) of the bolt heads of the fastener;

д) блокировка колесной пары вагона.d) blocking the wheelset of the car.

Самыми неблагоприятными и опасными исходами с точки зрения надежности и безопасности движения являются г) и д), наименее опасными - а) и б). Для муфты, выполненной из стали (09Г2С - как в прототипе), наиболее вероятным исходом заклинивания генератора будет разрушение его вала и частично - блокировка колесной пары вагона.The most unfavorable and dangerous outcomes from the point of view of reliability and traffic safety are d) and e), the least dangerous are a) and b). For the coupling made of steel (09G2S - as in the prototype), the most likely outcome of jamming the generator will be the destruction of its shaft and partially the blocking of the wheel pair of the car.

Для муфты, выполненной из полимерного материала, последствием заклинивания генератора будет ее срыв или разрушение (а или б). Такой исход не представляет опасности для буксового узла колесной пары и для безопасности движения вагона, при этом сохраняет в целости конструкцию генератора.For a coupling made of a polymeric material, the jamming of the generator will result in its breakdown or destruction (a or b). Such an outcome does not constitute a danger to the axle box assembly of the wheelset and to the safety of the carriage movement, while maintaining the generator design intact.

Claims

1. The coupling of the generator of the axle box of the vehicle, made and placed with the possibility of transmitting torque from the axis of the wheelset to the rotor of the generator, characterized in that it is made of a multi-leaf thickness of 5-20 mm, from a polymeric material with a tensile strength in bending of 100-150 kgf / cm ² and a hardness of at least 3 kgf / mm ² .

2. The coupling according to claim 1, characterized in that fluoroplastic or caprolon is used as the polymeric material.

3. The coupling according to claim 1, characterized in that it is made of three- or four-petal.