Эволюция компоновочных схем тягового привода

Основным доводом в пользу создания локомотивов с электродвигателем был тот факт, что вращательное движение вала электродвигателя значительно проще преобразовать во вращательное движение колесной пары, чем возвратно-поступательное движение поршня парового двигателя.

Первоначально появилась идея создания безредукторного тягового привода, в котором якорь двигателя насажен непосредственно на ось колесной пары и на нее же опирается корпус двигателя. При этом кинематическая схема передачи была проста, так как валы двигателя и движителя – это ось колесной пары. В 1889 г. такой привод применялся на первых электровозах Лондонского метрополитена. Однако, от такой схемы пришлось отказаться из-за того, что при скорости 50 км/ч полная неподрессоренность ТЭД постепенно приводила к разрушению как его самого, так и пути.

Более удачная конструкция была применена на электровозах фирмы «Дженерал Электрик» (США, 1906г.), в которой якорь насаживался на ось, а двухполюсный статор закреплялся жестко на подрессоренных частях локомотива. Статор мог перемещаться вертикально относительно якоря на величину деформаций рессорного подвешивания, что обусловило применение двигателя в двухполюсном исполнении и не позволило создать магнитную систему с оптимальным полюсным зазором. Кроме того, якорь оставался совершенно незащищенным от вибраций.

Простейшим приводом, который получил значительное распространение в начале прошлого столетия, явился привод с опорно-осевым подвешиванием ТЭД. Однако вследствие низкого уровня развития электромашиностроения оказалось невозможным вписать в подвагонный габарит двигатель мощностью более 250 – 330 кВт.

Наличие развитой паровозостроительной промышленности, для которой производство шатунно-кривошипных передач локомотивов рамного типа не представляло трудностей, подталкивало конструкторов к созданию группового тягового привода, у которого тяговый двигатель приводит во вращение несколько движущих осей.

Появившиеся в 20-х годах прошлого века в США и ряде Европейских стран электровозы с одним-двумя ТЭД, установленными в кузове, и шатунно-кривошипной передачей имели значительно лучшие технико-экономические показатели и сцепные качества, более высокую мощность (при той же нагрузке на ось), чем аналогичные локомотивы с индивидуальным приводом.

Дальнейшее развитие электромашиностроения, совершенствование технологии изготовления зубчатых передач позволили создать достаточно надежный индивидуальный тяговый привод, способный конкурировать с групповым. К тому же групповой привод с шатунно-кривошипной передачей сдерживал переход на появившиеся локомотивы тележечного типа. В результате к 40 –м годам прошлого века электроподвижной состав был снова переориентирован на индивидуальный привод и в основном на использование простейшей схемы с опорно-осевым подвешиванием ТЭД.

Послевоенные годы отмечены постепенным освоением все больших единичных мощностей локомотивов и ростом максимальных скоростей движения, что вызвало необходимость снижения неподрессоренных масс, в том числе и масс элементов тягового привода, обеспечение защиты последнего от возросших динамических воздействий пути.

Дальнейшим шагом была разработка и использование на серийном тяговом подвижном составе привода с рамным подвешиванием тяговых двигателей, впервые в СССР примененных на вагонах метрополитена, а затем на электропоездах серии ЭР (с 1958 г.). такие двигатели имели и поставляемые с 1956 г. пассажирские электровозы производства Чехословакии.

В связи с ростом скоростей во Франции, ФРГ, Италии был осуществлен переход на привод, у которого был подрессорен не только двигатель, но и редуктор. Этому способствовало создание ряда неприхотливых в эксплуатации конструкций тяговых муфт с резинометаллическими шарнирами (муфты французской фирмы «Альстом», «Эрликон» - Швейцария, муфта инж. Жакмена (Франция)).

В середине 60-х г. французские локомотивостроители вновь вернулись к идее группового привода (но уже применительно к тележечному локомотиву), в котором связь между отдельными колесами осуществляется с помощью зубчатых передач. Это направление, позволяющее использовать более высокие единичные мощности ТЭД, снизить из число на локомотиве, улучшить сцепление и сосредоточить массы в центре тележки, с целью уменьшения её воздействия на путь, стало определяющим для французского локомотивостроения. Этого направления придерживаются специалисты ряда стран (Япония, Испания, Италия) в значительной степени оснащающих парк локомотивами с одномоторными тележками.

Появление скоростных электро- и турбопоездов с электрической передачей, рассчитанных на скорости значительно превышающие 200 км/ч привело к необходимости дальнейшего облегчения тележки, в результате чего появились конструкции, предусматривающие подвешивание ТЭД (французский электропоезд TGV) или ТЭД с редуктором (итальянский электропоезд ЕТR-500) на раме кузова.

Развитие силовой электроники позволило вернуться к идее использования в качестве тягового асинхронного двигателя. Его высокие энергетические показатели (даже при невысокой частоте вращения) создают реальную возможность возврата к безредукторному тяговому приводу.

Таким образом, тяговые передачи подвижного состава можно классифицировать по трем классам:

· привод I класса – опорно – осевое подвешивание ТЭД и редуктора;

· привод II класса – опорно – рамное подвешивание ТЭД и опорно - осевое редуктора;

· привод III класса – опорно – рамное подвешивание и ТЭД и редуктора.

Согласно [9], для высокоскоростного подвижного состава наметилось направление, связанное с переносом больших масс тягового привода на раму кузова.