Андрей Сергеевич Космодамианский,
доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой «Тяговый подвижной состав»
Российской открытой академии транспорта Российского университета транспорта (МИИТ),
РОАТ РУТ (МИИТ), Москва, Россия,

Владимир Иванович Воробьев,
кандидат технических наук,
доцент кафедры «Подвижной состав железных дорог»
Брянского государственного технического университета (БГТУ),
Брянск, Россия,

Олег Васильевич Измеров,
соискатель кафедры «Подвижной состав железных дорог»
Брянского государственного технического университета (БГТУ),
Брянск, Россия,

Дмитрий Николаевич Шевченко,
ассистент кафедры «Тяговый подвижной состав»
Российской открытой академии транспорта Российского университета транспорта (МИИТ),
РОАТ РУТ (МИИТ), Москва, Россия

МОДЕРНИЗАЦИЯ КОЛЕСНО-МОТОРНЫХ БЛОКОВ ТЕПЛОВОЗОВ
В УСЛОВИЯХ ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЯ

 ВВЕДЕНИЕ

   В период 2000–2020 гг. в отечественном железнодорожном машиностроении широко применялась практика заимствования зарубежных технических решений — как в форме сотрудничества с иностранными фирмами, так и путем копирования конструкций зарубежных производителей. Это увеличило использование импортных комплектующих, в частности колесно-моторных блоков (КМБ) локомотивов — одного из наиболее сложных в проектировании и производстве узлов. Сегодня на серийно производимых российских электровозах используются КМБ, разработанные фирмами Siemens и Alstom, а на грузовых тепловозах применяется конструкция КМБ, сходная с конструкцией фирм США и требующая импортных моторно-осевых подшипников (МОП).

   Как выясняется, в условиях импортозамещения простое повторение зарубежных аналогов затруднительно, поскольку они, как правило, конструктивно сложны, требуют высокой точности обработки и ориентированы на специальную технологическую базу, принадлежащую мировым фирмам-лидерам. Фактически для иностранных компаний такой подход к конструированию защищает продукцию от копирования. С другой стороны, в течение 1970–1980-х гг. в нашей стране шел поиск конструктивных решений, изначально адаптированных к ограничениям по материалам и комплектующим изделиям продукции гражданского назначения, существовавшим в СССР. При этом проблема заключается в том, что в настоящее время нет методик по выбору рациональных решений тяговых приводов применительно к условиям импортозамещения либо по поиску новых конструктивных решений для данных условий, хотя изменения в конструкции создают благоприятные возможности для замены устаревших узлов колесно-моторного блока.

   Наконец, необходимость импортозамещения заставляет пересмотреть критерии к выбору конструкции тягового привода перспективных тепловозов, предназначенных для работы на Восточном полигоне, поскольку в новых экономических условиях требуются не только перспективные, но и быстро реализуемые в производственных условиях решения.

   Предлагаемая статья является попыткой разрешить эту проблему применительно к тяговым приводам магистральным тепловозов.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

   На большинстве отечественных тепловозов с 1940-х гг. применяются КМБ с колесами диаметром 1050 мм. Это обусловлено следующими объективными факторами:
   - мощность тяговых электродвигателей (ТЭД) у тепловозов меньше, чем у электровозов, из-за ограничений по мощности автономной силовой установки;
   - при диаметре колеса 1050 мм меньше длина и масса распространенной на тепловозах трехосной тележки, что вызвано необходимостью размещать топливный бак между тележками;
   - меньше изгибающие моменты в главной раме при продольных усилиях.

   В 1970-е гг. в нашей стране была обоснована целесообразность использования колес диаметром 1220–1250 мм для перспективных тепловозов, что создавало возможности размещать более мощные ТЭД и повышать осевые нагрузки. В настоящее время серийно изготавливаются пассажирские тепловозы ТЭП70 и их модификации. Ранее небольшой серией были выпущены грузовые тепловозы с диаметром колес 1250 мм, имеющие трех- и четырехосные тележки, которые подтвердили возможность повышения тяговых свойств за счет увеличения осевых нагрузок. Рассмотрим конструкцию современного КМБ с колесами диаметром 1050 мм для грузовых и маневровых тепловозов на примере КМБ тепловоза 2ТЭ25А с асинхронным приводом (рис. 1).

Рис. 1. КМБ тепловоза 2ТЭ25А:
1 — колесная пара; 2 — ТЭД; 3 — упругое самоустанавливающееся зубчатое колесо (УСЗК);
4 — ведущая шестерня; 5 — осевые подшипники

   Основное отличие этого КМБ от ранее выпущенных — моторно-осевые подшипники (МОП) качения (рис. 2) в виде радиально-упорных однорядных конических роликоподшипников 4 и 5 производства фирмы Timken (США), установленных врастяжку в корпусе 3 в виде неподвижной трубы, прикрепленной к корпусу ТЭД. Подшипники фиксируются между ступицей зубчатого колеса 2 и лабиринтным кольцом 6 при осевом зазоре 0,05–0,15 мм. Осевой зазор после посадки подшипников и лабиринтного кольца обеспечивается за счет выемки состоящего из двух половин кольца 7, последующей его шлифовки на величину зазора, установкой на стакан 8 роликоподшипника 5 и закреплением подшипниковых узлов.

   Замена подшипников требует распрессовки колесных пар. Подобная конструкция, применяемая на тепловозах Североамериканских железных дорог, отличается надежностью и длительным периодом работы без обслуживания. Недостатки конструкции — усложнение монтажа подшипникового узла из-за необходимости регулировать зазоры в конических подшипниках. На разработанном Брянским механическим заводом маневровом тепловозе ТЭМ23 с асинхронными ТЭД тоже применены МОП качения. В КМБ тепловоза 2ТЭ25А используется подвеска, представляющая собой тягу с двумя резинометаллическими шарнирами (РМШ) отечественного производства.а.

Рис. 2. Расположение МОП на тепловозе 2ТЭ25А:
1 — колесная пара; 2 — УСЗК; 3 — корпус подшипников; 4 — МОП со стороны УСЗК;
5 — МОП со стороны колесного центра; 6 — лабиринтное кольцо;
7 — регулировочное кольцо; 8 — стакан подшипника

   С 2017 г. МОП качения внедряются также на серийно выпускаемых грузовых магистральных тепловозах с коллекторными ТЭД (2ТЭ25КМ и др.) и на маневровых тепловозах ТЭМ18ДМ.

   Тепловозы с коллекторными ТЭД оборудованы модернизированной бесчелюстной трехосной тележкой, в которой сложно применять подвеску типа «серьга». Именно поэтому на таких тепловозах до сих пор используется пружинная подвеска (рис. 3), один из недостатков которой — изнашиваемые плоские поверхности, не закрываемые кожухами от загрязнений.

Рис. 3. Пружинная подвеска тягового электродвигателя тепловоза 2ТЭ25КМ:
1 — пружина; 2, 16 — обоймы; 3, 4, 7, 12, 14 — накладки; 5 — кронштейн подвески на раме тележки;
6 — носик верхний тягового электродвигателя; 8 — болт; 9 — гайка; 10 — валик; 11, 15 — шплинты;
13 — стержень; А — зазор между обоймой и гайкой;
Б — зазор между накладками нижней обоймы и нижнего носика

   Таким образом, основная задача для КМБ отечественных тепловозов — необходимость создания конструкции с МОП российского производства и с более совершенной, чем пружинная, подвеской. Рассмотрим возможные варианты решения проблемы, которые можно реализовать в сложившихся условиях без проведения длительных исследований.

ОПОРНО-РАМНЫЙ ПРИВОД С ПОЛЫМ КАРДАННЫМ ВАЛОМ

   Передаточное число тяговой передачи при опорно-рамном приводе и ТЭД ЭД-900 составляет 3,4, что близко к передаточному числу тепловоза 2ТЭ25А (3,65). На тихоходной части привода подшипники используются только для опоры колеса и воспринимают только реакции на оси в тяговой передаче.

   Благодаря этому в зависимости от модификаций привода для разных серий тепловозов применяются либо два радиальных однорядных роликовых подшипника с буртами для восприятия осевых нагрузок, либо дополнительный шарикоподшипник.

   К достоинствам данного тягового привода относится то, что он в целом и его узлы достаточно хорошо изучены, они могут быть изготовлены на той же технологической базе, что и опорно-осевые приводы серийно выпускаемых отечественных тепловозов.

   Применение радиальных роликоподшипников упрощает сборку и ремонт привода. Производство резинокордных муфт (РКМ) не требует сложной оснастки и при необходимости может быть налажено непосредственно на самом локомотивостроительном заводе.

   Чтобы упростить замену РКМ в депо, они выполнены из отдельных сегментов, которые демонтируются и монтируются без распрессовки колесной пары (рис. 4). Неровности пути не вызывают значительных динамических моментов в валопроводах привода. В силу перечисленных особенностей привод с РКМ вполне подходит для замены опорно-осевых приводов, оборудованных импортными подшипниками.

Рис. 4. Опорно-рамный привод с РКМ (вариант для локомотива колеи 1435 мм):
1 — ТЭД; 2 — малое зубчатое колесо; 3 — большое зубчатое колесо; 4, 8 — фланцы полого вала;
5 — подшипниковый узел; 6 — опора подшипникового узла; 7 — полый вал; 9 — упругая муфта а

   Следует отметить, что при эксплуатации макетного образца тепловоза ТЭ120 были зафиксированы разрывы упругих муфт тягового привода, чего не наблюдалось на тепловозах ТЭ125 и ТЭП150. Причина разрывов — высокие динамические моменты (в 6–8 раз больше номинальных), которые возникали в передаче тепловоза ТЭ120 при аварийных режимах работы преобразователя частоты [1], что обусловлено неудачной конструкцией устройства защиты, впоследствии измененного [2]. Кроме того, система управления инвертором напряжения не предусматривала использование широтно-импульсной модуляции. Поэтому возникала значительная пульсация крутящего момента при пуске, которая тоже могла приводить к перегреву муфт (из-за переменной составляющей деформации кручения) и к их последующему разрыву. Этот недостаток был устранен на тепловозе 2ТЭ25а.

   Другим недостатком привода, также связанным с тем, что он проектировался для экспортных тепловозов на колею 1435 мм, стало уменьшение ширины зубчатых колес. Если привод использовать только для тепловозов колеи 1520 мм, то ширина зубчатых колес может быть принята той же, что и для грузовых локомотивов.

   Поскольку тепловоз 2ТЭ25а рассчитан на большую осевую силу тяги в длительном режиме, чем ТЭ120 (65 кН против 42,5 кН), необходима проверка резинокордных элементов по нагрузочной способности. Согласно [3], резинокордные элементы 760ґ435 мм, изготовленные из вискозной кордной ткани 17В, были рассчитаны на максимальный крутящий момент при трогании 50 кНм, что соответствует силе тяги 95 кН, и существенно выше, чем момент при трогании с места тепловоза 2ТЭ25а, равный 73,6 кН. Кратковременная несущая способность элементов ограничена по условию сцепления резины с арматурой муфты по внутренней арматуре. Несущая способность РКМ может быть повышена за счет мер по оптимизации муфты, ранее описанных авторами и запатентованных [4, 5].

   Как следует из изложенного, основные проблемы, связанные с применением данного типа привода на грузовых тепловозах, можно считать решенными. Чтобы сделать окончательные выводы о целесообразности использования такого привода в условиях импортозамещения, необходимо провести опытноконструкторские работы по определению возможности компоновки выпускаемых асинхронных ТЭД при требуемом передаточном отношении. При использовании коллекторных ТЭД такой привод может применяться для создания пассажирского или грузопассажирского варианта тепловоза (из-за меньшего крутящего момента на валу коллекторных ТЭД в длительном режиме тяги [6]).

ТЯГОВЫЕ ПРИВОДЫ С ОПОРНОРАМНЫМ ТЭД БЕЗ ПЕРЕДАТОЧНОГО МЕХАНИЗМА

   В ОАО «ВНИКТИ» создан и испытан тяговый привод с опорно-рамным ТЭД, не содержащий передаточного механизма [7]. Его достоинства — отсутствие МОП и простота модернизации экипажной части, что делает этот тип конструкции одним из возможных направлений развития тяговых приводов локомотивов. Недостатком [7] является изменение расстояния между осями зубчатых колес тяговой передачи при вертикальных перемещениях колесной пары относительно рамы тележки, поэтому такой привод применим только для железнодорожных экипажей с малоинтенсивной эксплуатацией.

   Как показал проведенный авторами анализ известных конструкций, для устранения указанного недостатка обычно используются дополнительные зубчатые колеса, что усложняет конструкцию привода. В связи с этим нами разработана конструкция тягового привода с опорно-рамным ТЭД без передаточного механизма с постоянным межосевым расстоянием в тяговой передаче (рис. 5).

   В предложенной конструкции ТЭД подвешен на раме тележки с возможностью перемещения вдоль пути и связан корпусом тяговой передачи с осью колесной пары. Корпус колесной пары опирается на подшипники, воспринимающие только составляющую усилий в передаче, которая направлена радиально по отношению к зубчатым колесам и составляет примерно треть от радиальной нагрузки в передаче. Вследствие этого можно использовать подшипники значительно меньшей грузоподъемности, чем в приводе, показанном на рис. 1. При вертикальном перемещении колесной пары корпус передачи перемещает ТЭД в продольном направлении, причем межосевое расстояние для колес зубчатой передачи остается постоянным. На конструкцию привода подана заявка на получение патента.

   Из-за отсутствия опыта по проектированию и производству опорно-рамных приводов без передаточного механизма имеет смысл рассматривать их только как возможный путь развития тяговых приводов железнодорожных экипажей в перспективе.

ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ ПРИВОДА
С ЖЕСТКИМ ОПИРАНИЕМ ТЭД НА КОЛЕСНУЮ ПАРУ

Основной проблемой конструкций опор- но-осевого привода с МОП качения, в которых использовались подшипники отечественного производства (например, [8–10]), были ограниченные габариты между корпусом ТЭД и осью колесной пары при диаметре колеса 1050 мм.

Рис. 5. Схема опорно-рамного привода без передаточного механизма: 1 — ТЭД;
2 — рама тележки; 3 — колесная пара; 4 — корпус тяговой передачи; 5, 6 — подшипники;
7 — подвеска ТЭД; 8 — шарнир; 9 — зубчатое колесо (упругое, самоустанавливающееся)

   Для решения этой проблемы в ОАО «ВНИКТИ» среди прочих вариантов был предложен и запатентован КМБ с МОП качения, размещенными за пределами осевых габаритов корпуса ТЭД [11]. Среди достоинств конструкции следует отметить возможность увеличения наружного диаметра подшипников при относительной простоте их монтажа и регулировки. Недостатком являются ограниченные осевые габариты для размещения подшипника со стороны упругого зубчатого колеса (УЗК). Кроме того, восприятие значительных боковых усилий буртами роликовых подшипников сокращает срок их службы.

   На электровозе 2ЭС10 с диаметром колеса 1250 мм был использован тяговый привод, в котором со стороны зубчатой передачи установлен роликовый подшипник больших размеров с цилиндрическими роликами, а со стороны колесного центра — шариковый [12]. Недостатками данного тягового привода являются технологическая сложность, отмеченная в [13], и необходимость применения импортных комплектующих.

   В связи с этим авторами был предложен усовершенствованный вариант разработанного ОАО «ВНИКТИ» тягового привода, в котором УЗК опирается на колесный центр (рис. 6). Как видно из рис. 6, крепление УСЗК на колесном центре позволяет освободить пространство для размещения роликового подшипника больших габаритов. На противоположном колесном центре установлен шариковый подшипник, воспринимающий как радиальные, так и осевые нагрузки. Поскольку подшипниковые узлы расположены вне габаритов ТЭД, рассмотренный тяговый привод может быть использован для тепловозов как с асинхронными, так и с коллекторными ТЭД. На предложенное решение подана заявка на получение патента.

Рис. 6. Тяговый привод с опорами качения, вынесенными за пределы ТЭД:
1 — роликовый подшипник со стороны большого зубчатого колеса; 2 — роликовый подшипник со стороны колесного центра; 3 — полая труба; 4 — ось колесной пары; 5 — ТЭД; 6 — большое зубчатое колесо;
7 — колесный центр, удаленный от большого зубчатого колеса; 8, 9 — корпуса подшипников качения;
10 — отверстия под резинометаллические элементы; 11 — ступица большого зубчатого колеса — часть корпуса подшипника; 12 — фланец корпуса подшипника; 13 — колесный центр со стороны большого зубчатого колеса;
14 — болтовое соединение

   Из изложенного следует, что создание тягового привода с использованием МОП качения отечественных производителей принципиально возможно для грузовых тепловозов и с асинхронными, и с коллекторными ТЭД. Для выбора наиболее рационального варианта применительно к технологической базе конкретного предприятия необходимо проведение проектно-конструкторских работ.

МОДЕРНИЗАЦИЯ УЗЛА ПОДВЕШИВАНИЯ

   Основное требование, предъявляемое к модернизации узла подвешивания ТЭД, — обеспечить подкатку под тепловоз тяговых электродвигателей, рассчитанных на пружинную подвеску. Из числа ранее созданных и исследованных конструктивных вариантов следует отметить резинометаллическую траверсу, созданную ОАО «ВНИКТИ» и АО «Лугансктепловоз» [14] (рис. 7).

Рис. 7. Резинометаллическая траверса ВНИКТИ:
1 — ТЭД; 2 — носики; 3 — резинометаллические элементы; 4 — траверса;
5 — кронштейн; 6 — рама тележки; 7 — клинья; 8 — болт

   Основное достоинство траверсы — ее совместимость с существующими узлами пружинной подвески. Конструкция не имеет пар трения, является простой и технологичной. При необходимости изготовление плоских резинометаллических элементов может быть организовано на самом локомотивостроительном заводе. В результате проведенных натурных испытаний установлено, что использование в приводе упругого зубчатого колеса не приводит к увеличению динамических нагрузок в узлах колесно-моторного блока [15].

   Другой путь решения проблемы создания совместимых конструкций — применение сферических резинометаллических шарниров [16]. Авторами предложен ряд решений, основанных на трехшарнирной схеме подвески (рис. 8). В конструкциях, изображенных на рис. 7, поперечное перемещение ТЭД обеспечивается за счет скольжения одного или двух шарниров по валику. Чтобы снизить износ, трущиеся поверхности можно закрыть кожухами (на рис. 7 не показаны).

   Демонтаж подвески производится за счет откручивания болтов на планках, предохраняющих оси от выпадения, и выбивания осей из шарниров. На данные варианты получены патенты на полезные модели [17, 18].

   Недостаток подвески, представленной на рис. 8, — наличие изнашиваемых элементов. Авторами предложены варианты подвески, представляющей собой модернизацию резино-металлической траверсы ОАО «ВНИКТИ» (рис. 9а, б), которые отличаются от прототипа большей простотой монтажа.

Рис. 8. Трехшарнирная подвеска ТЭД на шарнирах с параллельными (а) и перпендикулярными (б) осями:
1 — кронштейн крепления к раме тележки; 2 — кронштейн крепления к ТЭД; 3 — траверса подвески;
4 — неподвижный резинометаллический шарнир; 5 — подвижный резинометаллический шарнир;
6 — оси; 7 — смазывающая жидкость с ферромагнитными наночастицами;
8 — постоянные магниты; 9 — приливы на остове ТЭД

   В траверсе, показанной на рис. 9а, используются два сферических шарнира, в траверсе, изображенной на рис. 9б, — один трехсегментный сферический шарнир, предварительная деформация которого достигается за счет раздвигания трех сегментов внутренней втулки во время ее перемещения по конической оси при затягивании болта. По этим конструкциям получен патент к полезной модели [19], а также подана заявка на получение патента.

   Представленные выше варианты подвески ТЭД рассчитаны на применение с КМБ, оснащенным упругим зубчатым колесом. В то же время на российских железных дорогах эксплуатируются тепловозы ЧМЭ3 производства завода ČKD Praha (Чехия) с жесткой зубчатой передачей.

   Для модернизации таких тепловозов авторами разработана подвеска (рис. 10) с двумя комплектами резинометаллических амортизаторов и центральным шарниром, размещенным между выступами на остове ТЭД. На конструкцию подвески подана заявка на получение патента.

ТЯГОВЫЙ ПРИВОД И ЭКИПАЖНАЯ ЧАСТЬ
ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО ТЕПЛОВОЗА ВОСТОЧНОГО ПОЛИГОНА

   Особенность требований, предъявляемых к тепловозам, предназначенным для эксплуатации на Восточном полигоне, — необходимость длительной эксплуатации без захода в депо для экипировки. Так как на российских железных дорогах не допускается повышение осевой нагрузки для магистральных грузовых тепловозов до 32 т, в АО «Трансмашхолдинг» был разработан проект тепловоза 2ТЭ30а с диаметром колес 1250 мм и четырехосным бустерным танкерным модулем для топлива, обеспечивающим безэкипировочный пробег по топливу до 4000 км.

   Тепловоз такой мощности нецелесообразно использовать в путевом хозяйстве, на малодеятельных направлениях или в маневровом движении, поэтому его движение одной секцией будет ограничено перемещением по заводским путям, соответственно запас топлива на секциях вне бустерной может быть ограничен баком небольшой емкости, размещенным в произвольной части кузова. Это позволяет использовать осевую формулу 2о-2о-2о вместо 3о-3о, т. е. применять двухосные тележки.

   Как было показано авторами [20], в таком случае можно использовать конструкции, спроектированные на базе уже освоенных отечественным производством тележек электровоза ЭП1, созданных в расчете на российские комплектующие детали. Схема возможного расположения тележек на проектном тепловозе 2ТЭ30а представлена на рис. 11 и 12. Такое решение позволит упростить освоение тепловоза производством и использовать уже существующую технологическую базу обслуживания экипажной части.

Рис. 9. Варианты подвески ТЭД без пар трения:
а — с двумя шарнирами; б — с трехсегментным шарниром; 1 — рама тележки; 2 — приливы на остове ТЭД;
3 — траверса; 4 — резинометаллические элементы; 5 — шайба; 6 — болт; 7 — сегменты шарнира

Рис. 10. Упругая подвеска ТЭД:
1 — центральный шарнир; 2 — траверса; 3 — сферический шарнир; 4 — тяга; 5 — резинометаллический элемент

 Рис. 11. Схема возможного расположения двухосных тележек электровоза ЭП1
на проектном тепловозе 2ТЭ30а (наклонные тяги не показаны)

Рис. 12. Общий вид тепловоза с бустерным танкерным модулем
на трехосных (а) и двухосных (б) тележках

 Рис. 13. Схема возможного размещения коллекторного ТЭД с наружным диаметром 1125 мм
(заштриховано) на тележке электровоза ЭП1

   Кроме того, несмотря на относительно небольшую базу (порядка 3 м), двухосные тележки электровозов дают возможность с помощью коллекторных ТЭД реализовать на каждой из осей силу тяги около 64 кН. В 1970-е гг. в нашей стране были созданы проекты восьми- и шестиполюсных электровозных коллекторных ТЭД мощностью до 1300 кВт [21], что превышает мощность современных асинхронных ТЭД отечественных грузовых электровозов. Масса таких ТЭД, согласно проекту, составляла 4800 кг, т. е. немногим больше массы ТЭД 1AL-4741FLT электровоза ЧС200, развивавшего скорость до 200 км/ч. Это дает основание предполагать, что двухосные тележки с ТЭД такой массы при увеличенной до 265 кН осевой нагрузкой обеспечат допустимое воздействие локомотива на путь в прямых и кривых участках при конструкционной скорости локомотива 120 км/ч. Габариты тележки электровоза ЭП1 позволяют разместить ТЭД диаметром 1125 мм, как и у проектных ТЭД [21] (рис. 13).

   Применение коллекторных ТЭД с поосным регулированием силы тяги позволяет существенно снизить стоимость локомотива по сравнению с использованием асинхронных ТЭД, а также дает возможность реализовать преобразовательную часть на основе отечественной комплектации. С другой стороны, чтобы обеспечить надежность коллекторных ТЭД большой мощности и ограничить неподрессоренную массу локомотива, необходимо, как было показано в [19], использовать привод с опорно-рамным подвешиванием ТЭД и осевым редуктором, где в качестве передаточного механизма применены две зубчатые муфты (данный вариант по предложению авторов прорабатывался в ОАО «ВНИКТИ»), при этом ТЭД максимально защищен от динамических воздействий. Следует отметить, что в нашей стране накоплен значительный опыт проектирования и производства приводов такого типа, а их динамические свойства всесторонне исследованы ОАО «ВНИКТИ» еще в 1980-х гг.

   Поскольку конструкция привода с осевым редуктором накладывает ограничения на осевые габариты ТЭД, более целесообразно применять восьмиполюсный коллекторный ТЭД. Та- кой ТЭД несколько сложнее в изготовлении, но так как у него меньшие вылеты лобовых частей обмоток, то при той же длине пакета железа он имеет меньшие осевые габариты. При восьмиполюсном ТЭД (аналогичном описанному в [20]), имеющем крутящий момент на валу в продолжительном режиме 17,7 кНм, требуется передаточное число редуктора, равное 2,714, а число зубьев малого колеса редуктора — 35 (при модуле 10 мм), что позволяет увеличить долговечность осевого редуктора по сравнению с вариантами, использующими асинхронные высокооборотные ТЭД. На основании изложенного авторы считают, что необходимо провести технико-экономический анализ целесообразности создания для Восточного полигона тепловоза, оснащенного тележками электровозов, восьмиполюсным коллекторным ТЭД с моментом на валу в режиме продолжительной тяги около 18 кНм и опорно-рамным тяговым приводом с осевым редуктором.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

   1. Установлено, что в условиях импортозамещения для КМБ грузовых и маневровых тепловозов с колесами диаметром 1050 мм необходимо решить две ключевые задачи: разработать техническое решение узла моторно-осевых подшипников на основе использования отечественных комплектующих (для тепловозов с коллекторными и асинхронными ТЭД) и создать новую конструкцию подвески ТЭД для замены пружинной подвески, имеющей изнашиваемые детали.

   2. По результатам проведенного анализа в качестве вариантов для замены подшипниковых узлов, оснащенных коническими роликоподшипниками фирмы Timken (США), предложено использовать опорно-рамный привод с кольцевыми резинокордными муфтами и разработанный авторами привод с жестким опиранием ТЭД на колесные центры. В обоих приводах применяются радиальные роликовые и шариковые подшипники, приводы могут быть изготовлены на технологической базе отечественных предприятий. Для опорно-рамного привода с кольцевыми резинокордными муфтами известные недостатки к настоящему времени устранены. Авторами предложены способы повысить несущую способность резинокордных муфт за счет придания им равнопрочности. Привод целесообразно использовать для грузовых тепловозов с асинхронными ТЭД и для пассажирских или грузопассажирских тепловозов с коллекторными ТЭД. Чтобы заменить пружинную подвеску коллекторных ТЭД грузовых тепловозов и обеспечить совместимость с конструкцией ТЭД эксплуатируемых локомотивов, предложено использовать разработанную ОАО «ВНИКТИ» и АО «Лугансктепловоз» подвеску, имеющую плоские резинометаллические элементы, опытный образец которой уже дал положительные результаты при натурных испытаниях. Помимо этого, предложен ряд вариантов подвески с использованием сферических резинометаллических шарниров. Авторы считают целесообразным проведение опытно-конструкторских работ для определения наиболее рациональных вариантов узлов моторно-осевых подшипников и подвески ТЭД применительно к конкретным технологическим особенностям предприятия-изготовителя.

   3. На основании результатов ранее выполненных авторами работ предлагается провести технико-экономические исследования о целесообразности разработки варианта перспективного для Восточного полигона тепловоза, в экипажной части которого используются двухосные тележки магистральных электровозов, восьмиполюсный ТЭД с моментом на валу в режиме продолжительной тяги около 18 кНм и опорно-рамный тяговый привод.

   4. На предложенные авторами решения по теме статьи получены патент и авторское свидетельство на изобретения, пять патентов на полезные модели, поданы две заявки на получение патента.

ЛИТЕРАТУРА

   1. Будницкий А. А., Строков В. С., Мельман П. Ш. Тягово-энергетические характеристики макетного тепловоза ТЭ120 с электропередачей переменного тока // Труды ВНИТИ. 1980. Вып. 51 : Совершенствование электрических передач тепловозов. С. 23–26.

   2. Электрические передачи переменного тока тепловозов и газотурбовозов / А. Д. Степанов, В. И. Андерс, В. А. Пречисский, Ю. И. Гусевский. Москва : Транспорт, 1982. 254 с.

   3. Повышение надежности экипажной части тепловозов / А. И. Беляев, Б. Б. Бунин, С. М. Голубятников [и др.]; под ред. Л. К. Добрынина. Москва : Транспорт, 1984. 248 с.

   4. Оболочка резинокордная для высокоэластичной муфты / В. И. Воробьев, О. В. Измеров, О. В. Дорофеев, С. Н. Злобин : патент на полезную модель 157519 Российская Федерация. № 2015119063/11; заявл. 20.05.2015; опубл. 10.12.2015, Бюл. № 34.

   5. Компенсационная муфта тягового привода локомотива / В. И. Воробьев, Д. Я. Антипин, О. В. Измеров [и др.] : патент на полезную модель 173560 Российская Федерация. № 2017105539; заявл. 20.02.2017; опубл. 30.08.2017, Бюл. № 25.

   6. Возможности унификации грузовых и пассажирских тепловозов широкой колеи / Д. Я. Антипин, М. И. Борзенков, В. И. Воробьев [и др.] // Мир транспорта и технологических машин. 2019. № 4 (67). С. 40–49. ISSN 2073–7432.

   7. Беляев А. И., Кондратов В. А., Родова Л. И. Опорно-рамный тяговый привод // Труды ВНИТИ. 1980. Вып. 52 : Исследование узлов и агрегатов тепловозов. С. 69–73.

   8. Колесно-моторный блок / В. С. Коссов, Ю. В. Мещерин, Г. И. Михайлов [и др.] : патент 2323117 Российская Федерация. № 2006136605/11; заявл. 18.10.2006; опубл. 27.04.2008, Бюл. № 12.

   9. Колесно-моторный блок / В. В. Лускатов, С. А. Гоков, А. А. Сачков: патент на полезную модель 184320 Российская Федерация. № 2018127628; заявл. 26.07.2018; опубл. 22.10.2018, Бюл. № 30.

   10. Колесно-моторный блок с опорноосевым подвешиванием тягового электродвигателя / Д. А. Юровский, А. А. Сачков : патент на полезную модель 188827 Российская Федерация. № 2019101752; заявл. 22.01.2019; опубл. 24.04.2019, Бюл. № 12.

   11. Моторно-осевой подшипниковый узел колесно-моторного блока с упругой зубчатой передачей железнодорожного транспортного средства / К. С. Сдобин, В. Г. Небылицын, А. И. Беляев [и др.] : авторское свидетельство 564194 СССР. № 2135730; заявл. 23.05.1975; опубл. 05.07.1977, Бюл. № 25.

   12. Осинцев И. А., Логинов А. А. Устройство и эксплуатация электровоза 2ЭС10. Москва : ОАО «Российские железные дороги», 2015. 333 с.

   13. Воробьев В. И., Стриженок А. Г., Измеров О. В. Поиск новых конструктивных схем редукторного и безредукторного тягового при- вода локомотива с частичным обрессориванием масс // Вестник Брянского государственного технического университета. 2016. № 1 (49). С. 16–21. ISSN 1999–8775.

   14. Узел крепления к раме тележки железнодорожного транспортного средства тягового электродвигателя / А. В. Петров, В. А. Безбожный, В. А. Березницкий [и др.] : авторское свидетельство 925718 СССР. № 2963676; заявл. 25.07.1980; опубл. 07.05.1982, Бюл. № 17.

   15. Исследование динамики тягового электродвигателя с упругой резинометаллической подвеской на тепловозе 2ТЭ116 : отчет о НИР / ВНИТИ. Коломна, 1980. 46 с. № ГР 79017846. Инв. № 72–80.

   16. Способ сборки сферического резинометаллического шарнира / В. С. Коссов, А. И. Кокорев, В. А. Лысак [и др.] : авторское свидетельство 1493807 СССР. № 4272700; заявл. 04.05.1987; опубл. 15.07.1989, Бюл. № 26.

   17. Узел подвешивания тягового электродвигателя / Д. Я. Антипин, В. И. Воробьев, О. В. Измеров [и др.] : патент на полезную модель 176843 Российская Федерация. № 2017120584; заявл. 13.06.2017; опубл. 30.01.2018, Бюл. № 4.

   18. Узел подвешивания тягового электродвигателя / В. И. Воробьев, Д. Я. Антипин, А. А. Пугачев [и др.] : патент на полезную модель 186173 Российская Федерация. № 2018114136; заявл. 17.04.2018; опубл. 11.01.2019, Бюл. № 2.

   19. Узел подвешивания тягового электродвигателя / В. И. Воробьев, Д. Я. Антипин, С. О. Копылов [и др.] : патент на полезную модель 176873 Российская Федерация. № 2017120583; заявл. 13.06.2017; опубл. 30.01.2018, Бюл. № 4.

   20. Поиск путей повышения тяговых свойств тепловозов и конструкция тягового привода / В. И. Воробьев, А. А. Пугачев, О. В. Измеров, Е. В. Николаев // Вестник Брянского государственного технического университета. 2021. № 12 (109). С. 48–59. ISSN 1999–8775.

   21. Курбасов А. С. Повышение работоспособности тяговых электродвигателей. Москва : Транспорт, 1977. 223 с.