一種大功率交流傳動機車及其驅動裝置的製作方法
2023-05-23 02:40:36
專利名稱：一種大功率交流傳動機車及其驅動裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及軌道機車技術領域，特別涉及一種大功率交流傳動機車及其驅動
>J-U ρ α裝直。
背景技術：
目前，國內所有的牽引機車驅動裝置均採用單級齒輪傳動，傳統上主動齒輪與電機軸的配合採用外套式。近年來,隨著大功率機車的快速發展,高轉速交流電機的採用，齒輪傳動比達7左 右。如圖1、圖2所示，典型的貨運交流傳動機車驅動裝置由牽引電機0112、主動齒輪017、大齒輪圈018、大齒輪芯019、抱軸箱013和齒輪箱0110組成，主動齒輪017與電機軸015的連接採用過盈內錐配合，大齒輪芯019直接過盈到車軸0111上，大齒輪圈018通過螺栓與大齒輪芯019連接，牽引電機0112與車軸0111端的連接通過抱軸箱013，抱軸箱013與車軸通過兩個抱軸承011和016連接，牽引電機0112、抱軸箱013、齒輪箱通過螺栓連接為一整體與傳動齒輪和車軸一起實現滾動抱軸傳動。該抱軸驅動結構，由於電機轉速較高，需採用較大的齒輪比，但由於轉向架限界的限制，主動齒輪與電機軸的配合需採用內錐式，這帶來了電機製造及使用可靠性的降低，同時，再增加傳動比(如低速重載貨運機車、大功率交流傳動調車機車等)則結構上無法滿足。有鑑於此，亟待針對現有大功率傳動機車的驅動裝置的結構優化設計，以解決低速大功率交流傳動機車，由於採用高轉速交流電機而需要大傳動比的問題。
實用新型內容針對上述缺陷，本實用新型的目的在於提供一種應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置，以解決低速大功率交流傳動機車，由於採用高轉速交流電機而需要的大傳動比問題。在此基礎上，本實用新型還提供一種應用上述驅動裝置的大功率交流傳動機車。本實用新型提供的一種應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置，包括牽引電機、齒輪箱、以及容置於所述齒輪箱內的齒輪傳動系統，其特徵在於，所述齒輪傳動系統具體為雙級齒輪傳動系統，包括由所述牽引電機驅動的主動齒輪、用於固裝於輪對車軸上的從動大齒輪，以及設置所述主動齒輪和所述從動大齒輪之間的齒輪軸，其中，所述主動齒輪與所述齒輪軸上的中間大齒輪嚙合，所述從動大齒輪與所述齒輪軸上的小齒輪嚙合。優選地，垂直於所述輪對車軸的軸線的投影面內，所述主動齒輪、所述從動大齒輪和所述齒輪軸成三角形分布。優選地，所述主動齒輪直接固裝於所述牽引電機的電樞軸上。優選地,還包括抱軸箱，所述抱軸箱通過抱軸承環抱於所述輪對車軸上。優選地，所述抱軸箱具體為單側抱軸箱。優選地，所述牽引電機的傳動端與所述齒輪箱固定連接，所述牽引電機的非傳動端與所述抱軸箱固定連接。[0012]優選地，所述齒輪箱具體為承載式分箱結構，包括下箱和上箱，兩者的分箱面位於所述從動大齒輪和所述齒輪軸的中心線所在的平面內。優選地，所述從動大齒輪具體包括齒輪轂，和固裝於所述齒輪轂上的從動大齒圈；所述中間大齒輪具體為固裝於所述齒輪軸上的中間大齒圈。優選地，所述抱軸承為整體驅動系統的定位軸承，與所述牽引電機的非傳動端軸承、傳動端軸承和所述齒輪箱的傳動軸承組成了整體驅動系統的旋轉和支撐系統。優選地，所述牽引電機上還設置有電機吊座，用於與轉向架構架的彈性連接。本實用新型還提供一種大功率交流傳動機車，包括車體、轉向架，和連接於所述轉向架上的驅動裝置，其特徵在於，所述驅動裝置具體為上述的驅動裝置。本實用新型提供的一種應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置，包括牽引電機、齒輪箱、以及容置於所述齒輪箱內的齒輪傳動系統，該齒輪傳動系統具體為雙級齒輪傳動，包括固裝於牽引電機的電樞軸上的主動齒輪、用於固裝於輪對車軸上的從動大齒輪，以及設置在主動齒輪和從動大齒輪之間的齒輪軸，其中，主動齒輪與齒輪軸上的中間大齒輪嚙合，從動大齒輪與齒輪軸上的小齒輪嚙合。在電動機車上，牽引電機的電樞軸的旋轉力矩通過固裝於其上的主動齒輪傳遞至中間大齒輪上，從而驅動齒輪軸旋轉，再由齒輪軸上的小齒輪驅動壓配在車軸上的從動大齒輪，最後成為車輪和車軌之間的驅動力和制動力。因此，較之於現有技術中的單級齒輪傳動的驅動裝置，本方案採用雙級齒輪傳動系統實現了主動齒輪至從動大齒輪的大傳動比，傳動比可達10以上，從而滿足了採用高轉速交流電機的低速重載交流傳動機車的性能要求。本實用新型的一優選方案中，垂直於輪對車軸的軸線的投影面內，主動齒輪、從動大齒輪和齒輪軸成三角形分布，通過這種設計結構新穎、合理緊湊，在滿足大傳動比的基礎上，進一步的齒輪箱在驅動裝置中所佔的空間，從而即可適用兩軸轉向架，也可適用於三軸轉向架，可廣泛應用於大功率交流傳動貨運機車或調車機車。本實用新型的又一優選方案中，還包括抱軸箱，該抱軸箱通過抱軸承環抱於輪對車軸上，且該抱軸箱具體為單側抱軸箱。相對於傳統的機車抱軸懸掛驅動裝置抱軸箱結構，該驅動裝置的抱軸箱僅包含一個抱軸承結構，整體結構簡單，質量僅為傳統抱軸箱結構的三分之一左右，對簧下重量貢獻較小。本實用新型的又一優選方案中，從動大齒輪具體包括齒輪轂，和固裝於齒輪轂上的從動大齒圈；所述中間大齒輪具體為固裝於齒輪軸上的中間齒圈。這種結構簡單實用，降低了齒輪的製造難度，為今後運用檢修維護提供了極大的便利。
圖1示出了典型的抱軸懸掛單級齒輪驅動裝置；圖2示出了圖1的側視圖；圖3示出了具體實施例中驅動裝置的主視示意圖；圖4示出了圖3中所示驅動裝置的A-A剖視圖；圖5示出了圖3中所示驅動裝置的B-B剖視圖；圖6示出了圖3中所示驅動裝置的C-C剖視圖。[0029]圖3至6中I牽引電機、11電樞軸、112傳動端軸承、113非傳動端軸承、12機殼、121電機吊耳、2齒輪箱、21下箱、22上箱、31主動齒輪、32從動大齒輪、321齒輪轂、3211圓柱滾子軸承、3211儲油孔、322從動大齒圈、33齒輪軸、331中間大齒圈、332小齒輪、333周向凸緣、334齒輪軸支承軸承、4輪對車軸、5抱軸箱、51抱軸承。
具體實施方式
本實用新型的核心是提供一種驅動裝置，以解決低速大功率交流傳動機車，由於採用高轉速交流電機而需要的大傳動比問題。在此基礎上，本實用新型還提供一種應用該驅動裝置的大功率交流傳動機車。不失一般性，下面結合說明書附圖具體說明應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置的具體實施方式
。請參見圖3、圖4、圖5和圖6，其中，圖3示出了具體實施例中驅動裝置的主視示意圖，圖4示出了圖3中所示驅動裝置的A-A剖視圖，圖5示出了圖3中所示驅動裝置的B-B剖視圖，圖6示出了圖3中所示驅動裝置的C-C剖視圖。如圖3、圖4、圖5和圖6所示，本實用新型提供的一種應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置，包括牽引電機1、齒輪箱2、以及容置於所述齒輪箱2內的齒輪傳動系統,該齒輪傳動系統具體為雙級齒輪傳動，包括由牽引電機I驅動的主動齒輪31、用於固裝於輪對車軸4上的從動大齒輪32，以及設置在主動齒輪31和從動大齒輪32之間的齒輪軸33，其中，主動齒輪31與齒輪軸33上的中間大齒輪嚙合，從動大齒輪32與齒輪軸33上的小齒輪332嚙合。在電動機車上，牽引電機I的電樞軸11的旋轉力矩通過固裝於其上的主動齒輪3I傳遞至中間大齒輪上，帶動齒輪軸33旋轉，再由齒輪軸33上的小齒輪332驅動壓配在輪對車軸4上的從動大齒輪32，最後成為車輪和車軌之間的驅動力和制動力。因此，較之於現有技術中的單級齒輪傳動的驅動裝置，本方案採用雙級齒輪傳動系統實現了主動齒輪至從動大齒輪32的大傳動比，傳動比可達10以上，從而滿足了採用高轉速交流電機的低速重載交流傳動機車的性能要求。進一步，鑑於大功率交流傳動機車轉向架的限界要求，為了擴展上述驅動裝置的適用範圍，如圖1所示，在垂直於輪對車軸4的軸線的投影面面內，本方案中的雙級齒輪傳動系統的主動齒輪31、從動大齒輪32和齒輪軸33三者呈三角形布置，其中，主動齒輪31通過牽引電機I的電樞軸11安裝在齒輪箱2的上箱21內，固裝於輪對車軸4上的從動大齒輪32和齒輪軸33均安裝在下箱21和上箱22的分箱面所在的平面內，通過這種設計結構新穎、合理緊湊，在滿足大傳動比的基礎上，進一步減小了齒輪箱2在驅動裝置中所佔的空間，從而即可適用兩軸轉向架，也可適用於三軸轉向架，可廣泛應用於大功率交流傳動貨運機車或調車機車。如圖4所示，本方案中的牽弓I電機I的電樞軸11通過傳動端軸承112和非傳動端軸承113支撐在牽引電機I的機殼12上，牽引電機I的電樞軸11無需聯軸器直接插裝於齒輪箱2的安裝孔內。雙級齒輪傳動系統中主動齒輪31套裝於該電樞軸11上，齒輪箱2的上箱21作為傳動端軸承112的端蓋，牽引電機I的傳動端和齒輪箱2通過螺栓剛性連接，再通過齒輪箱2環抱於輪對車軸4的齒輪轂321上的圓柱滾子軸承3211上。這種結構設計將齒輪箱2、主動齒輪31和牽引電機I的各相關零部件有機鑲嵌組合，結構緊湊合理、技術先進。需要說明的是，在滿足功能需求及裝配時組件間不發生位置幹涉的前提下，本方案中主動齒輪31和電樞軸11也可以採用壓裝和鍵連接的安裝方式。此外，牽引電機I的電樞軸11與主動齒輪31未採用聯軸器而直接連接，簡化了齒輪傳動系統的結構。可以理解，本方案中電樞軸11和主動齒輪31的連接方式也可以採用異於本方案中的方式，例如，主動齒輪固裝於一中間軸上，再通過剛性或柔性聯軸器連接，以傳遞牽引電機的旋轉力矩。另外，如圖5所示，本方案中的雙級齒輪傳動系統中的齒輪軸33通過圓柱滾子軸承支撐在齒輪箱I上，齒輪軸33上小齒輪332與從動大齒輪32嚙合，其上未加工輪齒端，形成周向凸緣333。中間大齒圈33 I通過均布螺栓固定連接在該凸緣333上形成與主動齒輪31嚙合的中間大齒輪。此外，從動大齒輪32包括齒輪轂321和通過均布螺栓固定連接於其上的從動大齒圈322。這種結構簡單實用，降低了齒輪的製造難度，為今後運用檢修維護提供了極大的便利。當然，從動大齒輪32的從動大齒圈322和中間大齒輪上的中間大齒圈331，也可通過焊接等其他方式分別固定於齒輪轂321和齒輪軸33上。當然，在滿足加工工藝及強度要求的基礎上，本方案中中間大齒輪和齒輪軸33可整體加工而成，或者是將中間大齒輪通過焊接或鍵連接方式安裝在齒輪軸上。同理，齒輪軸33和小齒輪332也可以分體加工而成，再通過焊接、螺紋連接或鍵連接方式安裝固定。另夕卜，由於本方案中齒輪軸33主要承受徑向載荷，因此採用圓柱滾子軸承作為其支撐軸承，當然，在滿足承載能力要求及裝配工藝要求的基礎上，也可以採用其他類型的支撐方式。如前所述，本方案中的牽引電機I的傳動端通過螺栓與齒輪箱剛性連接，再通過齒輪轂321上的圓柱滾子軸承3211環抱在輪對車軸4上。為了保證在機車運行過程中牽引電機的可靠固定，本方案還設置有抱軸箱5，該抱軸箱5通過抱軸承51環抱於輪對車軸4上與齒輪箱2相對的一端，牽引電機I的非傳動端通過螺栓與該抱軸箱5固定連接。相對於傳統的機車抱軸懸掛驅動裝置抱軸箱結構，該驅動裝置採用僅包含一個抱軸承51的單側抱軸箱結構，整體結構簡單，質量僅為傳統抱軸箱結構的三分之一左右，對簧下重量貢獻較小，從而滿足了現代機車對輕型化的要求。需要說明的是，在滿足加工工藝要求及在裝配過程中組件間不發生位置幹涉的前提下，本方案中抱軸箱和牽引電機可整體設計，即通過抱軸承51、端蓋及密封裝置等使牽引電機直接環抱於車軸上。此外，本方案中的抱軸承5 I具體採用了深溝球軸承，車輛運行過程中其承受徑向力同時能承受一定軸向力。本方案中抱軸承為整體驅動系統的定位軸承，與牽引電機的非傳動端軸承、傳動端軸承和齒輪箱的傳動軸承組成了整體驅動系統的旋轉和支撐系統。這種設計結構緊湊，布局合理，從而滿足了轉向架構架的限界要求。此外，本方案在牽引電機I的機殼12上設有電機吊耳121，牽引電機I通過電機吊耳121與轉向架構架彈性連接，通過彈性連接實現了兩者間的運動關係。進一步，如圖3所示，本方案中齒輪箱2為承載式齒輪箱，分為下箱21和上箱22，通過螺栓連接分箱面，兩者的分箱面設置在從動大齒輪32和齒輪軸33的中心線所在的平面內。這種結構便於齒輪箱的拆裝，可以理解，在滿足工藝及強度要求的基礎上，本方案中齒輪箱的分箱面也可以設置在主動齒輪31和齒輪軸33的中心線所在的平面內，或是主動齒輪31和從動大齒輪32的中心線所在的平面內。當然，在滿足功能需要和加工工藝要求的基礎上，還可以採用異於本方案中所述的其他方式。眾所周知，密封與潤滑結構是驅動裝置非常重要的一部分，它直接影響乃至決定整個驅動裝置的使用性能。本方案中齒輪傳動系統採用了油浴飛濺潤滑結構。由圖3可知，齒輪轂321上的軸承直接通過潤滑油飛濺及滑落來進行潤滑的，從動大齒輪32的齒輪轂321上開設有與輪對車軸4中心線成一定角度的儲油孔3211，以防止驅動裝置再次啟動初始階段軸承無油幹磨旋轉。齒輪軸33兩端的支撐軸承的潤滑也是潤滑油的飛濺和滑落來潤滑的。抱軸箱5內的抱軸承51和牽引電機的電樞軸11上的非傳動端軸承113均採用潤滑脂潤滑。可以理解，在滿足潤滑功能需要及裝配工藝要求的基礎上，驅動裝置中齒輪箱、牽引電機和抱軸箱5內軸承的潤滑可採用異於本方案的其他潤滑方式。進一步，如圖4所示，本方案中齒輪箱2與輪對車軸4採用了動密封和靜密封結合的密封結構。根據驅動裝置的結構特點，通過密封環之間以及密封環與齒輪轂321之間形成迷宮式動密封，減弱了潤滑油的外洩能力，直至完全密封。抱軸箱5的密封結構亦採用與齒輪箱同樣的密封方式。在牽引電機傳動端電樞軸11外設有一迷宮密封環形成動密封。這種驅動裝置的密封與潤滑，確保了驅動裝置的良好潤滑而不發生洩漏。除前所述的驅動裝置外，本實用新型還提供一種大功率交流傳動機車，包括車體、轉向架，和連接於所述轉向架上的驅動裝置，所述驅動裝置具體為上述的驅動裝置。可以理解，構成該大功率交流傳動機車的基本功能部件及工作原理與現有技術基本相同，本領域的技術人員基於現有技術完全可以實現，故本文不再贅述。以上所述僅為本實用新型的優選實施方式，並不構成對本實用新型保護範圍的限定。任何在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的權利要求保護範圍之內。
權利要求1.一種應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置，包括牽引電機、齒輪箱、以及容置於所述齒輪箱內的齒輪傳動系統，其特徵在於，所述齒輪傳動系統具體為雙級齒輪傳動系統，包括由所述牽引電機驅動的主動齒輪、用於固裝於輪對車軸上的從動大齒輪，以及設置所述主動齒輪和所述從動大齒輪之間的齒輪軸，其中，所述主動齒輪與所述齒輪軸上的中間大齒輪嚙合，所述從動大齒輪與所述齒輪軸上的小齒輪嚙合。
2.根據權利要求1所述的一種應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置，其特徵在於，垂直於所述輪對車軸的軸線的投影面內，所述主動齒輪、所述從動大齒輪和所述齒輪軸成三角形分布。
3.根據權利要求2所述的一種應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置，其特徵在於，所述主動齒輪直接固裝於所述牽引電機的電樞軸上。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的一種應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置，其特徵在於，還包括抱軸箱，所述抱軸箱通過抱軸承環抱於所述輪對車軸上。
5.根據權利要求4所述的一種應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置，其特徵在於，所述抱軸箱具體為單側抱軸箱。
6.根據權利要求5所述的一種應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置，其特徵在於，所述牽引電機的傳動端與所述齒輪箱固定連接，所述牽引電機的非傳動端與所述抱軸箱固定連接。
7.根據權利要求6所述的一種應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置，其特徵在於，所述齒輪箱具體為承載式分箱結構，包括下箱和上箱，兩者的分箱面位於所述從動大齒輪和所述齒輪軸的中心線所在的平面內。
8.根據權利要求7所述的一種應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置，其特徵在於，所述從動大齒輪具體包括齒輪轂，和固裝於所述齒輪轂上的從動大齒圈；所述中間大齒輪具體為固裝於所述齒輪軸上的中間大齒圈。
9.根據權利要求8所述的大功率交流傳動機車的驅動裝置，其特徵在於，所述抱軸承為整體驅動系統的定位軸承，與所述牽引電機的非傳動端軸承、傳動端軸承和所述齒輪箱的傳動軸承組成了整體驅動系統的旋轉和支撐系統。
10.根據權利要求9所述的一種應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置，其特徵在於，所述牽引電機上還設置有電機吊座，用於與轉向架構架的彈性連接。
11. 一種大功率交流傳動機車，包括車體、轉向架，和連接於所述轉向架上的驅動裝置，其特徵在於，所述驅動裝置具體為如權利要求1至10中任一項所述的驅動裝置。
專利摘要本實用新型提供的一種應用於大功率交流傳動機車的驅動裝置，包括牽引電機、齒輪箱、以及容置於所述齒輪箱內的齒輪傳動系統，該齒輪傳動系統具體為雙級齒輪傳動，包括固裝於牽引電機的電樞軸上的主動齒輪、用於固裝於輪對車軸上的從動大齒輪，以及設置在主動齒輪和從動大齒輪之間的齒輪軸，其中，主動齒輪與齒輪軸上的中間大齒輪嚙合，從動大齒輪與齒輪軸上的小齒輪嚙合。較之於現有技術中的單級齒輪傳動的驅動裝置，本方案採用雙級齒輪傳動系統實現了主動齒輪至從動大齒輪的大傳動比，傳動比可達10以上，從而滿足了採用高轉速交流電機的低速重載交流傳動機車的性能要求。在此基礎上，本實用新型還提供一種應用上述驅動裝置的大功率交流傳動機車。
文檔編號F16H57/023GK202847694SQ20122053388
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月18日 優先權日2012年10月18日
發明者陳國勝, 陳喜紅, 鄒文輝, 李冠軍, 黃勇明, 陳清明, 晉軍輝, 易興利, 曾豔梅, 謝加輝, 蒲全衛, 高彬, 侯耐, 張又孔 申請人:南車株洲電力機車有限公司