Тяговые электродвигатели тепловозов.

Тепловозы с электрической передачей имеют индивидуальный привод колесных пар. На тепловозах, электровозах и электропоездах применяют тяговые двигатели с последовательным возбуждением. Их узлы и элементы во многом подобны. Все двигатели постоянного тока имеют независимую воздушную систему охлаждения нагнетательного осевого типа с подачей воздуха со стороны коллектора.
Тяговые электродвигатели грузовых тепловозов и электровозов выполняют в большинстве случаев с опорно-осевой подвеской, и только двигатели пассажирских электровозов ЧС2, ЧС4, ЧС6, ЧС8, ЭП1, пассажирских тепловозов ТЭП60, ТЭП70, ТЭП75, ТЭП80, 2ТЭ121 и электропоездов имеют опорно-рамную подвеску.

Конструкция электродвигателя ЭД118Б. По конструкции все тяговые электродвигатели тепловозов одинаковы. С 1975 г. на тепловозах мощностью 2210 кВт устанавливаются двигатели ЭД118Б (рис. 11.7) и осваиваемый ЭД125Б. Технические характеристики тяговых электродвигателей тепловозов представлены в табл. 11.3. Станины машин с 2р = 4 обычно 135 / 203 восьмигранные с широкими горизонтальными и вертикальными гранями, в которых располагаются главные полюса. В узких гранях, ориентированных под 45° к горизонтали и вертикали, размещают добавочные полюса. Двигатели с 2р = 6 имеют цилиндрические станины.
В торцовых частях станина имеет расточки (горловины) для посадки подшипниковых щитов. Станина имеет два опорных прилива («носика»), предназначенных для закрепления электродвигателя на тележке тепловоза. На корпусе имеются также приливы с резьбой (бонки) для крепления кожуха зубчатой передачи. К торцовой стенке корпуса со стороны коллектора приварены кронштейны для крепления щеткодержателей 10.
В верхней части станины со стороны коллектора имеется вентиляционное отверстие, соединенное брезентовой гармошкой (рукавом) с каналом, через который нагнетается воздух для охлаждения электродвигателей. Выход воздуха осуществляется с противоположной стороны через три отверстия в корпусе двигателя, защищенных сетками и щитками. Кабельные выводы крепятся к станине зажимами из древесно-слоистого пластика, называемыми клицами. Якорь опирается на два роликовых подшипника 5 (8Н9241711М) и 27 (8Н32330М), установленных в стальных подшипниковых щитах: малом 6 (со стороны коллектора 8) и большом 25 (со стороны шестерни).

Рис. 11.7. Разрез тягового электродвигателя ЭД118Б.
1 – передний бандаж; 2 – коническая нажимная шайба; 3 – вал, 4 – нажимная шайба подшипника; 5, 27 – подшипники; 6, 25 – подшипниковые щиты; 7 – балансировочный груз; 8 – коллектор; 9 – щетка; 10 – щеткодержатель; 11 – изолятор; 12 – уравнительные соединения; 13 – сетка; 14 – обмотка якоря; 15– обмотка добавочных полюсов; 16 – сердечник добавочных полюсов; 17 – болт; 18 – станина; 19 – сердечник якоря; 20 – стальная пластина; 21 – щека; 22 – обмотка возбуждения; 23 – сетка; 24 – канал для выхода воздуха; 26 – атмосферный канал; 28 – лабиринтная шайба; 29 – задний бандаж; 30 – смазочный канал; 31 – сердечник главного полюса.

Выточки в щитах под роликовые подшипники и посадочные поверхности щитов должны быть строго концентричны. Биение этих поверхностей допускается не более 0,1 мм. С внутренней стороны подшипникового щита расположено кольцо с лабиринтными канавками. В подшипниковом щите 6 со стороны коллектора 8 установлен опорно-упорный подшипник 5, наружное кольцо которого имеет буртики с двух сторон, а внутреннее – только с одной. К торцу вала 3 якоря шайбой и болтами прикреплено упорное кольцо. Подшипник воспринимает усилия, направленные вдоль вала якоря. Продольный разбег якоря составляет 0,08...0,5 мм. В подшипниковом щите 25 со стороны шестерни, находится опорный подшипник 27, внутреннее кольцо которого насажено на вал 3 якоря, вслед за лабиринтным кольцом. Крышка подшипника имеет снаружи лабиринтные канавки, в которые входят выступы посаженной на вал лабиринтной шайбы 28. Она предотвращает вытекание смазки из подшипника. Для предохранения от проникновения смазки внутрь двигателя служит воздушный канал (дренажное отверстие) в щите с комбинированными уплотнениями.

Таблица 11.3. Технические характеристики тяговых электродвигателей тепловозов

Конструкция электродвигателя ЭД126. Станина тягового электродвигателя ЭД126 тепловоза 2ТЭ121 представляет собой сварной цилиндр, к которому крепятся шесть главных и шесть добавочных полюсов. Тяговые электродвигатели являются реверсивными, и частота вращения вала при вращении в разные стороны при одной и той же нагрузке не должна отличаться более чем на 4% (ГОСТ 2582– 81). Этим обусловлены жесткие требования к установке щеток по нейтрали. Допуск на расположение кронштейнов щеткодержателей после приварки их к корпусу составляет ±0,5 мм.
Главные полюса (рис. 11.8) имеют сердечники 3, набранные из штампованных листов малоуглеродистой стали Ст2 толщиной 2 мм. Листы сердечников спрессованы и стянуты четырьмя заклепками с потайными головками. Для возможности утопления головок заклепок и равномерного распределения усилия крайние листы изготовлены более толстыми. В середине каждого листа сердечника выштамповано отверстие, куда после сборки запрессовывают стальной стержень. Сердечник крепится к станине тремя болтами, ввернутыми в стержень. При этом стягивающее усилие от стержня равномерно передается на листы сердечника. Головки болтов заливают кварцкомпаундом, препятствующим просачиванию влаги внутрь станины. Катушка главного полюса намотана из шинной меди на широкое ребро (плашмя) в два слоя. Витки катушки изолированы друг от друга асбестовой электроизоляционной бумагой 10. Катушка состоит из двух полукатушек с числом витков 11 и 8, соединенных между собой последовательно. Такая конструкция обеспечивает лучшее заполнение межкатушечного пространства и определяется условиями размещения главных полюсов. Наружная изоляция катушки (корпусная изоляция) 12 имеет четыре слоя ленты ЛСКН-160-ТТ и по одному слою стеклянной ленты и электроизоляционной пленки. В местах соприкосновения катушки со станиной 4 дополнительно устанавливают прокладки <5 из стеклоткани и стеклотекстолита СТЭФ-1-0,5. Между слоями катушки также укладывают межкатушечную изоляцию 8 из стеклотекстолита. Каждый слой изоляции промазан компаундом. Катушку с изоляцией спрессовывают и запекают, а затем покрывают эмалью.
По другой технологии витковая изоляция катушек главных полюсов выполнена из асбестовой бумаги, слои катушки изолированы один от другого стеклотекстолитовой прокладкой. Для обеспечения закрепления катушки на сердечнике зазоры между ними заполняют асбестовой лентой ЛАЭ и затем пропитывают в компаунде «Монолит-2». Изоляция класса F.

Рис. 11.8. Разрез главного полюса тягового электродвигателя ЭД126.
1 – башмак; 2 – сердечник полюса; 3– крепление сердечника полюса; 4 – станина; 5 – пружинная рамка; 6 – прокладка; 7– изоляция катушки; 8 – межкатушечная изоляция; 9– компаундная заливка; 10 – асбестовая электроизоляционная бумага; 11 – проводник; 12 – корпусная изоляция.

Две катушки главных полюсов имеют открытые, а две – перекрещенные выводы. Между катушкой и станиной установлена стальная прокладка толщиной 1 мм для предохранения изоляции катушки от грубо обработанной поверхности станины. Со временем высота катушки уменьшается вследствие усыхания изоляции. Поэтому чтобы предупредить перемещение катушки по сердечнику при ударах и вибрациях, между катушкой и башмаком полюса прокладывают рамку 5, создающую после затяжки болтов давление на катушку. Во избежание повреждения изоляции катушка отделена от башмака предохранительной рамкой из тонколистовой стали.

Добавочные полюса состоят из сердечников и катушек (см. рис. 11.7). Воздушный зазор под добавочными полюсами равен 9 мм. Сердечники добавочных полюсов изготовляются сплошными из толстолистовой литой или прокатанной стали Ст3, так как их размеры и поток, проходящий через них, невелики, и потери, вызываемые вихревыми токами, также незначительны.
Башмак сердечника уже, чем основное его тело, поэтому для удержания катушки с двух сторон башмака приклепаны немагнитные полюсные наконечники из латуни или дюралюминия. Для надежности крепления полюсные наконечники посажены на угольник (см. рис. 11.5). Чтобы предупредить перемещение катушки вдоль сердечника (при усыхании изоляции), между ней и станиной установлена пружинная рамка. Между сердечником и станиной поставлены дюралюминиевые немагнитные прокладки, увеличивающие воздушный зазор в магнитной цепи, для уменьшения рассеивания магнитного потока и снижения влияния вихревых токов на коммутацию. Катушка добавочного полюса выполнена из шинной меди, намотанной на узкое ребро. Между витками катушки установлены прокладки из асбестовой электроизоляционной бумаги. Полностью изолируют от корпуса только три-четыре витка: с каждой стороны двумя-тремя слоями ленты Л С (вполнахлеста) и стеклянной лентой ЛЭС. Со стороны станины и наконечника располагают прокладки из стеклотекстолита. Для повышения теплоотдачи наружную поверхность средних витков катушки не изолируют, а от корпуса изолируют их пятью прокладками из асбестовой электроизоляционной бумаги. Класс изоляции F. Катушка надета на стальной каркас. Для изоляции от корпуса ее вместе с каркасом пропитывают в компаунде и затем покрывают электроизоляционной эмалью. Межкатушечные соединения, выполненные шинами или гибкими кабелями, при неудовлетворительном креплении вибрируют, что приводит к изломам как самих соединений, так и выводов катушек. Поэтому предпочтение отдают шинным межкатушечным соединениям, выполненным из двух голых медных лент и прикрепленных к корпусу бандажом с резиновыми прокладками, гасящими высокочастотные вибрации. Сердечник якоря набран из штампованных листов электротехнической легированной стали марок 2211, 2212 (толщиной 0,5 мм), покрытых тонким слоем лака с обеих сторон. Листы набираются по массе (363 кг). Толщина крайних листов составляет 1 мм. В каждом листе выштамповано 54 паза и два ряда вентиляционных отверстий (32 шт.) диаметром 27 мм. Середина каждого паза совпадает с серединой коллекторной пластины. Нажимные шайбы, одновременно являющиеся обмоткодержателями, отлиты из стали. Со стороны шестерни на валу установлена задняя шайба (открытого типа), со стороны коллектора –- передняя. Открытая шайба улучшает охлаждение задних лобовых частей обмотки. Собранный сердечник без обмотки покрывают эмалью (коричневым грунтом) ФЛ-03К и запекают. Нажимные шайбы перед укладкой обмотки якоря покрывают стеклотканью, пропитанной в эпоксидном лаке, опрессовывают и запекают. Это создает монолитный слой изоляции.

Рис. 11.9. Коллектор тягового электродвигателя ЭД126:
7, 6 – нажимные шайбы, 2, 5 – миканитовые манжеты, 3 – стяжной болт, 4 – коллекторная пластина, 7 – балансировочный груз, 8 – изоляционная втулка.

Коллектор имеет диаметр 400 мм (рис. 11.9). Пластины 4 коллектора (их всего 216 шт.) изготовлены из твердотянутой профильной меди, легированной кадмием или серебром. Пластины штампуют как единое целое с петушками. В нижней части они имеют форму ласточкина хвоста, позволяющего прочно скрепить коллектор. Втулка 8 и нажимная коническая шайба коллектора, конусные выступы которых входят в выточки пластин, сжаты под прессом и стянуты двенадцатью болтами 3. Пластины изолированы друг от друга коллекторным миканитом КФШ толщиной 1,2 мм, а от корпуса – миканитовыми втулкой 8 и манжетами 2 и 5 марки ФФГА толщиной 2 мм. Выступающий конец миканитовой манжеты защищен от внешних воздействий бандажом из стеклянной ленты, покрытым сверху эмалью.
Каждая четвертая пластина имеет более глубокую прорезь, в которую дополнительно впаивают концы уравнительных соединений.
Якорь электродвигателей имеет петлевую обмотку с уравнительными соединениями первого рода. Она состоит из 54 катушек и имеет изоляцию класса F. Шаг обмотки якоря по пазам: у1 = 1–14, а шаг по коллектору уk = 1–2. Катушка обмотки якоря состоит из четырех элементарных одновитковых секций, расположенных по ширине паза (горизонтальная укладка). Каждая секция в свою очередь состоит из трех параллельных проводников, расположенных по высоте паза. Это делается с целью уменьшения потерь от вихревых токов, наводимых потоком рассеяния. В пазах катушка изолирована тремя слоями стеклослюдинитовой ленты ЛСЭП толщиной 0,1 мм вполнахлеста и одним слоем стеклоленты ЛЭС толщиной 0,1 мм вполнахлеста. Каждый проводник покрывается изоляцией из одного слоя стеклоленты толщиной 0,1 мм. В задних лобовых частях между элементарными секциями дополнительно устанавливают прокладки из стеклоленты. Передние лобовые части дополнительно имеют между витками секции прокладки из слюды, чтобы избежать витковых замыканий при осадке и бандажировке обмотки. Концы катушек в изгибах дополнительно изолируются одним слоем полиамидной пленки ПМА толщиной 0,04 мм. На дно паза и под клин устанавливают прокладки из стеклотекстолита толщиной 0,35 мм. Обмотка якоря удерживается в пазах стеклотекстолитовыми клиньями толщиной б мм, а в лобовых частях – стеклобандажами.

Особенности конструкции других электродвигателей. В электродвигателе ЭД118А применяют стеклобандаж, который наматывается с натяжением 1,3 кН. Стеклобандаж изготовляют из стеклоленты ЛСБ-F размером 0,2×20 мм (стеклянные волокна расположены только в продольном направлении и склеены эпоксидным связующим компаундом). Бандажи в процессе сушки запекают, и они становятся монолитными. Преимущество стеклобандажа в том, что он не разрушается при круговом огне на коллекторе. Под передними лобовыми частями обмотки якоря находятся уравнительные соединения, выполненные из меди МГМ размером 1,68×5,1 мм (с изоляцией 2,23×6,87 мм). Выводы уравнительных соединений присоединяют к коллекторным пластинам 1 и 109, 5 и 113.
Для крепления балансировочных грузов в конусе коллектора и на заднем обмоткодержателе предусмотрены специальные канавки. Щеткодержатель имеет литой латунный корпус, который укреплен в кронштейне, вваренном в торцовую стенку станины. В корпус запрессованы два стальных пальца, служащих для крепления щеткодержателей в кронштейне. Пальцы изолированы от корпуса прессматериалом АГ-4С или твердым изоляционным слоем из эпоксидного компаунда, на который надеты изоляторы из прессматериала К-78-51. В щеткодержателе расположены три пары разрезных щеток марки ЭГ-61 (12,5×40×60 мм). Разрезные щетки полезны в случае неровности коллектора или выпучивания одной из коллекторных пластин: сначала на неровности подскакивает одна, а затем вторая половинка щетки, благодаря чему контакт щетки и коллектора сохраняется постоянно. Кроме того, разрезные щетки создают хорошую политуру коллектора и тем самым улучшают условия коммутации. Резиновые амортизаторы на щетках поглощают небольшие толчки и удары, не допуская отрыва щеток от коллектора. В корпусе щеткодержателя имеются два гнезда для щеток. В одно гнездо вставлена одна пара щеток, в другое – две пары. Щетки прижимаются к коллектору спиральными пружинами. Нажатие (42...48 Н) регулируется поворотом втулки, находящейся в центре пружины. Щетки снабжены гибкими шунтами, прикрепленными болтами к корпусу щеткодержателя. Для удобства осмотра и замены щеток на щеткодержателях установлены стойки с заплечиками, позволяющие фиксировать пружины в приподнятом состоянии. Вентиляция электродвигателей типа ЭД118 параллельная, независимая. Охлаждающий воздух нагнетается двумя вентиляторами – по одному на каждую тележку. Струя воздуха от вентилятора поступает в полость электродвигателя через вентиляционное отверстие, расположенное в верхней части станины над коллектором, и дальше движется двумя параллельными потоками подобно тому, как это описано для тягового генератора. Нагретый воздух выбрасывается через отверстия в станине, защищенные сетками и щитками. Щиток у нижнего отверстия направляет поток нагретого воздуха параллельно рельсовому пути.

Тяговый электродвигатель ЭД125Б по конструкции существенно отличается от ЭД118Б. Вместо стяжных болтов коллектор скрепляется пружинным разрезным кольцом. Промежуточная втулка (барабан), соединяющая все механические части якоря, позволяет легко заменить поврежденный вал. Обмотка якоря имеет изоляцию класса Н (полиимид), что позволяет примерно вдвое увеличить ресурс якоря до замены обмотки. Добавочные полюса крепятся к корпусу сквозными (проходными) болтами с гайками, главные полюса – с помощью выступающего из сердечника стержня и болтов, а щеткодержатели в кронштейнах – с помощью привалочной поверхности в виде «елочки».

Тяговые электродвигатели ЭД126 с опорно-рамным подвешиванием устанавливаются на тепловозы 2ТЭ121 с диаметром колес 1250 мм. Станина электродвигателя круглая, сварная из стального проката, имеет опорные площадки и литые из стали подшипниковые щиты. К щиту и корпусу со стороны коллектора прикреплены поворотная траверса с щеткодержателями и ее ручной шестеренный привод. На щите со стороны привода имеются отверстия для выхода охлаждающего воздуха с направляющими и защитными козырьками. Магнитная система шестиполюсная, крепления главных и добавочных полюсов такие же, как на электродвигателе ЭД125Б, а поперечные размеры примерно в 1,3 раза больше, чем у ЭД118Б и ЭД125Б.

Смазочное устройство электродвигателей ЭД118Б и ЭД125Б имеет две независимые системы смазки: циркуляционную, как у ЭД108А, и фитильную (польстерную), как у ЭД118А, ТЛ-2К, НБ-412К, НБ-418К6 (рис. 11.10). Циркуляционная система смазки включает в себя шестеренный насос, приводимый во вращение от оси колесной пары, и ванну (камеру) со смазкой. Польстерная система имеет закрепленный в обойме фитиль, пружинное нажимное устройство и ванну со смазкой, закрытую крышкой. Смазку (ЖРО ТУ32 ЦТ 520 – 73) для роликовых подшипников тяговых электродвигателей запрессовывают шприц-прессом через масленку.

Рис. 11.10. Моторно-осевой подшипник и система смазки электродвигателей ЭД118Б и ЭД125Б.
1, 2 – оси; 3 – фиксатор, 4 – поплавок; 5 – втулка; 6 – крышка; 7 – пробка; 8 – крышка моторно-осевого подшипника; 9 – пружина; 10 – рычаг; 11 ~ пластинчатая пружина; 12 – корпус; 13 – скоба; 14 – коробка; 15 – польстер; 16 – болт; 17 – постель; 18 – вкладыш; mm и max – минимальный и максимальный уровни смазки.