Схемы тяговых передач подвижного состава ГЭТ
Тяговым электроприводом движущих колес ходовой части троллейбуса называется устройство для управляемого преобразования электрической энергии в механическую (в режиме тяги) или механической в электрическую (в режиме торможения). Механическая энергия привода расходуется на создание на движущих колесах крутящего момента, обеспечивающего поступательное движение троллейбуса. Электропривод состоит из электродвигателя и тяговой механической передачи, включающей карданное соединение, главную передачу и бортовой редуктор. Применение редуктора позволяет обеспечить оптимальный режим работы тягового электродвигателя и за счет этого снизить удельные весовые показатели и габариты механической передачи (ведущего моста).
Тяговые передачи троллейбусов классифицируются:
-по количеству ведущих мостов;
-по количеству тяговых электродвигателей;
-по расположению тяговых электродвигателей на шасси;
-по типу и расположению передач ведущего моста и редуктора.
Наибольшее распространение получили тяговые передачи с одним и двумя ведущими мостами. Троллейбусы выполняются в основном с одним или двумя тяговыми электродвигателями, но имеются привода с четырьмя тяговыми электродвигателями. В зависимости от их расположения относительно заднего ведущего моста различают троллейбусы: с расположением электродвигателей передним, задним и с расположением внутри ведущего моста.
На рис.11 приведены основные схемы тяговых передач с одним ведущим мостом. Наибольшее распространение получила схема а), в которой имеется один ТЭД, расположенный впереди ведущего моста. Крутящий момент от ТЭД 1 к ведущим колесам 2 передается карданным валом 3 и на двойную разнесенную главную передачу, состоящую из центрального конического редуктора 4, межколесного дифференциала 5, планетарных колесных передач 6, размещенных в ступице колес.
Рисунок 11. Схемы тяговых передач троллейбусов с одним ведущим мостом
При заднем расположении ТЭД (позади ведущего моста), (схема б) крутящий момент от ТЭД 1 передается к ведущим колесам 2 аналогично схеме а). Как правило, заднее расположение ТЭД предопределяет и заднее расположение тяговой электроаппаратуры. В этом случае достигается минимальная электропроводность, улучшается изоляция и уменьшается утечка тока.
На схеме в) приведена тяговая передача с ТЭД 1, расположенным впереди ведущего моста. От каждого двигателя вращающий момент через карданные передачи 3, редуктора 7 передается к одному из ведущих колес. К преимуществам этой схемы относится отсутствие механической дифференциальной связи между ведущими колесами, что позволяет более полно использовать тяговые свойства троллейбуса, т.к. при буксовании одного колеса второе продолжает развивать максимальную касательную силу тяги. Передача с двумя ТЭД позволяет существенно понизить уровень пола в троллейбусе благодаря меньшим размерам двигателей. Недостатками такой схемы является некоторое увеличение веса и удорожание оборудования.
Рисунок 12. Схемы тяговых передач троллейбусов с двумя ведущими мостами
Схема а) содержит один ТЭД 1, расположенный впереди двух задних ведущих мостов, который передает мощность через карданные передачи 3, межосевой дифференциал 7, главные передачи 4, межколесные дифференциалы 5, конечные передачи 6 к ведущим колесам 2 среднего и заднего ведущего моста. При установке межколесного и межосевого дифференциалов все четыре движущих колеса получают от ТЭД ¼ мощности независимо от режима их работы. При попадании одного из колес на участок дороги с низким коэффициентом сцепления и его проскальзывании, падает не только мощность, реализуемая этим колесом, но и мощность, реализуемая остальными ведущими колесами. В этом состоит основной недостаток всех приводов дифференциального типа.
На схеме б) показана тяговая передача с продольным расположением двух электродвигателей впереди ведущих мостов. Каждый из них передает тяговый момент к ведущим колесам 2 одного из мостов через карданную передачу 3, главную передачу 4, межколесный дифференциал 5, конечную передачу 6.
К тяговым приводам предъявляют следующие требования:
-отсутствие шума, в том числе при передачи больших значений вращающихся моментов и при значительной частоте вращения якоря ТЭД;
-возможность реализации значительных передаточных чисел при минимальных размерах редуктора;
-достаточно высокий КПД;
-простота конструкции и относительно низкая стоимость изготовления механизмов и устройств;
-высокая износостойкость деталей и узлов;
-высокая работоспособность механизмов, обеспечивающая бесперебойную работу троллейбуса;
-простота и экономичность технического обслуживания.
Кузов троллейбуса
На качество конструкции кузова троллейбуса влияют:
– применяемые материалы;
– профили элементов кузова;
– толщины листов профилей;
– способы соединений деталей;
– отсутствие застоя влаги;
– снижение напряжений элементов кузова при изгибе, закручиваниях и вибрации;
– применение антикоррозионных покрытий;
– доступность профилактического восстановления кузова.
Кузова бывают рамные и безрамные.
Рамные кузова делятся на раздельные и объединенные.
Безрамные делятся на кузова с несущим кузовом троллейбуса и с несущей надстройкой.
Кузов троллейбуса подвергают действию следующих нагрузок:
– изгибающих, от собственного веса и веса полезной нагрузки. Эти нагрузки действуют на продольные элементы кузова в пределах базы и по консолям, а также на поперечные элементы.
– скручивающих весовых нагрузок при стоянке или движении по неровной поверхности дороги;
– инерционных нагрузок при ускорениях, замедлениях и поворотах;
– вибрационных нагрузок от тягового электродвигателя, трансмиссии, колес, собственных колебаний кузова вызываемых изгибающими, инерционными и другими нагрузками;
– толкающих и тормозных усилий и реактивных моментов от тягового электродвигателя в механизмах трансмиссии.
В зависимости от типа кузова и системы подрессоривания изгибающие нагрузки воспринимаются рамой, основанием кузова и надстройкой. Все элементы кузова подвергаются расчету на изгибающие нагрузки, каждый элемент отдельно.
Экстремальные значения статического скручивающего момента имеют место при полной разгрузке одного из колес переднего моста и максимальный момент определяется:
где 
размер колеи,
нагрузка на переднюю ось.
Скручивающие нагрузки, статические и динамические, как часто повторяемые и оказывают большое влияние на усталостную прочность кузова, облицовки, основания и рамы. Для усталостной прочности кузова важно, чтобы система имела равную жесткость. По степени восприятия скручивающих нагрузок при наименьшем весе кузова важно и можно расположить в следующем порядке:
– безрамные с несущим основанием;
– объединенные рамные;
– рамные конструкции.
Критерием сравнения троллейбусов по жесткости кузовов при кручении принят относительный угол закручивания, выраженный в минутах на один метр длины кузова, и для различных конструкций колеблется в пределах 0°30´ …1°30´ (полный угол закручивания). В зарубежных конструкциях до 2°15´. Величина относительного угла закручивания при испытаниях различных равных конструкций кузовов имела параметры от 3 до 13º мин/м. После облицовки каркаса жесткость кузова значительно увеличивается. Внутренняя облицовка, окна, двери сидения, потолки и другое оборудование кузова также увеличивают жесткость. Отношение жесткости каркаса при кручении к жесткости облицованного и оборудованного троллейбуса принято называть коэффициентом относительной жесткости:
позволяет определить долю нагрузки, воспринимаемую при кручении облицованным и оборудованным кузовом. при отсутствии облицовки, окон, дверей и других элементов конструкции не должен быть более четырех. Инерционная нагрузка тем больше, чем больше относительный вес верхней части кузова. Эти нагрузки воспринимаются узлами соединений тяг с продольными брусами, диагональными раскосами и в основном облицовкой.
Расчет кузова на инерционные нагрузки при ускорении или торможении проводится с предположением, что подоконная часть кузова вследствие влияния наружной облицовки и внутренней обшивки абсолютно жесткая при продольных смещениях. Масса кузова, расположенная выше подоконного бруса, умноженная на ускорение составляет инерционную силу, приложенную в центре тяжести массы и направленную в сторону, обратную ускорению:
Момент, изгибающий шпангоуты, а также переднюю и заднюю стенки на уровне подоконного бруса определяется:
,
где 
высота центра масс от подоконного бруса.
Инерционные силы и нагрузки могут вызывать продольный изгиб боковых бортов и, как следствие, являются одной из причин, возбуждающих их вибрации.
Инерционные нагрузки на виражах нагружают узлы крепления шпангоутов к основанию или поперечин основания к раме и соединения шпангоутов с крышей по причине возникновения явления ромбования кузова. Центробежная сила определяется по формуле:
,
где 
радиус кривизны траектории центра тяжести кузова, расположенной выше основания.
Современные цельнометаллические кузова обладают высокой жесткостью при малом весе и жесткими связями. Поэтому влияние инерционных нагрузок на прочность и долговечность кузовов незначительно, если учитывать, что инерционные нагрузки выполняют функцию возмущающей силы, вызывающей вибрацию. Вибрационные нагрузки влияют на усталостную прочность и, следовательно, на долговечность кузова. При неблагоприятных условиях они могут иметь основное значение по сравнению с нагрузками других видов. При расчете кузовов изделий ГЭТ на изгиб и скручивание полезную нагрузку принимают предельной нормальной и среднеэксплуатационной с учетом времени движения при данной нагрузке.
Инерционные нагрузки почти не зависят от степени загруженности изделия, но существенно влияют в случаях расположения электрооборудования и агрегатов на крыше.
Вибрация всей системы и отдельных ее элементов проявляются в большей степени при ненагруженном троллейбусе.
Конструкции цельнометаллических кузовов с болтовыми, заклепочными и сварными соединениями имеют свойство изменять свое первоначальное положение под влиянием вибрационной, скручивающей и инерционной нагрузок. Для цельнометаллических сварных монолитных каркасов наиболее опасны вибрационные нагрузки, особенно для сварных соединений, а для тонкостенных элементов наиболее опасны скручивающие нагрузки.
Карданная передача
Требования к карданной передаче:
К карданным передачам предъявляют следующие требования:
-обеспечение равномерного вращения валов двух соединенных деталей во всем эксплутационном режиме;
-отсутствие резонансных явлений в диапазоне эксплуатационной скорости;
обеспечение минимальных динамических нагрузок, вызванных неравномерностью вращения и несбалансированностью вала, а также минимум шума при работе карданной передачи;
-обеспечение критической частоты вращения карданной передачи, более высокой, чем частота вращения, максимально возможная по условиям эксплуатации;
-высокий КПД;
-большая долговечность и надежность конструкции.
Карданные передачи – это механизм трансмиссии, состоящий из одного или нескольких карданных валов и карданных шарниров, предназначенных для передачи крутящего момента между агрегатами, оси валов которых не совпадают или могут изменять свое относительное положение.
Рисунок 13. Схемы карданных передач троллейбуса
1-электродвигатель; 2,4-карданные валы; 3-промежуточная опора; 5-ведущий мост
Основными элементами карданной передачи являются шарниры, которые подразделяются по кинематическим свойствам на шарниры равных и неравных угловых скоростей, а по наличию фиксированных осей качения на полные и полукарданные шарниры.
Полный карданный шарнир – это шарнир, который имеет фиксированные оси качения.
Полукарданный шарнир – шарнир, не имеющий фиксированных осей качения. Полукарданные упругие шарниры допускают угловые отклонения осей валов до 5º, а жесткие шарниры – до 2º.
В трансмиссиях современных ГЭТ преобладают полные карданные шарниры, осевая компенсация которых обеспечивается установкой на шлицах карданного вала скользящей вилки.