PL193156B1 - Szybkobieżna przekładnia ze smarowaniem olejowym, zwłaszcza dla hermetycznych napędów kolejowych - Google Patents

Abstract

1. Szybkobiezna przekladnia ze smarowa- niem olejowym, zwlaszcza dla hermetycznych napedów kolejowych, przy czym kanaly oleju zawracanego prowadza z komór labiryntowych bezstykowych uszczelnien walu do miski olejo- wej skrzynki przekladniowej, znamienna tym, ze kanaly oleju zawracanego (8a, 8b, 15) maja ujscie w strefach (10), w których w ruchu obro- towym i niezaleznie od kierunku obrotów prze- kladni samoczynnie utrzymuje sie wzgledne podcisnienie, przy czym strefy (10), w których panuje podcisnienie sa utworzone przez osiowe przewezenia miedzy obszarem zebów duzego kola zebatego (1) a przyleglymi sciankami skrzynki przekladniowej (3). PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest szybkobieżna przekładnia ze smarowaniem olejowym, zwłaszcza dla hermetycznych napędów kolejowych, stosowana w układach smarowania szybkobieżnych napędów kolejowych.

W systemach smarowaniu nowoczesnych, szybkobieżnych napędów kolejowych, jak w przypadku smarowania rozbryzgowego, wykorzystuje się na ogół to, że podczas rozruchu, większe koło zębate, podnosi olej z miski olejowej skrzynki przekładniowej, następnie zwilża nim napędzany zębnik i w następstwie rozpylania oleju wraz ze wzrostem prędkości obrotowej, wytwarza drobnocząsteczkową mieszaninę olej-powietrze, która ulega rozprowadzeniu w całej przestrzeni przekładni i tym samym zasila także miejsca ułożyskowania wałów napędowych w skrzynce przekładniowej.

Duży problem w napędach, w których stosowane są szybkobieżne, duże koła zębate stanowi zapewnienie niezawodnego, nie zużywającego się i jak w najwyższym stopniu szczelnego dla gazu i oleju uszczelnienia tych łożysk w kierunku na zewnątrz, w bezstykowych uszczelnieniach wałów. Zwykle stosowane są uszczelnienia labiryntowe, których działanie polega na dławieniu ciśnienia w szczelinie. Skraplająca się tam mgła olejowa jest oddzielana z komór uszczelnień labiryntowych za pomocą układu syfonowego, i przez kanały oleju zawracanego jest ponownie doprowadzona do obiegu w zamkniętej skrzynce przekładniowej, dzięki czemu nie dopuszcza się do znacznych przecieków oleju na zewnątrz przez komory zewnętrzne, służące do odprowadzania zanieczyszczeń uszczelnień labiryntowych. Kanały oleju zawracanego posiadają ponadto spadek i mają wylot nad miską olejową.

W przekładniach pracujących z dużą prędkością obrotową, strumień mieszaniny olej-powietrze jest zabierany ze skrzynki przekładniowej jako tak zwany strumień wleczony, w przybliżeniu z prędkością kątową dużego koła zębatego, i w następstwie tarcia wewnętrznego znacznie ogrzewa się i zwiększa swoją objętość, a stosownie do tego z większą energią zasila uszczelnienia labiryntowe. Wymaga to między innymi sprawnie działającego zwrotnego odprowadzania oleju z komór labiryntowych uszczelnień, aby nie dopuścić do wypływu oleju.

Aby zmniejszyć do rozsądnych wartości ilość ciepła powstającego wskutek tarcia mgły olejowej, należy dążyć do tego, aby w skrzynce przekładniowej pozostała możliwie mała ilość oleju, co spowoduje, że lepkość mieszaniny olej-powietrze będzie stosunkowo niska i powstaną w miarę możliwości niezakłócone warunki przepływu w skrzynce przekładniowej. Z drugiej strony należy zapewnić takie warunki pracy, aby przekładnia w żadnym przypadku nie pracowała na sucho, co mogłoby prowadzić do jej zatarcia. Dlatego też dla niezawodnej pracy przekładni bezwzględnie powinna być zachowana niezbędna ilość oleju. Biorąc powyższe pod uwagę, należy zachować bardzo wąskie tolerancje poziomu oleju, które muszą być w niezawodny sposób kontrolowane.

W szczególności, w konstrukcjach szybkobieżnych przekładni stosowanych w napędach kolejowych, ale także w takich przekładniach używanych w innych urządzeniach, należy zadbać o właściwe odprowadzanie oleju z uszczelnień szczelinowych, aby zapobiec w jak największym stopniu przeciekom oleju. Wskaźnik poziomu oleju w takich urządzeniach powinien być możliwie niezawodny, to znaczy czuły i uwzględniający tolerancję położenia, i nie powodujący znacznych zakłóceń warunków przepływu w skrzynce przekładniowej.

Przedmiotem wynalazku jest szybkobieżna przekładnia ze smarowaniem olejowym, zwłaszcza dla hermetycznych napędów kolejowych, w której kanały oleju zawracanego prowadzą z komór labiryntowych bezstykowych uszczelnień wału do miski olejowej skrzynki przekładniowej.

Według wynalazku, kanały oleju zawracanego mają ujście w strefach, w których w ruchu obrotowym, i niezależnie od kierunku obrotów przekładni, samoczynnie utrzymuje się względne podciśnienie, przy czym strefy, w których panuje podciśnienie są utworzone przez osiowe przewężenia między obszarem zębów dużego koła zębatego a przyległymi ściankami skrzynki przekładniowej.

Korzystnie, w ściankach skrzynki przekładniowej wykonane są zgrubienia materiału tworzące przewężenia, przy czym kształt zgrubień materiału ogranicza turbulencję przy zmianie przekroju strumienia, w obydwu kierunkach przepływu.

Komory labiryntowe uszczelnień wałów są przyłączone do kanałów oleju zawracanego za pomocą układu syfonowego.

W szybkobieżnej przekładni według wynalazku, w zgrubieniach materiału wykonane są kanały oleju zawracanego z łożyska dużego koła zębatego.

W ściankach skrzynki przekładniowej uformowane są przewody spływowe oleju tworzące kanały oleju zawracanego z łożyska zębnika.

PL 193 156 B1

Jako wskaźnik poziomu oleju w szybkobieżnej przekładni według wynalazku, w bliskości wierzchołka zgrubienia materiału wpuszczony jest łączący się z miską olejową otwór dla pływaka, który jest widoczny przez wziernik, który to otwór znajduje się w punkcie środka ciężkości powierzchni dopuszczalnego poziomu kąpieli olejowej.

Według wynalazku, przy wykorzystaniu efektu Bernoulliego, w pracującej przekładni na ujściu kanału oleju zawracanego jest wytwarzane podciśnienie, które skutecznie wzmacnia odpływ oleju z komór labiryntowych bezstykowych uszczelnień wałów. Według Bernoulliego, statyczne ciśnienie w szybko płynącym płynie jest mniejsze niż w płynie znajdującym się w spoczynku lub poruszającym się z niedużą prędkością, a mianowicie jest tym mniejsze im większa jest różnica przepływu. Jeżeli zwęża się więc strefę skrzynki przekładniowej, przez którą przepływa strumień wleczony, wtedy wzrasta w tej strefie prędkość strumienia wleczonego i statyczne ciśnienie obniża się w tym miejscu w stosunku do całego układu. Jeżeli do takiej strefy następuje spływ zawracanego oleju, wtedy w przewodzie olejowym podczas pracy powstaje działanie ssące, które znacznie wzmacnia odpływ oleju skroplonego w układzie uszczelniającym. Przytoczony układ działa zatem fizycznie jak zwężka Venturiego, chociaż dla inaczej wyznaczonego celu. Miejsca zwężenia znajdują się w obszarze skrzynki przekładniowej, w którym pojawia się największa prędkość strumienia wleczonego, mianowicie w pobliżu obrzeża dużego koła zębatego. Szczególnie odpowiednie miejsce, przy wykorzystaniu spadku przewodu oleju zawracanego, znajduje się bezpośrednio nad miską olejową. Jeżeli zwężenia są stworzone sztucznie w wyniku zgrubień materiału ścianek skrzynki przekładniowej w tym obszarze, mogą one w korzystny sposób jednocześnie pomieścić kanały dla spływu oleju z łożysk dużego koła zębatego. Zgrubienia materiału są korzystnie ukształtowane w taki sposób, że zmiana przekroju poprzecznego strumienia wleczonego w obydwu kierunkach obrotów następuje w miarę możliwości bezwirowo. Poza tym, w drugim kanale umieszczonym bezpośrednio obok, może być umieszczony jeszcze pływak, który jest obserwowany przez wziernik w celu odczytania poziomu oleju. Takie umieszczenie pływaka, jeszcze w pogrubionym obszarze ścianki obudowy, przyczynia się do tego, że charakterystyka przepływu mieszaniny olej-powietrze ani w miejscu przewężenia, ani w innych strefach wrażliwych na przepływ nie jest zakłócona, ponadto nie są tu już wymagane, a używane w innych rozwiązaniach, kosztowne prowadnice rurowe dla pływaka. Ponadto odczytywanie poziomu oleju w tym obszarze, gdy pokrywa się on ze środkiem ciężkości powierzchni dopuszczalnego poziomu kąpieli olejowej, jest niezależne od stanu pochylenia skrzynki przekładniowej, spowodowanego na przykład przez nachylenie odcinka toru. Spływ zawracanego oleju, następujący w tym miejscu, zapewnia wystarczająco dużą jego ilość dla pływaka w stanie zatrzymania przekładni.

W celu wykorzystania działania ssącego, także dla odprowadzenia oleju z łożyska zębnika napędu, jego kanały oleju zawracanego również mogą mieć ujście w sztucznie zwężonej strefie.

Koszt i zapotrzebowanie miejsca dla wykonania przekładni według wynalazku są pomijalnie małe i produkcja nie stwarza trudności. Samo urządzenie jest bezobsługowe i nie wymaga żadnej energii z zewnątrz. Z wyjątkiem użytego ewentualnie pływaka, dla poprawienia jakości odczytu, nie są potrzebne żadne ruchome mechaniczne części.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój A-A skrzynki przekładniowej napędu kolejowego w płaszczyźnie osi dużego koła zębatego według fig. 3, fig. 2 - przekrój B-B według fig. 3 równoległy do przekroju A-Aw środku ciężkości powierzchni poziomu oleju i fig. 3 - widok z boku skrzynki przekładniowej w kierunku osi wałów.

Na fig. 1i fig. 2, za pomocą oznaczenia odsyłającego 1 jest oznaczone duże koło zębate napędu kolejowego, które jest napędzane za pomocą nie przedstawionego zębnika. Duże koło zębate 1 jest połączone śrubami z korpusem 2 dużego koła zębatego, który jest osadzony na skurcz na nie przedstawionym wale osiowym zestawu wagonu silnikowego. Za pomocą oznaczenia odsyłającego jest oznaczona skrzynka przekładniowa, w której duże koło zębate 1 i zębnik napędowy są ułożyskowane za pomocą łożysk wałeczkowych walcowych 4. Skrzynka przekładniowa 3 jest zamknięta od dołu za pomocą miski olejowej 5, która jest napełniona olejem przekładniowym, w przybliżeniu do poziomu środka zęba dużego koła zębatego 1. Uszczelnienie między skrzynką przekładniową 3i korpusem 2 dużego koła zębatego utworzone jest za pomocą uszczelnień labiryntowych 6. Te bezstykowe uszczelnienia szczelinowe umożliwiają wysokie prędkości względne i właściwie nie ulegają zużyciu. Wprawdzie, ze względu na utrzymujące się ciśnienie mgły olejowej w pracy z dużymi prędkościami, nie można całkowicie zapobiec przeciekaniu uszczelnień labiryntowych 6, dlatego przeciekający olej jest odfiltrowywany za pomocą układu syfonowego 7 i niemal w całości, przez kanały oleju zawracanego 8a, 8b odprowadzony do obiegu, do miski olejowej 5. Jedynie śladowe ilości oleju, który już

PL 193 156 B1 nie znajduje się w obiegu, razem z nagromadzonymi od zewnątrz cząstkami zanieczyszczeń są odprowadzane za pomocą zewnętrznych komór do odprowadzania zanieczyszczeń 9.

Skrzynka przekładniowa 3, zaznaczona, za pomocą linii przerywanej na fig. 1 i fig. 2, z punktu widzenia techniki przepływów ma zarys optymalny. Ten zarys pozwala na beztarciowe i bezwirowe unoszenie strumienia wleczonego, w którym przepływa mieszanina olej-powietrze w taki sposób, że nie dochodzi do nadmiernego ogrzewania się mgły olejowej. W obszarze najniższych zębów i stopy zęba dużego koła zębatego 1, kontury bocznych ścian skrzynki przekładniowej 3 są ukształtowane w taki sposób, że dochodzi do zwężenia stref 10. Ponadto ściana obudowy jest w sposób ciągły wzmocniona w taki sposób, że w obszarze największych zgrubień materiału wewnętrzne ścianki skrzynki przekładniowej 3 przebiegają pionowo w dół do miski olejowej 5, w wyniku czego w dolnym obszarze wieńca zębatego i stopy zęba dużego koła zębatego 1 powstają pożądane przewężenia. Kanał oleju zawracanego z dużego koła zębatego 1 tworzy kanał 8a usytuowany poprzecznie do układu syfonowego 7,i przylegający do niego pionowy kanał 8b, które są umieszczone w zgrubieniu materiału ścianki obudowy. Pionowy kanał 8b ma wylot na wysokości dolnego obszaru zębów dużego koła zębatego 1, w obrębie największego zgrubienia materiału, a więc dokładnie w strefie 10, w której podczas działania przekładni, niezależnie od kierunku obrotów, utrzymuje się największe względne podciśnienie w porównaniu z ciśnieniem panującym w zasadniczym układzie, wewnątrz zamkniętej skrzynki przekładniowej 3. To podciśnienie wywołuje działanie ssące, które dość znacznie wzmacnia odpływ przeciekającego oleju z komór labiryntowych uszczelnień 6 lub z układów syfonowych 7. Wskutek działania odsysającego, olej przekładniowy nie wypływa już niemal wcale, co chroni środowisko i gwarantuje przez długi czas stałą ilość oleju w skrzynce przekładniowej 3.

Opisane wyżej zjawisko jest dlatego tak ważne dla okresu użytkowania przekładni, ponieważ w przypadku przekładni szybkobieżnych należy eksploatować urządzenie z możliwie małą ilością oleju, aby utrzymać możliwie małą lepkość tworzącej się mieszaniny olej-powietrze, a przez to umożliwić jej ogrzania w określony sposób, ale tak, że z drugiej strony przekładnia nie ulegnie zniszczeniu z powodu braku oleju. Dlatego następnym warunkiem dla napędów, przystosowanych do dużych prędkości, jest dokładna kontrola poziomu oleju bez zakłócania warunków przepływu.

Na fig. 2 i fig. 3 jest przedstawiony przykład wykonania wynalazku, w którym zastosowano urządzenie do obserwacji poziomu oleju. Zgodnie z tym przykładem wykonania, bezpośrednio przed lub za wierzchołkiem zgrubienia materiału, w ściance skrzynki przekładniowej 3 jest wykonany otwór dla pływaka 11, który na dole jest połączony z miską olejową 5a na górze krzyżuje się z poziomym wybraniem 12, które na zewnątrz jest uszczelnione za pomocą wziernika 13. Pływak 14 jest unoszony na wymaganą wysokość nad szczeliną dylatacyjną skrzynki przekładniowej 3 i miski olejowej 5, która w przybliżeniu pokrywa się z poziomem oleju w taki sposób, że nie jest wymagane zastosowanie kolejnych dodatkowych elementów, które miałyby wpływ na wzrost kosztów wskaźnika lub powodowały zakłócenia przepływu w obszarze wewnętrznej przestrzeni przekładni.

Jak można zauważyć na fig. 3, w korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, środek ciężkości powierzchni lustra oleju zbiega się dokładnie z miejscem usytuowania wskaźnika poziomu oleju, w wyniku czego wzrokowa identyfikacja poziomu oleju jest zupełnie niezależna od ewentualnego kąta pochylenia skrzynki przekładniowej 3.

Ponadto z fig. 3 jasno wynika, że także kanały oleju zawracanego 15, odprowadzanego z łożyska zębnika 16 w strefie 10, w której następuje zwężenia przepływu, są prowadzone pod łożyskiem dużego koła zębatego 17, w wyniku czego również z łożyska zębnika 16 olej jest odsysany przy wykorzystaniu efektu Bernoulliego.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Szybkobieżna przekładnia ze smarowaniem olejowym, zwłaszcza dla hermetycznych napędów kolejowych, przy czym kanały oleju zawracanego prowadzą z komór labiryntowych bezstykowych uszczelnień wału do miski olejowej skrzynki przekładniowej, znamienna tym, że kanały oleju zawracanego (8a, 8b, 15) mają ujście w strefach (10), w których w ruchu obrotowym i niezależnie od kierunku obrotów przekładni samoczynnie utrzymuje się względne podciśnienie, przy czym strefy (10), w których panuje podciśnienie są utworzone przez osiowe przewężenia między obszarem zębów dużego koła zębatego (1) a przyległymi ściankami skrzynki przekładniowej (3).

   PL 193 156 B1
2. 2. Szybkobieżna przekładnia według zastrz. 1, znamienna tym, że w ściankach skrzynki przekładniowej (3) posiada zgrubienia materiału, tworzące przewężenia.
3. 3. Szybkobieżna przekładnia według zastrz. 2, znamienna tym, że kształt zgrubień materiału ogranicza turbulencję przy zmianie przekroju strumienia wleczonego, w obydwu kierunkach przepływu.
4. 4. Szybkobieżna przekładnia według zastrz. 1, znamienna tym, że komory labiryntowe uszczelnień wałów (6) są przyłączone do kanałów oleju zawracanego (8a, 8b, 15) za pomocą układu syfonowego (7).
5. 5. Szybkobieżna przekładnia według zastrz. 2, znamienna tym, że w zgrubieniach materiału wykonane są kanały (8a, 8b) oleju zawracanego z łożyska dużego koła zębatego.
6. 6. Szybkobieżna przekładnia według zastrz. 2, znamienna tym, że w ściankach skrzynki przekładniowej (3) uformowane są przewody spływowe oleju, tworzące kanały (15) oleju zawracanego z łożyska zębnika.
7. 7. Szybkobieżna przekładnia według zastrz. 2, znamienna tym, że jako wskaźnik poziomu oleju,w bliskości wierzchołka zgrubienia materiału wpuszczony jest łączący się z miską olejową (5) otwór (11) dla pływaka (14), który jest widoczny przez wziernik (13).
8. 8. Szybkobieżna przekładnia według zastrz. 7, znamienna tym, że otwór (11) znajduje się w punkcie środka ciężkości powierzchni dopuszczalnego poziomu kąpieli olejowej.