transportszynowy.pl

najobszerniejsze centrum wiedzy o transporcie szynowym po polsku

Budowa taboru > Zespoły napędowe w tramwajach

Napęd we współczesnych tramwajach realizują elektryczne silniki trakcyjne zabudowane w wózkach napędnych. Pod względem przeniesienia napędu na koła rozróżnia się cztery rodzaje zespołów napędowych z:
- z indywidualnym napędem osi,
- grupowym napędem osi,
- indywidualnym napędem koła,
- grupowym napędem kół.


W starego typu tramwajach stosowane są silniki trakcyjne prądu stałego. W nowoczesnych tramwajach wykorzystuje się asynchroniczne (indukcyjne) silniki prądu przemiennego trójfazowego.

Kliknij aby powiększyć   
Silnik trakcyjny prądu stałego - LTa 220 


 
Silnik trakcyjny asynchroniczny MLU 3443 



Moment obrotowy z silnika trakcyjnego przenoszony jest na koła przez przekładnie i ew. mechanizmy napędowe.


1) Zespoły napędowe z indywidualnym napędem osi to takie, w których jeden silnik trakcyjny napędza jeden zestaw kołowy wózka.

a) Zespół napędowy z silnikiem zawieszonym "za nos":



Kliknij, aby powiększyć   Kliknij, aby powiększyć
Zespół napędowy z silnikiem zawieszonym "za nos"
(opis na powiększeniu)


Rozwiązanie to jest najstarszym układem zespołu napędowego tramwaju elektrycznego. Silnik trakcyjny zabudowany jest poprzecznie do osi wzdłużnej pojazdu.
Moment obrotowy przenoszony jest z silnika na jednostopniową przekładnię, a z niej na os zestawu kołowego.
Silnik zawieszony jest w układzie "za nos", czyli z tyłu podwieszony do ramy wózka, a z przodu opera się poprzez łożyska ślizgowe na osi zestawu kołowego przez co jest on tylko w połowie usprężynowany. Połowa masy silnika oparta jest na osi przez co szkodliwe wibracje przenoszone są z kół na silnik i odwrotnie.
Tego typu zespoły napędowe stosowane są np. w tramwajach typu: N, SN1, SN2, KSW.



b) Zespół napędowy z podłużnym zamocowaniem silnika i przeniesieniem napędu z użyciem wału Cardana



Kliknij, aby powiększyć   Kliknij, aby powiększyć  

   
Zespół napędowy z podłużnym zamocowaniem
silnika i przeniesieniem napędu z użyciem wałów Kardana
(opis na powiększeniu)


Powyższe rozwiązanie wywodzi się z konstrukcji zespołów napędowych amerykańskich tramwajów PCC z początku XX wieku.
Silniki trakcyjne zamontowane są wewnątrz ramy wózka równolegle do osi wzdłużnej pojazdów.
Moment obrotowy przenoszony jest z silnika na wał pędny Kardana (tzw. przegub krzyżakowy), a z niego poprzez przekładnię kątową na oś zestawów kołowego.
Silniki trakcyjne i przekładnie są zamontowane do poprzecznic ram wózków.
Omawiane zespoły napędowe zastosowane są w tramwajach takich jak np: 105N, 102N, 13N, 111N, 805N, TATRA, PCC, 116Na, 2014WrAs, 2015WrAs, 405N.



c) Zespół napędowy z poprzecznym zamocowaniem silnika i przeniesieniem napędu z użyciem wału drążonego



Kliknij, aby powiększyć   Kliknij, aby powiększyć  

 
Zespół napędowy z poprzecznym
zamocowaniem silnika i zastosowaniem wału drążonego
(opis na powiększeniu)


W tym rozwiązaniu silnik zamocowany jest w ramie wózka poprzecznie do osi wzdłużnej pojazdu i stanowi jeden zespół konstrukcyjny z dwustopniową przekładnią osiową.
Moment obrotowy z silnika przenoszony jest na przekładnię, a z niej na wał drążony, którego środkiem przebiega oś zestawu kołowego. Moment obrotowy z wału drążonego przekładni przenoszony jest na oś zestawu kołowego poprzez wał drażony (przegubowy) ze sprzęgłami podatnymi. Wał drążony przekładni połączony jest sprzęgłem podtnym wejściowym z wałem drążonym (przegubowym), z kolei ten wał łączy się z osią zestawu kołowego przez sprzęgło podatne wyjściowe.
Dzięki zastosowaniu sprzęgieł podatnych i wału drążonego wibracje z zespołu napędowego nie są przenoszone na zestaw kołowy. Tak samo wibracje z zestawu kołowego powstałe na skutek jazdy nie są przenoszone na zespół napędowy.

Uproszczony schemat mechanizmu napędowego z zastosowaniem wału drążonego i sprzegieł podatnych

Silnik trakcyjny z przekładnią są zamocowane do ramy wózka - są całkowicie usprężynowane. Wał drążony z kolei jest ułożyskowany w skrzyni przekładniowej. Na wale drążonym osadzone jest wyjściowe koło zębate przekładni oraz tarcza hamulcowa.
Ten typ zespołu napędowego zastosowany jest w tramwajach między innymi takich jak: NGd99, 116Nd, NGT6, NGT8, 2014N, 118N.



d) Zespół napędowy z poprzecznym zamocowaniem silnika
z zastosowaniem sprzęgła membranowego pomiędzy silnikiem i przekładnią




Kliknij, aby powiększyć   Kliknij, aby powiększyć
Zespół napędowy z poprzecznym
zamocowaniem silnika z zastosowaniem sprzęgła membranowego
pomiędzy silnikiem i przekładnią
(opis na powiększeniu)


W powyższym rozwiązaniu silnik zamocowany jest całkowicie w ramie wózka poprzecznie do osi wzdłużnej pojazdu.
Na osi zestawu kołowego ułożyskowana jest dwustopniowa przekładnia podwieszona po stronie silnika do ramy wózka. Pomiędzy silnikiem, a przekładnią zamontowane jest sprzęgło membranowe, charakteryzujące się dużą sztywnością skrętną i elastycznością poprzeczną.
W tym rozwiązaniu silnik jest całkowicie uprężynowany natomiast przekładnia tylko w połowie, gdyż połowa jej masy spoczywa na osi zestawu kołowego.
Omówiony rodzaj zespołu napędowego zastosowany jest na przykład w tramwajach typu: 16T i 19T.



e) Zespół napędowy z podłużnym zamocowaniem silnika
na zewnątrz ramy wózka i zastosowaniem przekładni z walem drążonym i sprzęgłami podatnymi




Kliknij, aby powiększyć   Kliknij, aby powiększyć  
Zespół napędowy z podłużnym
zamocowaniem silnika na zewnątrz ramy wózka
i zastosowaniem przekładni ze sprzęgłami podatnymi
(opis na powiększeniu)


W omawianym rozwiązaniu zespołu napędowego, silnik trakcyjny zamocowany jest równolegle do osi wzdłużnej pojazdu po zewnętrznej stronie ramy wózka. Do silnika zamocowana jest przekładnia osiowa, kątowa, która stanowi z silnikiem jeden zespół konstrukcyjny - całkowicie usprężynowany.
Przekładnia posiada w swojej budowie krótki wał drążony (przegubowy). Z jednej strony wał jest połączony przez pakietowe sprzęgło podatne wejściowe z wałem wyjściowym koła zębatego przekładni. Z drugiej strony wał połączony jest przez podantne sprzęgło pakietowe wyjściowe z osią zestawu kołowego. W omawianym rozwiązaniu zastosowane są sprzęgła podatne z pakietami elementów metalowo-gumowych klinowych.
Poprzez zabudowanie zespołu napędowego po zewnętrznej stronie ramy wózka, możliwe jest stosowanie go w pojazdach całkowicie niskopodłogowych. Z kolei zastosowanie w tym układzie klasycznego zestawu kołowego (z osią) korzystnie wpływa na parametry jedne i eksploatację tramwaju (zużycie powierzchni tocznych i obrzeży kół) kosztem delikatnych wzniosów podłogi (pochylni) nad wózkami.
Tego typu zespoły napędowe zastosowane są w tramwajach takich jak na przykład: 120N, 121N, 122N, 120Na, 126N, S15.


Uproszczony schemat przekładni z wałem drążonym i sprzęgłami

  Przekładnia i sprzęgło wejściowe

  Przekładnia i sprzęgło wyjściowe z flanszą, z zębnikiem do montażu osi

Połączenie sprzęgła wyjściowego z osią zestawu kołowego

 

 
f) Zespół napędowy z podłużnym zamocowaniem silnika
na zewnątrz ramy wózka bez klasycznej osi zestawu kołowego,
z zastosowaniem wałów napędowych międzyprzekładniowych




Kliknij, aby powiększyć   Kliknij, aby powiększyć
Zespół napędowy z podłużnym
zamocowaniem silnika na zewnątrz ramy wózka
bez klasycznej osi zestawu kołowego,
z zastosowaniem wałów napędowych międzyprzekładniowych
(opis na powiększeniu)


Przedstawione powyżej rozwiązanie to skomplikowany zespół napędowy zastosowany w tramwajach produkowanych przez chorwacki KONCAR dla miasta Zagrzeb.
Silnik trakcyjny zamocowany jest po zewnętrznej stronie ramy wózka, aby zapewnić niską podłogę na całej długości wagonu.
Moment obrotowy z silnika przenoszony jest przez wał pędny Kardana na zintegrowany zespół przekładniowy, składający się z przekładni, która napędza jedno koło oraz przekładni, która napędza wał pędny, przenoszący moment obrotowy na przekładnię koła przeciwnego. Wał pędny międzyprzekładniowy jest odpowiednikiem osi zestawu kołowego w wyniku czego praktycznie zachowany jest układ dynamiki jazdy klasycznego zestawu kołowego. Poprzez brak klasycznej osi podłoga w pojeździe jest całkowicie płaska, natomiast układ napędowy bardzo skomplikowany.




2) Zespoły napędowe z grupowym napędem osi to takie, w których jeden silnik trakcyjny napędza dwa zestawy kołowe. Tego typu zespoły napędowe stosowane były w tramwajach produkowanych na przykład w Niemczech i w Austrii w XX wieku.

- Zespół napędowy z grupowym napędem osi



Kliknij, aby powiększyć   Kliknij, aby powiększyć

 
Zespół napędowy z grupowym
napędem zestawów kołowych
(opis na powiększeniu)


W tym rozwiązaniu silnik trakcyjny i przekładnie stanowią jeden zespół konstrukcyjny oraz są jednocześnie elementem konstrukcyjnym wózka.
Moment obrotowy przenoszony jest z silnika trakcyjnego na przekładnie osiowe kątowe, a z nich poprzez sprzęgła podatne na osie zestawów kołowych.
Omówiony rodzaj zespołów napędowych zastosowany jest w wysokopodłogowych tramwajach produkcji niemieckiej i austriackiej z XX wieku takich jak na przykład: E1, E6, GT6, EU8N, GT8S, GT8, N8S.





3) Zespoły napędowe z indywidualnym napędem kół to takie, w których jeden silnik trakcyjny napędza jedno koło. Na dzień dzisiejszy ten typ napędu jest mało rozpowszechniony. Można go spotkać na przykład w tramwajach 15T "ForCity" czeskiej SKODY oraz wagonach Incentro AT 6/5L dawnego ADTranz. W tramwajach czeskich dzięki wprowadzeniu takiego zespołu napędowego udało się po raz pierwszy wyprodukować pojazd z napędowymi wózkami Jacobsa, w tramwaju całkowicie niskopodłogowym.



Kliknij, aby powiększyć  
Zespół napędowy z indywidualnym
napędem koła poprzez silnik synchroniczny
z przekładnią planetarną (SKODA 15T)


W tym rozwiązaniu synchroniczny silnik trakcyjny chłodzony cieczą napędza bezpośrednio jedno koło, a redukcję obrotów realizuje przekładnia planetarna.


   


Zespół napędowy z indywidualnym
napędem koła poprzez silnik asynchroniczny
z zastosowaniem przekładni (134N)


W tym rozwiązaniu silniki trakcyjne z przekałdniami stanowią zwarty zespół konstrukcyjny zamontowany do ramy wózka po jej zewnętrznej stronie. Każde koło napędza niezalezny silnik trakcyjny. Przy takim napędzie bardzo ważny jest ukłąd sterowania regulujący prędkości obrotowe poszczególnych kół tak by do minimum wyeliminować ewentualne poślizgi (dyferencjał elektroniczny).




4) Zespoły napędowe z grupowym napędem kół to takie, w których jeden silnik trakcyjny napędza dwa koła jezdne.



Kliknij, aby powiększyć   Kliknij, aby powiększyć   Kliknij, aby powiększyć
Zespół napędowy z grupowym
napędem kół (opis na powiększeniu)


W powyższym rozwiązaniu silnik trakcyjny ma na obu końcach zamocowane przekładnie osiowe kątowe, które stanowią z nim jeden zespół konstrukcyjny zamocowany do ramy wózka, bo jej zewnętrznej stronie (całkowicie usprężynowany). Moment obrotowy przenoszony jest z silnika na przekładnie zintegrowane z krótkimi wałami drążonymi (przegubowymi) i sprzęgłami podatnymi z pakietami elementów metalowo-gumowych klinowych, poprzez które moment obrotowy przenoszony jest na półosie kół.
W omawianym rozwiązaniu koła jezdne są niezależne - nie ma zastosowanej klasycznej osi - w wyniku czego podłoga w tramwaju jest niska na całej długości wagonu i przebiega na jednym poziomie (bez pochylni).


Uproszczony schemat przekładni z wałem drążonym i sprzęgłami

Ze względu na brak klasycznej osi łączącej koła (klasyczny zestaw kołowy), w sterowaniu napędem konieczne jest stosowanie dyferencjału elektronicznego czyli precyzyjnej regulacji prędkości obrotowej silników, tak by podczas jazdy po łukach koła obracały się z właściwą prędkością, odpowiadającą przebywanej drodze odpowiednio po szynie wewnętrznej i zewnętrznej łuku.
Powyższe zespoły napędowe zastosowane są na przykład w tramwajach serii Combino SIEMENSa, czy też wagonach rumuńskiej firmy ASTRA produkowanych na licencji SIEMENSa.



Powyżej przedstawione przykłady zespołów napędowych to wybrane i najbardziej popularne rozwiązania. Opis ten stanowi ich podstawową charakterystykę. W celu bliższego poznania budowy pojazdów poszczególnych z nich zachęcam do zapoznania się z opisami poszczególnych typów tramwajów - zobacz.

Polecam również zapoznanie się ze szczegółowym opisem rozwiązań technicznych taboru kolejowego w tym też układów napędowych - zobacz.