EA000215B1 - Двухколесная ходовая часть для направляемых колеёй транспортных средств - Google Patents

Description

Изобретение относится к двухколесной ходовой части для направляемых колеей транспортных средств, имеющей поддерживаемое силой сцепления средство для поворота и имеющей колесную тележку.

Поскольку связанные с колеей и, в частности, направляемые рельсами транспортные средства для высокоскоростного регионального и местного сообщения снабжены, по существу, исключительно ходовой частью тележечного типа, то в последнее время также стали создаваться так называемые ходовые части с индивидуальными колесами. Тележки имеют два или более рядов колес или четыре или более так называемых индивидуальных колес, вследствие чего очень тяжелые ходовые части с индивидуальными колесами имеют два отдельных колеса или ходовая часть с рядами индивидуальных колес имеют один ряд колес.

В случае закруглений пути осуществляют управление тележками посредством направления ряда колес или посредством направления отдельных колес. Небольшая колесная база или небольшое расстояние между колесами означает, что колеса проходят закругления с созданием небольшого шума при низком износе, при этом под кузовом вагона предусматривают две тележки или большее их число для устойчивого движения по прямолинейному пути с относительно высокими скоростями. Дополнительное управление рядами колес или отдельными колесами осуществляют с помощью диагональной связи между двумя рядами колес или путем использования угловых перемещений кузовов предыдущего и последующего вагонов.

Двухколесные ходовые части с индивидуальными колесами получают широкое распространение, в частности, в местном и региональном сообщении. Отдельные колеса конструктивно более просты, их легко устанавливать в пассажирские вагоны, при этом пол пассажирского вагона может быть опущен до уровня приблизительно 300 мм; это случай транспортных средств с так называемым низким полом. В так называемой ситуации качения, которая характеризуется, по существу, одинаковыми скоростями качения и окружными скоростями для колес, которые находятся соответственно на внутренней стороне и на внешней стороне закругления, и при соблюдении так называемого условия выравнивания, которое характеризует установку плоскости колес по касательной к рельсам или осей колес радиально, наблюдается, по существу, физически идеальный случай снижения шума и износа, вследствие чего обеспечивается высокая степень комфорта. Для реализации такого идеального отслеживания пути используют разнообразные способы.

В Nahverkehr-Praxis, № 11, 1992, стр. 402 и следующие, раскрыто состоящее из трех шарнирно закрепленных узлов транспортное средство в каждом случае с двумя ходовыми частями, имеющими индивидуальные колеса, для одного кузова вагона. Два отдельных колеса установлены на одной колесной тележке, а для каждого вагона две колесные тележки установлены на раме ходовой части кузова вагона таким образом, что каждая может поворачиваться вокруг вертикального пальца в каждом случае. Вертикальный поворотный шкворень или шарнирный палец расположен в середине между колесами колесной тележки и находится в плоскости симметрии транспортного средства. Зависимый от кривизны поворот колесных тележек или управление ими осуществляется посредством дополнительной управляющей тяги, связанной с сочленением без пальца. В этом случае управляющая тяга перемещается в зависимости от угла сочленения между кузовами вагонов, при этом указанный угол регулируется в зависимости от кривизны закругления с достижением такого результата, что колесные тележки устанавливаются почти радиально относительно закругления. Аналогичный принцип принудительного поворота ходовых частей с индивидуальными колесами применительно к ситуации, когда в каждом случае два отдельных колеса приходятся на одну ходовую часть и используется портальная шарнирная конструкция, разработан в Австрии (см. ZEV + DET Glas. Annalen, 116 (1992), № 8/9, стр. 333 и дальнейшие).

Ходовая часть с индивидуальными колесами, в которой отдельные колеса являются саморегулирующимися, описана в заявке ФРГ № 3409103 А1 и в заявке ФРГ № 3744983 С2. Каждое из отдельных колес может поворачиваться вокруг предназначенного для этого вертикального шарнирного пальца. Отдельные колесные тележки, которые расположены друг против друга на внутренней стороне и на наружной стороне закругления, соединены посредством поперечной тяги. С помощью вертикальных шарнирных пальцев, которые отнесены наружу от мест установки колес, силы, создаваемые во время соприкосновения колеса и рельса, используются для того, чтобы направить плоскости колес по касательной к рельсу со значительным уменьшением истирания между колесом и рельсом.

В заявке № 0295462 В1 на Европейский патент раскрыта конструкция ходовой части с индивидуальными колесами, которая оснащена исполнительными механизмами. Два отдельных колеса установлены на колесной тележке, а две колесные тележки установлены на раме ходовой части таким образом, что каждая из них может поворачиваться вокруг вертикальной оси. Поворотный шкворень, который на самом деле образует вертикальный поворотный палец, расположен в середине между колесами колесной тележки в плоскости симметрии рамы ходовой части. Зависимый от кривизны закругления поворот колесных тележек осуществляется посредством одного исполнительного механизма для каждой колесной тележки, при этом указанный механизм закреплен на раме ходовой части и находится в зависимости от примыкающего кузова вагона, а будучи шарнирно соединен с кузовом вагона, обеспечивает поворот каждой колесной тележки вокруг фиксированной оси вращения в середине колесной тележки.

С регулированием по кривизне для отдельных колес по закону, зависящему от угла сочленения кузова вагона, погрешность в установке, уточняемой в соответствии с кривизной, возрастает по мере увеличения угла сочленения; более того, на переходной кривой невозможно достичь установки плоскостей отдельных колес точно по касательной. Многочисленные сочленения и соединения управляющей тяги требуют значительных затрат для обслуживания и регулировки.

В случае ходовых частей с индивидуальными колесами, обладающими свойствами саморегулирования, при независимых приводах отдельных колес влияние тяговых усилий на режим поворота может проявиться в нежелательном перемещении. В понятиях работы и теплоты неодинаковые вращающие моменты тяговых двигателей нельзя исключить, и эти моменты проявятся в неодинаковых тяговых усилиях, которые могут привести к нежелательному повороту. Эти неодинаковые тяговые усилия могут также быть результатом зависящих от допустимого разброса или от поперечного смещения изменений радиуса траектории качения отдельных ведомых колес. Более того, при очень малом радиусе кривизны пути и при большой колесной базе это означает уменьшение степени, с которой эти отдельные колеса поворачиваются таким образом.

Если колесные тележки, которые можно поворачивать вокруг вертикального пальца, приспособлены к осуществлению поворота с помощью гидравлических исполнительных элементов, то следует ожидать, что возникнет необходимость отнюдь не в значительном объеме и в большом расходе энергии, поскольку контактные усилия между колесом и рельсом, которые будут противодействовать перемещению рулевого управления, необходимо преодолеть с помощью исполнительных элементов. Когда транспортное средство проходит закругление, отказ гидравлического исполнительного элемента приводит к нарушению безопасности движения. Если влияние тяговых усилий на направление траектории исключить нельзя, то гидравлические исполнительные элементы дополнительно используют для компенсации разностей тяговых усилий.

Поэтому задача изобретения заключается в создании двухколесной ходовой части, имеющей приводы для отдельных колес, предназначенной для направляемых колеей транспортных средств с управляемым поворотом, обеспечивающей минимальный износ, высокую степень безопасности и низкие затраты на изготовление, движение по закруглениям узкой колеи, а также позволяющей развивать относительно высокие скорости на прямолинейном пути.

Эта задача осуществляется в соответствии с изобретением с помощью признаков согласно пункту 1 формулы изобретения. Обеспечивающие преимущества развития объекта изобретения содержатся в дополнительных пунктах формулы изобретения. Таким образом, изобретение исключает вышеупомянутые недостатки.

В противоположность описанным ходовым частям тележечного типа, взятым из уровня техники, ходовая часть, которая разработана в соответствии с изобретением, не имеет центрального вертикального шарнирного пальца на каждую одну колесную тележку с двумя индивидуальными колесами, а, предпочтительно, имеет два вертикальных шарнирных пальца, которые размещены в каждом случае с наружной стороны от мест установки колес, при этом в случае, когда шарнирный палец, который находится с наружной стороны от закругления, в какой-либо момент времени застопорен, колесная тележка попеременно поворачивается вокруг именно этого пальца. Колесная тележка при точном приложении разностных тяговых усилий устанавливается по касательной к рельсу и удерживается под заданным углом поворота с помощью отдельного стопорного механизма. Необходимый угол поворота определяют, например, путем измерения положения пути, а разностные тяговые усилия находят заранее с помощью алгоритмов установки или регулирования.

На самом деле, шарнирные пальцы образованы поворотными шкворнями. На соответствующих сторонах колесная тележка поворачивается в зависимости от радиуса закругления пути, а при одновременном стопорении средства горизонтального перемещения внешнего шарнирного пальца, вокруг указанного шарнирного пальца. Шарнирное перемещение можно также осуществить принудительно, например, с помощью пневматического или гидравлического устройства с шарнирным закреплением или посредством приложения особым образом разностных тяговых усилий и в то же самое время под действием контактных усилий между колесом и рельсом. В случае, когда путь имеет только небольшое закругление или является прямолинейным, два шарнирных пальца застопорены, вследствие чего обеспечивается хорошая устойчивость при относительно высоких скоростях, а влияние разности тяговых усилий из-за разброса незначительно или сравнимо с тем, которое имеется в неуправляемых ходовых частях. Выполнению операций поворота и стопорения способствует известное приспособление, образованное сочетанием пружины и демпфера, с достижением такого результата, что отсутствует угроза нарушения безопасности даже в случае отказа тяговых двигателей.

Преимущества, которые можно получить с помощью изобретения, заключаются, в частности, в том, что для выполнения операции поворота нет необходимости иметь какие-либо исполнительные механизмы, которые дополнительно потребляют энергию; точнее, разностные тяговые усилия ходовой части с индивидуальными колесами при раздельных приводах колес используются для управления операцией поворота с небольшой затратой энергии при наличии обычного исполнительного механизма, и при этом под действием контактных усилий между колесом и рельсом во время выполнения операции.

Примеры вариантов осуществления изобретения описаны ниже и показаны на чертежах.

На фиг. 1 показан вид сверху элементов ходовой части; на фиг.2 - вид сверху колесной тележки в сборке; на фиг.3 - вид спереди колесной тележки; на фиг.4 - конструкция, образованная сочетанием пружины и демпфера; на фиг. 5 - узел колесной тележки с шпиндельным приводом; на фиг.6 - гидравлический исполнительный механизм; на фиг.7 - исполнительный механизм с зубчатым колесом.

На фиг. 1 показан вид сверху элементов ходовой части. Направление перемещения рамы 1 ходовой части, которая представлена без своих основных деталей, показано стрелкой. Шарнирные пальцы (поворотные шкворни) 2 и 2' колесной тележки 3, которая может свободно поворачиваться вокруг вертикальной оси, показаны таким образом, что в представленном положении вагон повернут вокруг поворотного шкворня, находящегося на внешней стороне закругления. Реальный радиус качения колеса задается расстоянием между двумя шарнирными пальцами. В идеальном случае отдельные колеса 4 расположены на рельсовом пути, т. е. оси колес направлены к центру радиуса закругления, а плоскости колес расположены на касательной к закруглению. Переменное направление ходовой тележки 3 относительно поворотных шкворней 2 определяется опорным сегментом, детали 5 и 5' которого, закрепленные на раме ходовой части, показаны на фиг. 1.

На фиг.2 показан вид сверху дополнительных деталей ходовой части. На пружину 6 возложена задача подвешивания рамы ходовой части относительно кузова вагона. На соответствующих сторонах закрепленные на колесной тележке опорные сегменты 7 направляют поворотные шкворни 2 относительно рамы ходовой части вагона. В одном примере варианта осуществления стопорный механизм на каждой соответствующей стороне выполнен в виде сочетания 8 пружины и демпфера с регулируемыми характеристиками.

На фиг.3 показан вид спереди элементов ходовой части. В этом случае рама ходовой части имеет такую же конфигурацию, которую имеет так называемая швеллерная рама, чтобы этим обеспечить возможность создания конструкции с расположением пола пассажирского вагона на низком уровне. На виде спереди также отчетливо видна подвеска кузова 9 вагона. Закрепленный на раме ходовой части сегмент (детали 5 и 5') показан в сечении, как и закрепленный на колесной тележке сегмент 7 и соответствующая направляющая поворотного шкворня 2. Стопорные механизмы 8 на соответствующих сторонах показаны кружками.

На фиг.4, 5, 6 и 7 показаны сверху различные стопорные механизмы и исполнительные механизмы. На фиг.4 показано сочетание 8 пружины и демпфера в виде узла, состоящего из четырех элементов, и это сочетание оказывает влияние на управляемость колесной тележки. Шарнирный палец стопорится посредством сменных тормозящих поперечных секций.

На фиг.5 показана в половинном сечении ходовая часть с примером варианта осуществления конструкции шпиндель/резьбовая муфта. Шпиндель 1 9 шарнирно закреплен на поворотном шкворне 2, а его резьбовая муфта 10 шарнирно закреплена на раме 1 ходовой части и приводится в движение электродвигателем 11.

Пример варианта осуществления пневматического или гидравлического исполнительного механизма 12 представлен на фиг.6. Указанный исполнительный механизм шарнирно закреплен на поворотном шкворне 2 и на раме 2 ходовой части.

На фиг.7 показан пример варианта осуществления исполнительного механизма в виде зубчатого колеса и зубчатого венца. Зубчатый венец 1 5 закреплен на раме 1 ходовой части, а двигатель 14 закреплен на колесной тележке 3. Приведение в движение колесной тележки инициируется на раме ходовой части посредством зубчатого колеса 13. Выполнению операции приведения в движение может дополнительно способствовать сочетание пружины и демпфера.

Claims (15)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Двухколесная ходовая часть для направляемых колеей транспортных средств, имеющая поддерживаемое силой сцепления средство для поворота и имеющая колесную тележку, отличающаяся тем, что два колеса (4 и 4') на общей колесной тележке (3) установлены параллельно друг другу по линии осей отдельных колес, при этом указанная линия перпендикулярна по отношению к контуру колеса, и расположены на неизменном расстоянии друг от друга, а также тем, что колесная тележка (3) имеет два попеременно используемых вертикальных шарнирных пальца (2 и 2'), которые размещены с наружной стороны от мест установки колес, при этом только один шарнирный палец установлен на каждой стороне колесной тележки (3), который может регулироваться и стопориться по горизонтали в зависимости от радиуса закругления пути, что обеспечивает возможность поворота колесной тележки (3) вокруг соответственно неотрегулированного, незастопоренного шарнирного пальца (2 или 2'), который находится в центральном положении и на внутренней стороне или на внешней стороне от закругления.
2. 2. Ходовая часть по п.1, отличающаяся тем, что шарнирные пальцы (поворотные шкворни 2 и 2') колесной тележки (3) установлены с возможностью перемещения по дугообразному участку (детали 5 и 5') ходовой части, при этом указанный участок расположен в поперечном направлении в каждом случае на раме (1 ) ходовой части.
3. 3. Ходовая часть по п.1 или 2, отличающаяся тем, что вертикальные шарнирные пальцы образованы поворотными шкворнями (2 и 2').
4. 4. Ходовая часть по одному любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что вертикальные поворотные пальцы снабжены создающими тягу пружинными элементами и/или направляющими тягами, вследствие чего осуществляется поворот вокруг, по существу, вертикального пальца.
5. 5. Ходовая часть по любому из пп.2-4, отличающаяся тем, что один шарнирный палец имеет возможность фиксироваться индивидуально в любом необходимом месте дугообразного участка (детали 5 и 5') ходовой части, в то время как соответственно другой шарнирный палец находится в исходном положении.
6. 6. Ходовая часть по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что колесная тележка (3) имеет возможность поворота таким образом, что колеса (отдельное колесо 4 или 4') всегда поворачиваются и/или направлены радиально по отношению к закруглению пути, на котором транспортное средство движется.
7. 7. Ходовая часть по любому из пп.2-6, отличающаяся тем, что шарнирный палец (поворотный шкворень 2 или 2') колесной тележки (3) выполнен с возможностью фиксирования на дугообразном участке ходовой части посредством сменной тормозящей поперечной секции из сочетания пружины и демпфера, причем при смыкании.
8. 8. Ходовая часть по любому из пп.2-7, отличающаяся тем, что шарнирный палец (поворотный шкворень 2 или 2') колесной тележки (3) выполнен с возможностью фиксирования на дугообразном участке (деталь 5 и 5') с помощью электромагнитного и/или механического фиксирующего механизма.
9. 9. Ходовая часть по любому из пп.2-7, отличающаяся тем, что шарнирный палец колесной тележки (3) выполнен с возможностью фиксирования на дугообразном участке ходовой части с помощью конструкции резьбовая муфта/шпиндель, которая приводится в действие электродвигателем.
10. 10. Ходовая часть по любому из пп.2-9, отличающаяся тем, что шарнирный палец колесной тележки (3) имеет возможность перемещения на дугообразном участке ходовой части посредством разностных тяговых усилий колес (4 и 4') с отдельными приводами.
11. 11. Ходовая часть по любому из пп.2-10, отличающаяся тем, что шарнирный палец колесной тележки (3) имеет возможность перемещения на дугообразном участке ходовой части посредством пневматических и/или гидравлических исполнительных механизмов.
12. 12. Ходовая часть по любому из пп.2-10, отличающаяся тем, что шарнирный палец колесной тележки (3) имеет возможность перемещения на дугообразном участке ходовой части с помощью конструкции резьбовая муфта/шпиндель, которая приводится в действие электродвигателем.
13. 13. Ходовая часть по любому из пп.2-12, отличающаяся тем, что шарнирный палец колесной тележки (3) имеет возможность перемещения на дугообразном участке ходовой части посредством приводимого в движение электрически и/или двигателем зубчатого колеса, входящего в зацепление с зубчатым венцом вдоль дугообразного участка ходовой части.
14. 14. Ходовая часть по любому из пп.1-13, отличающаяся тем, что колесная тележка (3) имеет возможность поворота вокруг пальца, который находится соответственно на наружной стороне закругления.
15. 15. Ходовая часть по любому из пп.1-13, отличающаяся тем, что колесная тележка (3) имеет возможность поворота вокруг пальца, который находится соответственно внутри закругления.