CZ181997A3 - Způsob odhlučňování kola kolejového vozidla a odhlučněné kolo - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu odhlučňování kola kolejového vozidla a odhlučněného kola kolejového vozidla.

Dosavadní stav techniky

Působením napětí vyvolávaných jízdou po koleji se kola kolejových vozidel rozkmitávají a jejich vibrace vyvolává hluk, který může být na obtíž pro pozemky podél železnice. Pro odstranění těchto nedostatků bylo navrženo používat tlumicí zařízení, upevněná na kolech a zajištující pohlcování vibrací vyvolávající hluk. Bylo například navrženo vkládat do ráfků kol díly obecně prstencového tvaru, tvořené sestavou na sebe uložených prvků z tenkého plechu, oddělovaných vrstvou viskoelastického materiálu. Tato zařízení jsou účinná pro tlumení hluku vyvíjeného koly pouze v úzkém rozpětí kmitočtů a ležícím zpravidla směrem k vysokým frekvencím, které odpovídají skřípáním kol.

Existuje tedy neuspokojená potřeba, pokud jde o vydávaný hluk, při jízdě kola kolejového vozidla po koleji v širokém pásmu kmitočtů, odpovídající nejen skřípání, ale rovněž jinému hluku z jízdy po kolejích. Tyto potřeby existují jak pro kola vlaků jezdících velkou rychlostí, tak i kola vagonů nákladních vlaků, které musí často jezdit v noci v obytných zónách.

Vynález si tedy klade za úkol navrhnout způsob odhlučnění kola kolejového vozidla, obsahujícího ráfek pro valení po kolejnici, stěnu a náboj, který by dovoloval tlumit hluk z jízdy v širokém frekvenčním pásmu a zejména v pásmu ·· ·· ·· ·· ·* «·«* • · · ···· ·· · • · · · · ·· · · · · • · ··· · ···· ··· · ····· · ·· ·♦·· ······ ·· · nižších kmitočtů, než je pásmo vibračních kmitočtů, jejichž tlumení zajišťují odhlučňovací zařízení podle známého stavu techniky.

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle je dosaženo způsobem odhlučňování kola kolejového vozidla, obsahujícího ráfek pro valení po kolejnici, stěnu a náboj, jehož podstatou je, že se výpočtem nebo zkouškami definuje nejméně jeden mód vlastních vibrací kola, a to buď v radiálním směru nebo axiálním směru kola, a určuje se nejméně jeden rezonanční kmitočet kola pro tento definovaný mód vibrací, přičemž se v případě axiálního modu vibrací určuje navíc průměr nejméně jedné kružnice se středem na ose kola, na níž leží kmitný vibrací, nebo uzlový průměr, a na kole upevní nejméně jeden vibrační prvek, nazývaný dynamický tlumič, tvořený aktivní hmotou o hodnotě významné vzhledem ke hmotě alespoň části kola, k níž je přiřazen dynamický tlumič, připojenou ke kolu prostřednictvím pružného prvku, přičemž dynamický tlumič je vytvořen a nastaven tak, že jeho vlastní kmitočet vibrace je rovný rezonančnímu kmitočtu kola pro definovaný mód vibrace, a je upevněn na kole pro vibrování ve stejném módu vibrace, jako definovaný mód vibrace kola.

Pod pojmem radiální mód vibrací se rozumí vibrace, při kterých se deformace kola, vyvolávané vibrováním, uskutečňují v rovině kola paprskovitým způsobem počínaje středem kola. Pod pojmem axiální mód vibrací se rozumí vibrace, při kterých se deformace kola, vyvolávané vibrováním, uskutečňují kolmo na středovou rovinu kola, s deformováním středové plochy kola tak, že již není rovinná.

Vynález se rovněž vztahuje na kolo kolejového vozidla ·· ···· • · · · · · ··· · · · · · ··»·« · ·· • · · · · · ·· ·« ·> · typu obsahujícího ráfek pro valení po kolejnici, stěnu a náboj, jehož podstatou je, že obsahuje nejméně jeden vibrační prvek, nazývaný dynamický tlumič, tvořený aktivní hmotou o hodnotě významné vzhledem ke hmotnosti alespoň části kola, k níž je přiřazen dynamický tlumič, připojený ke kolu prostřednictvím pružného prvku, vytvořeného a seřízeného tak, že vlastní kmitočet vibrace dynamického tlumiče je rovný rezonančnímu kmitočtu kola pro definovaný mód vibrace, přičemž dynamický tlumič je upevněn na kole pro vibrování ve stejném módu, jako je definovaný mód vibrace kola.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení, neomezujících jeho rozsah, s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr.l axiální řez kolem železničního vozidla známého typu, obr.2 axiální řez částí kola železničního vozidla, na němž jsou upevněny dynamické tlumiče vibrací v radiálním směru, obr.3 nárysný pohled na kolo železničního vozidla podle obr.2, obr.4 axiální řez částí kola železničního vozidla, obsahující tlumicí prvky vibrací v radiálním směru, podle varianty provedení, znázorněné na obr.2 a 3, obr.5 nárysný pohled na kolo železničního vozidla, obsahující dynamické tlumiče pro tlumení vibrace v axiálním směru, obr.6 nárysný pohled na kolo železničního vozidla podle varianty provedení z obr.5, obr.7 pohled na část kola z obr.5 a 6 v axiálním řezu, obsahujícího prostředky pro tlumení vibrace v axiálním směru a obr.8 řez částí kola železničního vozidla podle varianty provedení vynálezu, obsahujícího prostředky pro tlumení axiálních vibrací.

Příklady provedení vynálezu

Na obr.l je znázorněn meridiální řez kolem železničního vo·· ·*·· zidla klasického typu s osou 1 valení a souměrnosti a obsahujícího náboj 2, jehož vnitřní vybrání má osu ležící v ose 1 kola, ráfek 2 prstencového tvaru a stěnu 4 ve tvaru kotouče, spojující náboj 2 a ráfek 3. Ráfek 3. má valivý povrch 3a, určený pro pojezd po kolejnici, a prstencový okolek 3b, určený pro dosedání na vnitřní bok kolejnice. Kolo 5 železničního vozidla má obecně tvar a rozměry, určené při návrhu kola tak, aby optimalizovaly mechanické a dynamické chování kola za provozu.

Kolo železničního vozidla popsaných geometrických a rozměrových vlastností má vibrační vlastnosti, které mohou být analyzovány a určovány buď výpočtem nebo pokusy a měřeními prováděnými na železničním kole. Takové metody výpočtů, zkoušení a měření jsou dobře známé pro odborníka v oboru. Tyto výpočty nebo zkoušky zejména dovolují zajistit kmitočtovou analýzu vlastních módů (směrů vibrování, - dále módů) vibrace kola v axiálních směrech, t.j. rovnoběžně s osou kola a v radiálních směrech, kolmých na axiální směr. Kmitočtová analýza zejména dovoluje určovat rezonanční kmitočty kola pro každý z axiálního a radiálního módu vibrace.

Způsob odhlučňování podle vynálezu používá novým způsobem analýzu vlastních vibrací kola železničního vozidla pro provádění odhlučňování kola. Tato analýza dovoluje zejména definovat nejméně jeden z vlastních módů vibrace kola buď v axiálním nebo v radiálním směru a určovat nejméně jeden rezonanční kmitočet kola pro definovaný mód vibrace.

V případě, kdy je mód vibrace axiální mód vibrace, se určuje navíc průměr nejméně jedné kružnice se středem na ose kola, na níž jsou rozdělena maxima nebo kmitný vibrací, přičemž průměr této kružnice se nazývá uzlový průměr. Zpravidla • · · · · · · • · · · · · · · · · · • · · · · · ··· · ··· · • · · · · · · · ···· ·· ·· ·· ·· · se určuje více uzlových průměrů s více rezonančními kmitočty kola v axiálním módu vibrace.

Odhlučnění kola způsobem podle vynálezu je realizováno fixováním jednoho nebo více vibračních prvků, nazývaných dynamické tlumiče, na část železničního kola v závislosti na módu nebo modech vibrace, které se mají tlumit. Části kola železničního vozidla nebo vozidel, na něž jsou dynamické tlumiče upevněny, mohou být určeny technickými omezovacími hledisky. Pro případ kol vlaků, jezdících vysokou nebo velmi vysokou rychlostí, je obtížně realizovatelné upevnit dynamické tlumiče na stěnu kola, nebot by toto vyžadovalo její perforování. V případě vagonů pro vlaky jezdící vysokou a velmi vysokou rychlostí vylučuje optimalizace kola, pokud jde o hmotnost a její vyvažování, provádět perforaci stěny. V tomto případě jsou dynamické tlumiče s výhodou upevňovány na ráfek kola.

Naproti tomu v případě kol nákladních vagonů, u nichž se brzdění provádí dotykem čelistí s ráfky kol, může být výhodnější vyloučit upevňování dynamických tlumičů na ráfku, který se může při brzdění ohřívat a může poškozovat elastický nebo viskoelastický materiál dynamických tlumičů, upevněných na kole.

Vlastnosti dynamického tlumiče, potřebné pro tlumení vibrací kola, se určují na základě kmitočtové analýzy vibrací a kmitočet vlastní vibrace dynamického tlumiče se seřizuje na hodnotu, která je v podstatě rovná kmitočtu vibrací, jejichž tlumení se má provádět.

Nyní bude popsáno s odvoláním na obr.2 až 8 více provedeni kol železničních vozidel, odhlučněných způsobem podle • *

·· • · · · · • · · · · ··· φ ··· · • · φ ·· ·· · ·· ···· vynálezu. V případě provedení znázorněných na obr.2,3 a 4 se provádí tlumení vibrací v radiálním módu, zatímco v provedeních znázorněných na obr.5, 6, 7 a 8 se provádí tlumení vibrací v axiálním módu.

Na obr.2 a 3 je znázorněno železniční kolo, označené obecně jako kolo 6, obsahující náboj 7, ráfek 8 a stěnu 9 spojující náboj s ráfkem. Ráfek 8 má, jak je obvyklé, valivou plochu 8a a okolek 8b na vnitřní straně. Kolo 6 může být například kolo železničního vagónu pro vlaky jezdící velmi vysokou rychlostí, u kterého byla výpočtem nebo zkouškami provedena analýza vlastních vibrací kola pro provedení tlumení vibrací ve směru vibrací, který je radiální směr vibrací.

Podle vynálezu se tlumení vibrací v radiálním směru provádí fixováním dvou dynamických tlumičů 10a a 10b na na vnitřní straně ráfku 8, obrácené směrem k ose kola, a to na odpovídající vnější a vnitřní straně kola. Dynamické tlumiče 10a, 10b, uložené po obou stranách stěny 9 kola, jsou vytvořeny ze stejného materiálu a obsahují stejné konstrukční prvky. Aktivní hmota a tuhost pružného prvku obou tlumičů však mohou být různé, takže se dají tlumit dva charakteristické kmitočty kola. Dále bude popisován pouze vnější dynamický tlumič 10a, uložený na vnější straně kola.

Dynamický tlumič 10a má aktivní hmotu 11a, tvořenou ocelovým dílem obecně prstencového tvaru a pružným prvkem 12a, prostřednictvím jehož je aktivní hmota lla upevněna na kole proti vnitřní ploše ráfku 8. Jak je patrné na obř.3, obsahuje prstencový díl lla z oceli, tvořící aktivní hmotu dynamického tlumiče 10a vnitřní povrch, jehož řez rovinou kolmou k ose kole má tvar pětiúhelníka se zaoblenými vrčho·· ·· ·· »· • · · ···· ·· · • ··· » ·· · · · · • · · · · * ··· · ··· · • · · · · · ·· ···· ·· ·· ·· ·· · ly. Aktivní hmota je tak rozdělena do pěti obvodových oblastí ráfku rovnoměrně okolo osy kola. Nezmění se tak vyvažování kola a zabrání se, při valivém pohybu, rozkmitání vibračního prvku tvořeného dynamickým tlumičem, ve fázi s ráfkem kola, který se deformuje souměrně a tedy se sudým počtem křivek přetvoření.

S výhodou bude prstencový prvek, tvořící aktivní hmotu dynamického tlumiče, zpravidla obsahovat vnější kruhový okraj a vnitřní kruhový okraj s vlnami sledujícími jeho obvod a prohnutými v radiálním směru, takže se vymezuje lichý počet laloků, rovnoměrně rozmístěných ve směru obvodu aktivní hmoty a orientovaných k ose kola. Každý z laloků prstencoví tého prvku 11a musí mít významnou hmotnost vzhledem ke hmotě kola v úhlu klínu, majícím hranu v ose kola a vymezujícím příslušný lalok. Jinak řešeno musí celková hmotnost prstence 11a představovat významný podíl celkové hmotnosti kola.

Pro usnadnění obrábění aktivní hmoty může být vytvořena z prstencovitého dílu, majícího výřezy v radiálním směru, vymezující segmenty ekvivalentní výše popsaným lalokům. V případě kola pro vagon vlaku jezdícího velmi vysokou rychlostí musí být celková hmotnost prstence 11a, tvořícího aktivní hmotu, od 10 do 20 kg pro zajištování uspokojivého tlumení hlučnosti kola vyplývající z radiálních vibrací.

Rozumí se, že druhá aktivní hmota 11b druhého dynamického tlumiče 10b musí mít rovněž významnou hmotnost od 10 do 20 kg tak, aby celkový součet aktivních hmot dynamických tlumičů představoval významný podíl celkové hmotnosti kola, přičemž tento podíl může být tvořen od 5 do 10% hmotnosti celku tvořeného stěnou a ráfkem kola, zatímco náboj ·· ···· ·· ·· ·· ·· ··· · · · 9 ·· · • ··· · · · · · · · • · · · · · ··· · ··· · ····· · · · ··<►* ·« «· ·· ·· » nemá vliv na vyvíjení akustických efektů.

V tomto případě se jedná o významný rozdíl vzhledem k zařízením podle známého stavu techniky, tvořených kroužky nebo souvrstvími dílů z tenkého plechu, jejichž hmotnost je zcela zanedbatelná vzhledem ke hmotě kola a které zajištují určité odhlučnění kola pohlcováním vibrací.

Elastický nebo viskoelastický prvek 12a je vytvořen ve formě profilovaného prstence, který je zasunut svým vnějším povrchem do dutiny 14 obrobené na vnitřní ploše ráfku 8.

Profilované plochy viskoelastického prstence 12a a dutiny 14 ráfku mají šikmé plochy, zajištující upevnění viskoelastického prstence 12a sevřením, když se do prstencové dutiny, obrobené na vnitřním povrchu ráfku 8, zasune klínovací svěrný člen klíč 13a. Klínovací svěrný člen 13a může být udržován na místě v ráfku zatlačením silou nebo mechanickým upevněním.

Spojení mezi viskoelastickým prstencem 12a. zpravidla z pryže, a vnější kruhové části prstencového dílu 11a je zajištěno sevřením nebo eventuelně přilepením pryžového prstence 12a na obvod prstencového dílu 11a.

Rozumí se, že osazení dynamického tlumiče 10b k vnitřní části 10a kola je zajištěno stejným způsobem, jako osazení dynamického tlumiče 10a.

V počáteční fázi provádění způsobu se určují vlastní kmitočty vibrací kola v radiálním módu vibrace. Dynamické tlumiče 10a a 10b jsou vytvořeny a seřízeny tak, že jejich vlastní kmitočet je rovný jednomu nebo více vlastních kmi-9·· ·♦ ·· ·· ·· ···· • · · ···· ·· _e • ··· · · · · · · · • · · · · · ··· » ··· · ····· · ·· ···· ·· ·· ·· ·· _A točtů vibrací kola v radiálním módu. Nastavení tlumičů se provádí optimalizací parametrů tuhosti a tlumení viskoelastického prvku a aktivní hmoty. Je možné naladit dva dynamické tlumiče 10a a 10b na tentýž kmitočet nebo naopak na dva různé kmitočty vlastních kmitočtů kola v radiálním módu.

Při valení kola po kolejnici jsou vibrace přenášeny ráfkem 8 na dynamické tlumiče 10a a 10b, které se rozkmitávají v kmitočtu kola a které jsou sladěny do fázově opačného kmitání s vibracemi kola. Získá se tak tlumení vibrací kola a tedy i hluku vyvolávaného těmito radiálními vibracemi. Rozvibrování dynamických tlumičů nevyvolává parazitní hluk znatelné intenzity.

Způsob a zařízení podle vynálezu dovolují získat v případě vlaků, jezdících velkou rychlostí (200 km/h) a velmi vysokou rychlostí (300 až 350 km/h) snížení hlučnosti jízdy řádově o 5 až 10 dB(A).

Na obr.4 je znázorněna varianta provedení železničního kola 16, obsahujícího náboj 17, ráfek 18 a stěnu 19 spojující náboj a ráfek. Tvar kola znázorněného na obr.4 odpovídá tvaru kola pro vlak jezdící velmi vysokou rychlostí.

Podle vynálezu se po určení vlastních radiálních kmitočtů kola upevní nejméně jeden dynamický tlumič 20 na vnitřním povrchu ráfku 18, přičemž dynamický tlumič 20 obsahuje prstencovou aktivní hmotu 21 a viskoelastický prstenec 22, obecně z pryže, zajišťující spojení mezi kolem 6 a aktivní hmotou 21.

Prstenec 22 z pryže má meridiální průřez složeného tvaru, znázorněný na obr.4. Na vnějším povrchu obsahuje pry-10žový prstenec 22 první prstencovou drážku 23, do níž je v pracovní poloze zasunuta prstencová drážka 24, obrobená ve vnitřním povrchu ráfku 18. Pryžový prstenec 22 dále obsahuje na vnitřním povrchu druhou drážku 23’, do níž se zasouvá prstencová příruba malé tlouštky, tvořící vnější část aktivní hmoty 21 dynamického tlumiče 20. Navíc je prstenec 22 opatřen na boční ploše, obrácené směrem ven z kola, profilovanou drážku, do níž je zasunut, pro zajištování upevnění prstencového prvku 22 z pryže na ráfku kola a upevnění aktivní hmoty 21 na prstencovém pryžovém prvku, prstencový svěrný prvek 26, mající průřez ve tvaru v podstatě písmene T se zaoblenými rohy.

Svěrný prvek 26 prstencového tvaru je zatlačen do drážky pryžového prstencového prvku 22 mezi dvěma proti sobě uloženými jazýčky, tvořícími vnější okraje drážky. Zasunutí svěrného prvku 26 vyvolává deformaci prstencového prvku 22 a sevření žebra 24 a upevňovací části aktivní hmoty uvnitř drážky 23 a 23' pryžového prstence. Boční plocha pryžového prstence, ležící u vnitřní strany kola, obsahuje jazýčky, které se s určitým tlakem opírají o vnitřní plochu ráfku 18 a o horní plochu stěny 19. Aktivní hmota 21 může rovněž být upevněna na pryžovém prstenci 22 lepením.

část aktivní hmoty prstencového tvaru, uložená vně pryžového upevňovacího prstence 22, je rozdělena do laloků, po sobě následujících ve směru obvodu, prostřednictvím radiálních výřezů, vytvořených v celé tlouštce prstence, tvořícího aktivní hmotu, v jeho axiálním směru. Rozumí se, jako v předchozím případě, je vlastní kmitočet tlumiče 20 seřízen tak, že odpovídá kmitočtu radiální vibrace kola 6. Je samozřejmě možné umístit dva dynamické tlumiče k ráfku kola po obou stranách stěny 19. Jako v předchozím případě mohou mít ·· ·· ·· ·· • · · · · · · · «·· « · · · ·· ··· ····

aktivní hmoty mít významnou hodnotu vzhledem k celkové hmotě kola, přičemž tato hodnota je v rozmezí od 5 do 10% hmoty stěny a ráfku kola. Získá se tlumení hlučnosti kola řádově 5 až 10 dB(A).

Na obr.5 a 6 je znázorněno kolo 26 železničního vozidla, které obsahuje obvyklým způsobem náboj 27, ráfek 28 a stěnu 29, spojující náboj s ráfkem. Na obr.7 je patrné, že stěna 29 kola 26 má v meridiálním řezu určité zakřivení.

Kolo 26, které může být například kolo železničního vozidla pro nákladní vagon, se podrobí během první fáze použití způsobu podle vynálezu analýze vlastních vibrací kola. Definuje se mód axiální vibrace, jehož tlumení se má provádět, pro omezování hlučnosti z jízdy kola. Zejména se určí vlastní kmitočty kola v axiálním módu a určí se dále uzlové průměry, odpovídající dvěma kmitočtům axiálních vibrací kola, t.j. průměry dvou kružnic 31 a 32, na nichž leží kmitný při axiálním módu při prvním a druhém kmitočtu vibrací.

Pro realizaci odhlučnění kola 26 se provádí tlumení vibrací v axiálním směru kola při prvním a druhém kmitočtu tím, že se upevní na stěně kola dynamické tlumiče. V provedení, znázorněném na obr.5, jsou dynamické tlumiče, určené k tlumení prvního a druhého kmitočtu, totožné jako v případě provedení znázorněném na obr.6, přičemž dynamické tlumiče, použité pro tlumení druhého kmitočtu, mají větší aktivní hmotu, než dynamické tlumiče, dovolující tlumit první kmitočet.

V případě prvního provedení znázorněného na obr.5 jsou dynamické tlumiče 30a, použité pro tlumení prvního kmitočtu, upevněné na nosiči 29 kola v polohách rovnoměrně roz-12• · ·· ·· ·· • · · · · · · místěných na kružnici 31, jehož uzlový průměr odpovídá prvnímu kmitočtu. Dynamické tlumiče 30b. použité pro tlumení druhého kmitočtu, jsou pravidelně rozdělené na obvodě kružnice 32, jejíž průměr odpovídá uzlovému průměru druhého kmitočtu vibrací.

Použije se pěti tlumičů 30a¹ a pěti tlumičů 30b¹, přičemž dva po sobě následující dynamické tlumiče leží na dvou poloměrech stěny 29, svírajících spolu úhel 36°.

V případě provedení znázorněného na obr.6 jsou dynamické tlumiče 30a¹, 30b', jejichž aktivní hmoty se od sebe liší, umístěny ve shodných uspořádáních, jako dynamické tlumiče 30a a 30b provedení znázorněného na obr.5. Toto provedení dovoluje přizpůsobit vlastnosti dynamických tlumičů dvěma kmitočtům vibrace v axiálním módu.

Jak je patrné z obr.7, obsahují dynamické tlumiče, jako je tlumič 30 znázorněný jako příklad, dvě části, uložené po obou stranách stěny 29 a upevněné na stěně 29 v úrovni otvoru 33 procházejícího stěnou a vystředěného na jedné z kružnic 31 a 32.. V provedení znázorněném na obr.7 má meridiální řez stěny 29 zakřivený tvar a otvor 33 má vnější část 33a a vnitřní část 33b ve tvaru komolého kužele. Jak bude vysvětleno níže, dovolují tyto části ve tvaru komolého kužele zajistit upevnění dynamického tlumiče 30 prostřednictvím opěrných a svěrných dílů ve tvaru komolého kužele.

V případě kol vagónů pro nákladní dopravu, jejichž ráfek se může ohřívat při brzdění pomocí čelistí, je výhodné upevňovat dynamické tlumiče 30 na stěně 29 pro zabránění ohřevu a zničení části dynamického tlumiče z pružného nebo viskoelastického materiálu.

-13·· φφ ·· » · φ φφφφ φ· φφφφ ·· ·· • φ · φ φ · · • · · · · · · • · « φ φ φ φ φ · · • · · · · • φ φ φ φ φ φ

Tlumič 30 má dvě v podstatě totožné části, uložené po obou stranách stěny 29 a obsahující každá masivní kotouč z oceli 34a (nebo 34b). tlumič 35a (nebo 35b) a přizpůsobovací a svěrné díly 36a (nebo 36b) ve tvaru komolého kužele. Obě části dynamického tlumiče 30 jsou vzájemně spojeny a jsou upevněny na stěně 29 kola 26 prostřednictvím šroubu 40, na němž je našroubována samoblokovací matice 39, opřená jeden z ocelových masivních disků 34a. Ocelové disky 34a a 34b tvoří aktivní hmotu dynamického tlumiče 39, opírajícího se o jeden z masivních ocelových disků 34a, 34b rozdělenou po obou stranách stěny 29.

Hmotnost každého z ocelových disků 34a a 34b může být v případě prvního provedení, znázorněného na obr.5, 1 kg. Aktivní hmota každého z dynamických tlumičů je tak 2 kg a celková aktivní hmotnost deseti dynamických tlumičů kola je tedy 20 kg.

V případě druhého provedení, znázorněného na obr.6, jsou hmotnosti disků pěti tlumičů 30a lkg, takže aktivní hmotnost každého z dynamických tlumičů 30a' je 2 kg. Dynamické tlumiče 30b' obsahují masivní disky z oceli, jejichž hmotnost je 2 kg, takže aktivní hmotnost každého z dynamických tlumičů 30b¹ je 4 kg.

Hmotnost každého z dynamických tlumičů, která je přiřazena segment kola o velikosti úhlu 36° kola, je vzhledem ke hmotnosti segmentu kola významná, může představovat 5 až 10% hmoty segmentu kola. Obecně je celková hmota dynamických tlumičů, přiřazených ke kolu vagonu, od 10 do 20 kg.

Dynamické tlumiče, použité pro tlumení každého z axi99 9 9

99· 9 9 9 9 9 9

999 9 999 · ··· · «···· · · · ··· ·· ·· ·· ·· · álních kmitočtů kola, jsou v lichém počtu, takže se vyloučí možnost rozvibrování těchto tlumičů ve fázi se stěnou kola, které se deformuje souměrně, a které tak obsahuje sudý počet křivek přetvoření.

Tlumicí prvky, jako jsou prvky 35a (nebo 35b) obsahují prstencový díl 37 z viskoelastického materiálu, jako z pryže, vytvořený lisováním, a sestavený při lisování s prstencovými kovovými díly 38, 38.', 38, upevněnými proti vnější a vnitřní boční straně prstencového dílu 37 z pryže a ve středním průchodu prstencového dílu 37.

Při montáži jsou tlumiče 35a a 35b vloženy mezi opěrnou část ocelového kotouče 34a, 34b, přicházející do styku s boční vnější plochou tlumiče 35a, a díl 36a (nebo 36b) ve tvaru komolého kužele, opírající se o odpovídající část 33a (nebo 33b) otvoru 33 ve stěně 29. Vytvoří se tak dokonalé opření obou částí dynamického tlumiče o stěnu 29 a středění obou těchto částí, vystředěných a uspořádaných v axiálním směru 41 otvoru 33 při jejich sestavování při použití šroubu 40, vloženého do otvorů v kotoučích 34a a 34b a tlumičích 35a a 35b a v otvoru 33 procházejícím stěnou 29.

Kotouče 34a a 34b jsou opatřeny každý kruhovou dutinou, mající ploché dno a průměr rovný průměru vnější rovinné části kovového prvku 38/ tlumiče 35a nebo 35b, který je tak uložena vystředěn v odpovídajícím kotouči, aby se vešel do obrysu kola.

Dynamické tlumiče 30 jsou vytvořeny tak, že mají, když jsou osazeny na stěně 29 kola vagonu, jak je znázorněno na obr.7, vlastní kmitočet, který je rovný jednomu z vlastních kmitočtů axiálních vibrací kola. Kmitočet je určen ze-1599 ·· • 9 9

999 9 9

9

9999 99

9 99 9

9 · • · 9 9 jména tuhostí tlumiče 35a nebo 35b, t.j. tuhostí viskoelastického materiálu 37. Tuhost viskoelastického materiálu a tedy vlastní kmitočet dynamických tlumičů může být jemně seřízena regulováním sevření tlumičů 35a a 35b mezi kotouči 34a nebo 34b a přizpůsobovacími a středícími díly 33a a 33b ve tvaru komolého kužele. Seřizování je zajištěno regulováním sevření matice 39.

Použití dynamických tlumičů, rozdělených jak je znázorněno na obr.5 a 6, dovoluje udržovat vyváženost kola a zajistit účinné tlumení vibrací kola v axiálním vibračním módu s přizpůsobováním kmitočtu, který může být jemně regulován na každém z dynamických tlumičů nezávislým způsobem.

Tlumení vibrací je zajišťováno stejným způsobem, jako v případě dynamických tlumičů v radiálním vibračním módu, které byly popsány výše.

Použití lichého počtu dynamických tlumičů pro každý z kmitočtů dovoluje zabránit vibraci aktivních hmot dynamických tlumičů ve fázi s kolem.

Je možné dosáhnout akustického útlumu řádově 5 až 10 dB(A).

Dynamické tlumiče, které byly popsány výše, mohou snášet teploty měnící se ve velmi širokém intervalu, a to mezi nejnižšími a nejvyššími teplotami, na něž může být kolo za provozu zahřáto.

Na obr.8 je znázorněna varianta provedení dynamického tlumiče 30’ , který je osazen na stěně 29 ¹ kola vagonu v úrovni otvoru 33 ' procházejícího stěnou 29’. Tlumiče 35a'

-16·« ·· * · • ··· ·· ·· • · · · • · · · • · ·· · • · · ·· ·· ·· ···· ♦ · · • · · ··· · • · ·· · a 35b¹ obsahují zejména prstencový díl z viskoelastického materiálu, jako je pryž, jsou totožné s tlumiči 35a a 35b použitými v případě dynamického tlumiče 30 znázorněného na obr.7. Na rozdíl od provedení znázorněného na obr.7 se přizpůsobovací díly 36a¹ a 36b', vřazené mezi tlumiče a stěnu, opírají o vnější plochu a vnitřní plochu stěny 29', a nikoliv o část otvoru ve tvaru komolého kužele, procházejícího stěnou.

Navíc mohou být kotouče 34a¹ a 34b¹, které se opírají o tlumiče 35a¹ a 35b¹ prostřednictvím opěrného dílu 34a” nebo 34b, snadno vyměňovány, takže se mění nebo seřizuje aktivní hmota. Pro tento účel stačí nahradit aktivní hmotu 34a¹ nebo 34b' dílem stejného průřezu, mající odlišnou tlouštku v axiálním směru 41' šroubu 40' pro fixování a svírání dynamického tlumiče 30' prostřednictvím samoblokovací matice 39'.

Ve všech případech dovolují způsob a dynamické tlumiče podle vynálezu zmenšit vibrace v radiálním nebo axiálním módu kola kolejového vozidla a tedy hluk z jízdy kola. Skutečnost, že aktivní hmota dynamických tlumičů je soustředěná a má významnou velikost vzhledem ke hmotě kola dovoluje dosáhnout útlum vibrací ve velmi širokém intervalu kmitočtů.

Dynamické tlumiče podle vynálezu mohou být snadno přizpůsobeny jakémukoli kolu kolejového vozidla, u něhož byly analyzovány vibrační mody a u nichž byly měřeny vlastní frekvence vibrací před návrhem, vytvořením a montáží dynamických tlumičů.

Vynález se neomezuje na popsaná provedení. Je tak možné si představit dynamické tlumiče, jejichž aktivní hmota ·» ···· ·· ·· ·· ·· ··· · · · · · · · • ··· · · · · · · * ·· ··· · ··· · ··· · • · · · · · · · ···· ·· ·· ·· ·· * nebo pružný prvek má tvar odlišný od těch, jaké byly popsány v případě tlumení vibrací v radiálním nebo axiálním módu.

Upevnění dynamických tlumičů na kolo může být rovněž vytvořeno odlišně od toho, jaké bylo výše popsáno. Prvek pro spojení mezi aktivní hmotou dynamického tlumiče a kola, označený jako pružný, může být vytvořen z jakéhokoli viskoelastického materiálu, jako pryže, nebo vytvořeného, nebo vytvořeného sestavou tuhých kovových prvků nebo elastických nebo viskoelastických prvků.

Vynález se vztahuje nejen na kola železničních vozidel, jezdící velkou nebo velmi vysokou rychlostí a kola nákladních vagonů, ale také jakéhokoli kola železničního vozidla, u něhož se má provést odhlučnění.

Claims (25)

1. Způsob odhlučňování kola kolejového vozidla (6, 16, 26), obsahujícího ráfek (8, 18, 28) pro valení po kolejnici, stěnu (9, 19, 19', 29, 29') a náboj (7, 17, 27), vyznačený tím, že se výpočtem nebo zkouškami definuje nejméně jeden mód vlastních vibrací kola (6, 16, 26), a to buď v radiálním směru nebo axiálním směru kola, a určuje se nejméně jeden rezonanční kmitočet kola pro tento definovaný modus vibrací, přičemž se v případě axiálního módu vibrací určuje navíc průměr nejméně jedné kružnice (31, 32) se středem na ose kola, na níž leží kmitný vibrací, nebo uzlový průměr, a na kole (6, 16, 26) se upevní nejméně jeden vibrační prvek (10a, 10b, 20, 30, 30'), nazývaný dynamický tlumič, tvořený aktivní hmotou (lla, 11b, 34a, 34b, 34a', 34b') o hodnotě významné vzhledem ke hmotě alespoň části kola (6, 16, 26), k níž je přiřazen dynamický tlumič, připojenou ke kolu (6, 16, 26) prostřednictvím pružného prvku (12a, 12b, 12a', 35a, 35b, 35a', 35b'), přičemž dynamický tlumič je vytvořen a nastaven tak, že jeho vlastní kmitočet vibrace je rovný rezonančnímu kmitočtu kola pro definovaný mód vibrace a je upevněn na kole (6, 16, 26) pro vibrování ve stejném módu vibrací, jako je definovaný mód vibrace kola (6, 16, 26).

2. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, že aktivní hmotnost dynamického tlumiče (10a, 10b, 20, 30, 30') v případě, kde se na kole (6, 16, 26) upevňuje jediný vibrační prvek, nebo součet aktivních hmot dynamických tlumičů (10a, 10b, 30, 30') v případě, kde se na kole (6, 16, 26) upevňuje více dynamických tlumičů, je od 5% do 10% hmotnosti celku tvořeného stěnou (9, 19, 19', 29, 29') a ráfkem (8, 18, 28) kola (6, 16, 26).

·* ····

-19·· ·· ·· ·· . >*· «·«· ·· • ··· · · · · · ♦ • · · » · · ··« · ··· ···· ·· ··

3. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 2, vyznačený tím, že pružný prvek obsahuje nejméně jeden viskoelastický materiál, jako pryž.

4. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 3 vyznačený tím, že aktivní hmota dynamického tlumiče (10a, 10b, 20, 30, 30') je periodicky kruhově rozložena okolo osy kola (6, 16, 26) s lichým počtem period pro zachování vyváženosti kola (6, 16, 26).

5. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 4 vyznačený tím, že se na ráfek (8, 18) kola (6, 16) upevní nejméně jeden dynamický tlumič (10a, 10b, 20) pro tlumení vibrací v radiálním módu.

6*. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 4 vyznačený tím, že se na stěnu (29, 29') kola (26) upevní nejméně jeden dynamický tlumič (26), a to na kružnici, jejíž střed leží na ose kola (26) a jejíž průměr je rovný uzlovému průměru odpovídajícímu rezonančnímu kmitočtu kola (26) v axiálním módu vibrace, který je roven vlastnímu kmitočtu vibrace dynamického tlumiče (30a, 30b, 30a', 30b').

7. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 6 vyznačený tím, že se určují dva rezonanční kmitočty kola (6, 16, 26) pro tentýž mód vibrace (axiální nebo radiální) a na kolo se upevní dva dynamické tlumiče, mající jeden vlastní kmitočet rovný prvnímu z obou rezonančních kmitočtů, a druhý vlastní kmitočet, rovný druhému rezonančnímu kmitočtu kola.

8. Kolo kolejového vozidla typu obsahujícího ráfek (8, 18, 28, 28') pro valení po kolejnici, stěnu (9, 19, 29, 29') a náboj (7, 17, 27, 27'), vyznačené tím, že obsahuje

-20·· ·· ♦ · · • ··· • · · · • · · ···· ·· ·· ·· • · · * • · · · • · ··· » • · · ·· ·· ·· ···· • · • · t·· nejméně jeden vibrační prvek (10a, 10b, 20, 30, 30'), nazývaný dynamický tlumič, tvořený aktivní hmotou o hodnotě významné vzhledem ke hmotnosti alespoň části kola, k níž je přiřazen dynamický tlumič, připojený ke kolu prostřednictvím pružného prvku (12a, 12b, 22, 35a, 35b, 35a', 35b'), vytvořeného a seřízeného tak, že vlastní kmitočet vibrace dynamického tlumiče je rovný rezonančnímu kmitočtu kola (6, 16, 26) pro definovaný mód vibrace, přičemž dynamický tlumič je upevněn na kole (6, 16, 26) pro vibrování ve stejném módu, jako je definovaný mód vibrace kola (6, 16, 26).

9. Kolo kolejového vozidla podle nároku 8 vyznačené tím, že dynamický tlumič (10a, 10b, 20) má aktivní hmotu (11a, 11b, 21), tvořenou kovovým prstencem a pružným prvkem (12a, 12b, 22) prstencového tvaru, upevněným na ráfku (8,

18) kola kolejového vozidla pro zajištění spojení mezi aktivní hmotou (10a, 10b, 21) a kolem kolejového vozidla tak, že dynamický tlumič má rezonanční kmitočet v radiálním módu stejný, jako je vlastní kmitočet kola v radiálním módu vibrace.

10. Kolo kolejového vozidla podle nároku 9 vyznačené tím, že pružný prstencový prvek je z pryže.

11. Kolo kolejového vozidla podle nároku 9 nebo 10 vyznačené tím, že kovový prstenec (11a, 11b, 21), tvořící aktivní hmotu, má vnější okraj kruhového tvaru a vnitřní okraj s vlnami radiálního směru, po sobě následujícími v obvodovém směru, takže kovový prstenec má lichý počet laloků, vystupujících v radiálním směru a orientovaných k ose kola kolejového vozidla.

12. Kolo kolejového vozidla podle nejméně jednoho ·· ····

-21— ·· ·· 9 * · • ··· • · • · ···· ·· ·· ··

9 9 9 · 9 9

9 9 9 9 9 9

99 9 9999 999

9 9 9 9

99 99 99 z nároků 9 až 11 vyznačené tím, že ráfek (8, 18) obsahuje na vnitřním povrchu obráceném směrem k ose kola nejméně jednu část (14, 24) prstencového tvaru pro upevnění pružného prstencového prvku (12a, 12b, 22), určeného ke spolupůsobení s částí vnějšího povrchu pružného prstencového prvku (12a, 12b, 22) pro jeho udržování proti vnitřnímu povrchu ráfku (8, 18).

13. Kolo kolejového vozidla podle nároku 12 vyznačené tím, že dále obsahuje zajišťovací člen (13a, 25) pro fixování prstencového pružného prvku (12a, 12b, 22) proti upevňovací části (14, 24) vnitřního povrchu ráfku (18), přičemž zajišťovací člen (13a, 22) prstencového tvaru je zasunut do prstencového uložení ráfku (8, 18) nebo pružného prstencového prvku (12a, 12b, 22) vůči upevňovací části (14, 24) vnitřního povrchu ráfku (8, 18).

14. Kolo kolejového vozidla podle nároku 13 vyznačené tím, že kovový prstenec (21) tvořící aktivní hmotu obsahuje prstencovou část pro zasunutí do drážky (23) pružného prstencového prvku (22), přičemž do drážky pružného prvku (22) je silově zatlačen svěrný zajišťovací člen (25) pro současně zajišťování sevření prstencového pružného prvku vůči upevňovací části (24) vnitřního povrchu ráfku (18) a sevření upevňovací části kovového prstence (21) v drážce (23) pružného prstencového prvku (22).

15. Kolo kolejového vozidla podle nejméně jednoho z nároků 9 až 14 vyznačené tím, že obsahuje dva dynamické tlumiče (10a, 10b, 20), uložené po obou stranách stěny (9,

19) kola kolejového vozidla, přičemž jeden z dynamických tlumičů má vlastní kmitočet rovný prvnímu rezonančnímu kmitočtu kola a druhý dynamický tlumič má vlastní kmitočet rov·· ····

-22·· ·· • ♦ · • ··· ·· ·· • · · ·· • · • · ♦ ··· . · «· ný druhému rezonančnímu kmitočtu kola v radiálním módu vibrace.

16. Kolo kolejového vozidla podle nároku 8 vyznačené tím, že obsahuje více dynamických tlumičů (30a, 30b, 30a', 30b'), upevněných na stěně (29, 29') kola (26) v polohách pravidelně rozmístěných na nejméně jedné kružnici (31, 32), mající střed na ose kola (26) a jejíž průměr je rovný uzlovému průměru, odpovídajícímu vlastnímu kmitočtu vibrace kola v axiálním módu, přičemž každý z dynamických tlumičů má vlastní rezonanční kmitočet v podstatě rovný rezonančnímu kmitočtu kola v axiálním módu vibrace.

17. Kolo kolejového vozidla podle nároku 16 vyznačené tím, že dynamické tlumiče (30a, 30b, 30a', 30b'), uložené na kružnici (31, 32) se středem na ose kola, a mající jako průměr uzlový průměr pro jeden kmitočet kola, jsou shodné a jsou v lichém počtu.

18. Kolo kolejového vozidla podle nároku 16 vyznačené tím, že dynamické tlumiče (30a', 30b') tvoří první soubor shodných tlumičů, uložený na první kružnici (31) se středem na ose kola (26), mající průměr rovný uzlovému průměru, odpovídajícímu prvnímu kmitočtu .kola v axiálním módu a druhý soubor shodných dynamických tlumičů (30a', 30b'), uložený na druhé kruž-nici (32) se středem na ose kola (26), majícím jako průměr uzlový průměr pro druhý rezonanční kmitočet kola (26) v axiálním módu, přičemž dynamické tlumiče (30a') prvního souboru a dynamické tlumiče (30b') druhého souboru jsou v lichém počtu.

19. Kolo kolejového vozidla podle nejméně jednoho z nároků 16 až 18 vyznačené tím, že každý z dynamických tlu·· ····

-23·· ·· > · · • ··· mičů (30, 30') obsahuje dvě části, uložené po obou stranách stěny (29, 29') kola v úrovni otvoru (33, 33'), procházejícího stěnou (29, 29'), přičemž každá z částí dynamických tlumičů (30, 30') je tvořena třemi prvky prstencového tvaru, a to aktivní hmotou (34a, 34b, 34a', 34b'), pružným prvkem (35a, 35b, 35a', 35b') a přizpůsobovacím dílem (36a, 36b) a mechanickým prvkem (40, 40', 39, 39') pro montáž a upevnění dynamického tlumiče (30, 30'), uloženého tak, že prochází průchody v prstencových prvcích dynamického tlumiče (30, 30') a otvorem (33) ráfku (29), zajištujícím montáž a upevnění prvků dynamického tlumiče (30, 30'), přičemž každá z aktivních hmot (34a, 34b) je v kontaktu s odpovídajícím pružným prvkem (35a, 35b, 35a', 35b'), který je sám vložen mezi aktivní hmotou (34a, 34b, 34a', 34b') a přizpůsobovacím prvkem (36a, 36b, 36a', 36b') v dotyku se stěnou (29, 29').

20. Kolo kolejového vozidla podle nároku 19 vyznačené tím, že aktivní hmoty (34a, 34b, 34a', 34b') jsou tvořeny kovovými kotouči.

21. Kolo kolejového vozidla podle nejméně jednoho z nároků 19 nebo 20 vyznačené tím, že pružné prstencové prvky (35a, 35b, 35a', 35b') jsou tvořeny každý ve formě tlumiče obsahujícího prvek z viskoelastického materiálu (37), jako z pryže, pevně spojený s kovovými výztužemi prstencového tvaru (38, 38', 38), obsahující opěrné plochy pružného prstencového prvku (35a, 35b, 35a', 35b') na aktivní hmotě (34a, 34b, 34a', 34b') a na přizpůsobovacím dílu (36a, 36b, 36a', 36b').

22. Kolo kolejového vozidla podle nejméně jednoho z nároků 19, 20 a 21 vyznačené tím, že mechanický prvek (39, 40, 39', 40') pro montáž a upevnění dynamického tlumiče ·· ····

9t ·· • · · • · ·· • · · · * Λ * Λ ·· ···· • · · • · · • · · · • · · · • · · · • · ·» · · • · · · • · -24- • · · «··» ·· ·· ·· ·· · (30) je tvořen šroubem a maticí, jej ichž sevření dovoluje seřizovat tuhost pružného prvku (35a, 35b, 35a', 35b')

a vlastní kmitočet dynamického tlumiče (30, 30').

23. Kolo kolejového vozidla podle nejméně jednoho z nároků 19 až 22 vyznačené tím, že přizpůsobovací díly (26a, 36b, 36a', 36b') dynamického tlumiče (30, 30') obsahují plochy ve tvaru komolého kužele, určené pro spolupůsobení s odpovídajícími plochami (33a, 33b) otvoru (33) procházejího stěnou (29) kola (26) železničního vozidla, majícími tvar komolého kužele, pro zajištění středění dynamického tlumiče (30) v otvoru (33) stěny (29).

24. Kolo kolejového vozidla podle nejméně jednoho z nároků 19 až 23, vyznačené tím, že každá z aktivních hmot (34a', 34b’) dynamického tlumiče (30') obsahuje část (34a, 34b) pro přizpůsobování a středění vzhledem k odpovídajícímu pružnému prvku (35a', 35b')' a část pro seřizování hmoty o tlouštce určené v závislosti na velikosti aktivní hmoty, která přichází do styku s přizpůsobovací a středící částí (34a, 34b).

25. Kolo kolejového vozidla podle nejméně jednoho z nároků 9 až 24, vyznačené tím, že aktivní hmota nejméně jednoho dynamického tlumiče nebo sestavy aktivních hmot dynamického tlumiče má hmotnost od 5 do 10% hmotnosti celku tvořeného stěnou (9, 19, 19', 29, 29') a ráfkem (8, 18, 28) kola kolejového vozidla.