CZ309895B6 - Zařízení pro vedení dvojkolí v podvozku kolejového vozidla - Google Patents

Abstract

Zařízení pro vedení dvojkolí v podvozku kolejového vozidla, který je tvořen rámem (1) a alespoň dvěma dvojkolími s koly (2a), přičemž dvojkolí jsou vedena vůči rámu (1) podvozku kyvnými rameny (6), přičemž každé dvojkolí je vedeno vůči rámu (1) podvozku dvěma kyvnými rameny (6), která jsou s dvojkolími spojena pomocí ložisek a ložiskových skříní s šikmo uloženými pružnými prvky (5) na rozhraní (4b) a tato kyvná ramena (6) jsou dále spojena klouby ( 9) a alespoň jednou pružinou (10) vypružení podvozku s rámem (1) podvozku. Na každém kyvném rameni (6) je vytvořena alespoň jedna konzola (6d) pro uložení tohoto kyvného ramene (6) na šikmo uspořádaný pružný prvek (5) a dále je na každém kyvném rameni (6) uspořádána alespoň jedna vnitřní vodicí konzola (6a) pro stabilizaci polohy ložiskové skříně plochou (4c) na této vnitřní vodicí konzole (6a) kyvného ramene (6), přičemž na každém kyvném rameni (6) je také vytvořena vnější vodicí konzola pro omezení pohybu dvojkolí (2) směrem vně podvozku.

Description

Vynález se týká oblasti kolejových vozidel, zejména nákladních vozů, konkrétně vedení dvojkolí.

Dosavadní stav techniky

Vedení dvojkolí kolejového vozidla zajišťuje vazbu mezi dvojkolím a rámem podvozku. Tuhost této vazby musí být taková, aby v přímé trati bylo zajištěno, že nedochází k nežádoucímu rozkmitání dvojkolí a podvozku kolem svislé osy, tedy, že je zajištěna stabilita chodu vozu. Stabilitě chodu napomáhá nejen vysoká tuhost vedení dvojkolí, případně dále i třecí odpory proti pohybu dvojkolí v jeho vedení, které nežádoucí kmitání dvojkolí tlumí. Při vjezdu vozu do oblouku, dochází k tzv. nabíhání kola na bok kolejnice, v důsledku čehož se natáčí podvozek pod skříní vozidla. Nabíhání kola na bok kolejnice při jízdě v oblouku je spojeno s opotřebením kol a kolejnic, výrazně vyšším než při stabilní jízdě v přímé trati. Pro snížení opotřebení v oblouku je výhodné, umožňuje-li vedení dvojkolí tzv. rejdování dvojkolí, tzn., že vodorovná osa nápravy dvojkolí se v oblouku přiblíží radiální poloze. Radiální polohou se míní stav, kdy osa nápravy dvojkolí směřuje do středu oblouku. Radiální polohu zaujme osa nápravy dvojkolí tak, že se ložiska dvojkolí ve vedení dvojkolí podélně pohybují, jinými slovy dvojkolí se otáčí proti rámu podvozku okolo své svislé osy - tzv. „rejdování“. Jednotlivá dvojkolí se v podvozku otáčí v opačném smyslu, tzn. proti sobě. Rejdování dvojkolí napomáhá nízká podélná tuhost vedení dvojkolí. Má-li dvojkolí v oblouku možnost rejdovat, je dále důležité, aby podélný pohyb dvojkolí nebyl při výjezdu z oblouku zatížen pasívními odpory, např. hysterezí v důsledku tření ve vedení dvojkolí. Je-li otáčivý pohyb dvojkolí zatížen hysterezí, nevrátí se obě dvojkolí v podvozku po výjezdu vozu z oblouku do vzájemně rovnoběžné polohy. Nejsou-li dvojkolí v přímé trati ve vzájemně rovnoběžné poloze, dochází v přímé trati k tzv. trvalému nabíhání kola na kolejnici - z hlediska opotřebení podobnému tomu v oblouku. Projev nabíhání kola v přímé trati je zdrojem nadměrného opotřebení, tedy špatné funkce vedení dvojkolí. Konstrukce vedení dvojkolí proto představuje složitý kompromis při volbě způsobu stabilizace dvojkolí v jeho vedení a při minimalizací pasivních odporů ve vedení dvojkolí. Hledání kompromisu je navíc ztíženo tím, že podvozky nákladních vozů jsou velmi rozdílně zatíženy, je-li vůz prázdný nebo plně ložený. Ložený vůz může být až šestinásobně těžší než prázdný.

Ve střední Evropě je nejrozšířenějším standardizovaným podvozkem nákladních vozů podvozek známý pod označením Y25, jehož vedení dvojkolí je popsané, např. v patentovém spisu FR 1340882 A. Tento podvozek je vybavený rozsochovým vedením dvojkolí. Mezi rozsochami je uspořádána ložisková skříň dvojkolí. Stabilizace dvojkolí je zajištěna pístem, který trvale přitlačuje ložiskovou skříň k jedné rozsoše. Síla na píst vzniká rozkladem tíhové síly v šikmé závěsce tlumiče - tzv „Lenoir system“. Velikost přítlačné síly v závěsce je odvozena ze svislé síly jedné z pružin ve vypružení.

Výhodou tohoto systému je, že přítlak pístu lze nastavit volbou sklonu závěsky tlumiče a možností zvolit počet pružin, které působí na závěsku. V průběhu zatěžování vozu nákladem se postupně mění počet pružin, které ve vypružení působí, zatímco počet pružin, které působí na závěsku tlumiče, se nemění. Tím je dosaženo toho, že přítlak pístku vzrůstá pomaleji, než by odpovídalo poměru hmotnosti loženého vozu vůči prázdnému vozu. Přítlak pístku je vypočítán pro prázdný vůz a je dán sklonem závěsky. Přítlak pístku při plném voze je optimalizován hodnotami tuhostí jednotlivých pružin v systému a způsobem, jak jsou jednotlivé pružiny se vzrůstajícím ložením postupně zatěžovány. Takto optimalizovaný přítlak umožňuje, aby při nabíhání kola loženého vozu při jízdě v oblouku síly mezi kolem a kolejnicí pootočily dvojkolím kolem svislé osy a osa nápravy dvojkolí se přiblížila radiální poloze, což snižuje opotřebení. Velikou nevýhodou tohoto systému je, že rejdování je nevyhnutelně spojeno s podélným

- 1 CZ 309895 B6 pohybem pístu v jeho vedení. Tomuto pohybu však brání tření ve vedení, někdy i vzpříčení. Tento odpor ve vedení pístu je často příčinou, že se dvojkolí po výjezdu z oblouku nevrátí ihned do rovnoběžné polohy a dochází k nadměrnému opotřebení v přímé koleji, ke kterému by jinak nedocházelo.

Tuto nevýhodu se snaží odstranit řešení podle patentového spisu EP 1484228 A1, zveřejněného 08.12.2004, které umožňuje optimalizovat velikost přítlačné síly na píst tlumiče stejně jako u výše uvedeného spisu FR 1340882 A. Negativně působící třecí vedení pístu je zde nahrazeno uložením pístu v pryžovém pouzdru. Avšak toto řešení se nerozšířilo, neboť v reálných podmínkách provozu nelze zajistit požadovanou únosnost a životnost tohoto pryžového pouzdra a vzhledem k jeho uspořádání není ani v provozu možná jeho kontrola pohledem.

Dalším příkladem řešení vedení dvojkolí nákladních vozů je řešení podle patentového spisu US 3211112 A, zveřejněného 12.10.1965. Pryžový prvek je šikmo uspořádán mezi adaptérem ložiska a podélníkem rámu podvozku s rozsochami. V tomto uspořádání je odpor proti podélnému pohybu adaptéru ložiska dán pouze tuhostí pružného prvku Podélný pohyb tedy není doprovázen pasivním odporem-třením, jako například v řešení podle patentového spisu FR 1340882 A. Poloha ložiskové skříně je mezi rozsochami stabilizována přítlačnou silou, která vzniká rozkladem tíhové síly vozu na tomto šikmo uloženém pryžovém prvku. Přítlak ložiskové skříně na rozsochu je dán sklonem pružného prvku a velikostí tíhové síly, kterou podélník rámu podvozku působí na pružný prvek. Šikmost uložení pružného prvku je stálá, tzn. šikmost uložení není závislá na míře ložení vozu. Úhel sklonu klínu musí být pro prázdný vůz stanoven tak, aby přítlačná síla byla dostatečně velká pro zajištění stabilní jízdy. Nevýhodou tohoto řešení je, že přítlak je dám pouze jen sklonem pružného prvku, tedy že s ložením vozu narůstá přítlačná síla stejně strmě, jak roste ložení vozu, tedy mnohem strměji než v konstrukci podle patentového spisu FR 1340882 A. To je proto, že u tohoto řešení není možné měnit hodnotu přítlaku rozdílným počtem pružných prvků působících ve vypružení a počtem pružných prvků, které zajišťují přítlak na rozsochu. Přítlačná síla při loženém voze je proto z podstaty tohoto řešení výrazně vyšší, než by bylo optimální pro umožnění rejdování. Tato vyšší přítlačná síla tedy s nevýhodou omezuje rejdování loženého vozu při jízdě obloukem a zapříčiňuje vyšší opotřebení.

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je odstranit výše uvedené nevýhody a vytvořit zařízení na vedení dvojkolí v podvozku kolejového vozidla, zejména nákladního vozu, který vykazuje minimální pasivní odpory proti rejdování dvojkolí a zároveň umožní nastavit optimální hodnoty přítlačných sil na ložiskovou skříň ve vedení dvojkolí nejen tíhou vozu, ale i dalším parametrem, kterým je změna sklonu pružného prvku, uloženého na ložiskové skříni, proti podélnému pohybu ložiskové skříně dvojkolí v závislosti na ložení vozu. Tím je oproti známým řešením zajištěno spojení výhod optimálního průběhu nárůstu této přítlačné síly při ložení vozu a minimálních pasivních odporů ve vedení dvojkolí v podélném směru.

Konstrukce nového vedení dvojkolí, zejména podvozku nákladního vozu, částečně vychází z některých známých výše uvedených řešení, přičemž jeho podstata spočívá v novém uspořádání, které je opatřeno novými konstrukčními prvky, což v celku tvoří zcela novou konstrukci vedení dvojkolí v podvozku.

Podstatou konstrukce vedení dvojkolí v podvozku kolejového vozidla, zejména nákladního vozu je mechanismus tvořený kyvným ramenem spojeným s rámem podvozku kloubem a konzolou vytvořenou na kyvném rameni, která je opřena na šikmo uspořádaném pružném prvku uloženém na ložiskové skříni, v důsledku čehož se ložením vozu otáčejí nejen kyvná ramena, ale i pružné prvky, což s výhodou ovlivňuje velikost síly, která přitlačuje ložiskovou skříň k vnitřní vodicí konzole kyvného ramene a která je tímto dána nejen tíhou vozu, ale i sklonem pružného prvku, jehož natočení je závislé na zatížení vozu a tuhosti pružiny vypružení.

- 2 CZ 309895 B6

Základem řešení je uspořádání vedení dvojkolí v podvozku pomocí kyvného ramene, např. jak je uvedeno v CZ 2018-298 A3. Kyvné rameno je spojeno s rámem podvozku kloubem, přičemž na kyvném rameni je vytvořena konzola pro uložení kyvného ramene na pružný prvek. Na kyvném rameni jsou rovněž uspořádány vnitřní a vnější vodicí konzoly. Na ložisku dvojkolí je uspořádána ložisková skříň a na její horní straně je vytvořena plocha pro uložení pružného prvku a na jejím boku je vytvořena opěrná plocha pro kontakt s vnitřní vodicí konzolou. Pružný prvek je tímto uložen šikmo na ložiskové skříni. Velikost přítlaku ložiskové skříně na vnitřní vodicí konzolu kyvného ramene je dán velikostí tíhové síly vozu a sklonem pružného prvku vůči temeni kolejnice. Úhel sklonu pružného prvku vůči temeni kolejnice je pro situaci prázdného vozu vypočten tak, aby bylo dosaženo jen právě takového, ne vyššího, přítlaku, který zajišťuje stabilní jízdu vozu. S ložením vozu vzrůstá jeho tíhová síla. Se vzrůstající tíhou vozu vzrůstá vodorovná složka svislé síly - přítlak, jejíž velikost je dána sklonem pružného prvku. Zároveň se však v závislosti na poddajnosti pružiny vypružení otáčí i kyvné rameno, čímž se s výhodou zmenšuje úhel pružného prvku vůči rovině temene kolejnice. Souběhem nárůstu tíhy a otáčením pružného prvku v kyvném rameni narůstá přítlačná síla mnohem pomaleji, než roste poměr tíhy mezi loženým a prázdným vozem. Uvedenými parametry, což je výchozí úhel šikmosti pružného prvku vůči temeni kolejnice a míra pootočení kyvného ramene v důsledku ložení, které je dáno charakteristikou pružiny alespoň jedné pružiny vypružení podvozku, lze pro všechny stavy ložení vozu optimalizovat složku tíhové síly vozu, kterou je ložisková skříň přitlačována k vnitřní vodicí konzole kyvného ramene, je tedy vůči této vnitřní vodicí konzole kyvného ramene stabilizována. Podélný pohyb ložiskové skříně je umožněn poddajností pružného prvku a tím je zároveň minimalizován pasivní odpor - tření podélného pohybu ložiska vůči kyvnému rameni. Tím je v maximální míře podpořena stabilita jízdy prázdného vozu a zároveň podpořeno rejdování dvojkolí při jízdě plného vozu, tedy je minimalizováno opotřebení kol a kolejnic při jízdě obloukem. Zároveň je odstraněním tření v podélném pohybu ložiskové skříně minimalizováno riziko, že se dvojkolí po výjezdu z oblouku nevrátí do rovnoběžné polohy.

Pružné prvky mohou být konstrukčně vytvořeny jako celistvé nebo dělené, tedy tvořené více jak jedním dílem. Dále nezávisle na počtu pružných prvků nebo jejích dílů může být pružný prvek nebo jeho kterýkoliv díl tvarován jako plochý nebo může být tvarován do tvaru „V“ nebo do tvaru „U“ nebo obecně tvarován. Tímto tvarováním lze s výhodou nastavit tuhost příčného vedení dvojkolí vůči kyvnému rameni.

Pružina vypružení podvozku může být v podvozku orientována vodorovně, nebo svisle, nebo šikmo.

Kyvné rameno a ložisková skříň jsou je opatřeny konzolami a dorazem pro omezení příčného pohybu dvojkolí, které lze s výhodou umístit směrem od osy dvojkolí blíže kloubu kyvného ramene. Toto uspořádání s výhodou minimalizuje moment na kloub kyvného ramene ve vodorovné rovině, vstoupí-li tyto konzoly a doraz do činnosti. Vedení dvojkolí je rovněž opatřeno pojistkou dvojkolí a zajištěním ložiskové skříně pro případ zvedání podvozku zvedacím zařízením.

Výše popsané řešení vedení dvojkolí s výhodou minimalizuje odpory pohybu ložiskové skříně dvojkolí v podélném směru a napomáhá stabilnímu chodu vozu v přímé koleji i rejdování dvojkolí v oblouku tím, že umožňuje optimalizovat hodnotu přítlaku ložiskové skříně k vnitřní vodicí konzole kyvného ramene současně dvěma parametry, tíhou vozu a na této tíze závislým sklonem pružného prvku, což je právě umožněno otáčením kyvného ramene.

Objasnění výkresů

Vynález je blíže objasněn na přiložených výkresech, kde na obr. 1a a 1b je znázorněno schéma rozkladu sil na šikmo uloženém pružném prvku u prázdného vozu na obr. 1a a loženého vozu na

- 3 CZ 309895 B6 obr. 1b, na obr. 2 je v řezu znázorněn příklad tvarování šikmo uloženého pružného prvku do „V“ a dělení na dva díly, na obr. 3 je znázorněn průběh podélné přítlačné stabilizující síly na ložiskovou skříň v závislosti na tíze, ložení, vozu, na obr. 4 je pohled z boku na sestavu vedení dvojkolí na jednom kole kolejového vozidla, na obr. 5 je sestava vedení dvojkolí v prostorovém vyobrazení a na obr. 6 je v řezu pohled na ložiskovou skříň s konzolami a vnitřní vodicí konzolu kyvného ramene.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obr. 1, obr. 2, obr. 4, obr. 5 a obr. 6 je znázorněno uspořádání vedení dvojkolí 2 kolejového vozidla, zejména nákladního vozu, s kyvnými rameny 6, která jsou otočně spojena s rámem 1 podvozku klouby 9 a konzolami 6d spočívají na pružných prvcích 5. Natočení kyvných ramen 6 s konzolami 6d se vůči rovině temen kolejnic mění v závislosti na tíze vozu a v závislosti na tuhosti pružin 10 vypružení podvozku. Na ložiskách 3 dvojkolí 2 s koly 2a jsou uspořádány ložiskové skříně 4. Na ložiskových skříních 4 jsou na rozhraní 4b a šikmo uloženy pružné prvky 5.

V důsledku šikmé polohy pružných prvků 5 vzniká složka tíhové síly vozu, která přitlačuje ložiskovou skříň 4 plochou 4c k vnitřní vodicí konzole 6a kyvného ramene 6. Ložením vozu se zvýší tíhová síla vozu, v důsledku čehož se kyvná ramena 6_s konzolami 6d otáčí kolem kloubů 9 kyvného ramene 6 a tím se mění šikmost polohy pružného prvku 5 vůči temenu kolejnice, což s výhodou mírní tempo nárůstu vodorovné složky tíhové síly, tedy přítlaku, kterým je ložisková skříň 4 plochou 4c přitlačována, stabilizována k vnitřní vodicí konzole 6a kyvného ramene 6. Kyvná ramena 6 jsou opatřena dorazem 6c a ložisková skříň 4 konzolami 4a pro omezení příčného pohybu dvojkolí 2 proti kyvnému rameni 6. Pohyb dvojkolí 2 směrem vně podvozku je omezen vnější vodicí konzolou 6b kyvného ramene 6. Uzel vedení dvojkolí je doplněn pojistkou 7 polohy dvojkolí 2 a zajištěním 8 polohy ložiskové skříně 4, které zajišťují vzájemnou polohu dílů sestavy vedení dvojkolí 2 při zvedání vozu na dílenských zvedácích, nebo jeřábem.

Na obr. 1a je také znázorněno schéma rozkladu sil na šikmo uloženém pružném prvku 5 u prázdného vozu, kdy úhel kyvného ramene 6 je označen (+) a na obr. 1b je znázorněno schéma rozkladu sil na šikmo uloženém pružném prvku 5 u loženého vozu, kdy úhel kyvného ramene 6 je označen (-), z čehož je patrné, že velikost přítlačné síly je regulována jak tíhou vozu, tak i sklonem pružného prvku 5, který se v důsledku změny velikosti tíhy vozu mění. Křivka 11a je závislost přítlačné síly na tíze vozu podle dokumentu FR 1340882 A, křivka 11b je závislost přítlačné síly na tíze vozu podle dokumentu US 3211112 A, a křivka 11c je závislost přítlačné síly na tíze vozu podle řešení uvedeného v tomto patentovém spise.

Na obr. 3 je znázorněn průběh podélné přítlačné, stabilizující, síly v závislosti na tíze, ložení vozu. Z obrázku je patrné, že řešení podle křivky 11a vykazuje výhodný průběh, avšak spojený s nevýhodou pasivních odporů, řešení podle křivky 11b sice nezatížený pasivními odpory, ale nevýhodný, průběh a křivka 11c vykazuje výhodný průběh nezatížený pasivními odpory.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro vedení dvojkolí je využitelné u všech podvozků kolejových vozidel, zejména však u podvozků nákladních vozů.

Claims (5)

1. Zařízení pro vedení dvojkolí v podvozku kolejového vozidla, který je tvořen rámem (1) a alespoň dvěma dvojkolími (2) s koly (2a), přičemž dvojkolí (2) jsou vedena vůči rámu (1) podvozku kyvnými rameny (6), přičemž každé dvojkolí (2) je vedeno vůči rámu (1) podvozku dvěma kyvnými rameny (6), která jsou s dvojkolími (2) spojena pomocí ložisek (3) a ložiskových skříní (4) s šikmo uloženými pružnými prvky (5) na rozhraní (4b) a tato kyvná ramena (6) jsou dále spojena klouby (9) a alespoň jednou pružinou (10) vypružení podvozku s rámem (1) podvozku, vyznačující se tím, že v každém kyvném rameni (6) je vytvořena alespoň jedna konzola (6d) pro uložení tohoto kyvného ramene (6) na šikmo uspořádaný pružný prvek (5); a že dále je na každém kyvném rameni (6) uspořádána alespoň jedna vnitřní vodicí konzola (6a) pro stabilizaci polohy ložiskové skříně (4) plochou (4c) na této vnitřní vodicí konzole (6a) kyvného ramene (6), přičemž na každém kyvném rameni (6) je dále vytvořena vnější vodící konzola (6b) pro omezení pohybu dvojkolí (2) směrem vně podvozku.

2. Zařízení pro vedení dvojkolí podle nároku 1, vyznačující se tím, že pružné prvky (5), uspořádané mezi ložiskovou skříní (4) a kyvným ramenem (6), jsou celistvé nebo dělené.

3. Zařízení pro vedení dvojkolí podle nároku 1, vyznačující se tím, že pružné prvky (5) jsou ploché nebo tvarované do písmene V nebo U.

4. Zařízení pro vedení dvojkolí podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že pružné prvky (5) jsou pryžové.

5. Zařízení pro vedení dvojkolí podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že pružina (10) vypružení podvozku je orientována svisle, nebo vodorovně, nebo šikmo vůči temeni kolejnice.