CZ33251U1 - Podvozek kolejového vozidla, zejména nákladního vozu - Google Patents

Description

Technické řešení se týká podvozku kolejového vozidla zejména nákladního vozu, konkrétně konstrukce vypražení podvozku, konstrukce rámu podvozku a uspořádání kolébky. Na podvozky nákladních vozů a jejich vypražení jsou kladeny značné nároky. U podvozků nákladních vozů je specifický velký rozdíl mezi hmotností prázdného a loženého vozu, protože ložený vůz může být až šestinásobně těžší než prázdný. Ve všech možných stavech ložení nákladního vozu musí být dodrženy požadavky relevantní pro bezpečnost provozu, zejména na bezpečnost proti vykolejení a stabilní chod vozu. Mají-li být splněny tyto požadavky, je třeba opatřit vůz vypražením, jehož tuhost se mění v závislosti na hmotnosti nákladu. Z důvodu bezpečnosti proti vykolejení je u podvozků nákladních vozů nutné, aby změny svislých sil mezi kolem a kolejí při průjezdu vzestupnicí, dále též změny kolových sil na zborcené koleji, nepřesáhly limitní hodnotu definovanou příslušnou normou, což může být splněno, právě pokud tuhost vypražení je závislá na úrovni ložení, tzn. při prázdném voze je tuhost nízká.

Z důvodů bezpečnosti proti vykolejení je nutné, aby podvozek nákladního vozu změnil vertikální síly mezi kolem a kolejnicemi při procházejícím ascendentu a také změny síly kola na sbalené kolejnici nepřekračovaly mezní hodnotu definovaná příslušnou normou, která může být splněna, v závislosti na úrovni postele, když je prázdný vůz ztuhlý a tuhost je nízká. Při plném voze musí být tuhost vysoká, aby nedošlo ke svislému pohybu nárazníků vozu pod předepsanou mez. Vypražení současných evropských standardizovaných podvozků nákladních vozů vykazuje lomenou charakteristiku, složenou ze dvou lineárních částí. To vede k problematickému chování vozu při ložení blízkém zlomu charakteristiky.

Limit změny kolových sil na zborcené koleji činí aktuálně problémy zejména u nově vyráběných dlouhých vozů lehké stavby. Pro dosažení nízkých změn kolových sil je výhodné použít torzně poddajné nebo dělené rámy podvozku. Takové rámy podvozku nejsou používány u současných evropských standardizovaných podvozků nákladních vozů.

Současné, mimo Evropu nejrozšířenější, podvozky nákladních vozů s dělenými rámy podvozku, mají nevýhodu, že vykazují malý odpor proti kosení podvozku, což je jev, kdy jeden podélník povozku předbíhá druhý podélník podvozku. Malý odpor proti kosení má za následek nestabilní chod vozidla v přímé trati a vede k nadměrnému opotřebení kol a koleje při jízdě v oblouku. U podvozků nákladních vozů je nutné dosáhnout stabilního chodu ve všech režimech jízdy, tzn. při všech možných stavech ložení a rychlostech jízdy. Nestabilní chod představuje riziko nadměrného opotřebení a namáhání vozu a trati, nebo dokonce havárie. Stabilní chod se nejsnáze zajistí tuhým rámem podvozku a tuhým vedením dvojkolí. Stabilnímu chodu rovněž napomáhá, má-li podvozek soustředěny hmotné části konstrukce blízko středu podvozku, tedy je minimalizován moment setrvačnosti podvozku kolem svislé osy. Konstrukce vypražení a rámu podvozku současných evropských standardizovaných podvozků nákladních vozů významně přesahuje podélnou vzdálenost dvojkolí, rozvor podvozku. U podvozků nákladních vozů je tedy výhodné minimalizovat rozměry podvozku, zejména jeho délku a výšku v prostoru kol. Podvozky s menšími rozměry mají rovněž tu výhodu, že v jejich okolí zůstává větší prostor pro konstrukci skříně vozidla. Konstrukci skříně tak lze snáze optimalizovat, což vede k žádanému snížení její hmotnosti.

U podvozků nákladních vozů je rovněž výhodné minimalizovat hmotnost nevypružených hmot. Velká hmotnost nevypružených hmot vede k rychlejšímu opotřebení kol, ložisek a koleje.

- 1 CZ 33251 U1

Ve světě nejrozšířenější podvozky nákladních vozů jsou opatřeny vypražením se sadami pružin, které mění tuhost vypražení skokově. Jednotlivé pružiny v těchto sadách jsou zatěžovány postupně se vzrůstajícím ložením. V tomto uspořádání nezatížené pružiny za jízdy klepou, což je příčinou vyšší úrovně hluku vozu emitovaného za jízdy. Nákladní vozy schvalované v Evropě mají předepsány limity emitovaného hluku. Je očekáváno legislativní zpřísnění těchto limitů. Nízkých hlukových emisí se nejlépe dosáhne přerušením kovového styku v přenosu vibrací z dvojkolí na skříň vozidla. Toho se nej efektivněji dosáhne vložením dostatečně objemných pryžových prvků do vypražení. Pro použití takových prvků nejsou současné konstrukce standardizovaných podvozků nákladních vozů uzpůsobeny. Dalším způsobem, jak snížit hluk podvozků by bylo řešení, ve kterém všechny pružiny budou trvale zatížené, tedy nebudou klepat, a přesto vypražení bude vykazovat progresivní charakteristiku.

Podvozky nákladních vozů musí být pro zajištění bezpečného chodu vybaveny tlumiči pohybů ve vypražení, přiměřeně účinnými ve všech stavech ložení. Je tedy třeba vozy vybavit tlumiči, jejichž účinek je plynule závislý na ložení vozu. Tento požadavek nejlépe splňují třecí tlumiče, ve kterých je intenzita tlumení mechanicky odvozena z tíhy vypražených hmot vozu.

Současné systémy třecího tlumení standardizovaných podvozků vykazují u prázdných vozů takový tlumicí účinek, hysterezi, ve vypražení, který zejména u prázdného vozu při jízdě vozu po dobře udržované trati vyřadí vypražení z funkce. Takto nefunkční vypražení prázdných, popř. částečně ložených, vozů vede k nežádoucímu ohybovému kmitání skříní vozu, a tudíž k vyššímu namáhání všech dílů vozu a dále k nežádoucím silovým účinkům na trať.

V Evropě jsou provozovány i podvozky nákladních vozů na tzv. vyšší rychlosti, tzn. nad 120 km/h. Tyto podvozky jsou oproti standardním podvozkům vybaveny zlepšeným příčným vypražením, které je zpravidla realizováno kolébkou uloženou na svislých závěsech.

Současná řešení umístění kolébky do podvozku vedou k výraznému zvětšení délky podvozku. Větší rozměry podvozku omezují vhodnou stavbu skříně podvozku a podvozek je těžký.

Konstrukce všech podvozků nákladních vozů musí být jednoduchá, vysoce spolehlivá při dlouhých intervalech údržby, v údržbě nenáročná a zejména levná. Konstrukce podvozku nákladního vozu musí vyhovovat standardům, které platí pro infrastrukturu, ve které jsou provozovány. V Evropském prostředí se jedná o standardy EN a UIC.

Z výše uvedených požadavků na podvozky nákladních vozů je zřejmé, že představují ve své podstatě protichůdné požadavky na řešení konstrukce podvozků a při optimálním plnění jednoho dílčího požadavku je složité v rámci jednoduché konstrukce současně splnit další požadavky.

Dosavadní stav techniky

Ve střední Evropě nejrozšířenějším standardizovaným podvozkem nákladních vozů je podvozek známý pod označením Y25, např. podle spisu EP 1057707 AI. Vypražení tvoří sada ocelových šroubových pružin. Tlumení je zajištěno třecím pístkem, jehož přítlak na ložiskovou skříň je odvozen od tíhy vozu šikmou závěskou. Toto provedení tlumení ale způsobuje, že vypražení je při jízdě na kvalitní trati nefunkční. Vypražení se nalézá mezi dvojkolím a rámem podvozku. Tento podvozek je opatřen svařovaným tuhým rámem, proto se podvozek při průjezdu obloukem nekosí. Tento rám je však torzně nepoddajný, což v kombinaci s konstrukcí vypražení podvozku Y25 způsobuje problémy se změnou kolových sil u prázdných nebo částečně ložených vozů lehké stavby. Vypražení podvozku Y25 rozměrově přesahuje ložiskové skříně a činí podvozek delším a zvětšuje jeho moment setrvačnosti kolem svislé osy. Do určitého ložení je část pružin nezatížená a tyto nezatížené pružiny jsou zdrojem hluku.

-2CZ 33251 U1

Předepsané výšky povozku je ve výrobě a údržbě dosaženo tak, že pružiny roztříděné podle výsledků zkoušek se do podvozku selektivně montují pouze v předepsaných kombinacích, což zvyšuje nároky na počet skladovaných pružin, aby bylo možné vždy dosáhnout povolené kombinace. Po reprofilaci kol se montují podložky mezi tomu a kluznice podle UIC, přičemž je nutné vyvázat podvozek z vozu a skříň zvednout na dílenských zvedácích.

Podvozek Y25 je schválen pro provoz do max. rychlosti 120 km/h. Pro vyšší rychlosti je konstrukce tohoto podvozku upravena tak, že je do podvozku doplněna kolébka zavěšená na svislých závěsech. Takto upravený podvozek je znám pod označením Y37. Oproti podvozku Y25 vykazuje tento podvozek navíc nevýhody, neboť má zvětšený rozvor, což vede k vyššímu opotřebení kol a velké délce celého podvozku, což nepříznivě ovlivňuje stavbu skříně vozu.

Jeden z nejstarších a dříve nej rozšířenějších podvozků nákladních vozů je podvozek s listovými pružnicemi. I tento podvozek je v Evropě standardizován. Vypražení listovými pružnicemi se nalézá mezi dvojkolím a rámem podvozku. Podvozek s listovými pružnicemi má tuhý svařovaný rám a podvozek se nekosí. Tento rám je však torzně nepoddajný proto bez pro vahadlo vání závěsnic pružnic, které představuje složitější konstrukci a další díly podléhající opotřebení třením, způsobuje problémy se změnou kolových sil u vozů lehké stavby. Třecí tlumič tvoří listy pružnice. Toto tlumení ale blokuje vypražení na kvalitní trati a vykazuje v závislosti na provozním stavu pružnic velký rozptyl v tlumicím účinku, což je nevhodné zejména pro prázdné vozy. Vypražení podvozku listovými pružnicemi svou délkou přesahuje ložiskové skříně a činí podvozek výrazně dlouhým, rám podvozku těžkým a zvětšuje moment setrvačnosti podvozku. Listové pružnice jsou nákladné na výrobu i údržbu. Ocelové závěsy listových pružnic přispívají k vysoké hlučnosti tohoto podvozku. Při jízdě vyššími rychlostmi je povozek nestabilní. Kompenzace ojetí kol po reprofilaci kol se provádí montáží podložek mezi ložiskovou skříň a pružnici podle UIC, přičemž při montáži těchto podložek je nutné vyvázat dvojko li a skříň s podvozky zvednout na dílenských zvedácích.

Další a zároveň nej starší konstrukcí podvozku nákladního vozu je podvozek známý jako „three pieces bogie“, tedy třídílný podvozek, nebo též „Diamond Bogie/Track“, např. podle EP 0182339 AI, US 2170862, US 3717106 A. Přestože se zejména díky ceně jedná o ve světě nejvíce rozšířený podvozek, není ve střední Evropě díky některým negativním vlastnostem v běžném provozu rozšířen. Vypražení a tlumení se nalézá mezi podélníky a kolébkou podvozku. Nevypražené podélníky, uložené na ložiskových skříních pomocí adaptérů, představují velké nevypružené hmoty. Rám podvozku, tvořený podélníky a kolébkou, vykazuje dobrou torzní poddajnost, tudíž menší změnu kolových sil na zborcené koleji, ale snadno se kosí při jízdě obloukem a podvozek je proto nestabilní již při rychlostech nad cca 80 km/h. Třecí tlumič tvořený klíny, umístěnými mezi podélníky a kolébkou je zároveň prvkem, jehož úkolem je potlačit kosení podvozku, což ale vede k jeho rychlejšímu opotřebení, čímž se i rychleji zhoršují jízdní vlastnosti podvozku. Tento systém tlumení zároveň blokuje vypražení při jízdě na kvalitní trati. Ani toto opatření dostatečně nebrání kosení. Podvozek je vybaven početnou sadou pružin, přičemž do určitého ložení je část pružin nezatížená, což je zdrojem hluku.

Ve snaze zlepšit vlastnosti výše uvedených nejrozšířenějších podvozků vznikly inovativní konstrukce podvozků nákladních vozů, které se však z hlediska počtu provozovaných exemplářů příliš nerozšířily.

Například, podvozek s pryžovými rolovacími pružinami, známý pod označením „DRRS - double rabber roli spring“, podle spisu EP 0234357. Prvky vypražení představují pryžové prstence vložené do speciálně tvarované ocelové konstrukce. Tlumení je zajištěno třecím pístkem, jehož přítlak na ložiskovou skříň zajišťuje excentrické uložení nad sebou uložených pružin. Toto provedení tlumení ale způsobuje, že vypražení je při jízdě na kvalitní trati nefunkční. Podvozek je opatřen svařovaným tuhým rámem a podvozek se proto při průjezdu obloukem nekosí. Tento rám je však torzně málo poddajný, což v kombinaci s konstrukcí vypražení způsobuje problémy se změnou kolových sil úvozů lehké stavby. Vypražení podvozku rozměrově přesahuje

-3 CZ 33251 U1 ložiskové skříně a činí podvozek delším a zvětšuje jeho moment setrvačnosti kolem svislé osy. Užití pryžových prstenců namísto šroubových pružin, které jako jediné tvoří poddajnost vypražení, sice představuje krok směrem ke snížení hlučnosti, ale pro zajištění potřebné poddajnosti a délky chodu ve vypražení musí být tyto pryžové prvky namáhány nejen poměrnými deformacemi, ale i otěrem. Namáhání otěrem je pro pryž velmi nepříznivé a vede k poměrně krátké životnosti těchto pryžových prstenců.

Další je podvozek RC25NT s radiálním stavěním dvojkolí, známý pod označením „RC 25 NT radial controlled - new technology“, podle spisu EP 2386454 AI.

Vypražení ocelovými šroubovými pružinami a třecí tlumení se nalézá mezi podélníky a pohyblivě uloženým příčníkem podvozku, obdobně jako u podvozku „Diamond“, viz výše. Inovativně je provedeno třecí tlumení pomocí pákového mechanismu. Stabilita podvozku je sice zlepšena dodatečnou konstrukcí uložení brzdy a mechanickou vazbou mezi dvojkolími, ty však zvyšují již tak vysokou hmotnost relativně složitého podvozku.

Další je podvozek TF25, známý pod označením „track friendly - TF25“, viz. spis GB 2332410 A.

Podvozek představuje složitější konstrukci, neboť má dva stupně vypražení. Druhý stupeň vypražení tvoří rozměrné pryžové pružiny. Potlačují hluk a zajišťují natáčení podvozku v oblouku. V důsledku natočení podvozku v oblouku jsou tyto pryžové pružiny značně namáhány smykem. Protože se nalézají až ve drahém stupni vypražení, netlumí hluk tak dobře, jako kdyby se nalézaly ve vypražení mezi dvojkolím a rámem podvozku. Tlumení je zajištěno hydraulickými tlumiči, jejichž účinek se skokově mění při zvoleném stavu ložení.

Tlumení tedy nevykazuje účinek plynule závislý na ložení vozu, navíc hydraulické tlumiče jsou nákladné a méně spolehlivé než tlumení zajištěné třecím mechanismem. Konstrukce prvotního vypražení, ve kterém jsou sady svisle orientovaných ocelových pružin uspořádány nad ložisky dvojkolí, zapříčiňuje velkou výšku podvozku v místě pružin. Tyto sady postupně zatěžovaných ocelových pružin jsou zdrojem hluku. Stavba tuhého rámu podvozku je zjednodušena tím, že příčník a podélníky jsou k sobě spojeny pomocí předepnutých svorníků huck-bolt. Osa těchto svorníků je však vodorovná, což znamená, že tento spoj je namáhán tíhou vozu na smyk, což je pro tento drah spojů nevýhodné.

Existuje také řešení podle spisu DE 883292 C, jehož cílem je vyřešit konflikt požadavků na rám podvozku, požadavek na tuhý rám, který se nekosí, proti požadavku na torzně poddajný rám pro malé změny kolových sil na vzestupnici. Řešení je založeno na konstrukcí tuhého rámu a provahadlováním pružin na jedné straně podvozku pomocí v konzolách rámu posuvně uložených tyčí, které jsou opatřeny opěrami šroubových pružin. Nevýhodou tohoto provedení je, že tento mechanismus zajišťující torzní poddajnost, provahadlování, je opatřen délkově stavitelnými tyčemi se závity, které jsou vloženy mezi pružiny a kyvná ramena. Tyto díly jsou opatřeny klouby a teleskopickým vedením v konzolách rámu podvozku. Existence těchto dílů a jejich kloubů a dále suvné vedení představuje složitější konstrukci a zejména zdroj opotřebení třením. Tření v suvném vedení dále představuje příčinu nežádoucí hystereze v mechanismu zajišťujícím torzní poddajnost. Tato konstrukce vypražení není vybavena tlumením, jehož účinek by byl závislý na ložení vozu. Výška podvozku je seřizována mechanismem, který sestává ze stavitelných tyčí a excentra. Takový mechanismus je složitý, je trvalou součástí podvozku, je těžký, neboť je trvale zatěžován silami, které přenáší vypražení, a dále vykazuje četné pasivní odpory a jeho spolehlivost během provozu ohrožuje koroze.

Existuje také řešení podle spisu EP 1767430 AI. Toto řešení vypražení je shodné s řešením podle spisu DE 883292 C. Suvný mechanismus podle tohoto spisu, který zajišťuje torzní poddajnost mezi kyvnými rameny, rovněž tvoří tyče uložené ve vedení. V jiném provedení podle tohoto spisu je mechanismus provahadlování tvořen vahadlem, které jek rámu podvozku připojeno

-4CZ 33251 U1 kloubem. Tento kloub je tak namáhán celou tíhou vozidla. Do těchto mechanismů je navíc cíleně vložen tlumič, což vede k další nežádoucí hysterezi v mechanismu provahadlování a k vyšším změnám kolových sil na zborcené koleji.

Podstata technického řešení

Cílem tohoto technického řešení je odstranit výše uvedené nevýhody a vytvořit podvozek kolejového vozidla, zejména nákladního vozu, jehož vypražení bude v podvozku umístěno konstrukčně co nejblíže dvojkolí tak, aby byly minimalizovány nevypražené hmoty, podvozek jehož hmotné díly vypražení a tlumení se budou nalézat blíže středu podvozku, podvozek jehož tlumení bude jednoduché a spolehlivé a jeho účinek bude plynule závislý na ložení vozu, podvozek jehož tlumení nevyřadí z funkce vypražení při jízdě prázdného vozu po kvalitní trati, podvozek jehož tuhost vypražení se bude co nejvíce plynule zvětšovat v závislosti na hmotnosti ložení vozu, podvozek jehož vypražení zajistí torzní poddajnost podvozku tj. provahadlování, bez dílů podléhajících opotřebení třením a bez kloubů, to i při použití tuhého rámu, podvozek s mechanismem provahadlování, jehož činnost nebude ovlivněna tlumením nebo třením, podvozek v jehož vypražení budou všechny pružiny ve všech stavech ložení vozu pod zatížením, podvozek v jehož vypražení budou umístěny dostatečné dimenzované pryžové prvky, které tlumí hluk, avšak bez namáhání této pryže otěrem, podvozek jehož vypražení a tlumení umožní zhotovit rozhraní mezi podvozkem a vozovou skříní vyhovující standardům UIC a EN, ale rovněž umožňující i jiná spojení, podvozek jehož uspořádání vypražení umožní zhotovit rám podvozku se zjednodušenou konstrukcí spojení nosných struktur rámu, které zlevní jeho výrobu a údržbu, jeho vypražení, podvozek, ve kterém seřizování výšky podvozku, po reprofilaci kol, bude provedeno jednoduchým a maximálně spolehlivým způsobem bez mechanismů s pasivními odpory a podvozek, jehož konstrukci bude možné doplnit kolébkou zavěšenou na svislých závěsech tak, že toto doplnění nepovede k výraznému zvětšení délky podvozku.

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

Základem řešení je obvyklé uspořádání podvozku s tuhým rámem podvozku a dvěma dvojkolími s koly, která jsou vedena vůči rámu podvozku kyvnými rameny. Kyvná ramena jsou s dvojkolími spojena pomocí ložisek a pražného uložení ložisek. Kyvná ramena jsou spojena pouzdry s rámem podvozku. Mezi kyvná ramena a rám podvozku jsou uspořádány sestavy pružin vypražení, jejichž směr zatěžování je blízký vodorovné rovině. Na jedné straně podvozku jsou pružiny vypražení opřeny o konzoly uspořádané v rámu podvozku, tzn., že reakce síly z pružin vypražení je přenášena přímo do rámu podvozku. Na drahé straně podvozku jsou pružiny vypražení uspořádány tak, že se tyto pružiny opírají o vůči rámu pohyblivou opěru, tudíž reakce síly pružin je minimálně vnášena do rámu podvozku.

Novým prvkem a hlavní podstatou v této konstrukci vypražení je mechanismus tlumení, který je spojený s kyvným ramenem a jeho vypražením a jehož účinek je odvozen od tíhy vozu, a dále nové pohyblivé uložení vypražené opěry pružin vypražení, využívající ke stabilizaci sil působících v pružinách vypražení a stabilizační pružiny a to zcela bez dílů podléhajících opotřebení třením, a dále nový systém seřízení výšky podvozku bez silových mechanismů trvale přítomných v podvozku a citlivých na působení koroze v provozu a dále nové, prostorově úsporné, umístění kolébky, kdy příčník rámu podvozku je uspořádán v dutině kolébky.

Mechanismus tlumení je založen na známém principu, rozkladu síly ve vypražení Fs, jehož je dosaženo buď klínem nebo šikmou polohou pružiny vypražení. Nově, v mechanismu 'vypražení tvořeném kyvným ramenem s pružinami působí jedna, z takto vzniklých složek, síla F|< na klín nebo vypraženou opěru, které jsou přitlačovány na třecí desku. Při pohybu ve vypražení dochází k pohybu třecí desky proti přitlačovanému klínu nebo vypražené opěře. Tím vzniká třecí síla Ff,

-5 CZ 33251 U1 která tlumí pohyb kyvného ramene proti rámu podvozku. Tím je docíleno toho, že síla Ff vyvozená tlumicím mechanismem, je vždy přímo úměrná úrovni sil v sadě pružin vypražení, tedy úrovni ložení vozu. Tlumící síla Ff působí přímo na kyvné rameno a s výhodou netlumí pohyb v mechanismu provahadlování. Pohyb klínuje zajištěn vložkou, která může být tvořená pryžovou vrstvou, nebo kluznými deskami nebo valivými tělesy. Třecí deska je ukotvena k sestavě pružin vypražení, v jiném provedení ke kyvnému rameni, v dalším provedení krámu podvozku, v dalším provedení k vypražené opěře. Ukotvení desky může být provedeno poddajné, kloubem, nebo pevné. Poddajnost kloubu třecí desky, nebo pražného uložení klínu, nebo části pružin vypražení, které jsou sériově řazeny k mechanismu tlumení, zajišťuje, že nedojde k zablokování vypražení při jízdě po kvalitní trati.

Novým prvkem je uspořádání sestavy vypražení kyvného ramene, která sestává alespoň z jedné pružiny, nebo s výhodou z první pružiny a drahé pružiny a dorazu, přičemž všechny pružiny vypražení jsou vždy ve všech režimech jízdy zatížené a zároveň zajišťují vypražení s progresivní charakteristikou. Tím je odstraněn zdroj hluku tvořený nezatíženými pružinami. Je-li sestava pružin tvořena více jak jednou pružinou, mají první pružiny nižší tuhost než drahé pružiny. Po vyčerpání vůle „Δ“ v dorazu vlivem ložení je vyřazena z funkce vypražení první pružina a při zvyšujícím se zatížení praží pouze drahá pružina, čímž dojde ke snížení poddajnosti ve vypražení, tedy k žádoucí změně tuhosti vypražení vlivem ložení vozu. V tomto uspořádání, kdy zatížení na první pružinu je omezeno činností dorazu, mohou být navíc první pružiny menší a lehčí než druhé pružiny a jejich vlastnosti lze snadno optimalizovat pro provoz prázdného lehkého vozu.

Sada pružin vypražení je umístěna tak, že pohyb kol dvojkolí je kyvným ramenem kinematicky převáděn na stlačení sady pružin vypražení, přičemž převodem na kyvném rameni se dosáhne toho, že pohyb jednoho konce sady pružin vypražení je menší než pohyb kola dvojkolí. Stlačení sady pružin vypražení je tedy přímo úměrné součinu převrácené hodnoty převodu (a/b) na kyvném rameni a hodnoty svislého pohybu dvojkolí. V takovém případě je potom potřebná tuhost sady pružin vypražení rovna součinu drahé mocniny převodu / (a/b)² / a hodnoty požadované tuhosti vypražení vztažené na kolo dvojkolí. S výhodou jsou v takovém uspořádání použity pryžové pružiny vypražení, které jsou právě vhodné pro aplikace, kde jsou požadovány malá stlačení pružiny a vysoké tuhosti. Tyto pryžové pružiny zároveň mají tu vlastnost, že v dostatečné míře přerušují kovový dotyk v cestě vibrací z dvojkolí na skříň vozidla, což výrazně potlačuje hluk. Dále jsou tyto pružiny přirozeně progresivní, a to i při té nejjednodušší možné konstrukci pryžové pružiny, vrstvené pružiny z rovných pryžových desek, což příznivě napomáhá změně tuhosti vypražení v závislosti na ložení vozu. Progresivní charakteristika daná jednou pružinou, nebo charakteristika sestavená z charakteristik dvou přirozeně progresivních pružin, dává lepší vlastnosti vypražení než dosavadní lomené charakteristiky sestavené z lineárních částí.

Novým prvkem a další podstatou je nový způsob uložení pružin vypražení na té straně podvozku, kde jsou pružiny vypražení opřeny pohyblivě vzhledem krámu podvozku. Sestavy pružin vypražení jsou na této straně podvozku opřeny o vypraženou opěra, uloženou na stabilizačních pružinách, které svým uspořádáním zajišťují fúnkční polohu vypražené opěry, a to bez dílů podléhajících opotřebení třením. Stabilizační pružiny mohou být s výhodou provedeny jako ploché pryžové šikmo uložené pružiny. Stabilní poloha vypražené opěry na stabilizačních pružinách je zajištěna trvalým silovým účinkem, který vyplývá z rozkladu sil ve vypražení, kdy hlavní složka síly v pružinách vypražení se rozkládá na vodorovnou a svislou, přičemž svislá složka síly pritlačuje vypraženou opěra na stabilizační pružiny a tím stabilizuje její polohu ve svislém a příčném směru. Hodnotu svislé složky síly lze jednoduše nastavit geometrií uložení pružin vypražení nebo úhlem klínu. Tímto uspořádáním je splněn požadavek na jednoduchý mechanismus bez tyčí se suvným vedením, který zajišťuje torzní poddajnost podvozku bez dílů podléhajících opotřebení a bez hystereze, která by zvyšovala hodnoty změn kolových sil na zborcené koleji.

-6CZ 33251 U1

Novým prvkem a další podstatou v tomto uspořádání vypražení je způsob, jak změnit počet podložek ve vypražení, které slouží k seřízení výšky podvozku. Při použití vhodného dílenského přípravku, např. hydraulického válce, lze docílit, že podložky mohou být do sestavy pružin vypražení vkládány i u prázdného stojícího vozu, a to bez demontáže dílů podvozku a bez zvedání vozu na dílenských zvedácích. Podložky se do sestavy pružin vloží tak, že dílenským přípravkem, například hydraulickým válcem vloženým mezi sestavu pružin a rám podvozku nebo kyvné rameno, je odtlačena sestava pružin vypražení, čímž se podložky uvolní a lze je vyjmout, nebo doplnit nové. Tímto uspořádáním podložek je splněn požadavek na jednoduchý systém seřizování výšky podvozku, bez mechanismů s pasivními odpory, které mohou být znehodnoceny korozí, a navíc je docíleno možnosti seřizovat výšku podvozku bez demontáže podvozku nebo jeho dílů.

Tato konstrukce vypražení a tlumení umožňuje výhodné uspořádání příčníku apodélníků rámu podvozku, kde tyto nosné díly rámu podvozku jsou uspořádány nad sebou. Toto uspořádání umožňuje spojit příčník s podélníky předepnutými svorníky, např. šrouby, nýty, nebo huck-bolty. Toto spojení zjednodušuje výrobu rámu podvozku, neboť rám podvozku se již neobrábí jako jeden rozměrný celek a odpadají problémy s konstrukcí svařovacích přípravků celého rámu. Dále odpadají problémy s deformacemi rámu podvozku, jsou-li podélníky s příčníkem spojovány svařováním. Při výrobě rámu podvozku je vždy jednodušší obrábět menší celky a poté následnou jednoduchou montáží s pomocí středících čepů dosáhnout potřebné geometrické přesnosti rámu jako celku. Rovněž v údržbě lze v případě poruchy vyměňovat menší celky, což je ekonomicky výhodné. Příčník je uložen shora na podélnících a předepnuté svorníky, které je spojují, jsou orientovány svisle. Tímto uspořádáním jsou svislé silové účinky, které nejvíce zatěžují toto spojení, přenášeny přes vodorovné kontaktní plochy mezi příčníkem a podélníkem. Výhodou takového řešení je, že předepnuté svorníky přenášejí smykem vodorovná, a tedy menší zatížení a při jejich případné poruše se přenášejí svislé síly ve vodorovných dosedacích plochách, čímž je dosaženo vyšší spolehlivosti konstrukce. Tím je dosaženo zjednodušení výroby a údržby rámu podvozku při dosažení vysoké spolehlivosti soudržnosti konstrukce rámu.

Novým prvkem a další podstatou v tomto podvozku je umístění kolébky v podvozku tak, že příčník rámu podvozku je uspořádán v dutině kolébky, jinak řečeno kolébka je navlečena na příčník rámu podvozku. Toto uspořádání je prostorově velmi úsporné, a navíc samo osobě představuje redundantní zavěšení kolébky, neboť v případě poruchy zavěšení kolébky zůstává kolébka v podvozku na příčníku. Toto řešení uspoří prvky nouzového zavěšení kolébky, které jsou nutně používány v dosavadních podvozcích s kolébkou na svislých závěsech. Dále jsou k příčníku podvozku připojeny konzoly brzdy svislými předepnutými svorníky. S výhodou jsou v takovémto uspořádání ukotveny svislé závěsy kolébky právě v těchto konzolách brzdy, což snižuje namáhání předepnutých svorníků tvořících spojení konzol kotoučové brzdy a příčníku.

Výše popsané řešení podvozku a jeho vypražení a tlumení s výhodou minimalizuje nevypružené hmoty, neboť vypražení se nalézá mezi dvojkolím a rámem podvozku. Dále zajišťuje požadovanou změnu tuhosti vypražení a účinku tlumení v závislosti na ložení vozu s malým počtem jednoduchých a spolehlivých dílů. Prvky vypražení a tlumení jsou soustředěny blízko středu podvozku a tím umožňují maximálně zkrátit délku podvozku, čímž je možné lépe optimalizovat vozovou skříň a zvýšit její kapacitu a dále je tím minimalizován moment setrvačnosti podvozku kolem svislé osy, čímž je podvozek méně náchylný k nestabilnímu chodu. Pryžové pružiny vypražení jsou za každého ložení trvale zatíženy, neboť se nalézají ve vypražení mezi dvojkolím a rámem podvozku, a tím dochází v maximální míře k potlačení hluku. Mechanismus tlumení je uzpůsoben tak, že nevyřazuje z funkce vypražení vozu při malém buzení nerovnostmi trati za jízdy. Sestavy pružin vypražení jsou opřeny o vypraženou opěra a zároveň tuto opěra pritlačují na stabilizační pružiny, což zajišťuje provahadlování bez dílů podléhajících opotřebení třením a provahadlování bez hystereze způsobené tlumením vypražení nebo jinými třecími odpory. Vypražená opěra s výhodou minimalizuje změny kolových sil na zborcené koleji. To umožňuje vybavit podvozek tuhým rámem, takže podvozek se za jízdy nekosí. Na podvozku je jednoduchým způsobem zachováno UIC rozhraní mezi podvozkem

-7 CZ 33251 U1 a skříní, což činí podvozek záměnným za evropské standardizované podvozky. Řešení podvozku ale nevylučuje použít i jiné rozhraní. Uspořádání vypražení umožňuje umístit příčník rámu podvozku nad podélníky na vodorovných dosedacích plochách a podélníky s příčníkem spojit předepnutými svorníky, s výhodou orientovanými svisle. Mechanismus, tedy přípravek pro vyvození potřebného pohybu ve vypražení pro vyjmutí nebo doplnění podložek pro seřízení výšky nárazníků s výhodou není součástí podvozku, ale vkládá se pouze při seřízení podvozku, a to i bez vyvázání podvozku nebo jeho částečné demontáže. Podvozek je možno doplnit kolébkou, v jejíž dutině je uspořádán příčník rámu podvozku, což umožňuje minimalizovat rozměry a hmotnost podvozku. Horní závěsy kolébky jsou uspořádány v konzolách brzdy, což zvyšuje únosnost spojení konzoly brzdy s příčníkem rámu podvozku předpnutými svorníky.

Objasnění výkresů

Technické řešení je blíže objasněno na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je prostorově znázorněn podvozek s vypražením a tlumením, na obr. 2 je v prostorově znázorněn rám podvozku s pružinami opěry, na obr. 3 je schematicky znázorněn princip třecího tlumení, na obr. 4a je v prostorovém vyobrazení znázorněno uspořádání mechanismu tlumení, na obr. 4b je uspořádání mechanismu tlumení v řezu, na obr. 5 až obr. 10 jsou schematicky znázorněny příklady uspořádání vypražení a tlumení, přičemž na obr. 5 je třecí deska připojena ke kyvnému rameni, na obr. 6 je třecí deska připojena k rámu podvozku, na obr. 7 je třecí deska připojena do sestavy pružin vypražení, na obr. 8 je třecí deska připojena k vypražené opěře, na obr. 9 je třecí deska připojena do sestav vypražení a vypražené opěry, na obr. 10 je třecí deska připojena do sestavy pružin, na obr. 11 až obr. 13 jsou příklady uspořádání pružin, klínů a třecí desky, přičemž na obr. 11 vlevo jsou v prostorovém vyobrazení znázorněny vodorovně uspořádané třecí desky, které se nacházejí mezi pružinami vypražení, na obr. 11 vpravo jsou tyto třecí desky znázorněné v řezu, na obr. 12 vlevo jsou v prostorovém vyobrazení znázorněny svisle uspořádané třecí desky mezi pružinami vypražení, na obr. 12 vpravo jsou tyto třecí desky znázorněné v řezu, na obr. 13 vlevo jsou v prostorovém vyobrazení třecí desky uspořádány vedle pružin vypražení, na obr. 13 vpravo jsou tyto pružiny znázorněné v řezu, na obr. 14 je schematicky znázorněno spojení příčníku apodélníku rámu podvozku a vložení hydraulického válce, na obr. 15a a 15b je schematicky znázorněna regulace výšky podvozku pomocí podložek a hydraulického válce, přičemž na obr. 15a hydraulický válec pasivní a na obr. 15b je hydraulický válec aktivní a na obr. 16a a 16b je v prostorovém vyobrazení znázorněno uspořádání kolébky, závěsů a konzol jednotek kotoučové brzdy, přičemž na obr. 16a je pohled shora a na obr. 16b je podhled zdola.

Příklady uskutečnění technického řešení

Na přiložených výkresech je znázorněno uspořádání podvozku kolejového vozidla s torzně tuhým rámem 1 podvozku a dvěma dvojkolími 2 s koly 2a. Dvojkolí 2 jsou vedena vůči rámu 1 podvozku kyvnými rameny 4, se kterými jsou spojena pomocí ložisek 3 a pražného uložení ložisek pomocí ložiskových pružin 3a. Kyvná ramena 4 jsou spojena pouzdry 5 šrámem 1 podvozku. Mezi kyvná ramena 4 a rám 1_ podvozku jsou uspořádány sestavy pružin 6, klíny 7, třecí desky 8 a doraz 12 a na jedné straně podvozku opěra 10 pružin.

Pružiny 6 vypražení působí silou Fs na klíny 7, přičemž rozkladem síly Fs na klínu 7 vzniká jednak přítlačná síla na klín 7 Fp a jednak přítlačná síla Fv působící na vypraženou opěra 10. Přítlačná síla Fp je vnitřní silou v mechanismu tlumení a nezatěžuje rám 1 podvozku. Síla Fv působí na vypraženou opěra 10 a stabilizační pružiny 11 uložené na rámu 1. podvozku, čímž stabilizuje polohu vypražené opěry 10 ve funkční poloze. Reakce síly Fp je zachycena třmenem 7b. Přítlačná síla Fp a její reakce svírají třecí desku 8. Při pohybu vypražení za jízdy vzniká na třecí desce 8 třecí síla Ff, která působí proti směru pohybu kyvného ramene 4 a tím tlumí dynamické pohyby ve vypražení. Vzájemný pohyb klínů 7 je zajištěn vložkou 7a, uspořádanou u klínu 7, nebo mezi klíny 7. Vložka 7a je zhotovena z pryže. Reakce třecí přítlačné síly Fp je

-8CZ 33251 U1 zachycena kloubem 9 třecí desky 8, Kloub 9 je uložen v první pružině 6a. Poddajnost kloubu 9 a poddajnost pružin 6a zajišťují, že při jízdě vozu není blokováno vypražení mechanismem tlumení i při velmi malém buzení nerovnostmi trati.

S výhodou může být konstrukce provedena tak, že ukotvení třecí desky 8 je vloženo přímo do sestavy pružin 6 vypražení, nebo rozhraní pružin 6 vypražení a jejich uložení, nebo je do sestavy pružin 6 vypražení vložen kloub 9. Ukotvení kloubu 9 třecí desky 8 je dále možné realizovat těmito způsoby: kloub 9 je na kyvném rameni, kloub 9 je na rámul podvozku, kloub 9 je na vypražené opěře 10. V těchto případech je vyřazení vypražení z funkce při malém buzení potlačeno poddajností kloubu 9.

S výhodou může být třecí deska 8 orientována svisle, nebo vodorovně, a dále se může nalézat mezi pružinami sestavy pružin 6 vypražení, nebo vedle sestavy pružin 6 vypražení.

Sestava pružin 6 vypražení sestává z prvních pružin 6a a k nim sériově řazených druhých pružin 6b. a dorazu 12 a podložek 6c. Při prázdném voze je mezi dorazem 12 a kyvným ramenem 4 nebo rámem 1 podvozku vůle Δ. V důsledku ložení vozu dochází k vyčerpání této vůle Δ, čímž je první pružina 6a vyřazena z činnosti. První pružina 6a má menší tuhost a menší rozměry než drahá pružina 6b. V celém pracovním rozsahu vypražení jsou všechny pružiny 6 zatíženy. Vzájemná poloha pružin 6a a 6b může být s výhodou provedena tak, že se pružina 6a nalézá na maximálním možném poloměru otáčení vzhledem k pouzdrům 5.

Pružiny 6 vypražení jsou realizovány v nejjednodušším možném provedení jako vrstvené ploché pružiny. Přesto jsou první pružiny 6a a druhé pružiny 6b přirozeně progresivní, čímž v součinnosti s vyčerpáním vůle Δ v dorazu 12, což je zlom charakteristiky, tvoří dohromady příznivě progresivní charakteristiku vypražení.

Pružiny 6 vypražení příslušné kyvným ramenům! jsou na jedné straně podvozku pevně opřeny o příčník lb a tím je síla Fs vnášena přímo do rámu 1 podvozku. Na druhé straně podvozku je na rámu 1 podvozku pružně uložena vypražená opěrná opěra 10 na stabilizačních pružinách 11. Na této straně podvozku se pružiny 6 vypražení opírají o tuto vypraženou opěra 10 v místě, kde je uspořádána šikmá úložná plocha 10a. Poloha stabilizačních pružin 11 je volena tak, aby jejich tuhost minimálně ovlivňovala funkci provahadlování, tj. tříbodového uložení podvozku. To znamená, že stabilizační pružiny 11 vykazují v podélném směru minimální tuhost. V příčném a svislém směru stabilizační pružiny 11 vykazují velkou tuhost, což zaručuje stabilní polohu vypražené opěry 10. Do funkční polohy je vypražená opěra 10 trvale pritlačováno silou Fv, která vzniká buď na základě uspořádání klínu 7, nebo šikmé polohy alespoň jedné z pružin sestavy pružin 6 vypražení.

Na rámu 1. podvozku je vytvořeno rozhraní 15 pro vložení dílenského přípravku 22, hydraulického válce. Jeli tímto válcem odtlačena sestava pružin 6 vypražení od rámu 1 podvozku, je možno vložit, popř. vyjmout podložky 6c a tím dosáhnout předepsané výšky podvozku.

Na podélnících la rámu 1 podvozku jsou vytvořeny vodorovné dosedací plochy lc. Rovněž na příčníku lb rámu 1 podvozku jsou vytvořeny vodorovné dosedací plochy lc.

Rám X podvozku je sestaven tak, že příčník lb spočívá na podélnících la, přičemž vzájemná poloha podélníků la a příčníku lb je definována středícími čepy 14 a soudržnost konstrukce je zajištěna svisle orientovanými předepnutými svorníky 13, např. typu Huck-Bolt.

V dutině kolébky 20 je uspořádán příčník lb rámu 1 podvozku. Kolébka 20 je zavěšena na závěsech 20a kolébky. Závěsy 20a kolébky jsou horním koncem připojeny do konzol Id, na kterých jsou zavěšeny jednotky kotoučové brzdy 21. Konzoly ld jsou k příčníku lb rámu 1 podvozku připojeny svislými předepnutými svorníky 13, např. typu Huck-Bolt.

-9CZ 33251 U1

Podvozek je vybaven radiální mechanickou vazbou 17 mezi dvojkolími 2. Podvozek je vybaven snímačem 16 ložení. Podvozek je opatřen mechanickým rozhranním k vozové skříni, které sestává z torny 18 a postranní opěry 19.

Průmyslová využitelnost

Podvozek s uspořádáním vypražení a tlumení rámu podvozku a kolébky podle popisu je využitelný u všech podvozků kolejových vozidel, zejména však u podvozků nákladních vozů.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (13)

1. Podvozek kolejového vozidla, zejména nákladního vozu, který je tvořen rámem (1) a alespoň dvěma dvojkolími (2) s koly (2a), která jsou vedena vůči rámu (1) podvozku kyvnými rameny (4), která jsou s dvojkolími (2) spojena pomocí ložisek (3) a ložiskových pružin (3a) a kyvná ramena (4) jsou dále spojena pouzdry (5) s rámem (1) podvozku a mezi kyvná ramena (4) a rám (1) podvozku jsou uspořádány sestavy pružin (6) vypražení, vyznačující se tím, že v nejméně jedné sestavě tvořené kyvným ramenem (4) a sestavou pružin (6) vypražení tvořenou alespoň jednou pružinou, je uspořádán systém třecího tlumení pohybu kyvného ramene (4) proti rámu (1) podvozku, s intenzitou tlumení závisející na velikosti přenášené síly v sestavě pružin (6) vypražení, tedy na hmotnosti vozu, přičemž tento systém třecího tlumení je tvořen sestavou pružin (6) vypražení a alespoň jedním klínem (7), zatíženým alespoň jednou pružinou ze sestavy pružin (6) vypražení a alespoň jedné, klínem (7) zatížené třecí desky (8).

2. Podvozek kolejového vozidla, zejména nákladního vozu, který je tvořen rámem (1) a alespoň dvěma dvojkolími (2) s koly (2a), která jsou vedena vůči rámu (1) podvozku kyvnými rameny (4), která jsou s dvojkolími (2) spojena pomocí ložisek (3) a ložiskových pružin (3a) a kyvná ramena (4) jsou dále spojena pouzdry (5) s rámem (1) podvozku a mezi kyvná ramena (4) a rám (1) podvozku jsou uspořádány sestavy pružin (6) vypražení a, vyznačující se tím, že v nejméně jedné sestavě tvořené kyvným ramenem (4) a sestavou pružin (6) vypražení tvořenou alespoň jednou pružinou, je uspořádán systém třecího tlumení pohybu kyvného ramene (4) proti rámu (1) podvozku, s intenzitou tlumení závisející na velikosti přenášené síly v sestavě pružin (6) vypražení, tedy na hmotnosti vozu, přičemž tento systém třecího tlumení je tvořen sestavou pružin (6) vypražení v němž je alespoň jedna pružina opřena o šikmo orientovanou opěrnou plochou (10a) na vypražené opěře (10) a alespoň jedné, vypraženou opěrou (10) zatížené třecí desky (8).

3. Podvozek podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že alespoň jedna třecí deska (8) je připojena do sestavy pružin (6) vypražení.

4. Podvozek podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že alespoň jedna třecí deska (8) je připojena k rámu (1) podvozku.

5. Podvozek podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že alespoň jedna třecí deska (8) je připojena k pohyblivé opěře (10).

6. Podvozek podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že alespoň jedna třecí deska (8) je připojena ke kyvnému rameni (4).

7. Podvozek podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že alespoň jedna ze sestavy pružin (6) vypražení je pryžová.

- 10CZ 33251 U1

8. Podvozek podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že sestava pružin (6) vypražení je tvořena nejméně jednou první pružinou (6a) a nejméně jednou druhou pružinou (6b).

9. Podvozek, podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že alespoň na jedné straně podvozku je v podélném směru pohyblivě uspořádána vypražená opěra (10), která je opatřena šikmou úložnou plochou (10a) pro opření alespoň jedné pružiny ze sestavy pružin (6) vypražení a tato v podélném směru pohyblivá vypražená opěra (10) je uložena na alespoň jedné stabilizační pružině (11) uložené na rámu (1) podvozku.

10. Podvozek podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že v sestavě pružin (6) vypražení je pro seřízení podvozku uspořádána sada podložek (6c) a dále podvozek obsahuje alespoň jedno rozhraní (15) pro přípravek (22), jehož silou je odtlačena sestava pružin (6) vypražení a tím je umožněna úprava počtu podložek (6c) i v podvozku nalézajícím se pod vozem.

11. Podvozek podle některého z nároků 1 až 10, vyznačující se tím a že příčník (lb) je uspořádán nad podélníky (la) rámu (1) podvozku a příčník (lb) a alespoň jeden podélník (la) je spojen ve vodorovné dosedací ploše (lc) svisle orientovanými předepnutými svorníky (13).

12. Podvozek podle některého z nároku laž 11, vyznačující se tím, že příčník (lb) rámu (1) podvozku je uspořádán v dutině kolébky (20).

13. Podvozek podle některého z nároků 1 a 12, vyznačující se tím, že alespoň jedna konzola (ld) kotoučové brzdy (21) je připojena k příčníku (lb) rámu (1) podvozku předepnutými svorníky (13) a závěsy (20a) kolébky jsou jedním koncem připojeny ke konzole (ld) brzdy (21).