CZ72998A3

CZ72998A3 - Způsob vedení dvojkolí kolejových vozidel a zařízení k provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ72998A3
Application number: CZ98729A
Authority: CZ
Inventors: MANFRED PROF. DR. WIEßNER; Karl-Heinz Dipl. Ing. Bengs; Maik Dipl. Ing. Rubel; Ronald Dipl. Ing. Jaensch
Original assignee: Deutsche Waggonbau Ag
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 1998-10-14
Also published as: DE59814200D1; ES2306463T3; CZ289238B6; PL325047A1; DE19715148A1; ATE391063T1; EP0870664B1; EP0870664A3; PL186906B1; EP0870664A2

Description

Způsob vedení dvojkolí kolejových vozidel a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu vedení dvojkolí kolejových vozidel s vodicím rámem, v němž jsou dvojkolí uspořádána v předem stanovené statické nebo kvazistatické poloze a zařízení pro vedení dvojkolí kolejových vozidel se statickou nebo kvazistatickou polohou dvojkolí ve vodicím rámu, zejména pro zajištění stability jízdy při vysokých rychlostech vozidel, u nichž jsou dvojkolí navzájem vůči sobě vyrovnána v pravém úhlu ve vodicích rámech, v nichž jsou natuho a neposuvně staticky vedena, jakož i pro vozidla, u nichž pro zlepšení jízdy v obloucích jsou dvojkolí uspořádána v kvazistatické radiální poloze.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy podvozky pro jízdu vysokou rychlostí (GDS 300, Eisenbahningenieur 45 (1994) 10, str. 722), u nichž se jízdní stability na kolejích dosahuje spolupůsobením vymezených natuho a neposuvně vedených, navzájem vůči sobě ve vodicím rámu v pravém úhlu vyrovnaných os, se zarážkou omezující otáčení, uspořádanou mezi vodicím rámem a skříní vozu. Nedostatkem tohoto řešení je, že tento druh sinusoidního chodu vede k silnému vazebnímu spojení podvozku a skříně vozu, což vede k vibracím skříně vozu, které lze omezit jen pomocí nákladných konstrukčních opatření.

• * * «

Kromě toho mají podvozky s tuhým vedením os větší jízdní odpor v úzkých obloucích a navíc i nadměrně opotřebení profilů kol.

U jiných podvozků pro vysoké dopravní rychlosti (viz například TGV, Elektrische Bahněn 90 (1992) 5, str. 176 až 179) jsou tato opatření doplněna tím, že jsou osy uspořádány ve větším rozestupu a také tím, že se používají členěné vlaky s Jakobsovými otočnými podvozky. Nedostatkem tohoto řešení však je, že delší vzdáleností os se zhoršuje průjezd oblouky, zvyšuje se hmotnost rámu otočného podvozku, a pod skříní vozu je nutný další prostor.·Potřeba většího prostoru zvyšuje nedostatky kratších vozových skříní, zejména u dvoupodlažních vozidel. Členěné vlaky s Jakobsovými otočnými podvozky vedou v praxi v důsledku omezeného zatížení os ke zkráceným vozovým skříním a tím buď ke snížení podílu sedadel nebo ke snížení, popřípadě ke zmenšení oblastí pro přecházení nebo nastupování. Tyto vlaky lze také rozdělovat jen v dílnách. Z tohoto důvodu je přizpůsobování délky takových vlaků dopravním podmínkám nákladné. Při případné poruše na jednom voze je také třeba odstavit celý vlak.

Jako přídavná opatření ke zvýšení jízdní stability se všeobecně také používají tlumicí prvky mezi dvojkolím a vodicím rámem, přičemž se sleduje snížení hmotnosti a sil účastnících se na pohybovém chování. Praktické možnosti ovlivnění těchto skutečností jsou zde však poměrně malé.

Podle patentovému spisu DE 31 23 858 vede sinusoidní chod dvojkolí ve stejné fázi nejdříve k nestabilnímu chování

·· ·· * ·»·· • · ♦ · · · ·♦ • · · · · · ··· · · • · · · · «· • ··« · · · * ·· ·· podvozku při jízdě. Dvojkolí vykonávají kombinovaný příčný a otáčivý pohyb kolem své momentální kolmé osy. Protifázový chod dvojkolí, k němuž může dojít při stejné frekvenci jako u stejnofázového chodu dvojkolí, je oproti tomu značně silněji utlumen. Synchronizací dvojkolí v opačném smyslu se zabrání jejich vybočování ve stejném smyslu a zlepší se tak chování při průjezdu jak po rovných kolejích, tak i v obloucích, Nevýhodou tohoto řešení je, že umožňuje jen omezené zvýšení kritické rychlosti, což nesplňuje potřeby rychlostní dopravy.

Dále jsou známy podvozky, u nichž pro zlepšení chodu v obloucích se dvojkolí kvazistaticky radiálně nastavují do oblouku ve vodicím rámu, přičemž vnější síly, přímo působící na pružná vodicí ložiska os uspořádaná po stranách rámu, nutí dvojkolí k radiálnímu vytáčení (DE 42‘40 098) . Známé jsou rovněž soustavy válců a pák, které ovládají polohu dvojkolí tak, že se podle směru a zakřivení oblouku nastaví stanovený úhel vytočení dvojkolí (DE 30 04 082). . Nedostatkem těchto řešení je, že tyto podvozky, vzhledem k jejich nezbytné pružnosti, mají sklon předčasně působit na nestabilní chod vozu a z toho důvodu nejsou vhodné k použití pro dopravu vysokými rychlostmi.

Všechna známá zařízení pro kvazistatickou změnu nastavení dvojkolí reagují relativně pomalu a z toho důvodu nejsou vhodná pro aktivní ovlivňování běhu hřídelů dvojkolí.

Podstata vynálezu i

Úkolem vynálezu je odstranit výše popsané nedostatky • * a vytvořit způsob a zařízení pro ovládání podvozků, které ve všech jízdních podmínkách umožní stabilní chod dvojkolí a rozpojením síly, působící mezi podvozkem a skříní vozu, umožní dosáhnout vysoké kvality Chodu vozů.

Tento úkol je vyřešen u způsobu vedení dvojkolí kolejo vých vozidel s vodicím rámem, v němž jsou dvojkolí uspořádána v předem stanovené statické nebo kvazistatické poloze, podle vynálezu, jehož podstatou je, že stanovená poloha dvojkolí se přemisčuje aktivním řízením v rozmezí proměnného protisměrně.

nastavovacího úhlu ψ _sc, který může být u většího počtu dvojkolí nasměrován stejnosměrně, jakož i

Opatřením, které řeší přemístění dané statické nebo kvazistatické polohy dvojkolí s proměnným nastavovacím úhlem

Ps_ac, který vzniká v vozku mezi dvojkolím důsledku aktivního působení sil v poda vodicím rámem, se dotykovou geometrií určená křivka dráhy dvojkolí změní a odchylky oblouku kolejí, jakož i změny v geometrii dotyku se seřídí, aniž by tím byla výrazně ovlivněna základní tuhost vedení. Frekvence a průběh doznívání amplitudy výchylky mohou být v celé rychlostní oblasti malým výkonem sladěny na stabilní chování za chodu. Způsob může být proveden redundantně, bez podstatného zvýšení nákladů. Brzdění otáček mezi podvozkem a skříní vozu již není nutné, může však být rovněž použito jako zábrana proti opakování. Nastavovací úhel ψje vzhledem ke kvazistatickému úhlu natáčení dvojkolí s radiálním nastavením v malých a středních obloucích malý a může být vzhledem k tomuto úhlu překryt, pokud je k dispozici potřebná celková tuhost osového vedení.

• 9

Jeho směr, velikost a frekvence jsou výhodně určeny řídícími veličinami a rychlostí jízdy, přičemž jako řídící veličina nastavovacího úhlu se používá úhel natočení ψ vodicích rámů, měřený vždy vzhledem ke skříni vozu, a/nebo úhel natočení ψdvojkolí nebo jejich momentální derivace podle času.

Podstatou zařízení pro vedení dvojkolí kolejových vozidel se statickou nebo kvazistatickou polohou dvojkolí ve vodicím rámu, je, že aktivní ovládací ústrojí sestává ze snímačů měřených hodnot, z vyhodnocovací jednotky a z rychle reagujícího nastavovacího zařízení, nijak výrazně neovlivňujícího tuhost vedení dvojkolí.

Výhodou řešení podle vynálezu je zejména skutečnost, že stabilita a kvalita chodu vozidla při zachování osvědčené konstrukce dvojkolí je teoreticky neomezená a bez omezení bezpečnosti je zabezpečena i v oblasti vysokých rychlostí.

Přehled obrázků na výkresech

Příkladná provedení vynálezu jsou znázorněna na výkresech, kde obr. 1 představuje principiální znázornění kolejového vozidla v libovolném postavení na rovné koleji nebo ve velkých obloucích s odpovídajícími úhly, obr. 2 principiální znázornění kolejového vozidla v kolejovém oblouku, s odpovídajícími úhly, obr. 3 pohled na zařízení na vytvoření nastavovacího úhlu _st dvojkolí s výsúředníkovým hřídelem a výkyvným ramenem v nárysu a Částečném řezu, obr. 4 pohled na zařízení pro nastavení nastavovacího úhlu ψ dvojkolí • 9

9 9 9 s dvoukomorovými fluidními vložkami a s výkyvným ramenem v nárysu a v částečném řezu, obr. 5 pohled na zařízení pro nastavení nastavovacího úhlu ψ _st dvojkolí s vodícími vřeteny a s dvoukomorovými fluidními vložkami v půdorysu a v částečném řezu a obr. 6 pohled na zařízení pro nastavení nastavovacího úhlu ψ_sc dvojkolí se zdvojenými listovými pružinami pro řídicí ústrojí dvojkolí v nárysu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněna skříň 1 vozu kolejového vozidla, která je vzhledem k ose x kolejí natočena v úhlu a oproti vodícímu rámu 2 je příčně přesunuta o rozměr w. Samotný vodicí rám 2 je vzhledem k ose & kolejí také natočen v úhlu Natočení vodícího rámu 2 vzhledem ke skříni vozu je výsledkem rozdílu obou natočení. Dvojkolí, která jsou bez působení vnější síly ve svislém směru k podélné ose vodícího rámu 2 vyrovnána jako dvojkolí 1, 3'. jsou aktivním řízením vždy natáčena o proměnný úhel Ψ st3,3 · tomuto proměnnému úhlu. Stejně je možno použít vnější úhel ,

který je výsledkem rozdílu mezi natočením dvojkolí 2, 3.Í vzhledem ke kolejím a natočení skříně 1 vzhledem ke kolejím.

Na obr. 2 je znázorněna skříň 1 vozu v oblouku kolejí, přičemž vodicí rám 2 je tangenciálně vybočen vzhledem k oblouku. Dvojkolí 2, 3 jsou již vnějšími silami radiálně obloukovitě nastavena v úhlech - ν'», ^a f _t a aktivním ovládáním jsou přídavně vytáčena v proměnných úhlech a

• 4

Obr. 3 až 6 představují možné varianty provedení aktivního ovládání nastavovacího úhlu ψ pro ovlivňování Chodu hřídelů dvojkolí. Přitom nebyl vzat zřetel na technické provedení přístrojů pro zjišťování ovládání velikosti nastavovacího úhlu ψ_sfc (snímač hodnot měření pro nebo/a ψ vyhodnocovací jednotky), který lze realizovat pomocí o sobě známých technických řešení.

Na obr. 3 je znázorněno zařízení, jímž je možno pomocí výkyvného ramena & působit na staticky nebo kvazistaticky ve vodicím rámu 2. uložené dvojkolí 2 s měnitelným úhlem Vodicí rám 2. je odpružené podepřen na skříni osového ložiska £ dvojkolí i. Skříň osového ložiska 5. je opatřena výkyvným ramenem 4. s pružným pouzdrem £, které je pomocí výstředníku 7 a vystředníkového hřídele £ uloženo v ložisku Nastavovacím ústrojím IQ, například hydraulickým válcem, se pomocí výstředníkové páky 11 mění délka L připojení výkyvného ramena 4 vůči vodícímu rámu 2 o ± AL.

Na obr. 4 je znázorněno další zařízení, jímž se za použití dvoukomorového fluidního pouzdra 12 výkyvného ramena 4 vytváří nastavovací úhel ψ _st_. Vodicí rám 2. se opírá o pouzdro osového ložiska 5. Pouzdro osového ložiska 5 je rovněž opatřeno výkyvným ramenem 4, které však je vybaveno pružným dvoukomorovým fluidním pouzdrem 12, do jehož komor 13, 13 se prostřednictvím přípojek 14, 14 může střídavě ' ♦ přivádět kapalina, čímž se ovlivňuje délka £ připojení výkyvného ramena 4. vzhledem k vodícímu rámu 2 o hodnotu ± AL.

Na obr. 5 je znázorněna variace zařízení podle obr. 4, u kterého jsou místo výkyvného ramena 4 pro vedení dvojkolí

3. místo výkyvného ramena 4 použita vodicí vřetena 15 s dvoukomorovými fluidními pouzdry 12. 12'. Zde je vodicí rám 2 dvojkolí 3. rovněž pružně podepřen na pouzdru osového ložiska

5. Mezi svislými vodícími vřeteny 15 blíže neznázorněného vodícího rámu 2 a pouzdrem osového ložiska 5, jsou uspořádána dvě dvoukomorová fluidní pouzdra 12, 12', do jejichž komor 13. 13' je prostřednictvím přípojek 14, 14' střídavě zaváděna kapalina, čímž se dosahuje úchylky soustřednosti ± ÚL pouzdra osového ložiska 5. vzhledem k vodicím vřetenům 15.

Na obr. 6 je znázorněno zařízení, které umožňuje dosáhnout nastavovacího úhlu ψ _st_ pomocí řídicích prvků 17 dvojkolí. Ϊ u tohoto příkladného provedení je vodicí rám 2 pružně podepřen pouzdrem osového ložiska 5. dvojkolí 3.. Vodicí rám 2 a pouzdro osového ložiska 5 jsou opatřeny ložisky 16. 16'. která jsou navzájem spojena prostřednictvím protisměrně vyhnutých listových pružin 17', 17. Ve své vyhnuté střední části jsou listové pružiny 17', 17 navzájem spojeny seřizovacím zařízením 10, jímž lze v této oblasti měnit vzdálenost A listových pružin 17', 17 o A a tím dosáhnout změny délky L o ± ÚL.

Zařízení podle vynálezu pracuje takto:

Pomocí snímačů měřených hodnot a vyhodnocovací jednotky se zjistí aktuální úhel ψnatočení vodícího rámu 2 vzhledem ke skříni 1 vozu a/nebo úhel ψ_Άτί dvojkolí 3., 3' vzhledem ke skříni 2 vozu a současně se analyzuje sinusoidní chod dvojkolí jako hodnota stability. V závislosti na těchto polohách a na druhu a frekvenci sinusoidního choďu se aktivuje

•9 ·«« *»·» • · ♦ · · ·· • · · · 999 ♦ · · · · *· 9 99 • · · · 9 9· * · · · · ·· zdroj signálu, který prostřednictvím generátoru řídicích veličin a prostřednictvím nastavovacích prvků (obr. 3 až 6) mezi vodicím rámem 2 a pouzdrem osového ložiska 5. přemístí polohu každého dvojkolí s nastavovacím úhlem tak, že dojde k napřímení sinusoidního chodu.

Na obr. 1 je znázorněn stejnosměrně upravený sinusoidní chod dvojkolí 1, 3 na rovných kolejích, popřípadě na velkém kolejovém oblouku, který je pomocí rovněž stejnosměrně upravených nastavovacích úhlů - _at tak přemístěn, že se chod dvojkolí 1, 3 napřimuje. Sinusoidní chod v opačném smyslu může být rovněž seřízen v tomto smyslu. Je však účelné, aktivně zastavit protisměrný sinusoidní chod již ve fázi vzniku a vnutit systému stejnosměrný sinusoidní chod.

V malých obloucích, jak je znázorněno na obr. 2, jsou vzhledem k obr. 1 odlišně kvazistaticky a radiálně v oblouku nastavena dvojkolí 3., 3' vůči vodícímu rámu 2. Při vysokých rychlostech jízdy, přesahujících vyrovnávací rychlost, jsou tyto polohy přemístěny stejnosměrně usměrněnými nastavovacími úhly - které z vnější strany oblouku minimalizují náběžný úhel a odstraňují tak nestabilitu. Při malých rychlostech, které nedosahují vyrovnávací rychlosti, se na dvojkolí 3 nadále přemísťuje negativní a na dvojkolí 3^X pozitivní nastavovací úhel ψ₃^·

Claims

999 9

PATENTOV É NÁROKY

1. Způsob vedení dvojkolí kolejových vozidel^s vodicím rámem, v němž jsou dvojkolí uspořádána v předem stanovené ' statické nebo kvazistatické poloze, vyznačuj í cí se tím, že stanovená poloha dvojkolí se přemísťuje aktivním řízením v rozmezí proměnného nastavovacího úhlu ψ _st_, který může být u většího počtu dvojkolí (3, 3') nasměrován stejnosměrně, jakož i protisměrně.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že jako řídicí veličina nastavovacího úhlu se používá úhel natočení ψvodicích rámů (2), měřený vždy vzhledem ke skříni (1) vozu, a/nebo úhel natočení dvojkolí (3, 3) nebo jejich momentální derivace podle času.
3. Způsob podle nároku la2, vyznačující se tím, že řídicí prvky (17) dvojkolí (3, 3), délkově přestavitelné nebo posuvné v bodě připojení, při poruše aktivního ovládání zaujmou ve vodicím rámu (2) za Chodu stabilní koncovou polohu a mezi skříní (1) vozu a vodicím rámem (2) a/nebo dvojkolími (3, 3) dojde k působení brzdy proti otáčení.

·· ♦···

- 11 - ;

4444
4» 44 • · 4 4 · 44 • ♦ ♦ « 4· • · · 44 ····4 *« 4 4 4 44 * ·· 44«444

4. Zařízení k provádění způsobu vedení dvojkolí kolejových vozidel se statickou nebo kvazistatickou polohou dvojkolí ve vodicím rámujf podle nároku 1, vyznačující se tím, že aktivní ovládací ústrojí sestává ze snímačů měřených hodnot, z vyhodnocovací jednotky a z rychle reagujícího nastavovacího zařízení, nijak výrazně neovlivňujícího tuhost vedení dvojkolí.