CZ8198A3 - Kolejové vozidlo s jedoosým podvozkem - Google Patents

Description

Kolejové vozidlo s jednoosým podvozkem

Oblast techniky

Vynález se týká kolejového vozidla s nejméně jedním jednoosým podvozkem, který je otočně uložen kolem skutečné nebo virtuální osy vzhledem k připojené vagónové skříni a je spřažen ' s ovládací jednotkou, která je řízena signálem, který' je závislý na senzorové jednotce ovlivňované poloměrem projížděného kolejového oblouku.

Dosavadní stav techniky

Známé kolejové vozidlo tohoto druhu ( DE 42 24 467 AI) se skládá z nejméně dvou vozidlových skříní které spočívají na nejméně dvou řízených jednoosých podvozcích. Regulační signály pro řízení příslušných podvozků dává řídící jednotka, která dostává regulační signál závislý na úhlovém natočení sousedních vozidlových skříní. Řídící jednotka obsahuje přitom hydraulickou ovládací jednotku, která je spřažena s podvozky a řídící signál získaný z úhlového nastavení dvou sousedních vagónových skříní závislý na poloměru projížděného oblouku kolejnice způsobí funkčně správné natočení příslušného podvozku kolem svislé osy. Nevýhodou tohoto provedení je značná spotřeba energie, kterou instalované hydraulické zařízení na vozidle vyžaduje navíc k běžné dodávce elektřiny. Z toho je také odvozeno snímání dvou sousedních vozidlových skříní pomocí mechanických pákových zařízení, která ovládají příslušné hydraulické ovládací členy, které nastavují příslušný rám podvozku do požadované polohy.

Úlohou vynálezu je vytvořit kolejové vozidlo které umožňuje pomocí jednoduchého ovládacího zařízení spolehlivé nastavení jednoosého podvozku.

Podstata vynálezu

Podstata vynálezu kolejového vozidla s nejméně jedním jednoosým podvozkem, který je otočně uložen kolem skutečné nebo virtuální osy vzhledem k připojené vagónové skříni a je spřažen s ovládací jednotkou, která je řízena signálem, který je závislý na senzorové jednotce ovlivňované poloměrem projížděného kolejového oblouku spočívá v tom, že senzorová, jednotka obsahuje senzorový snímač a elektrický nízkofrekvenční filtr a senzorový snímač vydává původní dynamický elektrický signál a tento původní dynamický elektrický signál je

• **	• 4
• · · «	• ·
• ·	*
• ·	• ♦ *
• ·	• ·
♦ ······	··

• ♦

	• 4	44
·«	♦ · ·	•
•	* ·	♦ ♦
•	4 *4* *	4
4	• 4	•
4*4	4*	··

Dále jsou uvedena další provedení vynálezu, která podstatu vynálezu konkretizují nebo dále rozvíjejí.

Nízkofrekvenční filtr má horní frekvenční hranici, která leží pod frekvencí rušících signálů vozidla.

Ovládací jednotka obsahuje regulátor a elektromechanický ovládací člen řízený výstupním signálem regulátoru, jako řídící veličinou, a ovládací člen je spřažen mechanicky jednak s podvozkovým systémem a jednak s vagónovou skříní.

Na ovládacím členu nebo podvozkovém systému je umístěn polohový snímač, který produkuje polohový signál, a kvázistacionární výstupní signál nízkofrekvenčního filtru a výstupní signál polohového snímače jsou přivedeny jako regulační veličiny na vstup elektrického srovnávacího obvodu, který vydává vstupní signál jako vstupní signál regulátoru, který odpovídá regulační odchylce mezi požadovanou polohou danou výstupním signálem nízkofrekvenčního filtru a skutečnou polohou podvozku danou snímačem polohy. Senzorová jednotka snímače má dva kvázistacionární signální výstupy a za každým z těchto signálních výstupů je zařazena ovládací jednotka, jejíž ovládací členy působí společně na podvozkový systém.

Dva ovládací členy působí na diagonálně proti sobě ležících místech podvozkového rámu. Ovládací člen je proveden jako lineární pohon, lineární motor nebo jako servomotor se šroubovým vřetenovým pohonem, či jako servomotor s planetovou převodovkou.

Ovládací člen je pružně připojen k podvozkovému systému a/nebo k vagónové skříni. Senzorový snímač je umístěn na spojovacím kloubu mezi dvěmi vagónovými skříněmi a je řízen v závislosti na změně úhlu nastavení kolem svislé osy součástí spojovacího kloubu.

Senzorový snímač je umístěn na jednom, vzhledem k řízenému podvozkovému systému předcházejícím nebo následujícím podvozku, který je otočný kolem kolmé osy a který ovlivňuje samostatně se projevující rotační výchylku vyplývající z geometrie kolo - kolejnice. Senzorový snímač obsahuje datovou paměť, ve které se ukládají signály odvozené z kolejového úseku jako řídící veličiny pro ovládací jednotku, přičemž uložená data odpovídají filtrovanému kvázistacionárnímu výstupnímu signálu.

Nízkofrekvenční filtr má frekvenční hranici do 5 Hz. přednostně do 0,5 Hz.

U jednoho z výhodných provedení kolejového vozidla podle vynálezu se pomocí snímacího senzoru instalovaného v senzorové snímací jednotce generuje přímý původní elektrický signál odvozený od momentální polohy zvláště předního podvozku, který je samostatně odvozen na základě geometrie kolo- kolejnice a to z úhlové polohy sousedních částí vagónové skříně nebo

• 99	99		• 9	99
• 9 9 9	> 9	• 9	• 9.	9	•
9 9	• 9	9	9 9i	• 9
• 9 9	9 9	•	• 999	9	9
• 9	·'' 9	9	9	9	9
99 9 999*	99	• 99	99	99

podobně. Tento původní signál obsahuje vedle potřebné části signálu nutné pro řízení a odpovídající poloměru oblouku, také překrývající kmity, které při provozu kolejového vozidla pocházejí od oscilací mezi podvozkem a skříní vozidla nebo mezi měřící základnou použité skříně vozidla a které jsou způsobeny nerovnostmi, cizími tělesy, vlivy trakčních sil a podobně a které modulují použitelný signál závislý na oblouku případně jej překrývají. Za účelem eliminace těchto rušících vlivů, které nejsou závislé na projížděném oblouku, se přivádí původní signál do nízkofrekvenčního filtru, jehož hraniční frekvence leží pod hranicí rušících kmitů. Ukázalo se, že tato hraniční frekvence leží pod 0,5 Hz a je volena přednostně do velikosti 0,5 Hz. Signál takto oproštěný od rušících kmitů odpovídá požadovanému signálu závislému na projížděném oblouku, který slouží jako kvázistacionární řídící veličina pro řízení ovládací jednotky přiřazené k regulovanému podvozku.

Řídící jednotka spřažená s regulovaným podvozkem respektive s rámem podvozku obsahuje elektrický regulátor a elektromagnetický ovládací člen řízený výstupním signálem regulátoru působícím jako řídící veličina. Tento ovládací člen je spřažen mechanicky jednak s podvozkem, jednak s příslušnou vagónovou skříní, takže přestavěním ovládacího členu je umožněno natočení podvozku kolem jeho reálné nebo virtuální svislé osy. Pokud se jako ovládací Člen použije krokový elektrický motor, pak může být postačující, když se výchozí signál filtru přemění na řadu řídících impulzů, které vyvolají odpovídající úhlové nastavení podvozku dané skříně vozidla v závislosti na projížděném oblouku. Pokud se naproti tomu nezajistí přesné polohové nastavení, je účelné opatřit ovládací člen nebo podvozek polohovým čidlem, které poskytuje elektrický polohový signál v závislosti na nastavené poloze. Tento polohový signál lze pak jako skutečnou polohovou hodnotu přivést do komparačního elektrického obvodu, do kterého je potom jako požadovaná hodnota přiveden výchozí kvázistacionámí signál filtru a vyrovnávací odchylka mezi požadovanou hodnotou a skutečnou hodnotou je přiváděna do regulátoru, jehož výstupní signál je vysílán jako regulační hodnota do ovládacího členu tak dlouho, dokud se regulační úchylka alespoň nepřiblíží nulové hodnotě.

Senzorová jednotka, zvláště pak filtr, může mít dva kvázistacionámí výstupní signály, přičemž na každý z těchto signálních výstupů je připojena jedna ovládací jednotka a oba ovládací členy slouží společně k řízení téhož podvozku respektive jeho rámu. Mechanické připojovací body obou ovládacích členů jsou přitom umístěny vůči sobě diagonálně a to v místě podvozkového rámu, ve kterém se nalézají prvky sekundárního pérování spojující rám • ♦· 99 9·· 99

9 9 *·.*·· · · 9· • · · · · 9 ··· • * « * · · 9 ··· «9 • · 9 9 9 9 9»

9999999 |« 99941 χ

Senzorová jednotka, zvláště pak filtr, může mít dva kvázistacionámí výstupní signály, přičemž na každý z těchto signálních výstupů je připojena jedna ovládací jednotka a oba ovládací členy slouží společně k řízení téhož podvozku respektive jeho rámu. Mechanické připojovací body obou ovládacích členů jsou přitom umístěny vůči sobě diagonálně a to v místě podvozkového rámu, ve kterém se nalézají prvky sekundárního pérování spojující rám podvozku s příslušnou vagónovou skříní. V tomto místě jsou obvykle umístěny prvky primárního pérování mezi rámem podvozku a ložisky jednoosého soukolí. Příčná tuhost těchto prvků pérování ovlivňuje základní směrování podvozku ve směru podélné osy vozidla a připouští během provozu omezené vychýlení soukolí vyplývající z geometrie kolo kolejnice, zatímco vynucené vychýlení vyvolané ovládacím členem působí proti síle sekundárního pérování. Uložení otočného čepu přitom tvoří účelově reálnou svislou osu natáčecího pohybu podvozku vůči skříní vozidla.

Příslušný ovládací člen je vytvořen s výhodou jako lineární pohon a může být ve formě lineárního motoru nebo servomotoru se závitovým vřetenem nebo planetovou převodovkou. Napojení ovládacího členu nebo členů je provedeno s výhodou jako pružné připojení na podvozek nebo vagónovou skříň, k čemuž jsou přednostně použity mezičleny z kovu a pryže, aby ovládací člen byl na jedné straně chráněn proti rázovým namáháním a aby na druhé straně byly umožněny nutné kyvadlové pohyby mezi podvozkovým rámem a vagónovou skříní.

Senzorový snímač, který generuje původní signály indikující oblouk kolejnice může být jako elektrické odporové čidlo připojen na spojovací kloub dvou vagónových skříní a změny v úhlu natočení vznikající při jízdě v oblouku se pro původní signál snímají jako měnící se elektrický odpor, měnící se hodnota kapacity nebo indukčnosti a podobně. Senzorový snímač lze však také připojit na řízený podvozek a to na stejné nebo jiné předřazené nebo následující vagónové skříni a od něho lze ovlivňovat rotační vychýlení vyplývající samostatně z geometrie kolo - kolejnice při jízdě v oblouku.

WiA/j^ůbrázků^^^^rese __UI J

Na přiloženém výkrese značí obr. 1 - jednoosé soukolí řízené pomocí ovládacích členů při jízdě v obloucích v půdorysném pohledu, obr. 2 - ovládací jednotku se senzorovou jednotkou a ovládacími jednotkami k řízení ovládacích členů.

• · · · · · • » · ·; · · · «· • · · · · ··· ···· ·· ·«« ··

Příklady provedení vynálezu

Vynález je dále blíže osvětlen v základních rysech na příkladu provedení. Neznázoměná vagónová skříň kolejového vozidla spočívá prostřednictvím prvků sekundárního pérování X na podvozkovém rámu 2 podvozku obsahujícím pouze jedinou osu 3 s pevně nasazenými kolejovými koly 4. Osa 3 soukolí 3 a 4 leží v kolmé rovině probíhající příčně k podélnému směru pohybu vozidla a protínající kolmé osy 5 prvků sekundárního pérování, přičemž kolová ložiska 6 se opírají a jsou upevněna na spodní straně podvozkového rámu 2 pomocí prvků primárního pérování 7 uspořádaných vpředu a vzadu ve směru jízdy. Prvky primárního pérování 7 nepřenášejí přitom pouze hmotnostní síly v jejich osovém směru, nýbrž také přebírají v omezené míře díky jisté příčné pružnosti rotační rázy osy 3, případně podvozkového rámu 2 vůči vagónové skříni 13, které vyplývají z geometrie kolo kolejnice.Natočení se přitom děje kolem svislé osy 8, která probíhá skrz ložiskový čep který zasahuje do ložiskového pouzdra na podvozkovém systému 2 a 3, a který je spojen s příslušnou vagónovou skříní. Osa 3 obsahuje kromě toho ještě brzdící kotouč 22 , který je přiřazen ke kotoučovým brzdovým zařízením 12 upevněným na podvozkovém rámu 3.

Za účelem zajištění vynuceného rotačního posunutí podvozku kolem svislé osy 8 v závislosti na poloměru právě projížděného kolejového úseku, je zde ovládací zařízení provedeno ze dvou diagonálně a symetricky uspořádaných ovládacích členů 9, které jsou na každé příslušné vnější straně podvozkového rámu 2 spojeny na jedné straně pomocí ovládací tyče se závěsovým okem 11 upevněným v místě ložisek kol 6 , případně prvku sekundárního pérování 1, ana druhé straně spojeny pomocí pryžového pružného prvku, jakožto pružného připojovacího prostředku 12, pevně s vagónovou skříní prostřednictvím upevňovacího prvku 13 pevně spojeného s vagónem.

K řízení ovládacího členu slouží ovládací zařízení znázorněné na obr, 2. Skládá se ze senzorové jednotky 14 a dvou od ní řízených a stejných, alespoň pokud jde o základní funkci, ovládacích jednotek 15, které obsahují každá jeden ovládací člen 9 sloužící k vynucenému otočnému nastavení podvozkové soustavy 2 a 3 . Senzorová jednotka 14 se skládá ze senzorového snímače 17, který generuje původním signál v závislosti na poloměru projížděného kolejového oblouku a který závisí na dalším podvozku, který se nastavuje samostatně podle geometrie kolo - kolejnice nebo podle vzájemné úhlové pozice částí vagónových skříní sousedních vagónů. Protože jsou'tato snímací zařízení ovlivněna nejen u

• «· ·# ·· · 444 « · 4·

4 4 44 • . 4 44 »4 4 4*4 144 poloměrem projížděného oblouku, nýbrž také rušivými vlivy, je část signálu závislá na oblouku překryta rušícím signálem pocházejícím z dynamiky vozidla. Senzorový snímač 17 poskytuje tudíž dynamický původní signál w (tj dyn, který je veden do nízkofrekvenčního filtru 18 s horní hraniční frekvencí do 5 Hz, přednostně avšak pouze 0,5 Hz. Části tvořené rychlejšími rušícími kmity o vyšší frekvenci jsou z původního signálu odstraněny, takže na výstupu filtru 18, který má s výhodou dva oddělené výstupy pro obě ovládací jednotky 15, je vždy přítomna kvázistacionární řídící veličina w (tj, která slouží jako požadovaná hodnota regulované veličiny pro nastavení příslušného ovládacího členu 9. Odfiltrovaná řídící veličina w (t) se přivádí dále k regulátoru 19, který poskytuje výchozí signály (t) sloužící jako ovládací veličina pro mechanické ovládací členy 9. V závislosti na velikosti nebo době trvání tohoto výstupního signálu uskutečňuje ovládací člen 9 který s výhodou obsahuje jeden elektromotor, otáčivé pohyby vyvozené podélnými posuvy, které nastavují podvozkový systém 2 a 3 tak, aby osa 3 ležela v radiální přímce projížděného kolejového oblouku. Aby se přitom zajistilo, že se skutečně dosáhne požadované polohy ovládacího členu nebo podvozku je k ovládacímu členu 9 nebo k podvozkovému systému 2 a 3 přiřazen polohový snímač 21, který produkuje polohový signál xr (tj , který je závislý na rotačním nastavení podvozkového systému 2 a 3 nebo na poloze stavěči tyče 10. Tento polohový signál je přiváděn do elektrického srovnávacího obvodu 20, do kterého je přiváděna jako další vstupní signál také filtrovaná řídící vodící veličina w (ť). Polohový signál představuje pak skutečnou dosaženou hodnotu ve vztahu k předem požadované poloze pomocí požadované nastavené hodnoty. Ve srovnávacím obvodu se získá z obou vstupních signálů w(t) a xr (t) regulovaná odchylka, která je přivedena jako vstupní signál -xw (t) do regulátoru 19. Regulátor 19 produkuje takto požadovanou veličinu y (tj jenom tak dlouho, dokud nastavený signál a skutečný signál nezpůsobí ve srovnávacím obvodě regulační odchylku, která se blíží nule. Polohový snímač 21 může být například nastavitelný elektrický obvod, který je mechanicky spojen na jedné straně s podvozkovým rámem 2 a na druhé straně s pevnou součástí 13 vagónové skříně a poskytuje tak ovládací signál , který vyplývá z natočení podvozkového systému 2 a 3 .

Senzorová jednotka 14 může být použita také k tomu, aby se například při zkušební jízdě na předem daném kolejovém úseku v závislosti na průběhu dráhy uložila v paměti jako filtrovaná vodící hodnota konfigurace kolejí pro celý úsek a při dalších jízdách na tomto úseku vyvolala z této paměti kvázistacionámí vodící veličinu w (t) k řízení ovládacích jednotek 15.

* * ««* » ·

β· • ·· •· • ·

* · 9 ·· *·

Celkově se vytvořením řídících prvků na elektrické nebo elektronické bázi získá nákladově příznivá a kompaktní konstrukce při malé průměrné spotřebě energie, přičemž pro dodávku elektrické energie je vždy k dispozici elektrická síť instalovaná na kolejovém vozidle. Přitom jsou elektrické rušící vlivy, které nejsou závislé na poloměru projížděného kolejového úseku, eliminovány pomocí jednoduchého elektrického filtračního zařízení tak, že lze provést přesné bezporuchové radiální nastavení podvozku ve vztahu ke koleji a tím dosáhnout tichého, bezpečného a od vlivů kolejnice oproštěného pohybu příslušného podvozku. Přitom se také jeví účelné aby původní dynamický signál závislý na projížděném oblouku byl snímán přímo na řízeném podvozku jestliže bude senzorový snímač například snímat relativní přesazení mezi podvozkovým systémem 2 a 3 a v něm uloženou osou 3 a tak zajistit odpovídacím způsobem pomoci ovládacího členu na příslušném podvozkovém rámu celkové přestavení podvozkového systému 2 a 3 do otočné polohy, ve které se kompenzuje vybočení soukolí 3, 4 , které vyplývá z geometrie kolo - kolejnice a které je umožněno prvky primárního pérování 7 vůči příslušnému podvozkovému systému 2 a 3 .

Z toho vyplývá také celkově příznivé radiální nastavení jednoduchého soukolí v kolejovém oblouku i při velkých vzdálenostech - rozvorech mezi soukolími na vagónové skříni, přičemž použité ovládací prostředky jsou nákladově výhodnější než přiřazení dalšího soukolí, které by převzalo ovládací úlohu.

Průmyslová využitelnost

Kolejové vozidlo s jednoosým soukolím lze využít u všech jednoosých kolejových vozidel, zejména u těch, u kterých jsou kladeny zvýšené nároky na jejich stabilitu při větších rychlostech a jízdách v obloucích nebo na nedostatečně rovném podkladu..

Claims (15)

1. Patentové nároky

   1. Kolejové vozidlo s nejméně jedním jednoosým podvozkem, který je otočně uložen kolem skutečné nebo virtuální osy vzhledem k připojené vagónové skříni a je spřažen s ovládací jednotkou, která je řízena signálem, který je závislý na senzorové jednotce ovlivňované poloměrem projížděného kolejového oblouku vyznačený tím, že senzorová jednotka (14) obsahuje senzorový snímač (17) a elektrický nízkofrekvenční filtr (18) a senzorový snímač (17 ) vydává původní dynamický elektrický signál (w(t) dyn) a tento původní dynamický elektrický signál (w(t) dyn) je přiveden na nízkofrekvenční filtr (18), jehož kvázistacionámí výchozí signál (w(t)) řídí ovládací jednotku.
2. 2. Kolejové vozidlo podle nároku 1 vyznačené tím, že nízkofrekvenční filtr (18) má horní frekvenční hranici, která leží pod frekvenci rušících signálů vozidla.
3. 3. Kolejové vozidlo podle nároku 1 nebo 2 vyznačené tím, že ovládací jednotka (15) obsahuje regulátor (19) a elektromechanický ovládací člen (9) řízený výstupním signálem (y(t)) regulátoru (19), jako řídící veličinou, a ovládací člen (9) je spřažen mechanicky jednak s podvozkovým systémem (2 a 3 ) a jednak s vagónovou skříní (13).
4. 4. Kolejové vozidlo podle nároku 3 vyznačené tím, že na ovládacím členu (9) nebo podvozkovém systému ( 2 a 3 ) je umístěn polohový snímač (21), který produkuje polohový signál (x(t)), a kvázistacionámí výstupní signál (x(t)) nízkofrekvenčního filtru (18) a výstupní signál (x(t)) polohového snímače (21) jsou přivedeny jako regulační veličiny na vstup elektrického srovnávacího obvodu (20), který vydává vstupní signál (xw(t)) jako vstupní signál regulátoru (19), který odpovídá regulační odchylce mezi požadovanou polohou danou výstupním signálem (w(t)) nízkofrekvenčního filtru (18) a skutečnou polohou podvozku (2 a 3 ) danou snímačem polohy (21).
5. 5. Kolejové vozidlo podle nároku 1 až 4 vyznačené tím, že senzorová jednotka (14) má dva kvázistacionámí signální výstupy a za každým z těchto signálních výstupů je zařazena ovládací jednotka (15), jejíž ovládací členy (9) působí společně na podvozkový systém (2a3).
6. 6. Kolejové vozidlo podle nároku 1 až 5 vyznačené tím, že dva ovládací členy (9) působí na diagonálně proti sobě ležících místech (11) podvozkového systému (2 a 3 ).

   • 4 ·« •4 • 4 4· • · 4 4 * • · 44 ·· 4 ♦ ·$♦f 4 • ·· ·· ·♦ · 4 44 • · ·44 • 4 444 *4 • · 44 ··· ··4»
7. 7. Kolejové vozidlo podle nároku 3 až 6 vyznačené tím, že ovládací člen (9) je proveden jako lineární pohon.
8. 8. Kolejové vozidlo podle nároku 7 vyznačené tím, že ovládací člen (9) je proveden jako lineární motor.
9. 9. Kolejové vozidlo podle nároku 7 vyznačené tím, že ovládací člen (9) je proveden jako servomotor se šroubovým vřetenovým pohonem.
10. 10. Kolejové vozidlo podle nároku 7 vyznačené tím, že ovládací člen (9) je proveden jako servomotor s planetovou převodovkou.
11. 11. Kolejové vozidlo podle nároku 1 až 10 vyznačené tím, že ovládací člen (9) je pružně připojen k podvozkovému systému (2 a 3 ) a/nebo k vagónové skříni (13).
12. 12. Kolejové vozidlo podle nároku 1 až 11 vyznačené tím, že senzorový snímač (17) je umístěn na spojovacím kloubu mezi dvěmi vagónovými skříněmi a je řízen v závislosti na změně úhlu nastavení kolem svislé osy součástí spojovacího kloubu.
13. 13. Kolejové vozidlo podle nároku 1 až 11 vyznačené tím, že senzorový snímač (17) je umístěn alespoň na jednom, vzhledem k řízenému podvozkovému systému ( 2 a 3 ) předcházejícím nebo následujícím podvozku, který je otočný kolem kolmé osy a který ovlivňuje samostatně se projevující rotační výchylku vyplývající z geometrie kolo kolejnice.
14. 14. Kolejové vozidlo podle nároků 1 až 11 vyznačené tím, že senzorový snímač (17) obsahuje datovou paměť, ve které se ukládají signály odvozené z kolejového úseku jako řídící veličiny pro ovládací jednotku, přičemž uložená data odpovídají filtrovanému kvázistacionámímu výstupnímu signálu.
15. 15. Kolejové vozidlo podle nároku 2 až 14 vyznačené tím, že nízkofrekvenční filtr (18) má frekvenční hranici do 5 Hz. přednostně do 0,5 Hz.