DE2725984C3

DE2725984C3 - Vierrädriges Drehgestell für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE2725984C3
Application number: DE19772725984
Authority: DE
Inventors: Tetsuji Katsuta Hirotsu
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-06-09
Filing date: 1977-06-08
Publication date: 1982-02-18
Also published as: FR2354230B1; DE2725984B2; GB1582562A; DE2725984A1; JPS52155712A; FR2354230A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein vierrädriges Drehgestell für Schienenfahrzeuge mit zwischen Radachsen, Radgestell und Wagenkörper angreifenden Federn und Dämpfungsgliedern.

Drehgestelle dieser Art sind beispielsweise in der CH-PS 5 40 805, in der DE-OS 18 04145, in der deutschen Patentanmeldung P 40 935 Il/20dD und in DET auf den Seiten 352 bis 354 von Band 22 (1974), Heft 8 sowie auf den Seiten 350 bis 353 von Band 23 (1975), Heft 8 beschrieben. Alle diese bekannten Drehgestelle zeigen eine auf die Erreichung eines bestimmten Zwecks hin ausgelegte Konstruktion.

So ist bei dem in der CH-PS 5 40 805 beschriebenen Drehgestell im Zentrum des Radgestells eine Luftfeder angeordnet, die den Wagenkörper bei Vertikal- und Lateralbewegungen relativ zum Radgestell abstützt, während eine Schrägneigung des Wagenkörpers durch einen quer zum Radgestell angeordneten Torsionsstab verhindert wird. Mit diesem Aufbau des Drehgestells wird die Torsionsbelastung für die Luftfeder beim Durchfahren von Kurven minimal gehalten, was sich günstig auf die Lebensdauer dieser Feder auswirkt.

Bei dem in der DE-OS 18 04 145 beschriebenen Drehgestell ist der Radkasten mit einem zusätzlichen Dämpfungsglied ausgestattet, das in der Längsrichtung wirksam wird. Dieses Dämpfungsglied soll einer Schwingungserregung entgegenwirken, die dem Durchfahren eines mit dem Wagenkörper in Resonanz tretenden Geschwindigkeitsbereichs auftreten und zu verstärktem Sinuslauf des Drehgestells mit entsprechend hohem Querdruck auf die Schienen führen kann.

Auch die deutsche Patentanmeldung ρ 40 935 H/?0d D ist mit dem Problem des Sinuslaufs von Drehgestellen befaßt, und sie sucht ihm dadurch zu begegnen, daß der Eigenschwingungsbereich des Wagenkastens in einen außerhalb der Resonanz liegenden Teil der Schwingungscharakteristik verlegt wird. Diese Art der Lösung des gestellten Problems ist aber nur unterhalb relativ niedriger Grenzen für die zulässige Höchstgeschwindigkeit brauchbar.

ίο Die oben erwähnten Stellen aus DET schließlich enthalten nur allgemeine Fragen der Laufstäbilität von Drehgestellen, wobei nur einzelne der in Betracht zu ziehenden Federeigenschaften Berücksichtigung finden, da nur die innerhalb eines Achskastens auftretenden und wirksam werden Größen behandelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehgestell der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß es sich durch einen besonders niedrigen Reibungswiderstand gegenüber Drehbewegungen zwischen LenkschemeJ und Radgestell auszeichnet und dennoch keinerlei laufunruhe in Form von unerwünschten Zickzackbewegungen zur Folge hat

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Verminderung des Drehwiderstandes zwischen Radgestell und Wagenkörper unter Verzicht aut Längsschemel und Seitenlager zwischen Radgestell und Wagenkörper außer Dämpfungsgliedern weiche Federn angeordnet sind und daß die Federkonstanten der Achsenfedern zwischen Radgestell und Radachsen jn longitudinaler und in Iateraler Richtung nach der Bedingung — <χ/ω>0 bemessen sind, in der « den Index der Schwingungsdämpfung und ω die Frequenz einer Zickzackbewegung bezeichnet

Die erfidnungsgemäße Auslegung des Drehgestells berücksichtigt sowohl das Federsystem innerhalb des vierrädrigen Radgestells als auch das Federsystem für dessen Verbindung mit dem Wagenkörper, und sie ermöglicht es, das Auftreten einer unerwünschten Zickzackbewegung zu verhindern. Darüber hinaus ergibt sich noch der zusätzliche Vorteil, daß auf Seitenlager verzichtet werden kann. Dies bedeutet eine wesentliche Verminderung des Verschleißes an der Berührungsstelle zwischen Radflanschen und Schienen sowie eine zumindest weitgehende Vermeidung von Quietschgeräuschen beim Durchfahren von Kurven. Im Ergebnis führt die Erfindung zu einem sehr einfachen Fahrgestell, das mit Luft- oder Schraubenfedern von geringer Iateraler Steifigkeit auskommen kann, die zwischen Wagenkörper und Radgestell angeordnet

so sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung veranschaulicht; es zeigen:

F i g. 1 ein Modell für das Schwingungssystem aus Wagenkörper und tragendem Drehgestell in einer Stirnansicht,

F i g. 2 das Modell von F i g. 1 in einer Seitenansicht,
F i g. 3 das gleiche Modell in einer Unteransicht und

F i g. 4 und 5 Diagramme zur Veranschaulichung der Beziehungen zwischen den Federkonstanten in Quer- und in Längsrichtung einerseits und der Stabilität gegenüber Zickzackbewegungen andererseits.

Gemäß den Darstellungen in F i g. 1 bis 3 ist ein Radgestell 5 unter Zwischenschaltung von Schemelfedern 2.4 und 2ßund Wagendrehfedern 2Cund 2D sowie Dämpfungsgliedern 12,13 und 15 mit einem Wagenkörper 1 verbunden. Mittels Achsbuchsen 9 sind in dem

Radgestell 5 zwei Radsätze 10 mit je zwei Rädern gelagert, wobei zwischen den Radsätzen 10 und dem Rädgestell 5 einerseits Achsenfedern SA, SB und 8Cund andererseits Dämpfungsglieder 14 eingefügt sind. Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich laufen die Radsätze 10 auf Schienen 11, die auch ihre seitliche Führung übernehmen.

Die verschiedenen Federelemente zwischen den Radkästen 10 und dem Wagenkörper 1 bilden ein Schwingunijssystem, das beim Abrollen der Räder der Radsätze 10 auf den Schienen 11 grundsätzlich auch zu Zickzackbewegungen führen kann.

Mathematisch läßt sich dieses Schwingungssystem beschreiben durch insgesamt vierunddreißig Differentialgleichungen, in denen die Masse und das Trägheitsmoment des Wagenkörpers 1, des Radgestells 5 und der Radachsen 10 sowie eine Reihe geometrischer Größen wie Abstände und Winkeleinstellungen als Koeffizienten enthalten sind. Außerdem gehen in das, Gleichungssystem die Federkonstanten der Schemelfedern 2/4 und 2B, der Wagendrehfedern 2C und 2D und der Achsenfetlern 8Λ, SB und SC sowie die Dämpfungsfaktoren für die verschiedenen Dämpfungsglieder 12,13,14 und 15 ein.

Durch Auflösung des erwähnten Gleichungssystems erhält man als Wurzel oder Mittelwert λ den Ausdruck:

in dem j = ^ — 1 ist und ω, eine Winkelschwingung mit der Frequenz ωι/2π darstellt, während «, einen Sch wingungsdämpfungsindex bezeichnet.

Ausgehend von dieser Lösungsform werden in dem dargestellten Modell zur Erzielung des angestrebten geringen Drehwiderstandes zwischen dem Wagenkörper 1 und dem Radgestell 5 bei gleichzeitiger ausreichender Unterdrückung von Zickzackbewegungen die Schemelfedern 2.4 und 2B und die Wagendrehfedern 2c und 2D als weiche Federn ausgeführt und die Federkonstanten für die Achsenfedern 8A SB und SC entsprechend der Bedingung — α/ω > 0 bestimmt

In der praktischen Ausbildung können die Schemelfedern- 2A und 2B in Form von Luftfedern oder Spiralfedern gestaltet sein, während für die Achsenfedern 8-4 und 8ß eine Ausführung als Spiral, Schraubenoder Gummifeder bzw. als innerhalb der Achsbuchsen 9 angeordnete Platten, Belleville- oder Tellerfeder bevorzugt ist

In F i g. 4 und 5 sind Berechnungsergebnisse für die Zickzackbewegungs-Stabilität in Abhängigkeit von den Federkonstanten für die Achsenfedern SB und SC in Quer- und Längsrichtung bei stark verringertem Drehwiderstand für Drehbewegungen zwischen dem Wagenkörper 1 und dem Radgestell 5 um die vertikale Drehachse veranschaulicht.

Dabei ergeben sich Flächengradienten für die Laufradfläche in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit von 140 km/h bei 1/10 Abnutzung. Bei dem angestrebten niedrigen Drehwiderstand für Drehungen des Radgestells um die Hochachse läßt sich ein sicherer Radlauf erhalten, wenn die Federkonstante für die Achsenfedern 8Cin der Längsrichtung auf etwas mehr als 2500 kg/mm bemessen ist und die Federkonstante für die Achsenfedern SB in der Querrichtung zwischen 70 und 300 kg/mm liegt.

Insgesamt ergibt sich ein verringerter Seitendruck beim Durchfahren von Kurven mit kleinerer Kontaktkraft zwischen Radflansch und Schiene, was sowohl das Fahrgeräusch absenkt, als auch die Rad- und Schienenlebensdauer erhöht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vierrädriges Drehgestell für Schienenfahrzeuge mit zwischen Radachsen, Radgestell und Wagenkörper angreifenden Federn und Dämpfungsgliedern, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Verminderung des Drehwiderstandes zwischen Radgestell (5) und Wagenkörper (1) unter Verzicht auf Längsschemel und Seitenlager zwischen Radgestell (5) und Wagenkörper (1) außer Dämpfungsgliedern (12, 13 und 15) weiche Federn (2A 2B, 2C, und 2D) angeordnet sind und

daß die Federkonstanten der Achsenfedern (8Λ 85 und SC) zwischen Radgestell (5) und Radachsen (10) in longitudinaler und in iateraler Richtung nach der Bedingung - «/ω >0 bemessen sind, in der λ den Index der Schwingungsdämpfung und ω die Frequenz einer Zickzackbewegung bezeichnet

2. Drehgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weichen Federn (2A, 2B, 2C und 2D) zwischen Radgestell (5) und Wagenkörper (1) als Luftfedern mit geringer Iateraler Steifigkeit ausgebildet sind.

3. Drehgestell nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstanten der Achsfedern (SA, SB und 8 C) je Achse in longitudinaler Richtung nicht kleiner als 2500 kg/mm bemessen sind und in Iateraler Richtung zwischen 70 und 300 kg/mm liegen.