DE2754364A1

DE2754364A1 - Schienentriebfahrzeug

Info

Publication number: DE2754364A1
Application number: DE19772754364
Authority: DE
Inventors: Hugo Loosli
Original assignee: Schweizerische Lokomotiv und Maschinenfabrik AG (SLM)
Current assignee: Schweizerische Lokomotiv und Maschinenfabrik AG (SLM)
Priority date: 1977-11-30
Filing date: 1977-12-07
Publication date: 1979-07-05
Also published as: FR2410588B1; DE2754364C3; CA1105774A; DE2754364B2; US4337706A; CH624897A5; FR2410588A1

Description

P. 5255

Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik / Winterthur

Schienentriebfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Schienentriebfahrzeug mit drei Drehgestellen, von denen jedes zwei je mit einem Motor verbundene Triebachsen enthält und über eine Vorrichtung zur Uebertragung einer Zugkraft mit dem Fahrzeugkasten verbunden ist, welcher einen Zughaken zur Uebertragung der Gesamtzugkraft aufweist.

Bei Fahrzeugen der genannten Art, mit statisch unbestimmter Abstützung des in Fahrzeuglängsrichtung ungeteilten Fahrzeugrahmens mit an diesem befestigten Zughaken, tritt im allgemeinen bei Ausübung einer Zugkraft eine von dieser sowie von den Abmessungen und den Federcharakteristiken des Fahrzeuges abhängige, unregelmässige Verteilung der Achsdrücke auf.

Zur Erzielung einer maximalen Zugkraft des Fahrzeuges ist es bekannt, durch verschiedene Balkenkonstruktionen, durch lastverteilende Zwischenrahmen oder durch regelbare Federn die Entlastung einer grösseren Anzahl vorderer Triebachsen, z.B. der Triebachsen

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des vorderen und des mittleren Drehgestelles auszugleichen.

Zum gleichen Zweck ist auch vorgeschlagen worden, die Federung des mittleren Drehgestelles mit einer von den Federungen der äusseren Drehgestelle abweichenden Federcharakteristik so auszuführen, dass die Entlastungen der Achsen der beiden in Fahrtrichtung vorlaufenden Drehgestelle unter sich gleich sind. Dabei wird die Summe dieser Entlastunger, durch eine gleichmässige Mehrbelastung der Achsen des nachlaufenden Drehgestelles aufgenommen, welche somit, z.B. bei einem Fahrzeug mit drei zweiachsigen Drehgestellen, je eine Mehrbelastung erfahren, die doppelt so gross ist wie die Entlastung jeder der vorlaufenden Achsen.

Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung der bekannten Ausführungen, mit dem Ziel, an einem Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art die Achsdrücke so auszugleichen, dass durch eine gleichmässige Verteilung der bei Ausübung einer Zugkraft entstehenden Entlastungen und Mehrbelastungen auf eine jeweils gleiche Anzahl von Triebachsen die Differenz zwischen den Belastungskräften der vorlaufenden und der nachlaufenden Achsen verringert und dementsprechend die Möglichkeit geschaffen wird, die Leistung der Antriebsmotoren in zwei Gruppen den tatsächlichen Achsbelastungen besser anzupassen.

Dieses Ziel wird geraäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die Motoren in zwei parallel geschalteten, gleich grossen Gruppen zusammengefasst sind, wobei die eine Gruppe die Motoren der aufeinanderfolgenden, in Fahrtrichtung vorlaufenden Achsen, und die andere Gruppe die Motoren der aufeinanderfolgenden nachlaufenden Achsen umfasst, und dass die Uebertragungsvorrichtungen der

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beiden äusseren Drehgestelle zum Ausgleich der Belastung der Triebachsen ausgelegt sind oder mit entsprechenden Vorrichtungen zusammenwirken, während die Uebertragungsvorrichtung des mittleren Drehgestelles so ausgelegt ist, dass der theoretische Angriffspunkt der auf den Fahrzeugkasten zu übertragenden Zugkraft auf einer Höhe über der Schienenoberkante liegt, welche im wesentlichen entsprechend einem vorbestimmten, bei der Uebertragung dieser Zugkraft entstehenden Moment bemessen ist, welches die vorlaufende Achse des mittleren Drehgestelles mit einer Kraft entlastet, die der auf jede Achse des vorlaufenden Drehgestelles - bei dessen Entlastung infolge des Kraftangriffes am Zughaken - ausgeübten Entlastungskraft entspricht, und welches Moment die nachlaufende Achse des mittleren Drehgestelles mit einer Kraft entlastet, die der auf jede Achse des nachlaufenden Drehgestelles - bei dessen Mehrbelastung infolge des Kraftangriffes am Zughaken - ausgeübten Belastungskraft entspricht.

Beim anmeldungsgemäss ausgebildeten Fahrzeug erfahren somit die vorlaufenden Achsen eine unter sich gleichmässige Entlastung und die gleiche Anzahl nachlaufender Achsen eine entsprechende, unter sich gleichmässige Mehrbelastung.

Bei einer für nahezu alle Betriebsbedingungen geeigneten Ausfiihrungsform der Erfindung, welche insbesondere im Zusammenhang mit drehzapf enlosen Drehgestellen eine sichere Uebertragung der Zugkräfte und den angestrebten Ausgleich der Achsdrücke gewährleistet, können die Uebertragungsvorrichtungen zumindest der beiden äusseren Drehgestelle je ein mechanisches, hydraulisches oder pneumatisches Gestänge enthalten.

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Eine optimale Auslegung und gegenseitige Abstimmung der Uebertragungsvorrichtungen der drei Drehgestelle entsprechend den gegebenen Betriebsbedingungen kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung erzielt werden, wenn von den Uebertragungsvorrichtungen zumindest diejenige des mittleren der drei Drehgestelle einen aufrechten Drehzapfen enthält.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche sich durch besondere Einfachheit auszeichnet, können die Gestänge der beiden äusseren Drehgestelle Tiefzugvorrichtungen sein.

Um den angestrebten Ausgleich der Achsdrücke auch bei anderen Fahrzeugkonstruktionen zu gewährleisten, können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die beiden äusseren Drehgestelle je mit einer Vorrichtung zur Ausübung einer Ausgleichskraft versehen sein, welche einer Entlastung der jeweils vorlaufenden Achse entgegenwirkt.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Lokomotive mit drei Drehgestellen, mit eingetragenen Dimensionen und Kräften für die Darstellung der Entlastungen und Mehrbelastungen der Triebachsen,

Fig. 2 ein vereinfachtes Schema der Motorschaltung der Lokomotive nach Fig. 1, und

Fig. 3, 4, 5 und 6 je eine Lokomotive in einer abgewandelten Ausführungsform.

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)■

Die in Fig. 1 dargestellte Lokomotive weist sechs Triebachsen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 auf, welche je mit einem von sechs Elektromotoren 7, 8, 9, 10, 11 und 12 verbunden sind. Die Motoren sind paarweise in drei Drehgestellen 13, 14 und 15 angeordnet, deren Rahmen gefedert auf ihren Triebachsen 1 und 2 bzw. 3 und 4 bzw. 5 und 6 abgestützt sind. Auf den Drehgestellrahmen ist ein Fahrzeugkasten 19 über Federungen 16, 17 und 18 abgestützt, welche so ausgelegt sind, dass bei einer Belastung ohne angreifende Zugkraft jedes der Drehgestelle 13, 14 und 15 bzw. jede der Triebachsen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 einen im wesentlichen gleichen Anteil der Belastung aufnimmt.

Die beiden äusseren Drehgestelle 13 und 15 sind zur Uebertragung der Zug- und Bremskräfte mit dem Fahrzeugkasten 19 je über eine aus zwei Zugstangen 21 und 22 bzw. 23 und 24 gebildete Tiefzugvorrichtung verbunden. Das mittlere Drehgestell 14 ist an einem am Fahrzeugkasten 19 angeordneten vertikalen Drehzapfen 25 drehbar angelenkt. Die Zugstangen 21 und 22 bzw. 23 und 24 sind - paarweise je gegen die Quermittelebene 20 des zugehörigen Drehgestelles 13 bzw. 15 geneigt - am Fahrzeugrahmen 26 und an den Rahmen der Drehgestelle 13 und 15 je um eine querliegende Schwenkachse 27 bzw. 28 allseitig schwenkbar angelenkt.

Der Drehzapfen 25 ist am Rahmen des Drehgestelles 14 in einem in Querrichtung verschiebbaren Lager 31 vertikal beweglich und um eine querliegende Achse schwenkbar gelagert. In einem Abstand H über den Schienenoberkanten ist an den beiden Enden des Fahrzeugrahmens je ein Zughaken 32 bzw. 32· befestigt.

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Bei einer angenommenen Fahrtrichtung gemäss Pfeil F werden von den Drehgestellen 13 und 15 über die Zugstangen 22 und 24 Zugkräfte Z₁₃ bzw. Z₁₅, und vom Drehgestell 14 über den Drehzapfen 25 eine Zugkraft Z₁₄ auf den Fahrzeugrahmen 26 übertragen. Der Zughaken 32 überträgt demnach eine Gesamtzugkraft ^Ztot ^{= Z}13 ^{+ Z}14 ^{+ Z}15*

Bei entgegengesetzter Fahrtrichtung werden entsprechend entgegengerichtete Zugkräfte über die Zugstangen 21 und 23 und den Drehzapfen 2 5 sowie über den Zughaken 32 übertragen.

Gemäss Fig. 2 sind die Motoren 7, 8 und 9 der in Fahrtrichtung F vorlaufenden Achsen 1, 2 und 3 und die Motoren 10, 11 und 12 der nachlaufenden Achsen 4, 5 und 6 zu zwei parallel geschalteten Gruppen 35 und 36 zusammengefasst, welche je über einen Thyristor-Steuerblock 37 bzw. 38 an einen Transformator 39 angeschlossen sind. Dieser ist in bekannter Weise zur Stromentnahme über einen Schleifbügel 41 mit dem Fahrdraht 40 in Verbindung. Von den Motoren 7, 8, 9, 10, 11 und 12 wird der Strom in bekannter Weise über die Räder und die Schienen S abgeleitet.

Die Zugstangen 21 und 22 bzw. 2 3 und 24 sind in an sich bekannter Weise so geneigt, dass sich ihre verlängerten Achsen im Bereich der Quermittelebene 20 auf der Höhe der Schienenoberkanten schneiden, wo somit die theoretischen Uebertragungspunkte der Zugkräfte Z,- und Z-, 5 liegen.

Bei Ausübung der Gesamtzugkraft Z_tot werden die Achsen 1 und 2 des in Fahrtrichtung F vorlaufenden Drehgestelles 13 je durch eine KraftAQ-, bzw.Δ Q₂ entlastet, und die Achsen 5 und 6 des nachlau-

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fenden Drehgestelles 15 je durch eine KraftAQc bzw. AQ₆ stärker belastet. Dabei istZl Q, =AQ₂ und Δ Q₅ =

Die Einbauhöhe h des Lagers 31 im Drehgestell 14 ist so gewählt, dass durch das am Drehgestell 14 entstehende Kippmoment, welches durch die an den Aufstandspunkten der Räder wirkenden Zugkräfte und die am Lager 31 wirkende Gegenkraft zur Zugkraft Z,₄ verursacht wird, die Achse 3 mit einer KΓaftΔQ₃ =AQp entlastet und die Achse 4 mit einer KraftAQ^ =AQ₅ stärker belastet wird. Die drei vorlaufenden Achsen 1, 2 und 3 werden demnach je um einen Betrag entlastet, welcher der Mehrbelastung jeder der drei nachlaufenden Achsen 4, 5 und 6 entspricht. Bei den gemäss Fig. 1 in Abständen a und t> angeordneten Triebachsen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 gilt somit:

^Ztot · ^H = ² .AQ .[| + ( b + I ) + ( b + |ä )]

Z . . H
daraus :Δ Q =

Die Einbauhöhe h des Lagers 31 ergibt sich aus der Beziehung

FUr ein Fahrzeug mit Achsdrticken von z.B. 30 Mp und einer maximalen Gesaratzugkraft Z.. = 72 Mp ergeben sich somit - bei entsprechenden,

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z.B. konstruktiv bedingten Abmessungen von z.B. H = 0,85m, a = 3,2m und b = 3,65m - vorteilhaft geringe Achsdruckänderungen Δ Q = 2 Mp. Die Höhe h errechnet sich dabei zu 0,27m.

Durch die Thyristor-Steuerblöcke 37 und 38 wird die Stromzufuhr zu den Motoren 7, 8, 9 bzw. 10, 11, 12 entsprechend den durch die Entlastungskräfte AQ, , Δ Q„, Δ Q., verminderten Achsdrücken der Achsen 1, 2, 3 bzw. entsprechend den durch die Kräf te-Δ Q ., Δ Q₅, AQ, vergrösserten Achsdrücken der Achsen 4, 5, 6 so beeinflusst, dass die beiden Motorgruppen 35 und 36 in der jeweiligen Fahrtrichtung entsprechend verschiedene Leistungen abgeben. Diese Leistung ist proportional den tatsächlichen Achslasten, so dass an allen Achsen derselbe Adhäsionskoeffiz^dnt k = ~ ausgenützt wird. Dabei be-

deuten

Z die über die betreffende Achse zu übertragende Zugkraft, und

^eff.-.die an der betreffenden Achse auftretende effektive Achsbelastung.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist der Fahrzeugkasten 19 in der Mitte über zwei Luftfedern 4 5 auf einem drehzapfenlosen Drehgestell 46 abgestützt, welches mit dem Fahrzeugkasten 19 zur Uebertragung der Zug- und Bremskräfte durch zwei geneigte Zugstangen 47 und 48 gelenkig verbunden ist, Die Luftfedern 45 sind an einen Druckluftbehälter 49 angeschlossen, durch welchen die Luftfedern 45 unter einem solchen Druck gehalten werden, dass das mittlere Drehgestell 46 den gleichen Anteil der Belastung aufnimmt wie die beiden ausseren Drehgestelle 13 und 15.

Die an den Drehgestellen 13 und 15 angelenkten Zugstangen 21* und 22* bzw. 23* und 24* sind je mit einem Kolben 50 versehen, der in

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einem am Fahrzeugkasten 19 angelenkten hydraulischen Zylinder 51 bzw. 51a beweglich geführt ist. Die Zylinder 51 und 51a jedes Drehgestelles 13 bzw. 15 sind über Druckleitungen 52 und 52a an zwei Zylinderräume eines am Fahrzeugkasten 19 angeordneten Kolben-Zylinder-Aggregates 53 angeschlossen, welche Zylinderräume durch einen federbelasteten Differentialkolben 54 mit gleich grossen Kolbenflächen getrennt sind. Durch die Aggregate 53 werden in bekannter V/eise die Zugstangen 21' und 22' bzw. 23' und 24' so vorgespannt, dass die Summe der durch diese je Drehgestell 13 bzw. 15 zu übertragenden Zugkräfte bzw. deren auf die Sekundärfedern 16, 18 wirkenden vertikalen Komponenten - bei stehendem und fahrendem Fahrzeug, unabhängig von der jeweiligen Fahrtrichtung - konstant bleibt. Beim mittleren Drehgestell 46, ebenso wie bei den mecha-

anderen
nischen Gestängen der/Ausführungen nach den Fig. 1, 4 und 6, wird

die Entlastung der jewel]s vorderen Zugstangen durch deren nicht

entsprechend
weiter dargestellte,/nachgiebige Lagerung in den Gelenken erzielt.

Die Zugstangen 47 und 48 sind so angeordnet, dass der Schnittpunkt ihrer verlängerten Achsen und damit der theoretische Uebertragungspunkt der Zugkraft Z₁₄ auf der Höhe h über den Schienenoberkanten liegt. Auf bereits beschriebene Weise wird dadurch das vorbestimmte Kräftepaar - entsprechend den KräftenAQo undAQ^ in Fig. 1 - auf die Triebachsen 3 und 4 ausgeübt.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist das mittlere Drehgestell 46 mit dem Fahrzeugkasten 19 zur Uebertragung der Zugkräfte Z,. durch horizontale Längslenker 57 und 58 verbunden, welche je an einer Konsole 59 des Fahrzeugkastens 19 angelenkt sind. Auch bei dieser Ausführung wird die Höhenlage h der Anlenkstellen der Längslenker

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57 und 58 entsprechend dem vorbestimmten, auf die Triebachsen 3 und 4 auszuübenden Kräftepaar gewählt.

Bei der Lokomotive nach Fig. 5 sind ausser dem mittleren Drehgestell 14 auch die beiden äusseren Drehgestelle 61 und 62 am Fahrzeugkasten 19 je an einem Drehzapfen 25a bzw. 25b angelenkt. Entsprechend werden die Zugkräfte Z, ₃ und Z-, ^ auf der Höhe der Drehgestellrahmen übertragen. Zum Ausgleich der dadurch entstehenden Momente bzw. der entsprechenden unterschiedlichen Belastungen der Triebachsen 1 und 2 bzw. 5 und 6 sind die einander zugekehrten Enden der Drehgestelle 61 und 62 je mit einem hydraulischen Kolben-Zylinder-Aggregat 63 bzw. 64 versehen. Die Zylinderräume der beiden Aggregate 63 und 64 sind über Druckleitungen 65 und 66 bzw. 65a und 66a je an eine nicht gezeichnete Druckmittelquelle angeschlossen. Ueber die Aggregate 63 und 64 wird in bekannter Weise in die beiden Drehgestellenden jeweils ein den Entlastungsmomenten entgegenwirkendes Ausgleichsmoment eingeleitet. Dieses wird bei der in Fig. 5 angenommenen Fahrtrichtung gemäss Pfeil F durch die Gegenkräfte zu dem eingezeichneten, auf den Fahrzeugkasten 19 einwirkenden Kräftepaar A^₃ und A, ^ gebildet.

Wie aus der Fig.. 6 hervorgeht, können entsprechende Kolben-Zylinder-Aggregate 63 und 64 auch an drehzapfenlosen Drehgestellen 13 und 15 angeordnet werden, bei denen, z.B. aus konstruktiven Gründen, die Schnittpunkte der verlängerten Achsen der Zugstangen 21 und 22 bzw. 23 und 24, und damit die theoretischen Uebertragungspunkte der Zugkräfte Z₁₃ und Z-,,- nicht auf die Höhe der Schienenoberkanten gelegt werden können.

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Es sind noch verschiedene andere Ausführungsformen der Erfindung möglich. So kann etwa zur Uebertragung der Zugkräfte anstelle eines hydraulischen Gestänges (Fig. 3) auch ein pneumatisches Gestänge oder eine beliebige Korabination entsprechender Gestänge verwendet werden.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche P. 5255

γ\ J 1J Schienentriebfahrzeug rait drei Drehgestellen, von denen

jedes zwei je mit einem Motor verbundene Triebachsen enthält und über eine Vorrichtung zur Uebertragung einer Zugkraft mit dem Fahrzeugkasten verbunden ist, welcher einen Zughaken zur Uebertragung der Gesamtzugkraft aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass die Motoren (7, 8, 9, 10, 11, 12) in zwei parallel geschalteten, gleich grossen Gruppen (35 und 36) zusammengefasst sind, wobei die eine Gruppe (35) die Motoren (7, 8, 9) der aufeinanderfolgenden, in Fahrtrichtung (Pfeil F) vorlaufenden Achsen (1, 2, 3), und die andere Gruppe (36) die Motoren (10, 11, 12) der aufeinanderfolgenden nachlaufenden Achsen (4, 5, 6) umfasst, und dass die Uebertragungsvorrichtungen der beiden äusseren Drehgestelle (13 und 15; 61 und 62) zum Ausgleich der Belastung der Triebachsen (1, 2 bzw. 5, 6) ausgelegt sind oder mit entsprechenden Vorrichtungen (63, 64) zusammenwirken, während die Uebertragungsvorrichtung des mittleren Drehgestelles (14, 46) so ausgelegt ist, dass der theoretische Angriffspunkt der auf den Fahrzeugkasten (19) zu übertragenden Zugkraft (Z₁₄) auf einer Höhe (h) über der Schienenoberkante liegt, welche im wesentlichen entsprechend einem vorbestimmten, bei der Uebertragung dieser Zugkraft (Z₁₄) entstehenden Moment bemessen ist, welches die vorlaufende Achse (3) des mittleren Drehgestelles (14, 46) mit einer Kraft GiQ₃) entlastet, 4ie der auf jede Achse (1, 2) des vorlaufenden Drehgestelles <13, 61) - bei dessen Entlastung infolge des Kraftangriffs am Zughaken X 32) - ausgeübten Entlastungskraft &Q, bzw. Δ Q₂) entspricht, MKd welches Moment -die ^nstshlaufende Achse XA) des mittle-

ORIGINAL INSPECTED

ren Drehgestelles (14, 46) mit einer Kraft CaQ₄) belastet, die der auf jede Achse (5, 6) des nachlaufenden Drehgestelles (15, 62) bei dessen Mehrbelastung infolge des Kraftangriffs am Zughaken (32) - ausgeübten Belastungeskraft (^Qc bzw.a Q,) entspricht.

2, Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Uebertragungsvorrichtungen zumindest der beiden äusseren Drehgestelle (13 und 15) je ein mechanisches, hydraulisches oder pneumatisches Gestänge (21, 22, 23, 24; 21', 22«, 23', 24») enthalten.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von den Uebertragungsvorrichtungen zumindest diejenige des mittleren der drei Drehgestelle (14 j 61, 62) einen aufrechten Drehzapfen (25, 25a, 25b) enthält.

4. Fahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestänge (21, 22, 23, 24; 21«, 22·, 23¹, 24') der beiden Musseren Drehgestelle (13 und 15) Tiefzugvorrichtungen sind.

5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äusseren Drehgestelle (13 und 15; 61 und 62) je mit einer Vorrichtung (63, 64) zur Ausübung einer Ausgleichskraft versehen sind, welche einer Entlastung der jeweils vorlaufenden Achsen (1 und 5 bzw. 2 und 6) entgegenwirkt.

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