DE60016211T2 - RAIL VEHICLE - Google Patents
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- B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
- B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
- B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
- B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
- B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes
- B61F5/245—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes by active damping, i.e. with means to vary the damping characteristics in accordance with track or vehicle induced reactions, especially in high speed mode
Abstract
Description
Sachgebiet der ErfindungSubject the invention
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug und auf eine Methode im Zusammenhang mit einem Schienenfahrzeug.The The invention relates to a railway vehicle and to a method in connection with a rail vehicle.
Stand der TechnikState of technology
Schienenfahrzeuge bestehen in der Regel aus einem Wagenaufbau, der sich auf zwei Drehgestellen mit einer oder mehreren Achsen und den entsprechenden Rädern abstützt. Wenn ein derartiges Fahrzeug über einen Schienenstrang fährt, werden Vibrationen und Schwingungen vom Schienenstrang über ein oder mehrere Drehgestelle an den Wagenaufbau weitergeleitet. Stimmen diese Vibrationen mit der Eigenschwingung des Wagenaufbaus überein, wird eine Schwingung im Wagenaufbau erzeugt. Wagenaufbauten mit einer hohen Eigenschwingung werden nach der herkömmlichen Methode nach einer starren und in der Länge begrenzten Auslegung gebaut, sodass die Frequenz der Schwingungen im Wesentlichen geringer ist als die Eigenfrequenz des Wagenaufbaus.rail vehicles usually consist of a car body, resting on two bogies supported with one or more axles and the corresponding wheels. If such a vehicle over driving a rail track, Vibration and vibration from the rail track over or more bogies forwarded to the car body. vote these vibrations coincide with the natural vibration of the car body becomes generates a vibration in the car body. Car bodies with one high natural vibration are after the conventional method after a rigid and in length built limited design, so the frequency of the vibrations is substantially lower than the natural frequency of the car body.
Während die Drehgestelle über den Schienenstrang fahren, führen sie aufgrund der Kegeligkeit der Räder in bekannter Weise eine sinusförmige Bewegung aus. Die Frequenz der sinusförmigen Bewegung verstärkt sich mit fortschreitendem Verschleiß der Räder auf den Achsen und nebenbei auch mit steigender Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs. Die bei Schienensträngen auftretenden Abweichungen von der idealen Gleisposition verzeichnen die höchste Amplitude bei niedrigen Frequenzen, sodass die sich aus Unregelmäßigkeiten des Schienenstrangs ergebenden Vibrationen bei niedrigen Frequenzen am stärksten sind. Die Frequenz der Schwingungen erhöht sich aber mit steigender Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs.While the Bogies over drive the track, lead they due to the taper of the wheels in a known manner a sinusoidal Move out. The frequency of the sinusoidal movement increases with progressive wear of the Wheels on the axles and by the way also with increasing speed of the Rail vehicle. The deviations occurring in rail tracks from the ideal track position will register the highest amplitude at low Frequencies, resulting from irregularities of the rail track resulting vibrations are strongest at low frequencies. The frequency of the vibrations increases but with increasing Speed of the rail vehicle.
Es gibt eine verstärkte Nachfrage nach Schienenfahrzeugen, die für hohe Geschwindigkeiten ausgelegt sind. Auch der Bedarf an längeren Reisezugwagen wächst, um mehr Raum für die Fahrgastabteile zu erhalten. Um die Leistungseigenschaften noch zu verbessern, besteht bei den Wagen auch die Forderung nach einem eigenen Antriebsaggregat und müssen die Wagen so leicht wie möglich gebaut werden, um eine gute Leistungsfähigkeit des Schienenfahrzeugs zu erzielen. Aufgrund dieser Faktoren erhöht sich die Eigenfrequenz der Wagenaufbauten während gleichzeitig eine höhere Geschwindigkeit dazu führt, dass die Frequenz der Schwingungen steigt. So erhöht sich das Risiko, dass seitliche Schwingungen im Wagenaufbau hervorgerufen werden. Diese Schwingungen sind nicht erwünscht, weil sie den Fahrkomfort beeinträchtigen und speziell das Risiko der Entgleisung erhöhen.It gives a reinforced Demand for rail vehicles designed for high speeds are. Also, the need for longer Passenger car grows, for more space for to get the passenger compartments. To the performance characteristics yet to improve, there is also the demand for a car own drive unit and must the carriages as light as possible be built to a good performance of the rail vehicle to achieve. Due to these factors, the natural frequency of the Car bodies during at the same time a higher one Speed leads to that the frequency of the vibrations increases. So increases the risk that caused lateral vibrations in the car body become. These vibrations are not desirable because they increase ride comfort impair and specifically increase the risk of derailment.
Das schwedische Patent 509,118 bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug und auf eine Methode für ein derartiges Schienenfahrzeug zur Reduzierung der seitlichen Schwingungen im Wagenaufbau des Schienenfahrzeugs durch eine dynamische Trennung einer Teilmasse von der Gesamtmasse des Wagenaufbaus. Dadurch wird die Eigenschwingung der Masse des Wagenaufbaus erhöht, was die Erregung der Wagenaufbauschwingungen beseitigt. Die Teilmasse wird mit Hilfe von Federn und Dämpfern dynamisch von der Gesamtmasse des Wagenaufbaus getrennt. Für ein optimales Ergebnis ist es jedoch erforderlich, dass die Teilmasse einen relativ großen Teil der Gesamtmasse des Wagenaufbaus ausmacht. Darüber hinaus muss die Hauptmasse des Wagenaufbaus eine Eigenschwingung haben, die höher ist als die Frequenzen, die durch die sinusförmige Bewegung der Drehgestelle und die Unregelmäßigkeiten im Gleis erzeugt werden. Dadurch ergibt sich eine Beschränkung der Gewichtsreduzierung des Schienenfahrzeugs. Und nach dem o.g. schwedischen Patent lassen sich die Vibrationen im Wagenaufbau auch nicht vollständig beseitigen.The Swedish Patent 509,118 relates to a rail vehicle and on a method for Such a rail vehicle for reducing lateral vibrations in the car body of the rail vehicle by a dynamic separation a partial mass of the total mass of the car body. This will the natural vibration of the mass of the car body increases what eliminated the excitement of the car body vibrations. The part mass becomes dynamic with the help of springs and dampers separated from the total mass of the car body. For an optimal result However, it requires that the part mass a relatively large part the total mass of the car body makes up. In addition, the main mass of the Car body have a natural vibration that is higher than the frequencies, through the sinusoidal Movement of the bogies and the irregularities generated in the track become. This results in a limitation of the weight reduction of Rail vehicle. And after the o.g. let Swedish patent The vibrations in the car body also do not completely eliminate.
Das japanische Patent 06249284 beschreibt eine Methode zur Dämpfung der seitlichen Schwingungen eines Wagenaufbaus, indem ein Gewicht in Relation zum Wagenaufbau in Abhängigkeit einer gemessenen seitlichen Beschleunigung des Wagenaufbaus bewegt wird. Der Nachteil einer derartigen Methode ist, dass Schwingungen mit einer messbaren Amplitude auftreten müssen, bevor das Signal der Messvorrichtung messbar wird.The Japanese Patent 06249284 describes a method of damping the lateral vibrations of a car body by putting a weight in relation to the car body in dependence a measured lateral acceleration of the carriage body moves becomes. The disadvantage of such a method is that vibrations with a measurable amplitude must occur before the signal of the measuring device becomes measurable.
Es besteht deshalb Bedarf an einem Schienenfahrzeug und an einer Methode für ein derartiges Schienenfahrzeug, mit denen sich die o.g. Nachteile minimieren lassen.It There is therefore a need for a rail vehicle and a method for a such rail vehicle, with which the o.g. Minimize disadvantages to let.
Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines Schienenfahrzeugs, dessen seitliche Schwingung minimiert wird.A The object of this invention is the provision of a rail vehicle, whose lateral vibration is minimized.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines Schienenfahrzeugs, dessen seitliche Schwingung aufgrund der sinusförmigen Bewegung seines Drehgestells minimiert wird.A Another object of this invention is to provide a rail vehicle, its lateral vibration due to the sinusoidal movement of its bogie is minimized.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer Methode zur Minimierung der seitlichen Schwingungen in einem Schienenfahrzeug.A Another object of this invention is to provide a method to minimize the lateral vibrations in a rail vehicle.
Eine zusätzliche Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer Methode zur Minimierung der Auswirkungen der Drehgestelle auf die Schwingungen des Wagenaufbaus.An additional object of this invention is to provide a method for minimizing the impact of the bogies on the swine conditions of the wagon body.
Diese Aufgaben werden mit Hilfe eines Schienenfahrzeugs und einer Methode für ein Schienenfahrzeug gemäß den Ansprüchen im Anhang erfüllt.These Tasks are done with the help of a rail vehicle and a method for a Rail vehicle according to the claims in Annex met.
Der bevorzugte Anwendungsbereich der Erfindung liegt bei Schienenfahrzeugen, die für hohe Geschwindigkeiten ausgelegt sind. Die Erfindung kann aber für alle Arten von Schienenfahrzeugen angewendet werden.Of the preferred scope of the invention is rail vehicles, the for high speeds are designed. But the invention can be for all kinds be applied by rail vehicles.
Ein Schienenfahrzeug gemäß der Erfindung besteht aus einem Wagenaufbau, der sich auf mindestens zwei Drehgestellen abstützt, wobei der Wagenaufbau einen Aufbauteil enthält, der zumindest in seitlicher Richtung bezogen auf den Rest des Wagenaufbaus verschoben werden kann. Ein Schienenfahrzeug gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass es auch über Messeinrichtungen, die für die Messung der seitlichen Bewegung eines der Drehgestelle angepasst sind, über eine Steuerungseinrichtung, das ein über die seitliche Bewegung des Drehgestells informierendes Signal empfängt, und über Antriebsmittel für die Bewegung des Aufbauteils in seitlicher Richtung verfügt, wobei die Steuerungseinrichtung für die Steuerung der Antriebsmittel für die seitliche Bewegung des Aufbauteils in Reaktion auf das Signal der Messeinrichtungen angepasst ist, wodurch den seitlichen Schwingungen im Wagenaufbau entgegengewirkt wird.One Rail vehicle according to the invention from a wagon body resting on at least two bogies supported, wherein the car body includes a body part, at least in lateral Direction be moved relative to the rest of the carriage structure can. A rail vehicle according to the invention is characterized by the fact that it also has measuring equipment, the for the Measurement of the lateral movement of one of the bogies adapted are about a control device, the one about the lateral movement receives the bogie informing signal, and via drive means for the movement of the body part in the lateral direction, wherein the control device for the Control of the drive means for the lateral movement of the body part in response to the signal of Measuring equipment is adjusted, reducing the lateral vibrations counteracted in the car body.
Durch die aktive Steuerung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung eines seitlich verschiebbaren Aufbauteils als Reaktion auf eine seitliche Bewegung eines Drehgestells ist es im Wesentlichen möglich, die Erzeugung der Schwingungen des Wagenaufbaus vollständig zu beseitigen, wobei die Masse des Aufbauteils nur einen geringen Teil der Gesamtmasse des Wagenaufbaus ausmachen muss. Auch das Gewicht des Fahrzeugs kann so verringert werden, weil die Steifigkeitsanforderungen in einem Fahrzeug gemäß dieser Erfindung geringer sind als bei den bisher bekannten Fahrzeugen, da die Eigenfrequenz des Wagenaufbaus geringer sein darf.By the active control in accordance with this invention of a laterally displaceable body part as In response to a lateral movement of a bogie it is in Essentially possible the generation of the vibrations of the car body completely eliminate, with the mass of the body part only a small part the total mass of the carriage structure must make. Also the weight The vehicle can be reduced because of the rigidity requirements in a vehicle according to this Invention are lower than in the previously known vehicles, because the natural frequency of the car body may be lower.
Die Erfinder haben erkannt, dass die seitlichen Schwingungen in einem Wagenaufbau hauptsächlich durch die sinusförmige Bewegung der Drehgestelle des Schienenfahrzeugs erzeugt werden. In den meisten Fällen kann ein Wagenaufbau nicht als Starrkörper betrachtet werden, sodass es schwierig ist, die entsprechenden Frequenzen aus den gemessenen Schwingungen des Wagenaufbaus herauszufiltern. Daraus ergibt sich, dass es äußert schwierig sein wird, die Schwingung des Wagenaufbaus in seitlicher Richtung nur durch Messung der Schwingung des Wagenaufbaus zu dämpfen. Indem man stattdessen gemäß dieser Erfindung die Bewegung der Drehgestelle misst, lässt sich die durch die Drehgestelle hervorgerufene Schwingung viel leichter kompensieren.The Inventors have recognized that the lateral vibrations in one Cart construction mainly through the sinusoidal Movement of the bogies of the rail vehicle can be generated. In most cases a car body can not be considered as a rigid body, so it is difficult to get the appropriate frequencies from the measured ones Filter out vibrations of the car body. This results in, that it is extremely difficult the vibration of the carriage structure in the lateral direction only attenuate by measuring the vibration of the car body. By doing one instead according to this Invention measures the movement of bogies, which can be through the bogies compensate for the induced vibration much easier.
Der Aufbauteil wird vorteilhafterweise senkrecht zu einer Längsachse des Wagenaufbaus verschoben.Of the Build-up is advantageously perpendicular to a longitudinal axis moved the carriage construction.
Die Steuerungseinrichtung wird vorteilhafterweise mit Informationen zu den dynamischen Eigenschaften des Schienenfahrzeugs versehen, die aus Experimenten oder aus theoretischen Berechnungen stammen und durch die Steuerungseinrichtung für die Steuerung der durch das Antriebsmittel hervorgerufene Bewegung des Aufbauteils in einer Weise genutzt wird, dass den Schwingungen im Wagenaufbau entgegengewirkt wird. Um ein optimales Ergebnis zu erzielen, muss die Steuerungseinrichtung über detaillierte Informationen über die dynamischen Eigenschaften des Schienenfahrzeugs verfügen.The Control device is advantageously provided with information provided to the dynamic characteristics of the rail vehicle, that come from experiments or from theoretical calculations and by the control means for the control by the Drive means caused movement of the body part in one Way is used that counteracted the vibrations in the car body becomes. In order to achieve an optimal result, the control device must have detailed information about have the dynamic characteristics of the rail vehicle.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung werden die seitliche Bewegung von mindestens einem der Drehgestelle und die seitliche Schwingung des Wagenaufbaus mit Hilfe einer ersten bzw. einer zweiten Messeinrichtung gemessen. Die Steuerungseinrichtung nutzt die Signale der ersten und zweiten Messeinrichtung zur Steuerung der Antriebsmittel, um den Aufbauteil so zu verschieben, dass den seitlichen Schwingungen des Wagenaufbaus entgegengewirkt wird. Indem die Steuerungseinrichtung sowohl eine vorwärts- als auch eine rückwärtsgerichtete Steuerung ermöglicht, wird den seitlichen Schwingungen wirkungsvoll entgegengewirkt und sind die Anforderungen an die detaillierten Informationen über die dynamischen Eigenschaften des Schienenfahrzeugs etwas weniger hoch als in den Fällen, in denen es keine rückwärtsgerichtete Steuerung gibt.According to one particularly preferred embodiment the invention, the lateral movement of at least one the bogies and the lateral vibration of the car body with Assistance of a first and a second measuring device measured. The controller uses the signals of the first and second Measuring device for controlling the drive means to the body part to shift so that the lateral vibrations of the car body counteracted. In that the control device both a forward- as well as a backward-looking one Control is enabled the side vibrations are effectively counteracted and are the requirements for the detailed information about the dynamic characteristics of the rail vehicle a little less high as in the cases in which there are no backward Control gives.
Die seitliche Schwingung des Wagenaufbaus wird vorteilhafterweise mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers gemessen, der die Beschleunigung in seitlicher Richtung misst.The Lateral vibration of the car body is advantageously with Help of an accelerometer measuring the acceleration in lateral direction measures.
Alternativ wird die Längsbeschleunigung der Befestigung der Querdämpfungsmittel am Wagenaufbau gemessen. Die Biegung des Wagenaufbaus lässt sich dadurch bestimmen, dass man die Messung an mindestens zwei Stellen durchführt, die sich vorteilhafterweise in der größtmöglichen Entfernung von der Längssymmetrieachse des Wagenaufbaus befinden.alternative becomes the longitudinal acceleration the attachment of the transverse damping means measured on the car body. The bend of the car body can be determine by measuring at least two places performs, which advantageously at the greatest possible distance from the Longitudinal axis of symmetry of the car body are located.
Im Falle einer kombinierten vorwärts- und rückwärtsgerichteten Steuerung ist es vorteilhaft, wenn die Steuerungseinrichtung zuerst die vorwärtsgerichtete Steuerung berücksichtigt.in the Case of a combined forward and backward Control, it is advantageous if the controller first the forward-looking Control taken into account.
Es ist besonders von Vorteil, wenn man die seitliche Bewegung beider Drehgestelle des Schienenfahrzeugs misst.It is particularly beneficial when considering the lateral movement of both Measuring bogies of the rail vehicle.
Durch die Steuerung des Aufbauteils als Reaktion auf die seitliche Bewegung der beiden Drehgestelle kann man den Schwingungen im Wagenaufbau wirkungsvoll entgegenwirken.By the control of the body part in response to the lateral movement The two bogies can be the vibrations in the car body effectively counteract.
Obwohl die Anforderungen bezüglich des Gewichts des Aufbauteils eines Fahrzeugs gemäß dieser Erfindung geringer sind, ist es von Vorteil, dass der Aufbauteil mindestens 1 der Masse des Schienenfahrzeugs ausmacht, um den seitlichen Schwingungen des Wagenaufbaus optimal entgegenwirken zu können. Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aber auch in dem Fall, in dem der Aufbauteil weniger als 1 % der Masse des Schienenfahrzeugs ausmacht.Even though the requirements regarding the weight of the body part of a vehicle according to this invention is lower it is advantageous that the body part at least 1 of the mass of the rail vehicle to compensate for the lateral vibrations of the rail vehicle To optimally counter carriage structure. The advantages of the invention but also arise in the case in which the body part less than 1% of the mass of the rail vehicle.
Die Messung der seitlichen Bewegung des Drehgestells kann auf viele Arten erfolgen. Die Messung der seitlichen Bewegung des Drehgestells mit Hilfe eines Kreiselkompasses wird bevorzugt.The Measuring the lateral movement of the bogie can be on many Species take place. The measurement of the lateral movement of the bogie with the aid of a gyro compass is preferred.
Die Messung der seitlichen Bewegung des Drehgestells kann alternativ z.B. durch Messung der Kraft der Querdämpfungsmittel erfolgen, die zwischen dem Drehgestell und dem Wagenaufbau angeordnet sind. Die Querdämpfungsmittel dämpfen die Drehung des Drehgestells in der seitlichen Ebene bezogen auf den Wagenaufbau.The Measurement of the lateral movement of the bogie can alternatively e.g. by measuring the force of the transverse damping means, the are arranged between the bogie and the carriage body. The Cross damping means dampen those Rotation of the bogie in the lateral plane with respect to the Car body.
Alternativ kann die Messung dadurch erfolgen, dass man mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers die seitliche Beschleunigung eines Punktes außerhalb des Drehpunkts des Drehgestells misst.alternative The measurement can be done by using an accelerometer the lateral acceleration of a point outside the fulcrum of the Bogie measures.
Es versteht sich von selbst, dass die o.g. Eigenschaften in ein und derselben Ausführungsform kombiniert werden können.It It goes without saying that the o.g. Properties in and the same embodiment combined can be.
Um die Erfindung noch weiter zu verdeutlichen, werden nachstehend detaillierte Ausführungsformen beschrieben, ohne jedoch dadurch diese Erfindung darauf zu beschränken.Around To further clarify the invention, detailed below embodiments but without thereby limiting this invention thereto.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description the drawing
Detaillierte Beschreibung der Erfindungdetailed Description of the invention
Der
Beschleunigungsmesser
Der
Fachmann wird verstehen, dass diese Erfindung nicht auf die o.g.
beschriebene Ausführung beschränkt ist
und viele Abwandlungen innerhalb des Umfangs der angehängten Patentansprüche möglich sind.
Der Kreiselkompass
In
einer alternativen Ausführungsform
gibt es nur einen der Beschleunigungsmesser
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