HU176177B - With brake-control combinable electro-hydraulic drive in particular to railway vehicles - Google Patents

Description

A találmány tárgya fékvezérléssel is kombinálható elektro-dinamikus hajtóberendezés főleg vasúti járművek részére változtatható fordulatszámú villanymotorral és hidrodinamikus hajtóművel. A hidrodinamikus hajtómű magában foglalja a hidrodinamikus nyomatékváltót a „váltó fokozat” biztosításához, és a váltót áthidaló tengelykapcsolót, amely előnyösen hidrodinamikus tengelykapcsoló, a „tengelykapcsoló fokozat” biztosításához, valamint a hidrodinamikus fékberendezést. A hidrodinamikus hajtómű további része a fokozatok automatikus kapcsolását szolgáló kapcsolóberendezés, amely felváltva kapcsolja be és ki a váltó, illetve a tengelykapcsoló fokozatot, olyképp, hogy az alsó menetsebesség-tartományban mindig a nyomatékváltó, míg a felső menetsebesség-tartományban mindig a tengelykapcsoló van bekapcsolt helyzetben.

Ilyen vasúti hajtóberendezés már ismert az 1 605 818 számú NSzK-beli szabadalmi leírásból. Ennek az ismert hajtóberendezésnek előnyei a következők. A hidrodinamikus fékezést biztosító berendezés (ott egy ellentétesen forgó nyomatékváltó) segítségével érik el, hogy a villanymotorokat nem szükséges a generátoros fékezés miatt nagyobbra méretezni, mint az a vontatási üzemmódban szükséges. Fennáll annak a lehetősége is, hogy a generátoros fékezés teljesen elmaradjon, minek következtében különösen a fékellenállások hagyhatók el. További előnye ennek az ismert berendezésnek, hogy indításkor a hidrodinamikus nyoma2 tékváltó bekapcsolásának következtében csökken az indítási áramerősség és ezzel együtt tovább csökken a motortekercsek hőtermelése és kommutátoros motorok alkalmazása esetén, a kommutátorok ter5 helése is. Ennek megfelelően fennáll a különösen kis motorok alkalmazásának lehetősége és az, hogy a transzformátort, a kapcsolóberendezéseket és hasonlókat kisebbre méretezzék.

Az elektrohidraulikus hajtóberendezéseket fent 10 említett, már ismert előnyeik ellenére szakmai körökben fenntartásokkal fogadják és az elektromos vasúti vontatójárműveket ténylegesen ilyen hajtóberendezéssel nem szereli fel. Ahelyett, hogy az elektrohidraulikus hajtóberendezések előnyeit ki15 használnák, a modern elektromos vasúti vontató járművek jelenlegi fejlődése, különösen nagyobb menetsebességeknél, más irányba halad. Lásd ehhez a „ZEV—Glasers Analen” kiadvány 1974. évi számának 232-251, illetve 363-376 számú oldalait, a 20 „Die Bundesbahn” 1975. évi számának 687—692 számú oldalait, valamint a „Dér Eisenbahningenieur” 1975. évi számának 409—411 számú oldalait. Ezek szerint az az irányzat, hogy a jelenleg túlnyomóan alkalmazott egyfázisú váltakozóáramú 25 kommutátoros motorok és a jelenleg alkalmazásra kerülő vegyesáramú motorok helyett a jövőben kommutátomélküli háromfázisú váltakozóáramú motorokat alkalmazzanak. Ehhez a teljesítményelektronika újabb fejlődése a szükséges feltételeket 30 megteremtette. A háromfázisú váltakozóáramú mo176177 toroknak nemcsak a kisebb méret, egyszerűbb felépítés és különösen a kopásnak kitett kommutátorok elmaradása az előnyük, hanem a jelentősen megjavított vonóerő-viszony is. Azaz a motorok , főleg az alsó sebesség-tartományban fejtenek ki nagy tartós vonóerőt, míg a felső sebesség-tartományban állandó teljesítmény mellett növekvő sebességnél csökkenő vonóerőt. Az ilyen villanymotorok hő-túlterhelése gyakori indításnál sem lehetséges. Ezáltal képes a háromfázisú váltakozóáramú vontató jármű mind személyvonatokat nagy sebességgel, mind nehéz tehervonatokat nagy terheléssel, kis sebességgel vontatni. A háromfázisú váltakozóáramú technikának így hasonló előnyei vannak, mint az elektrohidraulikus hajtóberendezésnek. A hidrodinamikus nyomatékváltás helyett itt elektromos nyomatékváltást alkalmaznak.

Mindenesetre a teljesítmény-elektronika szükséges területe jelenleg még nincs annyira kifejlesztve, hogy már most az összes elektromos vasúti vontató járműveket általában háromfázisú váltakozóáramú motorokkal lehessen felszerelni. A teljesítmény-elektronikai berendezéseknek máig is hátrányuk a nagy súly és a nagy helyszükséglet, ezért a háromfázisú váltakozóáramú mozdonyok összsúlya még nem kisebb lényegesen, mint a szokásos villany mozdonyé. Továbbá a teljesítmény-elektronikai berendezések beszerzési ára jelenleg még tetemes. A nevezett nyomtatványokból (pl. „Die Bundesbahn” 1975. 692. oldal) végül is az tűnik ki, hogy a háronfázisú váltakozóáramú technika elektromos vasúti vontatásnál történő alkalmazásának végleges üzemi próbája még csak most lesz, még hosszú időt vesz igénybe. Csak a próbák után fog megmutatkozni, hogy a háromfázisú váltakozóáramú technika beválik-e a gyakorlatban.

A szakmai körök már említett ellenvetései az elektrohidraulikus hajtóberendezésekkel kapcsolatban nyilvánvalóan azon a tényen alapszanak, hogy itt kettős energiaátalakítás történik, nevezetesen mechanikai energia átalakítása áramlási energiává és ismét vissza mechanikai energiává. Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy különösen hidrodinamikus nyomatékváltóval történő üzemeltetésnél, annak természetszerűen kedvezőtlen hatásfoka (egy tisztán mechanikus erőátvitelhez viszonyítva) következtében bizonyos teljesítményveszteséget kell számításba venni. Azonkívül kétségesnek tartják, hogy különösen nagysebességű járműveknél a hidrodinamikus fékezést biztosító berendezés, mint egyetlen dinamikus fék elegendő-e. Bizonyára attól tartanak a szakemberek, hogy egyetlen dinamikus fékkel nem lehet elegendő fékezési biztonságot nyújtani.

A találmány feladata az ismert elektrohidraulikus hajtóberendezést tökéletesíteni úgy, hogy a berendezésben természetszerűen fellépő teljesítményveszteségek a vontató jármű gyakorlati üzemében a lehető legkisebbek legyenek. A találmány egy további lényeges feladata még a vontatójárművet úgy kialakítani, hogy a csúcssebességű (pl. 300 km/óra) vontatásra is alkalmas legyen.

Ezt a feladatot a találmány egy olyan elektronikus kapcsolóberendezés beépítésével oldja meg, amely biztosítja azt, hogy közepes menetsebesség

-tartományban a nyomaték váltófokozatból tengelykapcsoló fokozatba kapcsol át annak függvényében, hogy a tengelykapcsoló fokozatban mindig elérhető vonóerő és a mindenkori menetellenállás közötti viszony egy meghatározott érték felett (mely legalább 1) van-e. A kapcsolóberendezés önműködően számítja ki a mindenkori (pillanatnyi) menetellenállást az F = Z_w -m b képlet szerint, ahol Zw a pillanatnyi vonóerőt a váltófokozatban, m az összes járműtömeget és b a pillanatnyi gyorsulást jelenti.

A fenti megoldással a vonóüzemben, amikor ez csak lehetséges, a tengelykapcsoló fokozat van bekapcsolt állapotban és így a viszonylag kedvezőtlen hatásfokú hidrodinamikus nyomatékváltó lényegében csak indításkor üzemel. A nyomatékváltó-tengelykapcsoló hajtóműveknél növekvő sebesseggek esetén eddig csak akkor kapcsoltak át nyomatékváltó fokozatból tengelykapcsoló fokozatba, amikor a nyomatékváltó hatásfok görbéjének maximumát túlhaladták. Ezzel ellentétben a találmány szerinti kivitelnél olyan lehetőség is van, hogy a nyomatékváltó hatásfok-görbéjének maximuma előtt a berendezés a tengelykapcsoló fokozatba kapcsol át. Nem alkalmazzuk tehát azt az eddig szokásos módszert, hogy a nyomatékváltó primér és szekundér fordulatszámának meghatározott viszonyánál, vagy egyszerűen egy meghatározott menetsebesség (szekunder fordulat) elérésénél tengelykapcsoló fokozatba átkapcsolunk. A találmány megoldási elve azon alapszik, hogy indítás után, amely mindig nyomatékváltó fokozatban történik, a hidrodinamikus hajtómű kapcsolóberendezése folyamatosan összehasonlítja a mindenkori menetellenállást azzal a vonóerővel, mely pillanatnyilag a tengelykapcsoló fokozatban elérhető lenne. Az összehasonlítás eredménye határozza meg azt, hogy a nyomatékváltó fokozat bekapcsolva marad, vagy átkapcsolás történik a tengelykapcsoló fokozatba.

A menetellenállásnak a vonóerővel történő összehasonlítása nehézség nélkül, elektronikus eszközökkel megoldható. Előnyösen a két változó hányadosának képzésére szolgáló áramköri elrendezést alakítunk ki úgy, hogy a tengelykapcsoló fokozatba történő átkapcsolás a tengelykapcsoló fokozatban elérhető vonóerő és a pillanatnyi menetellenállás meghatározott viszonyának függvényében megtörténjék. Itt mindig az adott követelményeknek megfelelően állapítható meg, hogy az átkapcsolás megtörténjék-e, ha a nevezett viszony értéke például 1 vagy 1,5, esetleg valamilyen más, 1 feletti érték. Minél nagyobb 1-nél ez a viszony, annál nagyobb a tengelykapcsoló-fokozatba való átkapcsolás után még rendelkezésre álló gyorsítóerő. Ennek az átkapcsolásnak a részleteit és feltételét a rajzokkal kapcsolatosan pontosan megmagyarázzuk.

A találmány szerinti vasúti hajtóberendezés ilyen kialakítása azt eredményezi, hogy a nyomatékváltó fokozatban történő üzemeltetés lényegesen csökken a tengelykapcsoló fokozatban történő üzemeltetéshez képest és ezzel a nyomatékváltó fokozatban számításba veendő teljesítményveszteségnek gyakorlatilag nincs többé szerepe.

A visszakapcsolás a tengelykapcsoló fokozatból nyomatékváltó fokozatba hasonló módon történhet, mint a felkapcsolás, tehát akkor, mikor a tengelykapcsoló fokozatban elérhető vonóerő és a pillanatnyi menetellenállás közötti viszony egy meghatározott érték alá kerül. A kapcsolóberendezés legtöbbször mégis úgy alakítható ki, hogy a visszakapcsolás nyomatékváltó fokozatba egyszerűen akkor történik meg, mikor a menetsebesség egy meghatározott érték alá esik. Azt a lehetőséget azonban ki akarjuk használni, hogy a villanymotor tengely kapcsoló fokozatban, korlátozott ideig ugyan, de túlterhelhető. A találmány szerint ebből a célból a visszakapcsolás tengelykapcsoló fokozatból nyomatékváltó fokozatba a villanymotor megengedhető hőterhelésének túllépésekor következik be. Ezáltal elérhető, hogy nagyobb vonóerő igény esetén is olyan sokáig, ameddig csak lehet, tengelykapcsoló fokozatban haladjon tovább a jármű, mely célból a jármű vezetője a villanymotort korlátozott idejű túlterhelésre állítja be. Ebben az esetben a berendezés csak akkor kapcsol vissza nyomatékváltó fokozatba, ha a további üzemeltetés tengelykapcsoló fokozatban a villanymotor hőtúlterhelésének veszélye miatt többé már nem lehetséges. A visszakapcsolással egy időben biztosítandó, hogy a villanymotor visszaállítása túlterhelésről tartós vagy részterhelése megtörténjék.

A találmány egy további javaslata, hogy a felkapcsolás nyomatékváltó fokozatból tengelykapcsoló fokozatba különböző feltételektől függően történjék, mindig aszerint, hogy a villanymotor rész- vagy tartós terhelésre, vagy pedig időben korlátozott túlterhelésre van-e beállítva. Az eddig ismertetett módszer csak akkor kerül alkalmazásra, ha a villanymotor rész- vagy teljes terheléssel működik. Ezzel ellentétben a villanymotor túlterhelésre történt beállításánál a nyomatékváltó fokozatból a tengelykapcsoló fokozatba való átkapcsolás aszerint történik, hogy a tengelykapcsoló fokozatba való átkapcsolást a villanymotor hőterhelhetősége megengedi-e. Gyakorlatilag ez azt jelenti, hogy a tengelykapcsoló fokozatba akkor történik a felkapcsolás, ha például a motortekercsek hőmérséklete egy meghatározott érték alatt van, vagy éppen ez alá a meghatározott érték alá csökken.

A fent leírt szerkezeti kialakításokkal a legnagyobb terhelés mellett hosszú emelkedőket lehet anélkül legyőzni, hogy a nyomatékváltó fokozat tartósan üzemelne. Ennek feltétele, hogy a nyomatékváltó fokozatba való minden visszakapcsolással egyidejűleg a villanymotor állítása túlterhelésről tartós terhelésre célszerűen önműködően megtörténjék. így a motor hőterhelése, azaz a motortekercsek hőmérséklete is csökken úgy, hogy bizonyos idő után bekövetkezik az újrafelkapcsolás tengelykapcsoló fokozatba. Ezzel egyidőben (célszerűen ismét önműködően) a villanymotor ismét túlterhelésre állítódik. Ilyen viszonyok között a hajtóberendezés közelítőleg azonos vonóerőt fejt ki egészen addig, míg a motor egy meghatározott hőmérsékletet el nem ér. Ekkor vissza kell kapcsolni nyomatékváltó fokozatb-’. A nyomatékváltó fokozat és a tengelykapcsoló fokozat közötti átkapcsol gatások egymás után többször is bekövetkeznek, pl. egy emelkedőn felfelé haladás folyamán.

A találmány szerinti vasúti hajtóberendezésnek többek között még az is előnye, hogy viszonylag 5 csekély súlya van. Ezáltal különösen megfelel nagysebességű vontatásokhoz is (pl. 300 km/óra). Mivel az ilyen nagysebességű vontatásoknál a szükséges biztonsági követelményeket is ki kell elégíteni, a találmány egy további javaslata a hidrodinamikus 10 féket olyan pótvezérlő-berendezéssel ellátni, amely a fővezérlő-berendezés egy részének esetleges működésképtelensége esetén biztosítja azt, hogy a hidrodinamikus fék vészjelzés esetén minden körülmények között bekapcsoljon. Az ilyen kiegészítő 15 berendezéssel ellátott hidrodinamikus fék önmagában is alkalmazható hidrodinamikai erőátvitel nélküli vasúti vontató járműveknél is. E megállapítás ellen felhozható, hogy a tisztán villamos mozdonyoknál a generátoros fékezési mód talán 20 nagyobb biztonságot nyújt, mint a találmány szerinti hajtóberendezésben a hidrodinamikus fék. Nevezetesen az is szóba jöhet, hogy a tisztán villamos mozdonyoknál a villanymotoroknak közvetlenül a hajtótengelyek közelében történő, már ismert elhe25 lyezése a forgózsámolyban (ETH, 1975., 251. oldal) egyszerűbb mechanikai erőátvitelt tesz lehetővé s a hajtótengely és a villanymotor között, hiszen egyedül csak egy egyszerű homlokkerékhajtás (mint tengelyhajtás) szükséges. Ezzel ellen30 tétben az elektrohidraulikus hajtóberendezéseknél a hajtótengely és a hidrodinamikus fék között további kardántengelyek szükségesek az erőátvitelhez.

Ilyen ellenvetés azonban éppen akkor nem indokolt, mikor nagysebességű járművekről van szó, 35 amelyekhez a találmány szerinti hajtóberendezés is megfelel. Az ilyen járműveknél nemcsak a kis, névleges tengelyterhelés, hanem menetdinamikai okokból az is szükséges, hogy a forgózsámoly tömege a lehető legkisebb legyen. Így a tisztán 40 villamos hajtású nagysebességű vontató járműveknél is a villanymotort a járműfelépítményben kell elhelyezni és a hajtótengelyekkel kardántengelyek közvetítésével összekötni. Ilyen elrendezésnél a generátoros fékezés sem nyújt nagyobb biztonságot, 45 mint a találmány szerinti hidrodinamikus fékezés, amihez még az is figyelembe veendő, hogy a hidrodinamikus fék mechanikus szerkezeti elemeit éppen olyan biztonsággal lehet törésre méretezni, mint a mozdony egyéb részeit, mint például a 50 kerekeket, tengelyeket és tengelyhajtóművet.

Az előző megfontolásból érthető, hogy az a kialakítás, ahol a villanymotort és a hidrodinamikus hajtóművet a járműfelépítményben helyezik el és kardántengellyel kapcsolják a hajtótengelyhez, 55 (mint ez önmagában ismert az 1 133 419 sz. NSzK-beli szabadalmi leírásból) még nagyobb jelentőséget kap akkor, ha a találmány szerinti kialakítást nagysebességű járművekben alkalmazzák. A fent leírt kialakítások mind azt eredményezik, hogy a _w jármű együttes tömege, mind a forgózsámoly tömege különösen kicsi lesz. Egy ilyen kialakítású vasúti hajtóberendezés az eddigi összes ismert vasúti hajtóberendezésnél előnyösebb, míg egyidejűleg tekintettel a szükséges fékezési biztonságra, azokkal _6S legalábbis egyenértékű.

Továbbiakban a súlycsökkentés lehetőségeit a találmány szerinti építési mód alapján mégegyszer összefoglaljuk.

A villanymotorokat, a transzformátorokat, a kapcsolóberendezéseket és hasonlókat különösen kicsire lehet méretezni, mert ezeket csak a tartós teljesítménynél és a viszonylag rövid időre korlátozott túlterhelésnél fellépő áramfelvételre kell méretezni és nem a különben tisztán villamos hajtású vontató járműveknél, a gyorsítási és fékezési teljesítmények következtében fellépő tényleges áramerősségekre. Ezenkívül a villanymotorok fordulatszámának csak kb. 1:2 vagy 1 :1,8 arányok között kell állíthatónak lennie. Elmaradnak a fékellenállások, így a járműtest áramlástanilag kedvezőbben alakítható ki. Ennek következtében csökken a menetellenállás és így a villanymotorok teljesítményfelvétele. Továbbá fennáll annak a lehetősége, hogy a bevált, egyfázisú kommutátoros motorokat alkalmazzák, minek következtében a nehéz és drága teljesítmény-elektronikai berendezés mellőzhető. (Ez azonban nem zárja ki azt, hogy a találmány szerinti vasúti hajtóberendezést más körülmények között kommutátor nélküli háromfázisú váltakozóáramú motorokkal szereljék fel.)

További előnyök lehetnek még, hogy a hidrodinamikus nyomatékváltás következtében a gyakori indítások és gyorsítások, valamint adott esetben a fékezések nem hatnak vissza a hálózatra, azaz a teljesítménytényező minden üzemállapotban kedvező. Esetleges elektromos rövidzárlat következtében fellépő, természetellenesen nagy nyomatékok a hidrodinamikai szerkezet alkalmazása folytán veszélytelenek a hajtórendszerre. Ezenkívül a találmány szerinti hajtóberendezés minden olyan előnynyel rendelkezik, amelyet a tisztán villamos üzemű, teljesítmény-elektronikával és kommutátor nélküli, háromfázisú motorokkal lehet elérni, nevezetesen: előnyös vonóerőkifejtés, a villanymotorok kis hőterhelése, és a mozdonyok különösen sokoldalú alkalmazhatósága úgy gyors- vagy személyvonat, mint tehervonat vontatására.

A „Railway Gazette International” folyóirat 1975. évi számának 397. oldaláról — mint ez már ismert — a villanymozdonyban a villanymotort az utána kapcsolt, tisztán mechanikus, fordulatszámcsökkentő áttétellel együtt a járműfelépítményben helyezik el és a hajtómű kimenő tengelyét kardántengely közvetítésével csatlakoztatják a forgózsámolyon elhelyezkedő meghajtótengelyhez. Ennek az ismert kialakításnak az a hátránya, hogy a kardántengely középső részének forgómozgásánál teljesen soha el nem kerülhető egyenlőtlenség csökkenti a súrlódási tényezőt a kerék és a sín között, éspedig azért, mert a nagy tehetetlenségi nyomatékkai rendelkező villanymotor elfordíthatatlanul van rögzítve a kardántengelyhez és így a motor forgásának egyenlőtlenségei a járműkerékre is átvivődnek. A találmánnyal ezt a hátrányt sikerült kiküszöbölni, mivel a hidrodinamikus hajtómű alkalmazásának eredményeképpen nincs fix (elfordíthatatlan) rögzítés vagy kapcsolat a motor és a kardántengely között.

A találmány lényegéhez tartozik, hogy a nyomatékváltó fokozatból a tengelykapcsoló fokozatba történő átkapcsolás a tengelykapcsoló fokozatban elérhető vonóerő és a pillanatnyi menetellenállás viszonyának függvényében történik. Ehhez egy további részfeladatot kell megoldani, nevezetesen al⁵ kalmazni kell egy berendezést, amely folyamatosan méri a menetellenállást. A találmány ezt úgy oldja meg, hogy a vezérlőberendezés érzékeli a hajtóberendezés által kifejtett vonóerőt (a motorteljesítménykapcsoló állásából és a mindenkori menetsebességből) és hogy méri a mindenkori gyorsulást, ezt szorozza a mindenkori gyorsított tömeggel. A mért vonóerő és a szorzás útján nyert gyorsítóerő különbsége a mindenkori menetellenállás.

A tengelykapcsoló fokozatból a nyomatékváltó fokozatba való visszakapcsolás a villanymotor megengedhető hőterhelésének túllépése következtében történik. A találmány előnyös kiviteli alakja szerint ez a motortekercsek hőmérsékletét mérő készülékkel, vagy pedig a villanymotor teljesítményfelvételét és az időt mérő készülékkel történhet.

A találmány további lényege, hogy az egyetlen dinamikus fékként alkalmazott hidrodinamikus féket, annak feltöltési fokát szabályozó fővezérlőberendezése mellett egy pótvezérlőberendezéssel látjuk el, amely vészjelzés esetén a hidrodinamikus féket működteti. Elképzelhető lenne a működésbiztonság növelése érdekében a hidrodinamikus fék vezérlőberendezését többszörösen, pl. kétszeresen alkalmazni. Felismertük viszont, hogy ilyen nagy ráfordítás nem szükséges és hasonló nagy működési biztonságot nyújt a találmány szerinti kialakítás is.

Különösen az a megoldás előnyös, ahol zavar esetén, pl. a töltésszabályozó szelep fennakadása esetén a fék által kifejtett fékezési nyomatékot az egyébként is meglévő biztonsági szelepként működő túlfolyószelep korlátozza. Ezáltal pótvezérlőberendezésként csak egy állítóberendezést kell alkalmazni, amely vészjelzésre a töltőszelepet, bizonyos mértékig erőszakosan, a maximális töltési fokozatra állítja. Az egyik kiviteli alaknál például egyedül csak egy járulékos kapcsolószelep van, amely mind a töltésszabályozó szelep, mind a saját bekapcsoló szelep hibájánál hatásosan működik.

A találmány egy további lényeges előnye, hogy a hidrodinamikus fék bekapcsolásakor a hajtómű üresjárásra kapcsol, azaz ha eddig a tengelykapcsoló volt bekapcsolva, akkor az kiold, illetve ha addig a nyomatékváltó volt bekapcsolva, akkor az — például leürítéssel — kikapcsol. Ennek azért van különös fontossága, mert különben a villanymotorokat is le kellene fékezni, melyeknek tehetetlenségi nyomatéka a jármű tömegéhez viszonyítva nem elhanyagolható.

A találmány példaképpeni kiviteli alakjait a továbbiakban rajzok kapcsán ismertetjük részletesebben, amelyeken az 1. ábra egy négy tengelyes mozdony egyik forgózsámolyához az elektrohidraulikus hajtóberendezés vázlata, a 2.ábra pedig az l.ábra szerinti hajtóberendezés vonóerő-sebesség diagramja.

A 3.ábra az l.ábra szerinti hajtóberendezés hidrodinamikus fékje vezérlésének vázlata, és a

4. ábra egy fékvezériésnek a 3. ábrához képest átalakított vázlata. Az 5. ábra egy részlet kapcsolási vázlata.

Az 1. ábra szerinti elektrohidraulikus hajtóberendezés része a 20 villanymotor, amely a 21, 22 fogaskerekekkel a hidrodinamikus 24 hajtómű 23 bemenőtengelyét meghajtja. Az alsó menetsebesség tartományra, azaz álló helyzetből való indulásra és adott esetben időnkénti gyorsítási szakaszokra, vagy emelkedők legyőzésére a hidrodinarrikus 25 nyomatékváltó, míg az egyéb vontatási üzemmódokra a hidrodinamikus 26 tengelykapcsoló szolgál. A 24 hajtómű 27 kimenőtengelyén a hidrodinamikus 28 fék van és a mechanikus 29 irányváltóműhöz kapcsolódik, amelyből egy-egy 30 kardántengely vezet a 32 forgózsámoly mindkét 31 tengelyhajtóművéhez.

A hidrodinamikus 24 hajtómű vezérlését az elektronikus 33 kapcsolóberendezés biztosítja. Ebbe a 33 kapcsolóberendezésbe a következő adatokat vezetjük be:

A 34 fordulatszámmérőtől a hajtómű nj bemenő fordulatszámát, a további 35 fordulatszámmérőtől a hajtómű n₂ kimenőfordulatszámát, a 20 villanymotorban elhelyezett 36 mérőkészüléktől a motortekercsek T hőmérsékletét, a minden út előtt beállítandó 37 jeladótól az m járműtömeget (mozdony + vontatmány), a 38 gyorsulásmérőtől a mindenkori b járműgyorsulást és végül a 39 motorteljesítmény-kapcsoló jelzését (az ábrázolás egyszerűsítése céljából a 39 motorteljesítmény-kapcsolót a 33 kapcsolóberendezés belsejében tüntettük fel).

A 33 kapcsolóberendezés a hidrodinamikus 24 hajtómű fokozatainak automatikus kapcsolását szolgálja. Elektronikus eszközökkel feldolgozza a bemenő adatokat és annak megfelelően vezérli, mint a következőkben ezt egyenként leírjuk, váltakozva a 25 nyomatékváltó és a 26 tengelykapcsoló ki- és bekapcsolását. Az átkapcsolást jel átvitelét a 33 kapcsolóberendezéstől a 24 hajtóműhöz a rajzon jelképesen a 40, 41 vezérlővezetékek jelölik. A 25 nyomatékváltó és 26 tengelykapcsoló be- és kikapcsolása előnyösen töltéssel vagy leürítéssel történik. Az ehhez szükséges hidraulikus vezérlőelemeket a rajz nem jelöli.

Álló helyzetből az indulás mindig nyomatékváltó fokozatban történik. A tengelykapcsoló fokozatba való átkapcsolás a következőkben leírt módon történik, melyek megvilágításához a 2. ábrát használjuk, ahol:

Zrd a hajtóberendezéssel elérhető tartós vonóerő bekapcsolt tengelykapcsolónál,

Zru ^a bekapcsolt tengelykapcsoló és a 20 villanymotor túlterhelésre kapcsolt állapota melletti, azaz például 10 perces időtartamig elérhető vonóerő,

Zwd bekapcsolt nyomatékváltónál elérhető tartós vonóerő, amely alsóbb menetsebességeknél a H tapadási vonóerőre korlátozott,

F_a, Eb» Fc menetellenállások különböző emelkedőknél,

WD a nyomatékváltó hatásfoka tartós teljesítményre bekapcsolt villanymotornál.

Feltételezzük, hogy a következőkben a jármű az F_a menetellenállási görbének megfelelő pályán mozog. Akkor, az indulás után, kb. a 9 pont eléré sekor, azaz v₉ sebesség elérésénél a nyomatékváltófokozatból a tengelykapcsoló fokozatba átkapcsol. Az átkapcsolási folyamat nemcsak egyszerűen a v₉ sebesség elérésének függvényében történik, hanem a 33 kapcsolóberendezés a pillanatnyi F₉ menetellenállást összehasonlítja az akkor Z’ vonóerővel, amely a tengelykapcsoló fokozatban a pillanatnyi menetsebességnél elérhető lenne. A példában úgy vettük, hogy a 39 motorteljesítmény-kapcsoló D tartós terhelésen áll, így a nevezett összehasonlításnál a tengelykapcsoló fokozatban elérhető Z’ vonóerőként a Zrd tartó vonóerő szerepel. Ezután az átkapcsolás tengelykapcsoló fokozatba attól függően történik, hogy a tengelykapcsoló fokozatban elérhető Z’ vonóerő azonos, vagy bizonyos értékkel nagyobb, mint a pillanatnyi F₉ menetellenállás. Más szavakkal elérhető, hogy az átkapcsolás tengelykapcsoló fokozatban elérhető Z’ vonóerő és a pillanatnyi menetellenállás között nagyobb, mint egy bizonyos 1 fölött fekvő Z’/F érték. Itt követelmény lehet, hogy ez a viszony nagyobb legyen, mint 1,5. A különböző v menetsebességekhez különböző Z’/F viszonyszámokat lehet megállapítani és arról is lehet gondoskodni, hogy például v₉ sebességnél a Z’/F = 2 és egy nagyobb v₈ sebességnél a Z’/F például 1,4 legyen.

A találmány szerinti automatikus átkapcsoláshoz nyomatékváltó fokozatból tengelykapcsoló fokozatba minden esetben legelőször a mindenkori menetellenállást kell meghatározni. A menetellenállást a nyomatékváltó fokozatban a vonóerő pillanatnyi értéke pl. Z\y₉ és B₉ gyorsítóerő közötti különbség adja. A Z_W9 vonóerő a pillanatnyi v₉ menetsebességből és a 39 motorteljesítmény-kapcsoló állásából, míg a B₉ gyorsítóerő az előre megadott m járműtömeg és a folyamatosan mért b gyorsulás szorzataként adódik. A pillanatnyi F₉ menetellenállás a Z_W9 és a B₉ értékek különbsége. Ez kerül összehasonlításra a tengelykapcsoló fokozatban elérhető Z’ vonóerővel. Az adott esetben a 2. ábrából minden további nélkül látható, ' hogy a Z’ többször nagyobb, mint az F₉, így á kapcsolóberendezés most már tengelykapcsoló· fokozatba kapcsol.

A 2. ábra még egy további lehetséges üzemállapotot ábrázol. Feltételezzük, hogy a jármű v₈ menetsebességgel halad egy erős emelkedőn (az F_c menetellenállás görbe 8 pontja), amelynél - mint előbb - a 39 motorteljesítmény-kapcsoló tartós terhelésen áll. A 8 pontot az jellemzi, hogy az F_c menetellenállásgörbe és a Z_WD nyomatékváltó tartósvonóerő - jelleggörbe metszéspontjában van, azaz a feltételezett esetben nincs gyorsítóerő. A 33 kapcsolóberendezés itt is folyamatosan összehasonlítja a pillanatnyi menetellenállást azzal a vonóerővel, amely a tengelykapcsoló fokozatban akkor elérhető lenne. A pillanatnyi menetellenállás itt azonos a Zwg vonóerővel, amely mint az előbbi példánál a pillanatnyi v₈ menetsebességből és a 39 motorteljesítmény-kapcsoló állásából adódik. Mint látjuk, a menetellenállás nagyobb, mint a tengelykapcsoló fokozatban elérhető Z’ vonóerő. Ennek következtében a 33 kapcsolóberendezés biztosítja, hogy a 8 munkapontnál a nyomatékváltó fokozat legyen bekapcsolva.

A továbbiakban feltételezzük, hogy az emelkedés enyhébb lesz. A feltételezett esetben ez azt jelenti, hogy a közel azonosan maradó v₈ menetsebesség mellett a 8 munkapontból átkerülünk az F_b menetellenállásgörbe 7 munkapontjára. Itt az F₇ menetellenállás ismét azonos a pillanatnyi/Z_W8 nyomatékváltó-vonóerő és a pillanatnyi B₇ gyorsítóerő különbségével. Mivel F₇ kisebb, mint a tengelykapcsolófokozatban elérhető Z’ vonóerő, vagy (pontosabban szólva) mivel a Z’/F viszony kb. 1,7, a 33 kapcsolóberendezés most már elvégzi az átkapcsolást a nyomatékváltó fokozatból a tengelykapcsoló fokozatba.

Nyilvánvaló, hogy egy meghatározott határsebesség fölött (a 2. ábrán a v₆ sebességnél) a nyomatékváltó fokozatba nem szabad átkapcsolni, különösen a vontatás viszonylag rossz ha ísfokkal történnék. Határsebességként előnyösen azt a sebességet választjuk, amelynél a tengelykapcsoló fokozatban elérhető Z_KD tartás vonóerő állandó értékű tartományából a növekvő menetsebességek mellett csökkenő értékű tartományába megy át (a 2. ábrán a 6 pont). Egy meghatározott alsó határsebesség (pl. v₉) alatti üzemnél megfelelő módon elvileg a nyomatékváltó fokozatba történik átkapcsolás.

Mint az villamos hajtású vontató járműveknél szokásos, a találmány szerinti kialakításnál is lehetséges, hogy a 39 motorteljesítmény-kapcsoló túlterhelésre (U helyzet) is beállítható. Ezáltal a villanymotorokkal megfelelően nagyobb vonóerő érhető el. Ez az állapot azonban csak egy rövid időre, például 10 percre engedhető csak meg. Gondoskodhatunk arról, hogy ezen idő elteltével figyelmeztető fény gyulladjon ki, vagy a szerkezet önműködően visszakapcsoljon tartós terhelésre, ezzel elkerülve a motortekercsek meg nem engedhető felmelegedését. A találmány szerinti elektrohidraulikus hajtóberendezésnél az átkapcsolás túlterhelésre elvileg mind a nyomatékváltó, mind a tengelykapcsoló fokozatban lehetséges. Célszerű a nyomatékváltó fokozatból a tengelykapcsoló fokozatba történő átkapcsolás vezérlését, addig, amíg a 39 motorteljesítmény-kapcsoló túlterhelésre van beállítva, már nem a pillanatnyi menetellenállástól és a tengelykapcsoló fokozatban elérhető vonóerőtől, hanem a villanymotor hőterhelésétől függővé tenni. Legyen például bekapcsolt tengelykapcsoló fokozatnál a villanymotor túlterhelésre beállítva, esetleg emelkedő leküzdéséhez vagy meghatározott gyorsulás eléréséhez. Ekkor a visszakapcsolás nyomatékváltó fokozatba különböző módon lehetséges: vagy az előre megadott időtartam, pl. 10 perc elteltével, ahol azt is lehet biztosítani, hogy egyidejűleg a villanymotor tartós terhelésre automatikusan vissza legyen állítva, vagy a motortekercsek egy meghatározott hőmérsékletének elérése következtében.

A másodikként említett módszernél is, egyidejűleg a nyomatékváltó fokozatba történő visszakapcsolással, a villanymotort tartós terhelésre vissza lehet állítani. Azonkívül arról is lehet gondoskodni, hogy a hőmérsékletnek meghatározott e'rtékre csökkenésekor a hajtóművet ismét tengelykapcsoló fokozatba és a villanymotort ismét túlterhelésre kapcsoljuk természetesen azzal a feltétellel, hogy a 39 motorteljesítmény-kapcsoló, mint előzőleg, az U helyzetet veszi fel.

Mint az a 2. ábrából látható, a 25 nyomatékváltó kialakítása célszerűen olyan, hogy a Z_WD görbe a 6 pontban metszi a Zkd görbét.

A 3. ábrán bemutatott hidrodinamikus 28 fék vezérlőberendezése hasonló a 24 08 876 számú NSzK-beli nyilvánosságra hozatali iratban leírt megoldáshoz. A fék munkafolyadékának hűtőköre a következő elemekből áll: 50 leeresztő-vezeték, bekapcsoló 51 szelep, 52 vezeték, 53 hűtő, 54 vezeték és 55 beömlő-vezeték.

A bekapcsoló 51 szelepnek két állása van: a rugóerő által létrehozott „Ki” helyzet, amit a rajz mutat, és egy „Be” helyzet. Az 51 szelep átkapcsolása „Be” helyzetbe fékezési parancsnál, pl. nyomólevegő (61 vezérlővezeték) által következik be. A „Ki” helyzetben az 50 leeresztővezeték a folyadéktárolóhoz (49 gyűjtőedény) csatlakozik, akkor megszakad az összeköttetés az 54 vezeték és az 55 beömlővezeték között. Továbbá a 24 hajtómű 23 kimenőtengelyével hajtott 57 töltőszivattyú és a 24 hajtómű 27 kimenőtengelyére szerelt másik 57a töltőszivattyú közös 56 nyomóvezetéke az 53 hűtőhöz vezető 52 vezetékhez kapcsolódik. így az 57 töltőszivattyú kikapcsolt féknél az 54 vezetékhez csatlakoztatott 58 leágazóvezetéken keresztül láthatja el a hidrodinamikus 24 hajtómű (l.ábra) 25 nyomatékváltóját vagy 26 tengelykapcsolóját hűtött munkafolyadékkal. „Be” helyzetben a hűtőkör zárt, azaz a munkafolyadék folyamatosan áramlik a 28 féktől az 55 hűtőhöz és ismét vissza. További az 57 és 67a töltőszivattyúk 56 nyomóvezetéke a 62a, 62b töltővezetékhez csatlakozik. Ez utóbbi mint a 3. ábra mutatja, az 55 beömlővezetékhez kapcsolódik vagy közvetlenül a 28 fék munkaterébe vezet. Az 50 leeresztő-vezetékhez a 63a, 63b ürítővezeték csatlakozik, amely szintén a 49 gyűjtőedénybe vezet.

Mind a 62a, 62b töltővezeték, mind a 63a, 63b ürítővezeték a 60 szabályozószelepen vezet keresztül, amellyel a 28 fék munkaterében a töltési fok és ezzel a fék által kifejtett fékezési nyomaték szabályozható. A 60 szabályozószelepnek a rajzon jelképesen ábrázolt 64 szabályozó-dugattyúját nyugalmi állapotban a 65 rugó nyomja vissza az ábrázolt véghelyzetbe. Itt a 62a, 62b töltővezetékhez tartozó szelepkeresztmetszet teljesen nyitott és a 63a, 63b ürítővezetékhez tartozó szelepkeresztmetszet zárt. A 64 szabályozó dugattyú 65 rugó által nyomott homlokfelülete a 66 vezérlővezetéken keresztül is, szándékosan változtatható vezérlő-légnyomással (kell-érték) nyomható. Továbbá a 64 szabályozó dugattyú szemközti homlokfelülete a 67 mérővezetéken keresztül szabályozónyomással (mért-érték) nyomható. A fent nevezett szabályzónyomás képzésére a 28 fék munkateréhez a 70 túlfolyóvezeték csatlakozik a 73 és 74 fojtószelepekkel, amelyek között kialakul a szabályozó nyomás.

A 28 fék által kifejtett nyomaték meghatározott felső értékének korlátozása céljából az 50 leeresztő-vezetéken a 61 túlfolyószelep helyezkedik el.

Arra az esetre, ha a bekapcsoló 51 szelep vagy a 60 szabályozó szeiep valamilyen okból már nem veszi fel szabályszerűen a fék bekapcsolásához szükséges helyzetét, a következő különleges műveletek biztosítandók: Az 51 szelep és a 60 szabályozószelep mindegyikén vagy egy-egy 75, illetve 76 nyomóközeg-állítóhenger, amely vészjelzésre (nyomás a 62 vezetékben) a bekapcsoló 51 szelepet „Be” helyzetbe, illetve a 60 szabályozószelepet a fék legnagyobb töltését biztosító helyzetbe állítja. A vészjelzésre tehát mindig a lehető legnagyobb, a 71 túlfolyószelep által behatárolt fékezési nyomaték áll be.

Vészhelyzetben, például, amikor az 51 szelep, vagy a 60 szabályozószelep fennakad, a fékezés a 4. ábra szerint történhet. Itt a bekapcsoló 51 szelepet megkerülő, ‘kiegészítő hűtőköri 80, 81 és 82, 83 vezetéket és a 60 szabályozószelepet megkerülő, kiegészítő 84, 85 töltővezetéket alkalmazunk. Kiegészítésül még egy további bekapcsoló 86 szelep kerül felhasználásra, amely vészjelzésre (nyomásváltozás a 72 vezetékben) az 57 és 57a töltőszivattyúkat a 84 és 85 töltővezetékeken keresztül közvetlenül a 28 fék munkaterébe köti úgy, hogy a fék gyorsan feltöltődik. Ezenkívül alakul a kapcsolat a 80 és 81 vezetékek között, valamint a 82 és 83 vezetékek között is, úgy, hogy kiegészítő hűtőkör jön létre.

A könnyebb érthetőség kedvéért az 5. ábra részleteiben is mutatja az 1. ábrán látható és már ismertetett 33 kapcsolóberendezést. Az 5. ábra a már leírt 35 és 37—39 részeken kívül még azokat a 90—97 vezérlő- vagy számítórészeket is szemlélteti, amelyek szükségesek ahhoz, hogy a szerkezet a váltófokozatról a tengelykapcsoló-fokozatra átkapcsoljon.

A v és S értékek a 90, illetve 91 vezérlőegységekbe jutnak, emellett az előbbi olyan programokat tárol, melyek a 39 motorteljesítménykapcsoló különböző S állásaiban elért v menetsebesség függvényében a váltófokozatban elérhető Z_w vonóerőnek felelnek meg. Ily módon a 90 vezérlőegység kimenetén keletkező jel a váltófokozatban jelentkező pillanatnyi Z_w vonóerőnek felel meg. Hasonlóképp a 91 vezérlőegység olyan jelet ad, amely a tengelykapcsoló fokozatban jelentkező pillanatnyi Zj< vonóerőt szemlélteti.

A 92 multiplikátor az m járműtömegből és a pillanatnyi b gyorsulásból alkotott szorzatot határozza meg. Az m · b szorzat mely a pillanatnyi B gyorsítóerőt képviseli, továbbá a Zw jel a 93 differenciaképzőbe jut, ahol az Z_w mínusz B különbség jön létre. Ez a különbség a pillanatnyi F menetellenállás.

A 94 vezérlőegység a Z_K és F jeleket fogja fel és ezekből a Zr/F hányadost alkotja. A 95 vezérlőegység az X hivatkozási jelet hozza létre, amely nagyobb mint 1 és pl. a v menetsebességtől vagy az m járműtömegtől függ.

A 96 összehasonlító készülék a fent említett Zr/F jelet az X hivatkozási jellel hasonlítja össze. Ez a készülék csak akkor ad egy C kapcsolási jelet, ha Z_K/F egyenlő vagy nagyobb mint X. A C jel kiváltja az átkapcsolást a váltófokozatból a tengelykapcsoló fokozatba, de a 97 vezérlőegység hatására csak akkor, ha a v menetsebesség egyenlő vagy nagyobb mint v₉. Ez esetben ugyanis a C jel a 40 és 41 vezérlővezetékeken át a 24 hajtóműbe jut.

Claims (9)

Szabadalmi igénypontok:

1. Fékvezérléssel kombinálható, elektrohidraulikus hajtóberendezés, főleg vasúti járművek részére, változtatható fordulatszámú villanymotorral és hidrodinamikus hajtóművel, amely magába foglalja a hidrodinamikus nyomatékváltót a „váltó-fokozat” biztosításához és a váltót áthidaló tengelykapcsolót, ez előnyösen egy hidrodinamikus tengelykapcsoló, a „tengelykapcsoló fokozat” biztosításához, valamint a hidrodinamikus fékberendezést, továbbá a fokozatok automatikus kapcsolását szolgáló kapcsolóberendezést a nyomatékváltó és a tengelykapcsoló változó be- és kikapcsolására, ahol az alsó menetsebességtartományban mindig a váltó fokozat, a felső menetsebességtartományban mindig a tengelykapcsoló fokozat van bekapcsolt helyzetben, azzal jellemezve, hogy a váltófokozatból a tengelykapcsoló fokozatba átkapcsoló kapcsolóberendezés (33) tartalmaz: a váltó fokozatban kifejtett vonóerő (Z_w) és a hozzá tartozó gyorsítóerő (B) különbségeként alkotott menetellenállást (F) meghatározó differenciaképző egységet (93), továbbá a járműtömeg (m) és a gyorsítás (b) szorzataként a pillanatnyi gyorsítóerőt (B) képző multiplikátort (92), és a meglévő menetellenállást (F₉) az átkapcsolás után a tengelykapcsoló fokozatban elérhető vonóerővel (Zr) összehasonlító, a közepes sebességtartományban (v₉-v₆) a váltó fokozatból a tengelykapcsoló fokozatba való átkapcsolásra jelt adó összehasonlító készülékei (96).

2. Az 1. igénypont szerinti hajtóberendezés kiviteli alakja, melynek villanymotorja korlátozott időtartamra túlterhelésre beállítható, azzal jellemezve, hogy a közepes menetsebesség-tartományban a visszakapcsolást tengelykapcsoló fokozatból nyomatékváltó fokozatba végző berendezés a villanymotor hőterhelését érzékelő hőérzékelővel kapcsolatos.

3- Az 1. vagy 2. igénypont szerinti hajtóberendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az egyetlen dinamikus fékként működő hidrodinamikus fék töltési fokát beállító, azaz a hidrodinamikus féknyomatékot vezérlő fő-vezérlőberendezésen kívül, vészjelzésre a hidrodinamikus fék bekapcsolását kiváltó pót-vezérlőberendezéssel rendelkezik.

4. Az 1—3. igénypontok bármelyike szerinti hajtóberendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a villanymotor (20) és a hidrodinamikus hajtómű (24) a járműfelépítményben helyezkedik el és, kardántengelyeken (30) keresztül kapcsolódik a forgózsámolyban (32) ágyazott hajtótengelyhez.

5. A 2-4. igénypontok bármelyike szerinti hajtóberendezés kiviteli alakja melynek jellemzője, a villanymotor (20) tekercseinek hőmérsékletét mérő, egy meghatározott hőmérséklet túllépésekor tengelykapcsoló fokozatból nyomatékváltó fokozatba visszakapcsoló mérőkészülék (36).

6. A 2—4. igénypontok bármelyike szerinti hajtóberendezés kiviteli alakja, melynek jellemzője, a villanymotor (20) teljesítményfelvételét mérő és időmérő készülékkel kapcsolatos a hajtómű átkapcsolását tengelykapcsoló fokozatból nyomatékváltó fokozatba egy meghatározott teljesítményfelvétel értékhez tartozó meghatározott időtartam eltelte után létesítő mérőkészülék.

7. A 3-6. igénypontok bármelyike szerinti hajtóberendezés kiviteli alakja, melynek hidrodinamikus fékje a fék töltési fokának beállítására szolgáló, a töltést szabályozó szeleppel és a fék munkaterében a folyadéknyomást korlátozó túlfolyószeleppel rendelkezik, azzal jellemezve, hogy pót-vezérlőberendezésként a szabályozószeleppel (60) összekapcsolt nyomóközeg állítóhengere (76), vagy más vészjelzésre a szabályozószelepet (60) legnagyobb töltési fokra állító berendezése van.

8. A 3—7. igénypontok bármelyike szerinti hajtóberendezés kiviteli alakja, amelynek hidrodinamikus fékje bekapcsoló szeleppel és a fék munkaterében a folyadéknyomást korlátozó túlfolyószeleppel rendelkezik, azzal jellemezve, hogy a pót-vezérlőberendezésnek nyomóközeg-állítóhengere (75) vagy más a bekapcsoló szeleppel (51) összekapcsolt állítóberendezése van, amely vészjelzésre a bekapcsoló szelepet olyan állásba hozza, melynél a 5 fék (28) bekapcsolt állapotban van.

9. A 3-6. igénypontok bármelyike szerinti hajtóberendezés kiviteli alakja, melynek hidrodinamikus fékje hűtőkörrel, annak bekapcsoló szelepével, egy szabályzó szeleppel a fék töltési fokának 10 beállítására és a fék munkaterében a folyadéknyomást korlátozó túlfolyó szeleppel rendelkezik, azzal jellemezve, hogy a pót-vezérlőberendezés a kiegészítő, a bekapcsoló szelepet (51) megkerülő hűtőköri vezetékekkel (80, 83), a kiegészítő, a 15 szabályozó szelepet (60) megkerülő töltővezetékkel (84, 85) és vészjelzésre a kiegészítő hűtőkön vezetékeket valamint a kiegészítő töltővezetékeket szabaddá tevő további bekapcsoló szeleppel (86) rendelkezik.