NO854560L

NO854560L - LEADING DEVICE IN BOGGI FOR SHINING VEHICLE.

Info

Publication number: NO854560L
Application number: NO854560A
Authority: NO
Inventors: Ingemar Persson
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1984-11-22
Filing date: 1985-11-15
Publication date: 1986-05-23
Also published as: SE8405891L; SE8405891D0; EP0182338A1; AU5004485A; ZA858893B

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fjærende anordning i boggi for skinnegående kjøretøy hvor boggien to parallelle, adskilte siderammer, et par hjulaksler som hver for seg er roterbart opplagret i de respektive siderammers endepartier, og en tverrgående vuggebjelke som strekker seg mellom siderammenes midtpartier og viss endepartier er slik fjærende opplagret i de respektive siderammer ved hjelp av en fjæringsanordning at vuggebjeikene tillates å bevege seg begrenset i vertikalt og sideveis i vuggebjelkenes lengderetning i siderammene. The present invention relates to a spring-loaded device in a bogie for a rail-running vehicle, where the bogie has two parallel, separate side frames, a pair of wheel axles which are each rotatably supported in the end parts of the respective side frames, and a transverse cradle beam that extends between the middle parts of the side frames and certain end parts is as follows resiliently stored in the respective side frames by means of a suspension device that the cradle beams are allowed to move limited vertically and laterally in the cradle beams' longitudinal direction in the side frames.

For transport av meget tungt gods på jernbane kreves vanligvis flekakslede godsvogner hvor hjulakslene er opplagret i boggier i hver ende av hver vogn for å oppta blant annet vinkelvridninger som oppstår under kjøring i kurver. For the transport of very heavy goods by rail, flat-axle freight wagons are usually required, where the wheel axles are stored in bogies at each end of each wagon to absorb, among other things, angular twists that occur when driving in curves.

Et problem med slike godsvogner er at deres kjøre-egenskaper i betydelig grad varierer i avhengighet av hvor stor lasten er. I mange tilfeller er i fjærende anordninger i boggiene dimensjonert i henhold til en tenkt normal maksimallast på vognen for å gi den gode kjøreegenskaper. Slike fjærende anordninger kan eksempelvis utgjøres av en sats skruefjærer av stål som er innspent mellom en bunnbjelke i siderammen og enden av vuggebjeiken. Ved at disse fjærer har lineær fjæringskarakteristikk blir imidlertid fjæringen meget stiv i forhold til vognens vekt når den ikke er belastet, noe som medfører flere problemer. For det første øker risikoen for avsporing ved tomlast på grunn av denne fjær-stivhet. Ved eksempelvis en skråstillingen av sporet, slik tilfellet er når vognen går inn i en dosert kurve hvor yt-terskinnen er løftet i forhold til innerskinnen, søker det indre hjul på den fremre boggi å løftes fra den indre skinne. Videre gir den lineære fjæringskarakteristikk opphav til dårlige kjøreegenskaper hos vognen ved tomlast, forår-saket av en høy egenfrekvens vertikalt og sideveis, noe som medfører et ugunstig såkalt kjørekomforttall som henfør-es til svingninger og vibrasjoner i vognen. A problem with such freight wagons is that their driving characteristics vary considerably depending on how big the load is. In many cases, spring devices in the bogies are dimensioned according to an imaginary normal maximum load on the wagon to give it good driving characteristics. Such springy devices can, for example, consist of a set of coil springs made of steel which are clamped between a bottom beam in the side frame and the end of the cradle beam. As these springs have linear suspension characteristics, however, the suspension becomes very stiff in relation to the weight of the cart when it is not loaded, which causes several problems. Firstly, the risk of derailment when empty increases due to this spring stiffness. For example, when the track is tilted, as is the case when the carriage enters a metered curve where the outer rail is raised in relation to the inner rail, the inner wheel on the front bogie seeks to be lifted from the inner rail. Furthermore, the linear suspension characteristic gives rise to poor driving characteristics of the wagon when empty, caused by a high natural frequency vertically and laterally, which results in an unfavorable so-called driving comfort figure which is attributed to oscillations and vibrations in the wagon.

En ytterligere ulempe med den lineære fjæringskarakteristikk er at gjennomslag kan oppstå når en fullastet passerer over en sporfeil i vertikalretning, eksempelvis når vognen ruller over en grop eller en kort forhøyning på en skinne slik at fjæringssystemet ikke vil være istand til å oppta de store dynamiske laster som oppstår, noe som medfører at boggiens og vognhusets bærende deler direkte må oppta store dynamiske krefter når fjærene slår an i bun-nen mot et fast anslag, noe som begrenser en høyest tillate-lig hastighet ved normal sporstandard da lasten eller ville utsettes for altfor store akselerasjonskrefter og rykk ved gjennomslag. A further disadvantage of the linear suspension characteristic is that impact can occur when a fully loaded vehicle passes over a track defect in the vertical direction, for example when the wagon rolls over a pit or a short elevation on a rail so that the suspension system will not be able to absorb the large dynamic loads which occurs, which means that the load-bearing parts of the bogie and the carriage body must directly absorb large dynamic forces when the springs strike at the bottom against a fixed stop, which limits a highest permissible speed at normal track standards as the load or would be exposed to too much large acceleration forces and jolts on impact.

For å unngå visse av disse problemer har man tidlig-ere foreslått å benytte en totrinns fjæring, dvs. en fjæringsenhet som har myke fjærer som virker ved tomlast og hvor stivere fjærer som er dimensjonert for maksimallast, automatisk trer i funksjon når lasten øker over en bestemt verdi. En slik vogn får imidlertid dårlige kjøreegenskaper under visse lastforhold, eksempelvis når vognen delvis er belastet slik at de stive fjærer såvidt settes i funksjon. In order to avoid some of these problems, it has been proposed in the past to use a two-stage suspension, i.e. a suspension unit that has soft springs that work at no load and where stiffer springs that are dimensioned for maximum load automatically come into play when the load increases above a specific value. However, such a carriage has poor driving characteristics under certain load conditions, for example when the carriage is partly loaded so that the stiff springs are barely put into operation.

Fjærer av progressiv type, dvs. slike som har en progressivt økende stivhet som øker med belastningen, er også utviklet for å gi en mer korrekt stivhet med hensyn til den aktuelle last. Et eksempel på en slik fjær er den såkalte timeglassfjær som består av et timeglasslignende gummilegeme armert med stålplate. Denne type fjærer kan sikre en korrekt stivhet i vertikal retning, men har ulempen med at den er svak i s ideretningen. Av denne grunn egner slike fjærer seg ikke for godsvogner men er først og fremst benyttet ved lettere vogner for persontrafikk som ikke utsettes for så store laster som godsvogner. Videre er time-glassf jærer vanskelige og dermed dyre å fremstille og de krever i tillegg forholdsvis stor plass. Springs of progressive type, i.e. those that have a progressively increasing stiffness that increases with the load, have also been developed to provide a more correct stiffness with regard to the load in question. An example of such a spring is the so-called hourglass spring, which consists of an hourglass-like rubber body reinforced with a steel plate. This type of spring can ensure correct stiffness in the vertical direction, but has the disadvantage that it is weak in the lateral direction. For this reason, such springs are not suitable for freight wagons, but are primarily used for lighter wagons for passenger traffic that are not subjected to such heavy loads as freight wagons. Furthermore, hourglass springs are difficult and thus expensive to produce and they also require a relatively large space.

Et primært mål med den foreliggende oppfinnelse er å unngå ulempene ved de kjente fjæringsanordninger og å frembringe en fjæringsenhet hvis stivhet i vertikal retning er progressivt økende, i det vesentlige tilsvarende en eks-ponentialfunksjon, ved økende belastning og hvis stivhet i sideretning er vesentlig større enn for den såkalte timeglassfjær, for å kunne oppfange vognens dynamiske bevegelser i sideretning ved inngangen til kurver og over større spor feil i sideretningen, uten at foreliggende stoppanslag for vognens sidebevegelse, trer i funksjon. A primary aim of the present invention is to avoid the disadvantages of the known suspension devices and to produce a suspension unit whose stiffness in the vertical direction is progressively increasing, essentially corresponding to an exponential function, with increasing load and whose stiffness in the lateral direction is significantly greater than for the so-called hourglass spring, to be able to capture the carriage's dynamic movements in the lateral direction at the entrance to curves and over larger track faults in the lateral direction, without the present stop stop for the carriage's lateral movement coming into operation.

Videre er det 1 et mål å frembringe en fjæringsenhet av denne type som har en enkel form og som er billig å fremstille og hvor forskjellen mellom fjærens statiske og dynamiske stivhet er så liten som mulig. Dessuten skal fjæringsenheten egner seg for direkte samvirke med en demperanordning av friksjonskiletypen. Furthermore, it is an aim to produce a suspension unit of this type which has a simple shape and which is cheap to manufacture and where the difference between the spring's static and dynamic stiffness is as small as possible. In addition, the suspension unit must be suitable for direct interaction with a damper device of the friction wedge type.

Dette oppnås med en fjærende anordning av den innled-ningsvis beskrevne type, omfattende et elastisk, i det vesentlige sfærisk eller delsfærisk legeme av gummi eller dermed tilsvarende materiale, mot viss overside et i det vesentlige skålformet element ligger an, mot hvilket de vertikale og sideveis krefter fra vuggebjelken virker, mens undersiden av gummilegemet hviler mot en bunndel i siderammen, idet det skålf ormede element er innrettet til å kon-trollere formen av fjærlegemet under dettes sammenpressing for å oppnå en ønsket progressiv, lastavhengig fjæringskarakteristikk, både vertikalt og i sideretningen. This is achieved with a spring-loaded device of the type described in the introduction, comprising an elastic, essentially spherical or semi-spherical body made of rubber or a corresponding material, against a certain upper surface an essentially cup-shaped element abuts, against which the vertical and lateral forces from the cradle beam act, while the underside of the rubber body rests against a bottom part of the side frame, the shell-shaped element being arranged to control the shape of the spring body during its compression to achieve a desired progressive, load-dependent suspension characteristic, both vertically and laterally.

Hensiktsmessig har det skålformede element en i det vesentlige konisk eller delkonisk form på den side som vender mot gummielementet. Herved oppnås en kontrollert styring av fjærlegemets form under sammenpressing. Appropriately, the bowl-shaped element has a substantially conical or partially conical shape on the side facing the rubber element. This achieves a controlled control of the shape of the spring body during compression.

Fjærlegemet kan ha en i det vesentlige halvsfærisk form, idet det med en i det vesentlige plan underside ligger an mot en i det vesentlige plan overside på siderammens bunndel. Fjæringslegemet har herved likeledes en konkav del på sin i det vesentlige plane side, som passer sammen med en motsvarende konveksitet på siderammens bunndel. The spring body can have an essentially hemispherical shape, with an essentially flat underside resting against an essentially flat upper side on the bottom part of the side frame. The suspension body thereby also has a concave part on its essentially flat side, which fits together with a corresponding convexity on the bottom part of the side frame.

Ifølge en foretrukken utførelse av oppfinnelsen er fjæringslegemer vesentlige helsfærisk, idet fjæringslegemets underside hviler mot siderammens bunndel over et skålformet element som tils-varende det skålformede element som ligger an mot fjæringselementets overside, er utformet for å kon-trollere formen og dermed fjæringskarakteristikken hos fjærlegemet, både vertikalt og i sideretning. According to a preferred embodiment of the invention, suspension bodies are substantially hemispherical, as the underside of the suspension body rests against the bottom part of the side frame above a bowl-shaped element which, corresponding to the bowl-shaped element that rests against the upper side of the suspension element, is designed to control the shape and thus the suspension characteristics of the spring body, both vertically and laterally.

Oppfinnelsen beskrives under henvisning til tegningen hvor fig. 1 viser en delvis gjennomskåret og utspilt boggi i en jernbanevogn, med en fjæringsenhet ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et skjematisk sideriss av fjæringsenheten iføl-ge oppfinnelsen ved tomlast, fig. 3 viser et. tilsvarende riss når fjæringsenheten ifølge oppfinnelsen er fullt belastet, fig. 4 viser en alternativ utførelse av fjæringsenheten ifølge oppfinnelsen og fig. 5 viser en ytterligere utførelse av fjæringslegemet. The invention is described with reference to the drawing where fig. 1 shows a partly cut-through and unfolded bogie in a railway carriage, with a suspension unit according to the invention, fig. 2 shows a schematic side view of the suspension unit according to the invention when empty, fig. 3 shows a. corresponding drawing when the suspension unit according to the invention is fully loaded, fig. 4 shows an alternative embodiment of the suspension unit according to the invention and fig. 5 shows a further embodiment of the suspension body.

Fig. 1 viser en boggi innrettet til leddet å bære en ende av en skinnegående godsvogns lasterom. Boggien er innebygget i to parallalle siderammer 10 i viss endepartier et par hjulaksler er roterbart opplagret ved hjelp av lager-bokser 14. Fig. 1 shows a bogie adapted to the joint to carry one end of a rail-running freight car's cargo space. The bogie is built into two parallel side frames 10, in certain end parts a pair of wheel axles are rotatably stored using bearing boxes 14.

Et fjæringselement 16 av gummi er innsatt mellom siderammen 10 og vedkommende lagerboks 14 og danner en i og for seg kjent primær f jæringsenhet som er stiv i verti-kalretningen, men har en slik statisk stivhet i boggiens lengderetning at det oppnås en ønsket radial selvstyring og lav hjulflensslitasje i vedkommende hjulpar i kurver, samt en slik dynamisk stivhet i boggiens lengderetning og tverretning, at det kan oppnås en høy hastighet over rette strekninger uten at det oppstår svingninger i boggiens hjulpar . A suspension element 16 made of rubber is inserted between the side frame 10 and the respective bearing box 14 and forms a known primary suspension unit which is rigid in the vertical direction, but has such a static stiffness in the longitudinal direction of the bogie that a desired radial self-steering is achieved and low wheel flange wear in the relevant pair of wheels in curves, as well as such dynamic stiffness in the bogie's longitudinal and transverse direction, that a high speed can be achieved over straight stretches without oscillations occurring in the bogie's wheel pair.

Siderammene 10 som er innbyrdes forbundet med ikke viste tverrforbindelser, har øvre bjelke 18 og en fra denne nedadragende konsoll 20 som bærer en sekundær fjæringsenhet 22 ifølge oppfinnelsen. Fjæringsenheten 22 består av et i ubelastet tilstand, idet vesentlige sfærisk eller kulefor-met legeme 24 av gumme eller tilsvarende ekvivalent elastisk materiale, som bæres av et i konsollens 20 bunn opplagret skålformet, formstyrende element 26. På gummilegemet 24 hviler likeledes et skålformet, formstyrende element 28 som er innrettet til å overføre vertikale og tverrgående krefter fra en med det ikke viste vognhus, via en midtre panne leddbart forbundet, tverrgående vuggebjelke 30 i boggien, via en av kiler 32 og gummiplater 34 bestående demperanordning av friksjonstypen. Denne demperanordningen danner grunnlag for en med foreliggende søknad parallelt innlevert patentsøknad med tittelen "Demper for boggi på skinnegående The side frames 10, which are interconnected by transverse connections not shown, have an upper beam 18 and a console 20 extending downwards from this, which carries a secondary suspension unit 22 according to the invention. The suspension unit 22 consists of an unloaded state, essentially a spherical or ball-shaped body 24 made of rubber or equivalent equivalent elastic material, which is supported by a bowl-shaped, shape-controlling element 26 stored in the bottom of the console 20. A bowl-shaped, shape-controlling element 26 also rests on the rubber body 24 element 28 which is arranged to transmit vertical and transverse forces from a transverse cradle beam 30 in the bogie with the not shown carriage body, via a central pan articulately connected, via a friction-type damper device consisting of wedges 32 and rubber plates 34. This damper device forms the basis for a patent application submitted in parallel with the present application entitled "Damper for bogie on rail

kjøretøy".vehicle".

Slik det er vist i detalj på fig. 2 har de skålformede elementers 26 og 28 innside 36 som vender mot gummilegemet 24, en konisk form, idet geometrien utformes slik at det oppnås en ønsket progressiv fjærkarakteristikk i vertikalretning, nærmere bestemt en i det vesentlige ekspontielt økende stivhet med økende belastning. Den koniske innside kan herved være slik utformet at den kontinuerlig eller stegløst avtar sin helling mot horisontalplanet i retning ut mot skålelementets periferi. Fig. 2 og 3 viser en slik stegløst minsking av hellingen mot horisontalplanet. As shown in detail in fig. 2, the inside 36 of the bowl-shaped elements 26 and 28, which faces the rubber body 24, has a conical shape, the geometry being designed so that a desired progressive spring characteristic is achieved in the vertical direction, more specifically an essentially exponentially increasing stiffness with increasing load. The conical inside can thereby be designed in such a way that it continuously or steplessly decreases its slope towards the horizontal plane in the direction towards the periphery of the bowl element. Fig. 2 and 3 show such a stepless reduction of the slope towards the horizontal plane.

På grunn av gummilegemets 24 i det vesentlige sfæris-ke form og den spesielle utforming av de skålformede elementers 26, 28 mot gummilegemet 24 vendende side, som fortrin-nsvis er konisk, avkortet konisk eller kalottformet, oppnås en progressiv fjærkarakteristikk i vertikalretning, dvs. en ekspontielt økende stivhet med økende belastning. Due to the essentially spherical shape of the rubber body 24 and the special design of the cup-shaped elements 26, 28 on the side facing the rubber body 24, which is preferably conical, truncated conical or dome-shaped, a progressive spring characteristic is achieved in the vertical direction, i.e. an exponentially increasing stiffness with increasing load.

Fig. 2 viser skjematisk utseendet av den sekundære f jæringsenhet 16 ved tomlast, mens fig. 3 viser den samme enhet i fullt belastet tilstand, hvor elementenes 26, 28 koniske sider 36 styrer formen av det sammenpressede gummilegeme 24 og dermed fjæringsstivheten, på en ønsket kontrollert måte. Fig. 2 schematically shows the appearance of the secondary suspension unit 16 when empty, while Fig. 3 shows the same unit in a fully loaded state, where the conical sides 36 of the elements 26, 28 control the shape of the compressed rubber body 24 and thus the spring stiffness, in a desired controlled manner.

Ved denne utforming av fjæringskroppen 24 oppnås også en forbedret stivhet i sideretning takket være legemets relativt store forskyvningsareal. With this design of the suspension body 24, an improved stiffness in the lateral direction is also achieved thanks to the body's relatively large displacement area.

Fig. 4 viser skjematisk en utførelse hvor fjæringslegemet 24' er utformet i det vesentlige som en halvkule, idet fjæringslegemets 24' plane underside ligger direkte an mot en plan overside på en bunndel 38 i siderammen. Fig. 4 schematically shows an embodiment where the suspension body 24' is designed essentially as a hemisphere, with the flat underside of the suspension body 24' directly abutting against a flat upper side of a bottom part 38 in the side frame.

Undersiden av det halvkuleformede fjæringslegeme 24" kan slik det er vist på fig. 5 være utformet med en konkavitet som samvirker med motsvarende oppadstående del på bunndelen 40 i siderammen. Herved kan siderammens bygge-høyde minskes. Både utførelsen på fig. 4 og 5 er undersiden av det fjærende legeme vulkanisert fast til bunndelen i siderammen. The underside of the hemispherical suspension body 24" can, as shown in Fig. 5, be designed with a concavity which interacts with the corresponding upstanding part on the bottom part 40 in the side frame. This allows the building height of the side frame to be reduced. Both the design in Figs. 4 and 5 are the underside of the spring body vulcanized to the bottom part of the side frame.

Den fjærende anordning ifølge oppfinnelsen kan i kombinasjon med en hensiktsmessig utformet demperanordning av friksjonstypen, sikre gode kjøreegenskaper hos vognen over rette strekninger og i kurver, uavhengig av om vognen kjøres tom eller er fullt lastet, og dette også dersom det skulle foreligge sporfeil, eksempelvis forhøyninger eller groper på skinnene. The spring-loaded device according to the invention can, in combination with an appropriately designed damper device of the friction type, ensure good driving characteristics of the wagon on straight stretches and in curves, regardless of whether the wagon is driven empty or fully loaded, and this also if there are track errors, for example elevations or pits on the rails.

Claims

1. Spring device in a bogie for rail-running vehicles, where the bogie comprises two parallel and separate side frames (10) and a pair of wheel axles (12) both of which are rotatably supported in their end portions in the side frames (10), and a transverse cradle beam (30) which extends between the middle parts of the side frames (10) and whose end parts are stored springily in the respective side frame by means of a suspension unit (22), that the cradle beam (30) is allowed to move limitedly in the vertical direction and the lateral direction in the longitudinal direction of the cradle beam in the side frames (10 ), where the suspension unit (22) comprises a compact body (24, 24', 24") of rubber or similar equivalent material in the essentially shape of a ball or part of a ball and placed between the cradle beam (30) and a bottom part (38, 40) in the side frames (10), CHARACTERIZED IN THAT a bowl-shaped element ( 26, 28 ) is arranged with a concave side to rest against the suspension body (24, 24', 24") in the line of force between the cradle beam and the side frame'sbottom part, the bowl-shaped element (26, 28) being designed to forcefully control the deformation of the springing body (24, 24', - 24") during its compression to achieve a desired progressive, load-dependent springing characteristic, both vertically and laterally .

2. Device according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT the bowl-shaped element (28) is placed on top of the suspension body (24).

3. Device according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT the spring body (24 <1> ) is essentially hemispherical and rests with a flat underside against a substantially flat upper side on the bottom part (38) in the side frame.

4. Device according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT the springy body (24") is essentially hemispherical and has a concave part which is arranged to rest against a corresponding convexity on the upper side of the bottom part (40).

5. Device according to claim 3, 4, CHARACTERIZED IN THAT the spring body (24 <1> , 24") is permanently vulcanized on the bottom part (38, 40).

6. Device according to claim 2, where the springy body (24) is essentially spherical, CHARACTERIZED IN THAT the underside of the springy body (24) rests against a concave side on a bowl-shaped element (26) which is carried by the bottom part of the side frame and is designed to forcefully control the deformation of the resilient body (24) during its compression.

7. Device according to claim 6, CHARACTERIZED IN THAT the cup-shaped elements (26, 28) have an essentially conical or partially conical shape on the side (36) facing the springy body (24).

8. Device according to claim 6, CHARACTERIZED IN THAT the cup-shaped elements (26, 28) have an inside (36) whose slope in relation to the spring body's (24, 24', 24") vertical axis increases in the direction of the element's ( 26, 28) periphery.