PL193486B1 - Wał z luźnymi kołami dla pojazdów szynowych - Google Patents

Abstract

1. Wa l z lu znymi ko lami maj acy osobno u lo- zyskowane ko la do wózków pojazdów szyno- wych, jarzmo ko lowe obejmujace z zewn atrz ko la bocznymi wspornikami, przy czym ka zde ko lo po wewn etrznej stronie przynale znego wspornika jest u lo zyskowane obrotowo na czo- pie osiowym wspornika, i przy czym ka zde ko lo po jego stronie wewn etrznej jest po laczone sztywno-obrotowo z wa lem, który przechodzi na zewn atrz przez otwory ko la i wspornika, zna- mienny tym, ze u lo zyskowanie ko la (32) sk lada si e z dwóch segmentów lo zyskowych (34a, 34b), przy czym pierwszy segment (34a) jest umiesz- czony w otworze (11) ko la (10) mi edzy tym ko lem (10) i czopem osiowym (36) wspornika (12), natomiast drugi segment lo zyskowy (34b) przemieszczony osiowo i promieniowo wzgl e- dem pierwszego segmentu jest umieszczony w otworze (13) wspornika (12) mi edzy tym wspornikiem i wa lem (16). PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wał z luźnymi kołami mający osobno ułożyskowane koła do jednoosiowych lub dwuosiowych wózków pojazdów szynowych, w szczególności pojazdów niskopodłogowych, z ceowym jarzmem kołowym obejmującym z zewnątrz koła wraz z bocznymi ramionami wsporczymi, przy czym każde koło po wewnętrznej stronie przynależnego wspornika jest ułożyskowane obrotowo na czopie osiowym wspornika, przy czym każde koło od wewnątrz jest połączone sztywno-obrotowo z wałem przechodzącym na zewnątrz przez otwory koła i wspornika.

Tego rodzaju wał z luźnymi kołami opisano w WO 98/24674. Konkretnie ten znany wał z luźnymi kołami ma postać osi napędzanej, przy czym na każdym wzdłużnym boku wózka jest zamocowany zewnętrznie na jego ostojnicy napęd, który jest połączony z kołem poprzez kardanowe sprzęgło podwójne - ze względu na uresorowanie pierwotne przewidziane między ramą nośną i wspierającą napęd ostojnicą wózka. Przy tym pierwsza, od strony napędu płaszczyzna sprzęgła znajduje się po zewnętrznej stronie napędu, a druga płaszczyzna sprzęgła od strony odbioru napędu jest usytuowana bezpośrednio na stronie wewnętrznej koła. W związku z tym wał działający na zasadzie wału Kardana przebiega na odpowiedniej długości między dwiema płaszczyznami kardanowego sprzęgła podwójnego. Zaletą tego znanego rozwiązania jest to, że oś i napęd mogą mieć małą szerokość konstrukcyjną, żeby na przykład nawet w pojazdach wąskotorowych mających wąskie pudło wagonowe wózki nie musiały wystawać, co uważa się za niedogodność. Inną zaletą jest to, że ułożyskowanie koła jest umieszczone w jego obrębie, dzięki czemu uzyskuje się dobrą nośność i dużą trwałość. Jednak rozwiązanie takie ma wadę ujawniającą się wówczas, gdy wymagana jest maksymalna, ograniczona tylko odstępem kół i niezbędnymi ugięciami sprężyn szerokość przejścia środkowego (jak to jest zwykle na przykład w wagonach niskopodłogowych), ponieważ szerokość ta jest ograniczona płaszczyzną sprzężenia po wewnętrznej stronie koła. Wadą może być również to, że w przypadku napraw płaszczyzna sprzęgła utrudnia dostęp do elementów konstrukcyjnych koła, jak na przykład ułożyskowanie koła. Poza tym w razie potrzeby dostosowania do innych, na przykład jeszcze węższych torów trzeba byłoby zmieniać praktycznie całą konstrukcję.

W DE 44 29 889 A1 opisano inny wózek, w którym koła wraz z napędem zewnętrznym są umieszczone zewnętrznie na ostojnicy. Również tu koła są połączone z napędem za pośrednictwem kardanowego sprzęgła podwójnego, przy czym jednak płaszczyzna sprzęgła po stronie odbioru napędu leży bezpośrednio po stronie zewnętrznej koła i jarzmo kołowe znajduje się między wewnętrznymi stronami obu kół osi. W związku z tym szczególnie problematyczne jest dopasowanie do różnych, zwłaszcza mniejszych prześwitów toru.

We wcześniejszym niemieckim zgłoszeniu patentowym nr DE 19930424.6 zaproponowano, mając na uwadze rozwiązanie ujawnione w WO 98/24674, rozwiązanie, w którym wał kończy się na płaszczyźnie sprzężenia utworzonej na zewnętrznej stronie wspornika. Pozwala to poszerzyć zakres zastosowania, w szczególności umożliwia dopasowanie konstrukcji do węższych torów, przy czym zachowane są korzyści wynikające z optymalnego zaprojektowania ułożyskowania koła umieszczonego w obrębie koła. Poza tym rozwiązanie takie ułatwia przeprowadzanie napraw. Dla dopasowania osi do innej, na przykład mniejszej szerokości toru (przykładowo 900 mm) wystarczy tylko dostosować długość czopa wspornika koła i wału do wymaganego, stosownego do prześwitu toru położenia koła. W przypadku osi napędzanej wszystkie elementy napędu mogą pozostać bez zmian, gdyż wał stanowi wówczas pośredniczący wał napędowy, który jest połączony w płaszczyźnie sprzężenia z właściwym wałem napędowym. Dzięki temu można wykorzystać jednostkę napędową w wykonaniu znanym ze wspomnianego wyżej opisu DE 44 29 889 A1. Zachowane są jednak wszystkie zalety rozwiązania z WO 98/24674. Ponadto w przypadku osi nie napę dowej wykorzystuje się wał jako wał hamulcowy, łącząc go w płaszczyźnie sprzężenia z urządzeniem hamulcowym.

W wale z luź nymi koł ami znanym z DE 19930424.6 przewidziano ponadto, ż e oprócz umieszczonego w otworze koła ułożyskowania złożonego z dwóch segmentów łożyskowych wał jest jeszcze ułożyskowany w otworze wspornika na trzecim łożysku obrotowym, które stanowi w efekcie trzeci segment łożyskowy. Jednak to rozwiązanie jest skomplikowane technologicznie, gdyż trzeba wyeliminować błędy współliniowości między trzema segmentami łożyskowymi zależne od tolerancji produkcyjnych.

Istnieje zatem zapotrzebowanie opracowania takiego wału z luźnymi kołami, w którym uzyska się optymalną trwałość, zwłaszcza w strefie ułożyskowania koła, z zachowaniem innych opisanych zalet i przy małych nakładach produkcyjnych.

PL 193 486 B1

Zgodnie z wynalazkiem uzyskuje się to dzięki temu, że ułożyskowanie koła składa się z dwóch segmentów łożyskowych, przy czym pierwszy segment jest umieszczony w otworze koła między tym kołem i czopem osiowym wspornika, natomiast drugi segment łożyskowy przemieszczony osiowo i promieniowo wzglę dem pierwszego segmentu jest umieszczony w otworze wspornika mię dzy tym wspornikiem i wałem.

Korzystnie pierwszy segment łożyskowy ma obracający się z kołem pierścień zewnętrzny i osadzony nieobrotowo na czopie osiowym pierścień wewnętrzny.

Ponadto korzystnie drugi segment łożyskowy ma obracający się z wałem pierścień wewnętrzny i osadzony nieobrotowo w otworze wspornika pierścień zewnę trzny.

Zgodnie z korzystnym przykładem wykonania wynalazku oba segmenty łożyskowe są ukształtowane jako łożyska wałeczkowo-stożkowe przejmujące siły promieniowe oraz działające w dwóch osiowo przeciwnych kierunkach siły osiowe.

Ponadto w obu segmentach łożyskowych nachylenie powierzchni stożkowych ich wewnętrznych i zewnętrznych pierścieni jest takie, że wszystkie powierzchnie stożkowe zwężają się promieniowo patrząc od strony wewnętrznej koła w kierunku strony zewnętrznej.

Korzystnie też w obu segmentach łożyskowych nachylenie powierzchni stożkowych ich wewnętrznych i zewnętrznych pierścieni jest takie, że wszystkie powierzchnie stożkowe rozszerzają się promieniowo patrząc od strony wewnętrznej koła w kierunku strony zewnętrznej.

Korzystnie wał kończy się w płaszczyźnie połączenia utworzonej na stronie zewnętrznej wspornika.

Ponadto wał ten stanowi pośredniczący wał napędowy i jest połączony w płaszczyźnie połączenia poprzez sprzęgło z wałem napędowym napędu umieszczonego zewnątrz na boku wzdłużnym wózka.

A także korzystnie wał stanowi wał hamulcowy i jest połączony w płaszczyźnie połączenia z urzą dzeniem hamulcowym.

Zgodnie z wynalazkiem urządzenie hamulcowe jest wykonane jako hamulec tarczowy, przy czym z wałem hamulcowym jest połączona tarcza hamulcowa współpracująca z siodłem hamulcowym osadzonym na wsporniku.

Ukształtowanie według wynalazku ma tę zasadniczą zaletę, że tylko dwa przewidziane jeszcze segmenty łożyskowe można znacznie łatwiej ustawić w jednej płaszczyźnie. Chodzi tu o „dzielone” ułożyskowanie koła, przy czym pierwszy segment łożyskowy jak poprzednio jest umieszczony w obrębie koła, to znaczy w strefie otworu koła wyznaczonej przez jego osiową szerokość lub grubość. Drugi segment łożyskowy zgodnie z wynalazkiem jest przemieszczony osiowo do strefy, w której w proponowanym wale z luźnymi kołami był przewidziany trzeci segment łożyskowy. Tak więc chodzi praktycznie o „złączenie” dwóch segmentów łożyskowych. Dzięki temu koło wraz z wałem stanowi praktycznie jeden zespół, który jest ułożyskowany w całości na dwóch przemieszczonych osiowo segmentach, przy czym uzyskuje się optymalną w istniejących warunkach montażowych nośność i trwałość ułożyskowania.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie widziany z góry wózek dwuosiowy z dwoma zgodnymi z wynalazkiem, tu przykładowo napędzanymi, wałami z luźnymi kołami, fig. 2 - fragment II z fig. 1 przedstawiony w przekroju i w powiększeniu, przy czym na górnej i dolnej połowie rysunku pokazano dwa różne warianty zastosowania, fig. 3 - wariant realizacji ułożyskowania koła w półprzekroju jak na fig. 2.

Na fig. 1 przedstawiono przykładowo zastosowanie dwóch zgodnych z wynalazkiem wałów 1 z luźnymi kołami w napę dzanym wózku dwuosiowym. Na każdym boku wzdłużnym wózka znajduje się jednostka napędowa 2, która składa się z silnika elektrycznego 4 i z przekładni stożkowych 6 zamocowanych za pomocą kołnierzy z obu stron. Każda oś ma ceowe jarzmo kołowe 8 zwane również osią portalową. Na jarzmie kołowym 8 są ułożyskowane oddzielnie koła 10, przy czym jarzmo 8 opasuje zewnątrz koła bocznymi wspornikami 12 i każde koło jest osadzone obrotowo po wewnętrznej stronie odpowiedniego wspornika 12. Każda jednostka napędowa 2 jest zawieszona na nie pokazanej na rysunku ostojnicy wózka, która wspiera się za pośrednictwem uresorowania pierwotnego na odpowiednim jarzmie kołowym 8. W związku z tym jarzmo 8 zwłaszcza w strefie wsporników 12 ma przylgi 14 na elementy uresorowania pierwotnego.

Jak pokazano na fig. 2, każde koło 10 po swojej stronie wewnętrznej jest połączone sztywno-obrotowo z wałem 16, który wychodzi na zewnątrz przez otwory 11 i 13 koła 10 i wspornika 12. Wał 16 kończy się korzystnie na płaszczyźnie 18 połączenia utworzonej na stronie zewnętrznej wspornika 12.

PL 193 486 B1

Korzystnie wał 16 na jego stronie wewnętrznej jest połączony sztywno z kołem 10 poprzez złączkę 30 tak, że wał 16 obraca się współosiowo z kołem 10.

Zgodnie z wynalazkiem do obrotowego ułożyskowania koła 10 lub też zespołu utworzonego przez sztywne połączenie koła 10 i wału 16 (zespół koło-wał) jest przewidziane ułożyskowanie koła 32, które składa się z (tylko) dwóch segmentów łożyskowych 34a i 34b. Pierwszy segment 34a jest umieszczony w obrębie koła 10, to znaczy w wyznaczonej jego osiową szerokością strefie jego otworu 11, a więc promieniowo między kołem 10 i wchodzącym w koło czopem osiowym 36 wspornika 12. Drugi segment łożyskowy 34b - przemieszczony osiowo i promieniowo względem pierwszego segmentu 34a - jest umieszczony wewnątrz otworu 13 wspornika 12 promieniowo między tym ostatnim i wałem 16. Takie ukształtowanie zgodne z wynalazkiem zapewnia optymalne obciążenie łożyska i dzięki temu łożysko ma długą żywotność. Niżej objaśnia się dokładniej dalsze szczegóły zgodnego z wynalazkiem ułożyskowania 32 koła.

W przedstawionym w górnej połowie fig. 2 przykładzie zastosowania napędzanego wału 1 z luźnymi kołami, wał 16 stanowi pośredniczący wał napędowy 20, który jest połączony w płaszczyźnie 18 połączenia poprzez sprzęgło 22 z właściwym wałem napędowym 24 jednostki napędowej 2. Wał 24 po jego drugiej, przeciwległej stronie jest połączony poprzez następne sprzęgło 26 z przekładnią 6 jednostki napędowej 2. W korzystnym ukształtowaniu wał 24 jest wykonany jako wał wydrążony Kardana w zasadzie współosiowo na przedłużeniu wału pośredniczącego 20, a dwa obustronne sprzęgła 22 i 26 są wykonane jako przegubowe sprzęgło podwójne. Przy tym wał napędowy 24 przechodzi przez przekładnię 6 tak, że płaszczyzna sprzężenia 28 po stronie napędu leży po przeciwległej do jarzma kołowego 8 stronie zewnętrznej przekładni 6 lub też jednostki napędowej 2, natomiast płaszczyzna 18 połączenia po stronie odbioru napędu i sprzęgło 22 leżą między przekładnią 6 i wspornikiem 12 jarzma 8 (por. także fig. 1).

Każde sprzęgło 22, 26 składa się z wielowypustowych elementów sprzęgających, które zazębiają się poprzez elastyczne, klinowe elementy wyrównawcze. Dzięki temu możliwa jest przegubowa kompensacja ugięć sprężystych o wielkości rzędu co najmniej około ± 15 mm.

Inaczej niż w wykonaniu według fig. 2, połączony z kołem 10 wał 16 może też rozciągać się jednoczęściowo aż do jednostki napędowej 2 lub też do usytuowanego tam po stronie zewnętrznej sprzęgła 26 (płaszczyzna sprzężenia 28).

W przedstawionym na dolnej połowie fig. 2 przykładzie wykonania i zastosowania zgodnego z wynalazkiem wał u 1 z luźnymi kołami chodzi o wersję bez napę du. Nie ma tu jednostek napę dowych 2 z silnikami elektrycznymi 4 i przekładniami 6 wraz z wałami napędowymi 24. Zamiast tego każdy wał 16 może służyć korzystnie jako wał hamulcowy 37, gdy połączy się go w płaszczyźnie 18 z urządzeniem hamulcowym. W tym alternatywnym rozwiązaniu urządzeniem hamulcowym jest korzystnie hamulec tarczowy, przy czym z wałem 16 jest połączona tarcza hamulcowa 38 tak, że obraca się ona wraz z kołem 10. Tarcza hamulcowa 38 współpracuje z nie pokazanym na rysunku siodłem hamulcowym osadzonym na wsporniku 12 jarzma kołowego 8. Płaszczyzna 18 połączenia w tej nie napędzanej, lecz hamującej wersji nie musi pokrywać się dokładnie z położeniem płaszczyzny 18 w wersji napędowej według fig. 2.

Niżej objaśnia się dokładniej ułożyskowanie koła 32 według wynalazku. W układzie segmentów łożyskowych 34a, 34b według wynalazku przede wszystkim pierwszy segment 34a ma osadzony w otworze 11 koł a 10 i obracający się z kołem 10 pierś cień zewnętrzny 40 oraz nie obracają cy się pierścień wewnętrzny 42 osadzony na czopie osiowym 36. Ponadto drugi segment łożyskowy 34b ma obracający się z wałem 16 pierścień wewnętrzny 44 i osadzony nieobrotowo w otworze 13 wspornika 12 pierścień zewnętrzny 46. Przy tym oba segmenty łożyskowe 34a, 34b są ukształtowane korzystnie jako łożyska wałeczkowo-stożkowe przejmujące siły promieniowe Frad oraz działające w dwóch osiowo przeciwnych kierunkach siły osiowe + Fa i -Fa. Segmenty łożyskowe 34a, 34b są umieszczone zgodnie z wynalazkiem „odwrotnie” wzglę dem ich obracających się lub też nie obracają cych się pierścieni zewnętrznych/wewnętrznych, a więc w przypadku użycia łożysk wałeczkowo-stożkowych powierzchnie stożkowe obu segmentów 34a, 34b przejmujące obie siły osiowe - z czysto geometrycznego punktu widzenia - nie są jak zwykle nachylone przeciwstawnie, lecz patrząc w kierunku osiowym są nachylone w tym samym kierunku (odbicie lustrzane kierunku działania sił). Patrząc od wewnętrznej strony koła w kierunku strony zewnętrznej (na fig. 2 i 3 od prawej do lewej) powierzchnie stożkowe pierścieni łożyskowych mogą zwężać się jak według fig. 2 albo rozszerzać się jak według fig. 3. Wybór jednego z tych rozwiązań alternatywnych zależ y od sił występujących w danym przypadku zastosowania. Z reguł y preferuje si ę wykonanie wedł ug fig. 2.

PL 193 486 B1

Zalety opisanego wału z luźnymi kołami są następujące, a mianowicie stosuje się zawsze jednakowe elementy składowe napędu niezależnie od szerokości toru, uzyskuje się dużą trwałość ułożyskowania koła dzięki optymalnemu rozmieszczeniu obu segmentów łożyskowych niezależnie od szerokości toru, uzyskuje się możliwość dostosowania do różnych szerokości toru bez zmiany napędu, tylko przez dopasowanie pośredniczącego wału napędowego i zawieszenia koła, a także otrzymuje się możliwość różnorodnych zastosowań, także dla osi nie napędzanej z kołami hamowanymi poprzez wał koła.

Wynalazek nie ogranicza się do przedstawionych na rysunku i opisanych przykładów realizacji, lecz obejmuje także wszystkie inne realizacje oparte na ujawnionych w istocie wynalazku cechach i ich kombinacji.

Claims (10)

1. Wał z luźnymi kołami mający osobno ułożyskowane koła do wózków pojazdów szynowych, jarzmo kołowe obejmujące z zewnątrz koła bocznymi wspornikami, przy czym każde koło po wewnętrznej stronie przynależnego wspornika jest ułożyskowane obrotowo na czopie osiowym wspornika, i przy czym każde koło po jego stronie wewnętrznej jest połączone sztywno-obrotowo z wałem, który przechodzi na zewnątrz przez otwory koła i wspornika, znamienny tym, że ułożyskowanie koła (32) składa się z dwóch segmentów łożyskowych (34a, 34b), przy czym pierwszy segment (34a) jest umieszczony w otworze (11) koła (10) między tym kołem (10) i czopem osiowym (36) wspornika (12), natomiast drugi segment łożyskowy (34b) przemieszczony osiowo i promieniowo względem pierwszego segmentu jest umieszczony w otworze (13) wspornika (12) między tym wspornikiem i wałem (16).

2. Wał z luźnymi kołami według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy segment łoż yskowy (34a) ma pierścień zewnętrzny (40) obracający się z kołem (10) i pierścień wewnętrzny (42) osadzony nieobrotowo na czopie osiowym (36).

3. Wał z luźnymi kołami według zastrz. 1, znamienny tym, że drugi segment ło ż yskowy (34b) ma pierścień wewnętrzny (44) obracający się z wałem (16) i pierścień zewnętrzny (46) osadzony nieobrotowo w otworze (13) wspornika (12).

4. Wał z luźnymi kołami według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że oba segmenty łożyskowe (34a, 34b) są ukształtowane jako łożyska wałeczkowo-stożkowe przejmujące siły promieniowe (Frad) oraz działające w dwóch osiowo przeciwnych kierunkach siły osiowe (+Fa, -Fa).

5. Wał z luźnymi kołami według zastrz. 4, znamienny tym, że w obu segmentach ło ż yskowych (34a, 34b) nachylenie powierzchni stożkowych ich wewnętrznych i zewnętrznych pierścieni (40, 42; 44, 46) jest takie, że wszystkie powierzchnie stożkowe zwężają się promieniowo patrząc od strony wewnętrznej koła w kierunku strony zewnętrznej.

6. Wał z luźnymi kołami według zastrz. 4, znamienny tym, że w obu segmentach ło ż yskowych (34a, 34b) nachylenie powierzchni stożkowych ich wewnętrznych i zewnętrznych pierścieni (40, 42; 44, 46) jest takie, że wszystkie powierzchnie stożkowe rozszerzają się promieniowo patrząc od strony wewnętrznej koła w kierunku strony zewnętrznej.

7. Wał z luźnymi kołami według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wał (16) kończy się w płaszczyźnie (18) połączenia utworzonej na stronie zewnętrznej wspornika (12).

8. Wał z luźnymi kołami według zastrz. 7, znamienny tym, że wał (16) stanowi pośredniczący wał napędowy (20) i jest połączony w płaszczyźnie (18) połączenia poprzez sprzęgło (22) z wałem napędowym (24) napędu (2) umieszczonego zewnątrz na wzdłużnym boku wózka.

9. Wał z luźnymi kołami według zastrz. 7, znamienny tym, że wał (16) stanowi wał hamulcowy i jest połączony w płaszczyź nie (18) połączenia z urzą dzeniem hamulcowym.

10. Wał z luźnymi kołami według zastrz. 9, znamienny tym, że urządzenie hamulcowe jest wykonane jako hamulec tarczowy, przy czym z wałem hamulcowym jest połączona tarcza hamulcowa (38) współpracująca z siodłem hamulcowym osadzonym na wsporniku (12).