PL225456B1 - Wózek napędowy do niskopodłogowego pojazdu szynowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wózek napędowy do niskopodłogowego pojazdu szynowego. Konstrukcja wózka przeznaczona jest w szczególności do miejskich pojazdów pasaż erskich, np. tramwajów.

Znane są w stanie techniki konstrukcje wózków napędowych do pojazdów niskopodłogowych ze wzdłużnie usytuowanymi jednostkami napędowymi w kierunku osi pojazdu, z boku ramy wózka po jej zewnętrznej stronie. Konstrukcja taka uwarunkowana jest między innymi koniecznością zapewnienia komfortu pasażerom w pojazdach komunikacji miejskiej.

Przykładowo, z międzynarodowego opisu zgłoszeniowego nr W09629224 znany jest niskopodłogowy pojazd szynowy napędzany silnikiem elektrycznym, którego co najmniej jedno koło napędzane jest za pomocą wału napędowego. Jednostka napędowa z wałem napędowym zamocowana jest w kierunku jazdy i w przestrzeni między dwoma ustawionymi jedno za drugim kołami pojazdu, przy czym jednostki napędowe usytuowane są na zewnętrznych bokach podwozia i połączone są trwale z napędem, natomiast napęd połączony jest z kołem poprzez sprzęgło elastyczne.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 194592 znane jest również podwozie trakcyjne niskopodłogowego pojazdu szynowego ze wzdłużnie usytuowanymi jednostkami napędowymi. Podwozie charakteryzuje się tym, że na zewnątrz jego ramy, utworzonej z pary ram jednosłupowych, osadzona jest wzdłużnie jednostka napędowa, której elektryczny silnik trakcyjny posiada dwustronne wyjścia wałów, które po obydwu stronach wyposażone są w elastyczne sprzęgła. Jednostka napędowa utworzona jest z elektrycznego silnika trakcyjnego wyposażonego w obustronne wyjście wałów i sprzęgieł elastycznych, przy czym na co najmniej jednym wyjściu wału tego silnika zamocowana jest płytka sprzęgła wielopłytkowego z pałąkiem sprzęgła, który zamocowany jest na zewnątrz i z boku korpusu silnika trakcyjnego.

Poprzez elastyczne sprzęgło wału, na tej samej osi wzdłużnej stożkowej przekładni czołowej, wał napędowy czołowej przekładni stożkowej i koło napędowe tej przekładni połączone są trwale z drążonym wałem napędowym tej przekładni, przy czym ten wał drążony wyposażony jest w zabierak napędowy przegubu wału i parę elastycznych sprzęgieł płytkowych.

Z innego międzynarodowego opisu zgłoszeniowego nr WO2006050694 znana jest przekładnia do niskopodłogowego pojazdu szynowego, która ma co najmniej jedną oś z zamocowanym na niej współosiowo kołem. Konstrukcja obejmuje obudowę przekładni, co najmniej jedną część przekładni służącą jako element wejściowy do połączenia z silnikiem napędowym, co najmniej jedną część przekładni służącą jako element wyjściowy do napędzanej osi, oraz części przekładni do przeniesienia mocy (silnika napędowego) z elementu wejściowego na element wyjściowy.

Istota tego rozwiązania polega na tym, że obudowa przekładni stanowi zarówno nośnik dla pojazdu szynowego, jak i nośnik dla łożyskowania osi. Ponadto, w jednym z korzystnych przykładów realizacji wynalazku zestaw kołowy zawiera dwie przekładnie sprzężone ze sobą za pomocą wałka poprzecznego.

Wózek napędowy do niskopodłogowego pojazdu szynowego, według wynalazku, posiada ramę, dwa zestawy kołowe z kołami niezależnymi osadzonymi na osiach portalowych, zespół usprężynow ania pierwszego stopnia i zespół usprężynowania drugiego stopnia. Wózek wyposażony jest w jednostki napędowe wzdłużnie usytuowane na zewnątrz zestawów kołowych, prostopadle do osi portalowych, przy czym silnik elektryczny pierwszej jednostki napędowej sprzężony jest za pomocą sprzęgła el astycznego z przekładnią nadrzędną i kołem pierwszego zestawu kołowego oraz za pomocą wału poprzecznego z przekładnią podrzędną i drugim kołem tego samego zestawu kołowego, a silnik elektryczny drugiej jednostki napędowej sprzężony jest za pomocą sprzęgła elastycznego z przekładnią nadrzędną i kołem drugiego zestawu kołowego oraz za pomocą wału poprzecznego z przekładnią podrzędną i drugim kołem tego samego, drugiego zestawu kołowego. Wózek, według wynalazku, posiadający powyższe cechy, charakteryzuje się tym, że każdy silnik elektryczny połączony jest korpusem z przekładnią podrzędną jednostki napędowej przeciwnego zestawu kołowego, natomiast w poziomych elementach o kształcie litery „C” ramy wózka znajdują się gniazda, w których osadzone są pary siłowników hydraulicznych, na których spoczywają sprężyny zespołu usprężynowania drugiego stopnia.

Korzystnie, koła zestawów kołowych połączone są z przekładniami za pomocą sprzęgieł elastycznych.

PL 225 456 B1

Korzystnie, do każdej przekładni po zewnętrznej stronie zamocowana jest tarcza hamulcowa na jej wale drążonym, natomiast zaciski hamulców przymocowane są do ich korpusów.

Korzystnie, jednostki napędowe podwieszone są do ramy za pomocą trzech elementów metalowo-gumowych, przy czym dwa takie elementy usytuowane w narożach elementów o kształcie litery „C” łączą z ramą korpusy przekładni nadrzędnej i przekładni podrzędnej przeciwnej jednostki napędowej, natomiast trzeci element łączy korpus silnika elektrycznego z podłużnicą ramy.

Korzystnie, zespół usprężynowania pierwszego stopnia stanowią cztery podwójne komplety sprężyn stożkowych osadzone w gniazdach osi portalowych, na których wsparta jest rama poprzez cztery wsporniki o kształcie małej litery „h”.

Korzystnie, zespół usprężynowania drugiego stopnia w postaci czterech sprężyn klepsydrowych wyposażony jest w dwa amortyzatory poprzeczne oraz dwa amortyzatory pionowe.

Korzystnie, zestawy kołowe wyposażone są w styki uziemiające, natomiast koła zestawów k ołowych posiadają tłumiące wkładki oraz absorbery dźwięku.

Korzystnie, wały poprzeczne usytuowane są w dolnej przestrzeni pomiędzy poprzecznicami a osiami portalowymi, przy poprzecznicach.

Korzystnie, wózek posiada elektromagnetyczny hamulec szynowy w postaci dwóch elektromagnesów prądu stałego, podwieszonych do osi portalowych.

Korzystnie, wózek napędowy posiada czujniki odległości między ramą wózka a nadwoziem.

Połączenie silników elektrycznych z korpusami przekładni podrzędnych znacząco upraszcza podwieszenie bloków napędowych do ramy wózka. Układ napędowy jest układem w pełni usprężyn owanym, co oznacza ograniczenie masy nieusprężynowanej oddziałującej na tor. Ponadto, zastosowanie systemu poziomowania w postaci siłowników hydraulicznych wspomaganych przez czujniki odległości zapewnia kompensacje: zużycia kół, statycznego ugięcia usprężynowania pierwszego i drugiego stopnia oraz osiadania sprężyn drugiego stopnia. Zastosowanie systemu poziomowania wpływa na znaczne ograniczenie zakresu przemieszczeń pionowych nadwozia pojazdu w stosunku do główki szyny, który to zakres ogranicza się tylko do wartości ugięcia dynamicznego. Dzięki temu podnosi się komfort i bezpieczeństwo wsiadania i wysiadania pasażerów - dolna krawędź drzwi będzie zawsze na określonej wysokości w stosunku do peronu.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wózek napędowy w widoku perspektywicznym, fig. 2 - wózek napędowy w widoku z boku, fig. 3 - wózek napędowy w widoku z góry, fig. 4 - elementy usprężynowania pierwszego stopnia.

W jednym z praktycznych przykładów realizacji wynalazku rama wózka napędowego stanowi przestrzenną konstrukcję spawaną, składającą się z dwóch podłużnic 1 i dwóch poprzecznic 2 tworzących prostokąt. Ponadto, na końcach podłużnic 1 znajdują się pionowe profile 3 połączone za pomocą elementów 4 o kształcie litery „C” usytuowanych poziomo, środnikami na zewnątrz wózka. Do profili pionowych 3 przyspawane są cztery wsporniki 5 o kształcie małej litery „h”. W podstawach wsporników 5 znajdują się gniazda usprężynowania pierwszego stopnia. W poziomych elementach 4 ramy znajdują się tuleje stanowiące oparcie dla siłowników hydraulicznych 14. Na jednej poprzecznicy 2 znajduje się gniazdo służące do montażu cięgła trakcyjnego 21 oraz amortyzatora poprzecznego 22. Połączenia pomiędzy podstawowymi zespołami ramy wózka zaprojektowano tak, aby uzyskać jak najmniejszą koncentrację naprężeń w miejscu połączenia.

W ramie wózka napędowego znajdują się trzy punkty montażowe zespołu napędowego: dwa elementy gumowo-metalowe 17 na narożach w górnej części elementu 4 oraz trzeci element metalowo-gumowy 18 w środkowej części podłużnicy 1. Ponadto, w poziomych elementach ramy 4 osadzone są gniazda amortyzatorów pionowych 23. Natomiast na wewnętrznych bokach podłużnic 1 i poprzecznic 2 zamocowane są odpowiednio wsporniki odbijaków poprzecznych i gniazda amortyzatorów poprzecznych 22. Zabezpieczenie ramy wózka umożliwiające jednoczesne podnoszenie wózka razem z pojazdem zrealizowane jest poprzez cztery zawiesia zlokalizowane w dolnej części ramy.

Wózek wyposażony jest w dwa zestawy kołowe z kołami 12 ułożyskowanymi na czopach osi portalowej 11. Koła 12 posiadają wkładki elastyczne tłumiące drgania oraz absorbery dźwięku. Zestawy kołowe wyposażone są w styki uziemiające. Oś portalowa 11 posiada gniazda 13 do osadzenia sprężyn stożkowych 16 usprężynowania pierwszego stopnia, natomiast w dolnej części osi 11 znajd ują się otwory montażowe dla wspornika hamulca szynowego 24 oraz gniazda do montażu wózka w tokarce podtorowej.

Koła 12 za pośrednictwem sprzęgieł elastycznych (nie pokazano na rysunku) połączone są z przekładniami kątowymi nadrzędnymi 8 i podrzędnymi 9, przy czym jedno koło 12 tego samego ze4

PL 225 456 B1 stawu łączy się z przekładnią nadrzędną 8 a drugie z przekładnią podrzędną 9. Obie przekładnie 8 i 9 połączone są wałem poprzecznym 10, przez co oba koła 12 jednej osi są sprzężone kinematycznie i napędzane jednym silnikiem elektrycznym 6. Po zewnętrznej stronie przekładni 8 i 9 zamocowane są tarcze hamulcowe 19 oraz zaciski hamulca tarczowego 20.

Zestawy kołowe są prowadzone w ramie wózka napędowego za pomocą sprężyn stożkowych 16, stanowiących jednocześnie usprężynowanie pierwszego stopnia składające się z czterech podwójnych kompletów o progresywnej charakterystyce ugięciowej, spoczywających na gniazdach 13 w osi portalowej 11 i naciskanych ramą wózka. Prowadzenie zestawu kołowego, poza usprężynowaniem pionowym, cechuje się możliwością poziomego wzdłużnego i poprzecznego przemieszczania się w zakresie odpowiednio dobranych charakterystyk ugięciowych, co zmniejsza kąt nabiegania na szynę i przyczynia się do zmniejszenia zużycia obręczy zestawów kołowych podczas jazdy w łukach torowych.

Jednostka napędowa kół 12 jednej osi składa się z dwóch przekładni kątowych (nadrzędnej i podrzędnej) 8 i 9 oraz asynchronicznego elektrycznego silnika trakcyjnego 6, ulokowanego prostopadle do osi zestawu kołowego na zewnątrz (z boku) ramy wózka. Moment napędowy z silnika 6 poprzez sprzęgło elastyczne 7 przekazywany jest do przekładni nadrzędnej 8, która rozdziela go i przekazuje dalej na koło 12 oraz za pośrednictwem wału 10, biegnącego wzdłuż osi portalowej 11, do przekładni podrzędnej 9 znajdującej się po przeciwnej stronie zestawu kołowego. Poprzeczne wały napędowe 10 biegną w przestrzeniach pomiędzy zestawami kołowymi a poprzecznicami 2. Przekładnie 8, 9 połączone są z sąsiadującymi kołami 12 za pośrednictwem sprzęgieł elastycznych (nie pok azano na rysunku). Obie jednostki napędowe sprzężone są korpusami, tzn. silnik elektryczny 6 jednostki napędzającej jedną oś połączony jest z korpusem przekładni podrzędnej 9 drugiej osi tworząc blok napędowy: przekładnia nadrzędna 8 - silnik 6 - przekładnia podrzędna 9 drugiej osi (tylko połączenie korpusów). Zespół napędowy realizuje również funkcję hamulca elektrodynamicznego.

Układ napędowy jest układem w pełni usprężynowanym, co oznacza ograniczenie masy nieusprężynowanej oddziałującej na tor. Każdy blok napędowy jest zawieszony na ramie wózka za pomocą trzech elementów metalowo - gumowych 17 i 18, tj. po jednym elemencie 17 w górnej części każdej przekładni 8, 9 oraz trzeci element 18 znajdujący się w dolnej części, który mocuje korpus silnika elektrycznego 6 do podłużnicy 1.

Sprzęgła elastyczne łączące przekładnie 8, 9 z kołami 12 pozwalają na przemieszczenia względne wynikające z ugięć usprężynowania pierwszego stopnia, oraz przemieszczeń poprzecznych zestawu kołowego spowodowanych dynamiką jazdy.

Wózek wyposażony jest w układ hydraulicznego poziomowania składający się z czterech siłowników hydraulicznych 14 zainstalowanych parami w gniazdach poziomych elementów 4 ramy i czujników odległości pomiędzy ramą wózka a nadwoziem. Każdy siłownik hydrauliczny 14 oddziałuje be zpośrednio na sprężynę 15 drugiego stopnia usprężynowania.

Nadwozie opiera się bezpośrednio na usprężynowaniu drugiego stopnia, wspartym przez s iłowniki hydrauliczne 14 osadzone w ramie wózka. Zespół usprężynowania drugiego stopnia składa się czterech gumowo-metalowych elementów elastycznych 15 (sprężyny klepsydrowe). Sprężyny 15 charakteryzują się stosunkowo niską sztywnością poprzeczną, co pozwala na większe przemies zczenie poprzeczne oraz na większy skręt wózka pod nadwoziem, przy stosunkowo niskich siłach oporu.

Usprężynowanie drugiego stopnia wspomagane jest dwoma pionowymi amortyzatorami 23 oraz dwoma poprzecznymi amortyzatorami 22. Układ powyższy ma za zadanie tłumić drgania wynikające z obciążeń dynamicznych, przenoszone z wózka na pojazd, zapewniając utrzymanie odpowiedniej spokojności biegu i odpowiedniego komfortu jazdy.

Do tłumienia drgań podstawowych w pierwszym stopniu usprężynowania wykorzystano dynamiczną pętlę tłumienia sprężyn stożkowych 16. Natomiast do tłumienia drgań podstawowych w drugim stopniu usprężynowania zastosowano dwa amortyzatory hydrauliczne pionowe 23 oraz dwa amortyzatory poprzeczne 22.

Siły trakcyjne pomiędzy nadwoziem i wózkiem napędowym są przenoszone przez cięgło trakcyjne 21, usytuowane pomiędzy nadwoziem a ramą wózka. Wózek wyposażony jest w cztery hamulce tarczowe realizujące również funkcje hamowania postojowego i dwa elektromagnetyczne hamulce szynowe 24. Zacisk 20 hamulca tarczowego zamocowany jest do korpusu przekładni 8, 9, natomiast wentylowana tarcza 19 osadzona jest na wale drążonym tych przekładni 8, 9.

PL 225 456 B1

Celem wzmocnienia układu hamulcowego zastosowano do awaryjnego hamowania wagonów tramwajowych elektromagnetyczny hamulec szynowy 24. Elektromagnetyczny hamulec szynowy 24 stanowią dwa elektromagnesy prądu stałego, które na skutek działania sił magnetycznych, po wzbudzeniu, przywierają do szyny, powodując szybkie zatrzymanie pojazdu. Hamulce elektromagnetyczne 24 podwieszone są do osi portalowej 11.

Claims (10)

1. Wózek napędowy do niskopodłogowego pojazdu szynowego, posiadający ramę, dwa zestawy kołowe z kołami niezależnymi osadzonymi na osiach portalowych, zespół usprężynowania pierwszego stopnia, zespół usprężynowania drugiego stopnia, jednostki napędowe wzdłużnie usytuowane na zewnątrz zestawów kołowych oraz prostopadle do osi portalowych, przy czym silnik elektryczny pierwszej jednostki napędowej sprzężony jest za pomocą sprzęgła elastycznego z przekładnią nadrzędną i kołem pierwszego zestawu kołowego oraz za pomocą wału poprzecznego z przekładnią podrzędną i drugim kołem tego samego zestawu kołowego, a silnik elektryczny drugiej jednostki napędowej sprzężony jest za pomocą sprzęgła elastycznego z przekładnią nadrzędną i kołem drugiego zestawu kołowego oraz za pomocą wału poprzecznego z przekładnią podrzędną i drugim kołem tego samego, drugiego zestawu kołowego, znamienny tym, że każdy silnik elektryczny (6) połączony jest korpusem z przekładnią podrzędną (9) jednostki napędowej przeciwnego zestawu kołowego, natomiast w poziomych elementach (4) o kształcie litery „C” ramy wózka znajdują się gniazda, w których osadzone są pary siłowników hydraulicznych (14), na których spoczywają sprężyny (15) zespołu usprężynowania drugiego stopnia.

2. Wózek napędowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że koła (12) zestawów kołowych połączone są z przekładniami (8), (9) za pomocą sprzęgieł elastycznych.

3. Wózek napędowy, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że do każdej przekładni (8), (9) po zewnętrznej stronie zamocowana jest tarcza hamulcowa (19) na jej wale drążonym, natomiast zaciski hamulców (20) przymocowane są do ich korpusów.

4. Wózek napędowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że jednostki napędowe podwieszone są do ramy za pomocą trzech elementów metalowo-gumowych (17, 18), przy czym dwa elementy (17) usytuowane w narożach elementów (4) łączą z ramą korpusy przekładni nadrzędnej (8) i przekładni podrzędnej (9) przeciwnej jednostki napędowej, natomiast trzeci element (18) łączy korpus silnika elektrycznego (6) z podłużnicą (1) ramy.

5. Wózek napędowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół usprężynowania pierwszego stopnia stanowią cztery podwójne komplety sprężyn stożkowych (16) osadzone w gniazdach (13) osi portalowych (11), na których wsparta jest rama poprzez cztery wsporniki (5) o kształcie małej litery „h”.

6. Wózek napędowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół usprężynowania drugiego stopnia w postaci czterech sprężyn klepsydrowych (15) wyposażony jest w dwa amortyzatory poprzeczne (22) oraz dwa amortyzatory pionowe (23).

7. Wózek napędowy, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zestawy kołowe wyposażone są w styki uziemiające, natomiast koła (12) zestawów kołowych posiadają tłumiące wkładki elastyczne oraz absorbery dźwięku.

8. Wózek napędowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że wały poprzeczne (10) usytuowane są w dolnej przestrzeni pomiędzy poprzecznicami (2) a osiami portalowymi (11), przy poprzec znicach (2).

9. Wózek napędowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada elektromagnetyczny hamulec szynowy (24) w postaci dwóch elektromagnesów prądu stałego, podwieszonych do osi portalowych (11).

10. Wózek napędowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada czujniki odległości między ramą wózka a nadwoziem.