SE456666B - Anordning vid ett motordrivet raelsfordon - Google Patents

Description

456 see 2 , _ I stort följer dock sambandet, ofta kallad adhesionskurvan, ett visst ut- seende. Skillnad i periferihastighet hos hjulen och rälsen innebär att en viss slirning har uppstått. Från noll slirning och upp till en viss slir- ning ökar friktionen. och därmed dragkraften i stort sett linjärt från noll upp till ett visst värde. Vid ytterligare ökning av slirningen er- hålles en lägre friktionsökningsderivata. Adhesionskurvan når därefter vid en viss slirning en maximal friktion vid det givna adhesionsförhållandet.

Om slirningen tillåtes ökas ytterligare minskar den överförbara dragkraf- ten, dvs adhesionskurvan uppvisar en negativ lutning eller derivata.

Som det har framgått är det ett stort önskemål att kunna utnyttja maximal tillgänglig dragkraft, dvs försöka reglera fordonens drivmotorer till att avge ett sådant moment att tillgänglig friktion utnyttjas. Vissa problem uppstår dock därvidlag som hänger ihop med adhesionskurvans negativa derivata vid en slirning större än den som motsvarar maximal friktion (dragkraft). Det har kunnat konstateras att då man överskrider slirningen vid maximal friktion uppträder ett mekaniskt instabilitetsfenomen vari torsionsegensvängningsmoder i drivsystemet växer exponentiellt. Sväng- ningarna stabiliseras vid en viss amplitud, beroende bl a på slirnings- hastigheten. Dessa mekaniska egensvängningar fortplantar sig från den roterande drivaxeln till icke roterande delar över drivanordningens växel.

Uppkomsten av dessa egensvängningar indikerar således att man har över- skridit adhesionskurvans maximalt tillgängliga dragkraft. Genom att detek- tera uppkomsten av begynnande torsionssvängningar kan man således få en signal som kan utnyttjas för ström- eller momentmaximering av fordonets drivmotorer.

I svenska patentskriften 7303307-3 ges ett exempel på en sådan reglering.

För att detektera uppkomna svängningar användes ett kraftkännande don som placeras i reaktionstaget mellan växelhus och boggiram. Det reglersystem som användes tillsammans med kraftdonet användes fortfarande, även om det ger upphov till vissa problem som en anordning enligt denna uppfinning är avsedd att lösa eller minimera.

Som det har framgått är avsikten med det beskivna reglersystemet enligt teknikens ståndpunkt att man skall reglera på gränsen till uppkomsten av torsionssvängningar i drivsystemet. Om man vid drift först har kommit in i arbetsområdet med negativ lutning på adhesionskurvan sker amplitudväxten av torsionssvängningarna mycket snabbt. Detta medför att även om aktuella (n. 456 666 elektriska reglersystem kan göras mycket snabba hinner torsionssväng- ningarnas amplitud och därmed den mekaniska påkänningen i drivsystemet att bli stora och ofta förekommande. Detta har i sin tur resulterat i ett flertal axelbrott. Stor möda har lagts ned på att förbättra hjulaxlarnas utmattningsprestanda eller -egenskaper. Dessa försök har inte varit till- räckliga och inte gett önskad minskning i axelbrottfrekvensen. Att försöka förbättra axlarnas prestanda i detta avseende innebär ju heller inte en profylaktisk metod. Det finnes därför ett stort önskemål från olika håll om att få fram anordningar som förhindrar uppkomsten av dessa torsions- svängningar. Man skulle därvid kunna utforma reglersystemen för maximal dragkraft så att arbetspunkten på adhesionskurvan ligger närmare frik- tionsmaximum.

RITNINGSBESKRIVNING I bifogade figur 1 visas ett hjulpar för ett motordrivet rälsfordon.

Hjulen är förbundna med en axel som har ett påkrympt kugghjul. Detta kugghjul går i ingrepp med ett kugghjul som via en axelkoppling är förbunden med drivmotorn. I figuren visas tre möjliga placeringar i drivsystemet av en anordning enligt uppfinnigen.

I figur 2 visas mera i detalj hur uppfinningen kan utformas då den appliceras på en axel. aEpoGöRELsa FÖR UPPFINNINGEN Uppfinningen avser en anordning som skall förhindra uppkomsten av tor- sionssvëngningar av beskriven typ i drivsystem. Detta kan ske genom att en torsionsmassa (svängmassa) införes i drivsystemet via kopplingsorgan i form av dämpningsöverförande element som dels har karaktären av styvhet, dels har en dämpande karakteristik och således kan uppta svängningsenergi.

En anordning bestånde av en torsionsmassa och ett dämpningsöverförande element med nämnda egenskaper kan om den ur resonanssynpunkt dimensioneras rätt på ett mycket påtagligt sätt öka moddämpningen i torsionssvängnings- moder i det mekaniska drivsystemet.

En egensvängningsmod definieras av tre modala parametrar, nämligen egen- frekens, svängningsform och moddämpning. Frekvensen hos de torsionssväng- ningar som uppstår i drivsystemet vid slirning bestäms till stor del av de 456 see 4 i hjulen ingående massorna. Torsionssvangningarna utgöres i huvudsak av drivsystemets första och andra egensvängningsmod. Då slirningen är så stor att den del av adhesionskurvan där lutningen är negativ har nåtts uppstår ett tillskott av negativ dämpning till systemet. Detta innebär att mod- dämpningen kan bli negativ med resultat att egensvängningsmoden blir instabil. En anordning enligt uppfinningen, som det har framgått består av en torsionsmassa och dämpningsöverförande element. ger ett tillskott av positiv dämpning till den egensvängningsmod vars egenfrekvens anordningen har avstämts för. Egensvängningsmoden blir därmed stabil eller mindre instabil.

Genom att via kopplingsorgan i form av dämpningsöverförande element införa en torsionsmassa i drivsystemet kommer dels egenfrekvens och svängnings- form att påverkas något. Denna ändring är dock väsentligt lägre än driv- systemets egenfrekvensändring på grund av skillnad i hjulens tröghets- moment mellan ett nytt och begagnat (slitet) hjul.

Drivsystemen för motordrivna rälsfordon har flera utföringsformer, dels beroende på prestanda, spårvidd, fordonets storlek m m. Detta innebar att torsionsmassa och dämpningsöverförande element kan komma att bli placerade och utformade på olika sätt beroende på den aktuella tillämpningen.

Torsionsmassan kan bestå av en vanlig stålkonstruktion (svänghjul), av ett stålhus omslutande en torsionsmassa av bly eller annat.

De dämpningsöverförande elementen kan lämpligen bestå av gummi- eller plastmaterial eller någon form av viskös dämpningsanordning kombinerad med separata fjädringselement.

BESKRIVNING AV UTFÖRANDEFORMER I bifogade figur 1 visas ett drivsystem för ett motordrivet rälsfordon.

Drivhjulen 1 och 2 är förbundna med en axel 3. Påkrympt pà axeln sitter ett kugghjul Ä ingående i en växel(-låda) för nedväxling av rotations- hastigheten hos drivmotorns 5 rotor. Rotorns axel är via en axelkoppling 6 förbunden med växelns andra kugghjul 7. Lagring av drivsystemet och upp- hängning i fordonets boggi är ej visad. 456 666 _: Då man från drivmotorn 5 får ett sådant pådrag att slirningen mellan hjul och räls överstiger det värde som för aktuell friktion ger maximal drag- kraft kan torsionsegensvängningar i drivsystemet uppstå. Som tidigare nämnts utgöres dessa i huvudsak av systemets första och andra egensväng- ningsmod, beroende bl a av typ av drivsystem. Generellt kan sägas att den första egenformen bildas av rotorns svängningar mot hjulparet, dvs fas- läget mellan hjulen och rotorn är 180°. Den andra egenformen bildas av hjulens svängningar mot varandra medan rotorns svängningar oftast har liten amplitud i förhållande till hjulens svängningar. Främst den andra, men även den första svängningsmodens egenfrekvens beror till stor del av hjulens masströghetsmoment relativt till hjulaxeln. Som omtalat tidigare kommer dock hjulens tröghetsmoment att påverkas på ett icke försumbart sätt vid hjulslitage eftersom slitaget och medföljande omsvarvning av hjulen påverkar hjulens (dvs svängmassans) radie.

I figuren redovisas hur anordningar enligt uppfinningen kan appliceras på tre olika ställen i drivsystemet. Dämpningsanordningen består som det har beskrivits av en torsionsmassa och dämpningsöverförande element. Den konstruktiva utformningen av de ingående delarna kan bli något olika beroende på var i drivsystemet anordningen placeras.

En första applikation av dämpningsanordningen kan vara vid hjulaxeln.

Symmetriskt runt hjulaxeln placerade dämpningsöverförande element visas i ett pricinpiellt utförande vid 8. 9, 10 och ll. Torsionsmassan 12 består som det framgår av figuren av en ring förbunden med axeln via de dämp- ningsöverförande elementen.

En andra applikation av dämpningsanordningen kan vara vid hjulens utsida.

De dämpningsöverförande elementen, i det visade exemplet uppgående till 5 stycken, 13. lfl. 15, 16 och 17 sitter placerade på samma radie och jämnt fördelade runt hjulet. Torsionsmassan 18 består också här av en ring eller ringformig skiva förbunden med hjulen via de dämpningsöverförande elemen- ten.

En tredje applikation av dämpningsanordningen kan vara på den kopplings- halva av kopplingen 6 som vänder mot växeln. Orsaken till att dämpnings- anordningen måste vara kopplad till den relativt hjul och hjulaxel styva sidan av kopplingen 6 är att det mellan kopplingens två halvor finnes gummidämpande element. Symmetriskt runt kopplingshalvans periferi placeras 456 666 6 de dämpningsöverförande elementen, i figuren visas ett exempel med 4 ele- ment 19, 20, 21 och 22. Torsionsmassan 23 består av en ring som är för- bunden med kopplingshalvan via de dämpningsöverförande elementen.

En dämpanordning enligt uppfinningen kan appliceras på ytterligare ett flertal ställen på drivanordningen och kan självfallet komma till använd- ning vid olika utformningar av drivsystemet.

I figur 2 visas ett tänkbart praktiskt utförande av dämpningsanordningen applicerat direkt på hjulaxeln 3. En kuggkrans Zü med i det visade exemp- let tre kuggtänder 25, 26 och 27 är pàkrympt på axeln. Torsionsmassan 12 är utformad som en ring med 3 invändiga kuggtänder 28, 29 och 30 och är lagrad på den inre kuggkransen via i det visade exemplet sex stycken dämp- ningsöverförande element 31, 32. 33, 34, 35 och 36. Dessa är utformade som stavar med en tvärsnittsyta som en ringformad cirkelsektordel. Rent gene- rellt bestäms tvärsnittsytans form av den kraftupptagande ytans form.

Axial- eller sidledstyrning kan ske på mångahanda olika sätt, exempelvis genom speciell utformning av stavarna.

Beräkning av egenfrekvens för drivsystemet sker i enlighet med klassisk svängningslära och kommer därför ej att redovisas här. Med utgångspunkt från egenfrekvensen och de gränser inom vilken denna kommer att variera på grund av hjulslitage m m kan anordningens modala parametrar och därmed dimensionerna för de dämpningsöverförande elementen och torsionsmassan bestämmas. Denna dimensionering blir självfallet också beroende av var i drivsystemet anordningen kommer att appliceras.

Utformningen är inte enbart begränsad till kopplingsanordningar i form av kugghjulslikande arrangemang utan även andra former kan komma till använd- ning. Exempelvis kan axel eller axelkoppling förses med radiellt utstånde tappar omgivna av dämpningsöverförande element i form av rörformade hylsor eller liknande. Torsionsmassan måste då utformas med motsvarande radiella öppningar. För att kunna montera anordningen utformad på detta sätt måste torsionsmassans radiella öppningar vara åtkomliga utifrån för fastsättning av de radiella tapparna eller så måste torsionsmassan vara delbar. En för- del med detta arrangemang är att anordningen fixeras i axiell led.

Claims (8)

7 ~ 456 see .w PATENTKRAV

1. Anordning vid ett motordrivet rälsfordon omfattande åtminstone ett drivsystem bestående av en motor (5), en axelkoppling (6), en hjulaxel (3) och två drivhjul (1, 2) vilken anordning är k ä n n e t e c k n a d av att dämpningsöverförande element (8, 9, 10, 11) infästa i drivsystemet är anordnade som kopplingsorgan mellan drivsystemet och en med drivsystemet medroterande torsionsmassa (12).

2. Anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att de dämpningsöverförande elementen och torsionsmassan är anordnade vid hjul- axeln.

3. Anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att de dämpningsöverförande elementen och torsionsmassan är anordnade vid driv- hjulen.

4. Anordning enligt patentkrav 1 k a n n e t e c k n a d av att de dämpningsöverförande elementen och torsionsmassan är anordnade vid axel- kopplingen.

5. Anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att tor- sionsmassan är anordnad som en ring med infästningsanordningar (28. 29, 30) för de dämpningsöverförande elementen.

6. Anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att hjul- axel, hjul eller axelkoppling är anordnade med infästningsanordningar (25, 26, 27) för de dämpningsöverförande elementen.

7. Anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att de dämpningsöverförande elementen är anordnade som kopplingsorgan mellan infästningsanordningarna i hjul, hjulaxel eller axelkoppling och torsions- fllflSSß.

8. Anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att de dämpningsöverförande elementen består av ett material som dels har fjäd- rande egenskaper och/eller dels dämpande egenskaper och en energiupp- tagande egenskap.