SE465420B - Foerfarande foer att oeka stabiliteten foer ett hjulunderrede foer raelsfordon samt hjulunderrede foer raelsfordon - Google Patents

Description

Ü: 465 420 Emellertid ger detta arrangemang mycket liten bundenhet att hålla hjulen parallella relativt varandra men ej vinkelräta mot sidoramarna. Denna förflyttning är vanligen känd såsom “rombför- ändring" och resulterar i två ej önskvärda karakteristika. Först kan ett ostabilt förhållande känt såsom "jagning" uppträda, varvid rombförändringen sker på ett kontinuerligt svängande sätt ökande med hjulens verkan mot rälsen. Denna rörelse ökar slitage på hjul och räls, förorsakar höga stötnivàer att överföras på rälsen och fordonskroppen och kan i extrema fall leda till fordonets urspåring.

Den andra verkan sker i kurvor. När fordonet förflyttar sig på kurvor av väsentligt liten radie så att de ledande hjulen kommer i flänskontakt med ytterrälsen utsättes hjulsättet för ett vridmoment som vrider det mot ytterrälsen. Detta skapar ett mycket högt vinkelangrepp för den ledande axeln med spåret och det är välkänt att sådant högt vinkelangrepp resulterar i höga nivåer av slitage och oljud såsom det också skapar kraftiga påkänningar och möjlighet till urspårning.

En lösning för att avhjälpa denna rombförändring har varit att ianvända hjulunderreden som har en styv H-formig ram. Vid denna konstruktion är stödet och sidoramarna formade i ett stycke så att relativ längsgående förflyttning mellan sidoramarna ej kan ske. Sådana ramar tenderar att vara ytterst styva så att deras möjlighet att upptaga vertikala rörelser mellan axlarna inte blir särskilt bra och förvåndande nog har de en relativt låg kritisk hastighet, dvs den hastighet vid vilken instabilitet inträder.

Det har också föreslagits att använda stag som sträcker sig diagonalt mellan sidoramarna och är nitade till den vid åtskilda platser. Denna konstruktion är också naturligt styv och har därför nackdelarna med låg stabilitet som finns vid ramkonstruk- tionen i form av H. 10 20 25 3G 35 465 420 Förslag har också framkommit att använda diagonala stag mellan lagerboxarna för hjulen. Emellertid blir ett sàdant arrangemang komplicerat på grund av rörelsen för lagerboxarna relativt sidoramarna och ökar ofjädrande vikten för fordonet. Vidare kan arrangemanget enbart praktiskt användas på hjulunderreden där ramarna är placerade på insidan av hjulen, emedan de diagonala stagen tenderar att ingripa med hjulen när sidoramarna befinner sig pà det vanliga utsideläget. Detta komplicerar konstruktionen att använda stag och vidare ökar den ofjädrade vikten.

Det är därför ett ändamål med föreliggande uppfinning att erbjuda ett förfarande och ett hjulunderrede där ovan nämnda nackdelar elimineras eller göres till ett minimum.

Det kännetecknande är nu att värden utväljes för girningsstyvhet och sidstyvhet ur en karakteristisk kurva för maximal kritisk hastighet erhàllen fràn en plottning av värden för girningsstyv- het i relation till sidstyvhet, varvid det första elastiska medlet anpassas för att uppnå det utvalda värdet för girnings- styvhet hos hjulunderredet och att ett andra elastiskt medel förläggas för att förena sidoramarna med stagorganet och ge det utvalda värdet för sidstyvheten för ramen.

En utföringsform av uppfinningen kommer nu att beskrivas i exemplifierande syfte med hänvisning till bifogade ritninge- figurer..

Fig 1 visar därvid en sidvy av ett hjulunderrede.

Fig 2 visar hjulunderredet underifrån enligt fig 1.

Fig 3 visar en detalj av en del av hjulunderredet enligt fig 2.

Fig 4 visar en serie av kurvor illustrerande förhållandet mellan girningsstyvhet och sidstyvhet för ett visst hjulunderrede. 465 420 Hänvisande till ritningsfigurerna innefattar ett hjulunderrede 20 ett par längsgående sidoramar 22-24 uppbärande ett par hjul- uppsättningar 26-28. Varje hjulsätt innefattar ett par flänsade hjul 30 fästade vid en axel 32, vars ändar uppbäres i lagerboxar 34. Lagerboxarna 34 är fästade i ok 36 utformade vid varje ände av sidoramarna 22-24 så att axlarna kan rotera runt en huvudsak- ligen horisontell axel relativt sidoramarna 22-24. En kudde 37 av elastiskt material är placerad mellan varje lagerbox 34 och ok 36 för att ge en första upphängning för axlarna och tillàta begränssad kontrollerad rörelse av hjulsätten från parallellite- ' ten.

Ett stöd 38 sträcker sig mellan sidoramarna 22-24 och passerar genom en öppning 40 utformad i den centrala delen av varje sidoram. Ändarna av stödet 38 uppbäres av fjäderkonstruktioner 42 som tillåter vertikal rörelse mellan stödet 38 och sidoramar- na 22-24 och anligger mot slider 44 förenade med de vertikala kanterna av öppningarna 40 sà att stödet kan röra sig vertikalt men inte längsledes relativt sidoramarna.

Ett par brickor 48 är fastsvetsade vid sidoramarna 22-24 mellan oken 36. Dessa brickor 48 har lika avstånd fràn hjulunderredets centrumlinje och är sneda relativt hjulunderredets längsgående axel. Ett par steg S0 sträcker sig mellan diagonalt motsatta brickor 48 sa att stagen korsar varandra på hjulunderredets centrumlinje. Stagen upptages i brickorna 48 på så sätt som bäst framgår av fig 3. Varje stag 50 har en avsmalnad del 52 vid varje ände som övergår i en gänga 54. Ett hal 56 är utformat i brickan 48 med en diameter som är större än diametern för den avsmalnade delen 52. Ett par elastiska bussningar 58 är placera- de mellan den avsmalnade delen 52 och hàlets 56 insida och varje har en rediellt riktad ansats 60 som anligger mot utsidan av brickan 48. Mellanläggsbrickor 62 är monterade på den avsmalnade delen 52 för att anligga mot utsidan av de elastiska bussningar- na 58 och en mutter 64 är anbringad pà gängan 54 för att pressa 10 20 30 35 465 420 UI bussningarnas ansatser 60 mellan mellanläggsbrickan 62 och utsidan av brickan 48. Bussningarna 58 ger därför en elastisk förbindning mellan stagen 50 och brickan 48 och ger en kontrollerad flexibilitet mellan hjulunderredets sidoramar.

Stagen 50 är förenade med varandra vid korsningspunkten medelst en bygel 66 för att förhindra vertikal vibration hos stagen 50.

Till funktionen förhindrar stagen 50 effektivt rombförändring av sidoramarna, dvs relativt längsgående förflyttning mellan sido- ramarna men på grund av den elastiska förbindningen och deras flexibilitet vid böjning införes ej oönskad styvhet som annars skulle kunna förhindra vertikal förflyttning mellan hjulen. De elastiska bussningarna 58 är också valda för att ge önskad grad av skjuvningsflexibilitet i hjulunderredet för en dynamiskt stabil utformning. De elastiska kuddarna 37 hjälper till i att åstadkomma det optimala värdet för sådan flexibilitet men huvud- sakliga bidraget kommer från bussningarna 58.

Fig 4 visar typiska familjekurvor för ett visst hjulunderrede som illustrerar förhållandet mellan styvheten för hjulunderredet och kritiska hastigheten vilken är den hastighet vid vilken hjulunderredet erfar instabilitet. Parametern KB definieras såsom motståndet mot fasvridning mellan axlarna, dvs det mot- stånd som gives en koppling som tenderar att förflytta hjulupp- sättningarna ur parallellt förhållande. Styvheten KS är den styvhet som ges mot den kraft som tenderar att sidledes för- flytta ett av hjulsätten 26 relativt det andra. Förhållandet mellan KB och KS bestämmas av hjulunderredets dimensioner, förlängning av stagen 50 och elasticiteten av de elastiska bussningarna 58. Kurvorna indikerade V1, V2, V3 etc, represente- rar karakteristiska kritiska hastigheter vid vilka ett hjul- underrede har en vridstyvhet KB(n) och en sidledes styvhet KS(n) som ligger på karakteristikakurvan Vn kommer att ha en kritisk hastighet av Vn. Over denna hastighet kommer hjulunderredet att bli naturligt ostabilt. Det skall observeras att det finns en GI UI 465 420 kurva VC MAX som inbördes förenar sadelpunkterna för karakte- ristiska kurvorna och representerar maximalhastigheten för W hjulunderredet innan instabilitet inträffar. Genom att därför välja värden för KS och KB som ligger på kurvan VC MAX, så kan kritiska hastigheten för hjulunderredet vara ett maximum. u u Kurvorna möter en linje som har värdet KS = 1/32 - KB, där a är halva avståndet mellan axlarna 26, 28. För alla praktiska bedömningar kan visas att KS < 1/a2 KB för ett hjulunderrede i vilket hjulparen eller hjulsätten ej är direkt kopplade. Utform- ningen av stagen 50 och styvheten hos bussningarna 58 kan därför väljas för att tillförsäkra att maximal kritisk hastighet upp- nas.

Karakteristikakurvorna över kurvan VC MAX har var och en en kritisk hastighet lägre än VC MAX. Därför skulle ett stelt hjulunderrede såsom sådant som använder en H-ram eller är för- sedd med svetsade tvärgàende stag ha en låg kritisk hastighet som förklarar instabiliteten för sådana hjulunderreden. Pà samma sätt skulle ett hjulunderrede som har hög grad av flexibilitet, såsom t ex ett konventionellt hjulunderrede i tre stycken, också ha en låg kritisk hastighet. Genom att emellertid införa de elastiska bussningarna för att åstadkomma kontrollerad flexibi- litet i skjuvningsriktningen, så kan uppnàs ett hjulunderrede med önskad kritisk hastighet. Vid tester utförda av sökanden modifierades ett hjulunderrede av formen Barber typ S2 genom att använda konstruktionen enligt ritningarna. Stagen 50 gavs en lutning av 66° mot hjulunderredets längsgående axel och buss- ningarna 58 utformades av ett elastiskt material med en hårdhet av 70 durometer. Bussningarna hade en utvändig diameter om 75 mm, så att ett ringformigt material med en area ungefär om 150 <1 mm2 och 25 mm tjock blev placerad mellan mellanläggsbrickan 62 och flänsen 48. Längden för stagen mellan mellanläggsbrickorna var 2083 mm och stagen var gjorda av stål med låg karbonhalt med en utvändig diameter av 50 mm. Bussningarna 58 när de var pà- satta stagen 50 och brickorna 48 erbjöd en styvhet av 4 x 107 N/M mätt utefter stagens axlar. Med detta arrangemang ökades Gl 10 15 20 30 I 465 420 hjulunderredets styvhet från ett värde av 2 x 105 N/M för KS till 2 x 106 N/M. Den kritiska hastigheten för hjulunderredet kalkylerades att öka från cirka 50 km per timme till cirka 119 km per timme (frånsett effekterna från friktionsdämpning).

Det är uppenbart att den beskrivna konstruktionen är särskilt lämpad att användas för utbyte eller insättas i befintliga hjulunderreden i avsikt att öka deras kritiska hastighet och kurvtagningsförmåga. Sådan insättning kan utföras genom enkelt tillförande av brickorna 48 till hjulunderredets ram eller genom att använda befintliga hål i sidoramarna om sådana är tillgäng- liga. Styvheten som gives hjulunderredet kan varieras genom val av det elastiska materialet och genom dimensionerna för buss- ningarna 58. Styvheten KB påverkas inte väsentligt genom instättning av stagen 50 och existerande värdet för KB kan därför begränsa ökningen av den kritiska hastigheten som kan uppnås genom en enkel insättning till under värdet VC MAX.

Det inses därför av ovanstående att nackdelarna som förefinnes med den kända tekniken elimineras eller göres till ett minimum pä ett enkelt och bekvämt sätt. Även om i den föregående ut- 'föringsformen det beskrivits att stagen 50 passerar under stödet 38, så kan om så är praktiskt stagen passera genom hål i stödet.

Detta tillåter att stagen placeras närmare rotationsaxeln för hjulen och minimiserar tendensen att vrida sidoramarna kring sina längsgående axlar. Anordnandet av de elastiska blocken 37 bidrager även till att förbättra hjulunderredets funktion.

Effekten av dessa block är att sänka KB och det framgår av fig 4 att en minskning i detta värde leder till en minskning av den kritiska hastigheten. Emellertid skulle en liknande framtagning av kurvor som visar karakteristiska kurvor för vinkelangreppet visa att en minskning av KB minskar vinkelangreppet och därför förbättrar hjulunderredets kurvtagningskarakteristika. Anordnan- det av stagen 50 ökar sedan värdet för KS utan att otillbörligt påverka KB så att en ökad kritisk hastighet uppnås under bibe- hållande av de förbättrade kurvtagningsegenskaperna.

Claims (11)

465 420 PATENTKRAV

1. Förfarande för att öka stabiliteten för ett hjulunderrede för rälsfordon innefattande ett par i längdled åtskilda trans- versellt utsträckta hjulaxlar, som var och en har ett par hjul med en axel utsträckt däremellan jämte en ram innefattande ett par sidledes åtskilda gidoramar (22; 24) och ett stagorgan (50), vilka sidoramar var och en har ett axellager vid sina motsatta ändar, varvid första elastiska medel (37) är insatta mellan var och en av axellagren och sidoramarna för att tillåta kontrolle- rad rörelse av axlarna från ett inbördes parallellt läge och därigenom bestämma girningsstyvheten för hjulunderredet, k ä n n e t e o k n a d av att värden utväljes för girnings- styvhet och sidstyvhet ur en karakteristisk kurva för maximal kritisk hastighet erhållen från en plottning av värden för girningsstyvhet i relation till sidstyvhet, varvid det första elastiska medlet (37) anpassas för att uppnå det utvalda värdet för girningsstyvhet hos hjulunderredet och att ett andra elas- tiskt medel (58) förlägges för att förena sidoramarna (223 24) med stagorganet (50) och ge det utvalda värdet för sidstyvheten för ramen.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att ett ökat värde för åtminstone sidstyvheten utväljes för att ligga intill en linje, som utmärker gränsen KS = 1/az KB i en plottning av KS relativt KB, varvid KS är motståndet mot en kraft som tenderar att sidledes förflytta axlarna relativt varandra, KB är motståndet mot förflyttning av axlarna ur sin fas och a utgör halva distansen mellan axlarna.

3. Hjulunderrede för rälsfordon innefattande en ram med ett par sidledes åtskilda sidoramar (22; 24), ett par hjulaxlar (32) utsträckta mellan sidoramarna vid motsatta ändar av dessa och var och en lagrad för rotation kring en horisontell transversell f) 10 15 20 25 30 465 420 axel, varvid första elastiska medel (37) är insatta mellan hjul- axlarna (32) och respektive sidoramar (22; 24) för att ge flexi- bilitet mellan ramen och hjulaxlarna och tillåta kontrollerad rörelse för hjulaxlarna fràn ett inbördes parallellt läge och därigenom bestämma sidstyvheten för hjulunderredetl varjämte stagorgan (50) är utsträckta mellan sidcramarna för att motverka längsgående rörelse dememellan och innefattar stag (50) snett utsträckta relativt hjulunderredets längsgående geometriska axel, k ä n n e t e c k n a t av att andra elastiska medel (58) är insatta mellan och utgör förbindningar mellan stagens (50) ändar (52) och respektive sidoram (22; 24) och är defor- merbara vid relativ längsgående rörelse mellan sidoramarna (22; 24), varvid nämnda första (37) och andra (58) elastiska medel samt stegen (50) ger en kontrollerad elasticitet i skjuvnings- riktningen i det plan som innehåller hjulaxlarna.

4. Hjulunderrede enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att stagens (50) ändar (52) passerar genom öppningar (56) i sidcramarna och att det andra elastiska medlet (58) är insatt mellan steget (50) och respektive sidoram (22; 24) i området för öppningarna (56).

5. Hjulunderrede enligt krav 3, k ä n n ett e c k n a t av att stagen (50) är fästade i flänsar (48) som sträcker sig ned fràn sidoramarna (22; 24) och att det andra elastiska medlet (58) är insatt mellan flänsarna och stagen.

6. Hjulunderrede enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att flänsarna (48) är förlagda så att de är vinkelräta mot stagens (50) längsgående axlar.

7. Hjulunderrede enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att det andra elastiska medlet (58) är den enda förbindelsen för stagen (50) med sidoramarna. UI 465 420 10

8. Hjulunderrede enligt något av kraven 3-7, k ä n n e - t e c k n a t av att flexibiliteten i girningsriktningen är vald för att ge hjulunderredet maximal kritisk hastighet.

9. Hjulunderrede enligt krav 3¿ k ä n n e t e c k n a t av att det första elastiska medlet (32) innefattar elastiska block förlagda mellan axlarna (32) ech sidoramarna (22; 24).

10. 18. Hjulunderrede enligt krav 3 eller 5, k ä n n e t e c k- n a t av att det andra elastiska medlet innefattar buesningar (58) förlagda vid motsatta ändar av stagen (50).

11. Hjulunderrede enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att stagen (50) är inbördes förenade vid sin korsningspunkt. .fl