SE510725C2 - Vagn för spårbundet fordon med lutningsanordning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 510 725 hjulen och boggiramen. Lutningen av korgen tillgodoses genom en lutningsanordning anordnad mellan boggiramen och vaggbalken med sekundärfjädring anordnad mellan vaggbalken och vagnskorgen. Altenativt kan sekundärfjädringen vara anordnad mellan boggiramen och lutningsanordningen.

Lutningsanordningen i manga av dagens kommersiella system är utformad såtillvida att vaggbalken hänger i ett pendelarrangemang fràn boggiramverket. Vanligtvis använder man tva pendlar med olika upphängningspunkter i sáväl vaggbalken som boggiramverket. Pendlarna har var för sig en längdaxel genom sina bada upphängningspunkter. För att luta korgen appliceras en kraft mellan boggiramverket och vaggbalken med hjälp av ett ställdon. Dä kraften appliceras vrids vagnskorgen runt en vridningsaxel vars läge beror pá vilken vinkel vagnskorgen har vridits fràn sitt utgångsläge. Vridningsaxeln kommer att fä ett momentant läge i skärningspunkten mellan pendlarnas längdaxlar. vagnskorgens yttermàtt är begränsade till att alltid ligga inom vissa fastställda ramar för att inte riskera att slà i diverse hinder utmed spàrsträckningen. Vid lutning av vagnskorgen vill man att vagnskorgens ytterkanter fortfarande ska ligga inom de fastställda ramarna.

Vridningsaxeln för vagnskorgen läggs vanligtvis pà ungefär än det geometriska centrumet samma höjd, eller nàgot lägre, för vagnskorgen, för att fä en optimal kompromiss mellan den möjliga bredden pà korgen pà olika höjder.

Man vill minska de erforderliga ställkrafterna för att luta korgen. Med lägre ställkrafter kan man minska pà ställ- donets storlek vilket innebär en lägre kostnad och lägre vikt.

Kraften som behöver appliceras för en viss vinkelställning av korgen kommer huvudsakligen att vara beroende av vridningsaxelns läge i förhållande till tyngdpunktens läge i lateral led. Med lánga pendlar och kort avstand mellan 10 15 20 25 30 35 510 725 deras upphängningspunkter minskar vridningsaxelns förflyttning i lateral led. Vridningsaxelns förflyttning elimineras helt om bada pendlarna har samma upphängnings- punkt.

Man vill av olika skäl ha lägre golvhöjd i tàgen vilket begränsar den möjliga pendellängden. Det finns därför ett behov av en lutningsanordning som utan ökat utrymmesbehov behöver lägre ställkrafter. En lösning är att istället för pendlar använda en glidbana, formad som ett cirkelsegment, som korgen glider mot sä att vagnskorgen roterar kring en punkt ovanför tyngdpunkten för vagnskorgen. Den här lösningen finns beskriven tidigare, “Development of New Carbody Tilt Systems for Speedup of Curving", Japanese Railway Engineering No. 122, Febraury 1993, och utgör närmast kända teknik.Genom att placera vridningsaxeln ovanför tyngdpunkten sà kommer korgen att àtergá till horisontalläge vid ställkraftsbortfall. En nackdel med den där beskrivna tekniken är att korgen vid lutning kommer att svänga ut vilket gör att den, för att inte yttermátten ska ökas vid lutning, mäste vara smalare nedtill än den hade behövt vara med vridningsaxeln placerad ungefär i den geometriska tyngdpunkten. En annan nackdel med den där beskrivna tekniken är att korgen i händelse av ställkraftsbortfall och måttlig snedbelastning, hamnar i ett läge med lutning, vilket kan vara obehagligt för passagerarna. ÄNDAMÅL OCH FÖRDELAR MED UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att anvisa en vagn i ett järnvägsfordon med en kompakt lutningsanordning, för lutning av en vagnskorg i förhällande till en boggi, som är utformad sà att vagnskorgen àtergàr till olutat läge i förhållande till boggin när ställkrafterna bortfaller.

Det som kännetecknar en anordning enligt uppfinningen framgàr av bifogade patentkrav. 10 15 20 25 30 35 510 725 Enligt en aspekt av uppfinningen innefattar lutningsanord- ningen en eller flera glidbanor längs vilka slädar kan löpa, där var och en av glidbanorna består av en eller flera bandelar vilka var för sig definierar en kurva. När en ställkraft tvingar slädarna att röra sig i förhållande till glidbanan så tvingas de att följa de av bandelarna definierade kurvorna. Detta medför att vagnskorgen vrider sig i förhållande till boggin. Vridningen sker runt en vridningsaxel. Tyngdpunkten för vagnskorgen ligger på en tyngdpunktsaxel vilken är parallell med längdaxeln. En lutningsvinkel för vagnskorgen definieras som den vinkel vagnskorgen har vridit sig i förhållande till boggin från olutat läge. Bandelarna är anordnade så att vridningsaxelns läge beror på hur mycket vagnskorgen har vridits i förhållande till olutat läge. ställkraften beror på avståndet mellan vridningsaxeln och Storleken på den erforderliga tyngdpunktsaxeln. Den erforderliga ställkraften ökar då lutningsvinkeln ökar, åtminstone upp till en förutbestämd lutningsvinkel. Det medför att korgen återgår till olutat läge med hjälp av tyngdkraften när ställkrafterna bort- faller.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen innefattar lutnings- anordningen en glidbana med bandelar utformade som cirkelsegment med separerade centra. Läget för vridningsaxeln beror på lutningsvinkeln på samma sätt som när pendlar används. Den erforderliga ställkraften ökar med lutningsvinkeln. Genom att lutningsanordningen är anordnad med en glidbana istället för pendlar så erhålls en rörelse hos vagnskorgen vilken liknar den man får med långa pendlar samtidigt som lutningsanordningen blir kompaktare.

Vagnskorgen återtar med hjälp av tyngdkraften olutat läge i förhållande till boggin vid ställkraftsbortfall även då den är måttligt snedlastad. Anordningen blir kompakt och kräver låga ställkrafter. 10 l5 20 510 725 Enligt en annan utföringsform av föreliggande uppfinning är glidbanan utformad sa att man för vridningsvinklar överstigande ett visst förutbestämt värde, àt vart och ett av de bada hallen fràn olutat läge, vridningsaxlarna pà konstanta positioner symmetriskt pà Ställkraftens storlek är har läget för respektive sida av vagnen. konstant för lutningsvinklar överstigande det förutbestämda värdet. Pà det här sättet begränsas ställkrafternas storlek sa att man kan använda mindre, billigare och lättare ställdon, samtidigt som den àterställande kraften blir tillräckligt stor även för smà lutningsvinklar.

Genom att minska ställkrafterna gör man det möjligt att använda elektriska ställdon som väger mindre, är billigare samt kräver mindre underhåll.

Glidbanan är anordnad pà boggin med slädar anordnade pá vaggbalken eller vice versa. 10 15 20 25 30 510 725 FIGURER Figur l visar en vagn med en lutningsanordning i form av en glidbana med tvà bandelar kopplade till rambalken med fjädring anordnad mellan vaggbalken och vagnskorgen.

Figur 2 visar en vagn i ett spàrbundet fordon med lutningsanordning som har en glidbana med tvà bandelar kopplade till vaggbalken med fjädring anordnad mellan vaggbalken och vagnskorgen.

Figur 3 visar lutningsanordningen dä var och en av bandelarna har formen av tvà cirkelsegment med bandelarna anordnade pà rambalken.

Figur 4 visar lutningsanordningen dà var och en av bandelarna har formen av tvà cirkelsegment med bandelarna anordnade pà vaggbalken.

Figur 5 visar ställkraftens storlek som funktion av lutningsvinkelns storlek dà var och en av bandelarna är utformad som ett cirkelsegment och dá de är kopplade till boggin, samt ställkraftens storlek som funktion av lutningsvinkelns storlek dà var och en av bandelarna, placerade pà rambalken, är utformad som tva cirkelsegment där det övre banavsnittet av var och en av bandelarna har ett gemensamt cirkelcentrum med den andra bandelens undre banavsnitt.

Figur 6 visar en vagn i ett spárbundet fordon med lutnings- anordning där kraften för lutning av vagnskorgen överförs via glidbanan med hjälp av en motor anordnad i anslutning till en av slädarna. 10 15 20 25 30 35 510 725 BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Ett antal exempel pà utföranden av uppfinningen beskrivs i det följande med stöd av figurerna.

I figur 1 och 2 visas tvá olika utföringsformer av uppfinningen. En vagn i ett sparbundet fordon 1 innefattar en vagnskorg 2 med tillhörande längdaxel 3, en lastbärande en rambalk 5 och en vaggbalk 6. En tyngdpunktsaxel parallell med längdaxeln gär genom boggi 4 , tyngdpunkten. Hjulaxlar 7 med tillhörande hjul 8 finns anordnade pà boggin avfjädrade mot densamma. Mellan rambalken och vaggbalken finns anordnat en lutnings- anordning 9. Mellan vaggbalken och vagnskorgen finns fjädring anordnat.

Figur 1 visar en första utföringsform där lutnings- anordningen har en glidbana med tvà bandelar 10, ll kopplade till rambalken. Pà vaggbalken finns anordnat en släde 12, anordnade att glida längs respektive bandel. Bandelarna 13 för var och en av bandelarna, vilka är definierar var för sig en kurva vilken slädarna följer.

Kurvorna är var och en utformad som ett cirkelsegment med ett centrum 14, 15 för vart och ett av cirkelsegmenten.

Slädarna är anordnade pà vaggbalken vridbara runt sina infästningspunkter 16, 17. Ett ställdon 18 finns anordnat mellan rambalken och vaggbalken för att överföra en tiltkraft till vagnskorgen.

Vid kurvspàr vrider ställdonet vaggbalken, och därmed också vagnskorgen, i förhållande till boggin. En lutningsvinkel för vagnskorgen definieras som den vinkel vagnskorgen har vridit sig i förhållande till boggin fràn olutat läge. Vridningen sker genom att slädarna tvingas glida längs glidbanan. Rörelsen hos vagnskorgen vid vridning är densamma som om vagnskorgen var upphängd i pendlar infästa mellan 14 och 16 samt mellan 15 och 17.

Vid lutning kommer vagnskorgen att vrida sig runt en 10 15 20 25 30 35 510 725 vridningsaxel vars position är beroende av lutnings- vinkeln. Vridningsaxeln för en olutad vagnskorg placeras på ungefär samma höjd som den geometriska tyngdpunkten för vagnskorgen för att minimera yttermàttsvariationer vid lutning av vagnskorgen. När korgen lutas kommer vridnings- axeln att flyttas vinkelrät mot längdaxeln med en komposant i hjulaxelns riktning. Ställkraftens storlek är huvudsakligen proportionell mot det horisontella avståndet mellan vridningsaxeln och tyngdpunktsaxelns läge. Med större radie på bandelarna kommer vridningsaxelns läge att flyttas en mindre sträcka och vice versa, vilket gör att man kan uppnå låga ställkrafter för lutning av vagnskorgen med stor radie på bandelarna. Genom att ha ett cirkel- centrum för var och en av bandelarna så kommer vagnskorgen att återgå till ett läge nära det olutade läget i för- hållande till boggin när ställkraften försvinner, även när vagnskorgen är snedlastad. Man får med den beskrivna lösningen en kompakt lutningsanordning även vid stora radier på bandelarna.

Figur 2 visar en andra utföringsform av uppfinningen där en glidbana med två bandelar 19, balken. Slädar 21, 22 är vridbart anordnade på rambalken.

Bandelarna definierar kurvor vilka slädarna följer när de 20 är anordnade på vagg- tvingas glida längs glidbanan. Ett ställdon 23 mellan vaggbalken och rambalken vrider vaggbalken, och därmed också vagnskorgen, i förhållande till boggin genom att den pálagda ställkraften tvingar slädarna att glida längs glidbanan.

Vid kurvspår vrider ställdonet vagnskorgen i förhållande till boggin. Man får med den beskrivna lösningen en kompakt lutningsanordning även vid stora radier på ban- delarna. Med stor radie på bandelarna kan man uppnå låga ställkrafter. en av bandelarna så kommer vagnskorgen, Genom att ha ett cirkelcentrum för var och även vid snedlast, att återgå till olutat läge när ställkraften försvinner. 10 15 20 25 30 35 510 725 En lutningsanordning utformad enligt utföringsexemplen ovan medför att den erforderliga kraften vid lutning av korgen växer med ökande lutningsvinkel eftersom vridnings- axeln flyttas huvudsakligen vinkelrät mot längdaxeln med en komposant i hjulaxelns riktning ut från tyngdpunkts- läget.

Figur 3 visar rambalken, vaggbalken samt lutningsanord~ ningen enligt en tredje utföringsform av uppfinningen där glidbanans bandelar är utformade så att den erforderliga kraften är huvudsakligen konstant över en viss lutningsvinkel al åt vardera hållet. Glidbanan är anordnad på rambalken. Det banavsnitt av vardera bandelen som är närmast boggin benämns som dess undre banavsnitt.

Glidbanorna har var för sig ett övre 24 och ett undre banavsnitt 25 vilka var för sig är utformade som ett cirkelsegment. Det övre banavsnittet av varje bandel har en större diameter än det undre banavsnittet. De nedre banavsnitten av bandelarna på var och en av de båda sidorna av boggin har respektive ett cirkelcentrum 26, 27 på samma sida av boggin. De övre banavsnitten av bandelarna har var för sig ett cirkelcentrum gemensamt med det undre banavsnittet av bandelen på motsatta sidan av boggin. Bandelarna har vardera ett mellanavsnitt 28 i övergången mellan det övre och undre banavsnittet. Övergången i melländelen görs så att kurvan som bandelen definierar har en kontinuerlig derivata.

I olutat läge är slädarna i kontakt med mellanavsnittet av respektive banavdel. Då en ställkraft tvingar slädarna att glida längs glidbanan kommer det att medföra att vagnskorgen vrids i förhållande till boggin. När korgen lutas kommer vridningsaxeln att flyttas vinkelrät mot längdaxeln med en komposant i hjulaxelns riktning. När släden i den ena bandelen når början på det undre banavsnittet av bandelen och släden i den andra bandelen når början på det övre banavsnittet av den andra bandelen, har vagnskorgens lutningsvinkel nått upp till ett första 10 15 20 25 30 35 510 725 10 värde ar När lutningsvinkeln överstiger alsà är läget för vridningsaxeln huvudsakligen konstant vilket medför att den erforderliga ställkraften är huvudsakligen konstant.

Figur 4 visar rambalken, vaggbalken samt lutningsanord- ningen enligt en fjärde utföringsform av uppfinningen där glidbanans bandelar är utformade sà att den erforderliga kraften är huvudsakligen konstant över en viss lutningsvinkel azàt vardera hållet. Glidbanan är anordnad pà vaggbalken. Den del av vardera glidbanan som är närmast vagnskorgen benämns som dess övre del. Bandelarna har var för sig ett övre 29 och ett undre banavsnitt 30 vilka var för sig är utformade som ett cirkelsegment. Det undre banavsnittet av varje bandel har en större diameter än det övre banavsnittet. De övre banavsnitten av bandelarna pà var och en av de bàda sidorna av boggin har respektive ett cirkelcentrum 31, 32 pà samma sida av boggin. De övre banavsnitten av glidbanorna har var för sig ett cirkelcentrum gemensamt med det undre banavsnittet av bandelan pà motsatta sidan av boggin. Mellanavsnittet 33 utgör övergången mellan det undre och övre banavsnittet av vardera bandelen, och har en form sä att kurvan som bandelen definierar har en kontinuerlig derivata.

I olutat läge är slädarna i kontakt med mellanavsnittet av respektive bandelen. Dä en ställkraft tvingar slädarna att glida längs glidbanan kommer det att medföra att vagnskorgen vrids i förhållande till boggin. När korgen lutas kommer vridningsaxeln att flyttas vinkelrät mot längdaxeln med en komposant i hjulaxelns riktning. När släden i den ena bandelen när början pà det undre banavsnittet av bandelen och släden i den andra bandelen när början pà det övre banavsnittet av den andra bandelen, har vagnskorgens lutningsvinkel nätt upp till ett andra värde av När lutningsvinkeln överstigertg sà är läget för vridningsaxeln huvudsakligen konstant vilket medför att den erforderliga ställkraften är huvudsakligen konstant. 10 15 20 25 30 35 510 725 ll Figur 5 visar ställkraftens storlek 34 som funktion av lutningsvinkelns storlek dà bandelarna är utformade som tva cirkelsegment och dä de är kopplade till boggin.

Ställkraften ökar huvudsakligen linjärt frán olutat läge upp till maximal lutningsvinkel.

Figur 5 visar också ställkraftens storlek 35 som funktion av lutningsvinkelns storlek då glidbanan är utformad för konstanta lägen för vridningsaxeln pà vardera sidan av vagnskorgen. Ställkraftens storlek ökar monotont fràn olutat läge upp till den förutbestämda vinkeln av För större lutningsvinklar är ställkraftens storlek huvudsakligen konstant.

Figur 6 visar en vagn i enlighet med uppfinningen där kraften för lutning av vagnskorgen överförs via glidbanan med hjälp av en motor 36. Glidbanan är försedd med kuggar och bildar en kuggbana 37. Motorn är anordnad i anslutning till en av slädarna och driver en drivaxel. Ett kugghjul är förbundet med axeln och löper i kuggbanan. Vid drift av motorn drivs kuggbanan i förhållande till drivaxeln och därmed lutas vagnskorgen.

I utföringsexemplen ovan har boggierna tva hjul men en vagn i enlighet med uppfinningen kan ha fyrhjuliga boggier.

I utföringsexemplen ovan är fjädring anordnad mellan vaggbalken och vagnskorgen, men en vagn enligt uppfinningen kan alternativt ha fjädring anordnad mellan boggin och lutningsanordningen.

Glidbanorna i utföringsformerna ovan ska tolkas som anordningar vars uppgifter är att definiera kurvor för slädarnas rörelse. 510 725 12 Slädarna i utföringsformerna ovan ska tolkas som anordningar vars uppgift är att följa de av glidbanorna definierade kurvorna.

Claims (11)

lO 15 20 25 30 35 13 510 725 PATENTKRAV

1. l. Vagn (l) för spårbundet fordon innefattande; -en vagnskorg (2) med tillhörande längdaxel (3), vridningsaxel och tyngdpunktsaxel, -en lastbärande boggi (4) med åtminstone en hjulaxel (7) och ett hjulpar (8), -ett lutningsorgan (9) anordnat mellan vagnskorgen och boggin, där lutningsorganet uppvisar en glidbana, minst två, i rörlig kontakt med glidbanan, anordnade slädar (l2,l3) och ett ställdon (18), där glidbanan och slädarna i sina kontaktytor bär upp vagnskorgens tyngd, där vid lutning av vagnskorgen i förhållande till boggin en första släde rör sig längs en första bandel (10) av glidbanan och en andra släde rör sig längs en andra bandel (ll) av glidbanan, varvid vagnskorgen, i förhållande till boggin, vrider sig runt sin vridningsaxel och där ställdonet är anordnat att åstadkomma slädarnas rörelse längs varsin bandel genom att pålägga en ställkraft, där en lutningsvinkel för vagnskorgen definieras som den vinkel vagnskorgen har vridits från olutat läge, kännetecknad av att glidbanans första och andra bandel vardera definierar en kurva, varvid de av glidbanan definierade kurvorna inte utgör delar av samma cirkel.

2. Vagn enligt patentkrav l, kännetecknad av att glidbanans bandelar är anordnade att vid lutning av vagnskorgen relativt boggin förändra det inbördes läget mellan vagnskorgens vridningsaxel och tyngdpunktsaxel, varvid vridningsaxeln och tyngdpunktsaxeln väsentligen ligger på samma lodlinje när vagnskorgen befinner sig i olutat läge relativt boggin och att vridningsaxeln är förskjuten i förhållande till tyngdpunktsaxeln, i en riktning som är vinkelrät mot vagnskorgens längdaxel och har en komposant i 10 15 20 25 30 35 510 725 14 hjulaxelns riktning, när vagnskorgen befinner sig i ett relativt boggin lutat läge, varigenom vagnskorgen när den pàlagda ställkraften bortfaller àtergàr till olutat läge.

3. Vagn enligt patentkrav l eller 2, kännetecknad av att glidbanans bandelar är anordnade att vid lutning av vagnskorgen relativt boggin förändra det inbördes läget mellan vagnskorgens vridningsaxel och tyngdpunktsaxel, för lutningsvinklar upp till ett första vinkelvärde och att vridningsaxeln förblir i väsentligen samma läge relativt tyngdpunktaxeln vid förändringar av lutningsvinkeln vid lutningsvinklar överstigande detta första vinkelvärde.

4. Vagn enligt patentkrav 1,2 eller 3, kännetecknad av att den delade glidbanans tvà bandelar vardera innefattar ett (24,29) (25,30) banavsnitt där det undre banavsnittet för var och en av bandelarna har formen av ett övre och ett undre cirkelsegment, där cirkelsegmenten är anordnade med sina centrum i skilda lägen.

5. Vagn enligt nagot av föregående patentkrav, kännetecknad av att den delade glidbanans tvá bandelar vardera har formen av ett cirkelsegment och att dessa cirkelsegment är anordnade med sina centrum i skilda lägen (l4,l5). 3 eller 4, kännetecknad av att glidbanan innefattar en första och en

6. Vagn enligt något av patentkrav l, 2, andra bandel, att vardera bandel innefattar ett övre och ett undre banavsnitt, att alla banavsnitten har formen av ett cirkelsegment, varvid centrum för första bandelens övre och undre banavsnitt är anordnade i skilda lägen (26,27,3l,32) och centrum för andra bandelens övre och undre banavsnitt är anordnade i skilda lägen och där den första bandelens undre banavsnitt har ett gemensamt centrum med den andra bandelens övre banavsnitt och där den första bandelens övre banavsnitt har ett gemensamt centrum med den andra bandelens undre banavsnitt. 10 15 20 '25 30 35 510 725 15

7. Vagn enligt något av föregående patentkrav innefattande -en vaggbalk (6) på vilken vagnskorgen är upphängd, -en rambalk (5) anordnad på boggin, där lutningsorganet är anordnat mellan rambalken och vaggbalken, kännetecknad av att glidbanans två delar är anordnade på rambalken och att slädarna är vridbart anordnade på vaggbalken.

8. Vagn enligt patentkrav 1 till 6 innefattande -en vaggbalk på vilken vagnskorgen är upphängd, -en rambalk anordnad på boggin, där lutningsorganet är anordnat mellan rambalken och vaggbalken, kännetecknad av att glidbanans två delar är anordnade pà vaggbalken och att slädarna är vridbart anordnade på rambalken.

9. Vagn enligt patentkrav 7 eller 8, kännetecknad av att fjädring är anordnat mellan vaggbalken och vagnskorgen.

10. Vagn enligt patentkrav 7 eller 8 kännetecknad av att fjädring är anordnat mellan rambalken och boggin.

11. ll. Vagn enligt något av föregående patentkrav, (36) till en släde och att släden och med släden associerad kännetecknad av att en motor är anordnad i anslutning glidbana innefattar en kugganordning (37), varvid motorn och kugganordningen är anordnade att pålägga släden nödvändig ställkraft för att åstadkomma önskad lutning av vagnskorgen i förhållande till boggin.