SE538487C2 - Anordning vid en hjulaxel samt rälsbundet fordon med sådan hjulaxel - Google Patents

Description

ANORDNING VID EN HJULAXEL SAMT RÄLSBUNDET FORDON MED SÅDAN HJULAXEL Tekniskt område Föreliggande uppfinning hänför sig till en axelupphängning och en hjulaxel, företrädesvis för spårgående arbetsredskap eller fordon, vilken axelupphängning tillåter arbetsredskapet spårkontakt även vid horisontellt okorrigerade spårområ-den och även när arbetsredskapet har en kraftigt sidoförskjuten last som tenderar till tippning av redskapet.

Uppfinningens bakgrund Ökade krav på säkerhet mot tippning och urspårning för spårgående arbetsredskap kräver att maskinens alla hjul har kontakt med spåret även under värsta tänkbara förhållanden. Ett byggspår har ofta en ogynnsam geometri som innebär att risken för urspårning är högre än för ett färdigställt spår.

Historiskt sett så har rälsaxlar för spårgående arbetsredskap varit en stel konstruktion. Den enda rörligheten som tidigare medgavs var strukturens utböjning i konstruktionen vid förändring av hjullasten. Detta gav en viss följsamhet mot spå-rets ojämnheter.

Dock kräver säkerheten att följsamheten mot ett underlag såsom spår med ogynnsamma geometrier ökas och även om möjligt indikerar att en gräns mot en tippning passeras.

Tidigare känd teknik på detta område innefattar ett arbetsfordon avsedd att framföras på ett rälsavsnitt där fordonet är anslutet till en hjulaxel som har rälskon-takt och som kan till en viss gräns följa ett rälsavsnitt med ogynnsam geometri, det vill säga att de båda parallellt löpande skenorna inte är injusterade till varandra i vågplanet. Hjulaxeln är härvid upphängd till sitt chassi och vridbar i förhållande till detta kring en central belägen länggående axel varvid hydraulcylindrar används för att låsa fast hjulaxelns vinkelläge vid arbete och ger det övriga arbetsfordonet ett stöd mot denna hjulaxel trots att arbetsfordonets egen hjulaxel inte förmår upprätt-hålla räls/markkontakt.

Tidigare känd teknik innefattar någon form av hydraulik för att åstadkomma stabiliteten för att arbeta med arbetsredskapet. Således kräver befintliga anord- ningar hydraul-ledningar, tryckmedel, hydraulikstyrningar etc. Alla dessa anord-ningar utgör ytterligare komponenter i systemet som komplicerar och fördyrar konstruktionen.

Uppfinningens syfte Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en axelanordning som medger vertikal rörlighet för hjulen så att kontakten med rälsen alltid upprätt-hålls.

Syftet är vidare att åstadkomma en sådan anordning som innebär att rörligheten inte påverkar maskinen negativt ur arbetshänseende med minskad stabilitet.

Syftet är vidare att åstadkomma en sådan anordning som erbjuder en ökad säkerhet mot tippning.

Syftet är även att åstadkomma en sådan anordning utan att addera vare sig hydrauliska eller elektriska stödfunktioner till systemet.

Dessutom är syftet att erhålla en enkel och kostnadseffektiv anordning vilken är både lätt att underhålla och lätt att anpassa för olika belastningstillfällen.

Sammanfattning av uppfinningen Genom föreliggande uppfinning så som denna framgår i de självständiga patentkraven, uppfylls ovan angivna syften varvid nämnda nackdelar har elimine-rats. Lämpliga utföringsformer av uppfinningen anges i de osjälvständiga patentkraven.

Uppfinningen avser en anordning vid en hjulaxel vilken anordning innefattar en stel hjulaxel till vilkens båda ändar vardera ett hjul är roterbart lagrat. Hjulaxeln är ansluten till och hålls inom ett område av ett stödorgan som är fast anslutet direkt eller indirekt till ett arbetsredskaps chassi på sådant sätt att hjulaxeln åtminstone vid en ände kan röra sig i vertikal led i förhållande till stödorganet. Stödorganet är utformat för att medge en begränsad translatorisk rörelse av hjulaxeln en bestämd sträcka i förhållande till stödorganet. Med "translatorisk" avses att samtliga punkter i hjulaxeln rör sig lika lång sträcka vid en förflyttning av hjulaxeln. Denna translatoriska rörelse kan även vara kombinerad med en vinkelrörelse av hjulaxeln.

I en utföringsform av anordningen innefattar stödorganet en över hjulaxeln åtminstone delvis omslutande och med ändöppningar försedd kraftbalk inuti vilken hjulaxeln belastningsfritt kan utföra denna translatoriska rörelse mellan två ändlägen i vertikal led. Härvid kan hjulaxelns ena respektive andra ände röra sig en bestämd sträcka under belastning. Att hjulaxeln kan röra sig belastningsfritt innebär att det finns utrymme för hjulaxeln att röra sig i förhållande till stödorganet om man tänker sig att eliminera samtliga krafter som motverkar en sådan rörelse. Till ex-empel kan en sådan rörelse ske om hela hjulaxelsystemet lyfts så att hjulen "svä-var" i luften och förskjutningskrafter tillåts påverka hjulaxeln i detta läge. Att hjulaxeln kan röra sig en bestämd sträcka under belastning innebär att denna rörelse kan ske samtidigt som krafter överförs från stödorganet till ett underlag på vilket hjulen rullar via hjulaxeln. Denna rörelse under belastning är en vinkelrörelse av hjulaxeln i förhållande till stödorganet med vridningscentrat beläget i det ena eller andra läget för kraftöverföring mellan stödorganet och hjulaxeln. Således är hjulaxeln fritt rörlig inuti stödorganet och i förhållande till kraftbalken om inga belast-ningar förekommer. Fördelarna med en sådan "fritt rörlig" hjulaxel är att hjulaxeln inte är ansluten till någon annan upphängningskomponent över huvud taget. Vidare kommer en sådan hjulaxel att vara helt självjusterande vid olika typer av belastningsfall.

I en utföringsform av anordningen begränsas nämnda sträcka dels av stödorganet och dels av till stödorganet anslutna överfall. Enligt de visade utfö-ringsformerna begränsar stödorganet hjulaxelns rörelse uppåt samt framåt och bakåt medan överfallet begränsar hjulaxelns rörelse nedåt. Således bestämmer stödorganet och överfallet gränserna för hjulaxelns maximala rörelse.

I en utföringsform av anordningen är kraftöverförande distansmedel placerade mellan hjulaxeln och stödorganet. Sådana distansmedel kan vara monterade endera på stöd eller på hjulaxeln och är anpassade för att överföra krafter som re-sultat av arbetsredskapets massa.

I en utföringsform av anordningen är kraftöverförande distansmedel placerade på hjulaxelns ovansida inuti kraftbalken i anslutning till dess båda ändar.

I en utföringsform av anordningen är de kraftöverförande distansmedlen monterade på och kring åtminstone en del av hjulaxeln monterade styrdon vilka för montering av distansmedlen är försedda med monteringsytor. I de visade utfö-ringsformerna är dessa styrdon utformade som rektangulära block med övre, främre och bakre samverkansytor. Dessa ytor samverkar med stödorganet och speciellt i en utföringsform samverkar de med insidan av kraftbalken.

I en utföringsform av anordningen är nämnda styrdon försedda med en främre längddistans och en bakre längddistans. Dessa längddistanser utgör en anpassning av hjulaxelns läge i förhållande till kraftbalken.

I en utföringsform av anordningen är åtminstone någon av längddistanserna försedd med ett eller flera shims, det vill säga tunna mellanlägg, för en mer precis anpassning av hjulaxelns längdläge i förhållande till kraftbalken. Shims kan även användas för att minska hjulaxelns vertikala rörelsemöjlighet.

I en utföringsform av anordningen samtliga monteringsytor är plana. Denna utföringsform är fördelaktig eftersom plana ytor är enkla att montera och utgör en kontrollerad fördelning av de överförda krafterna.

Uppfinningen avser även ett rälsbundet fordon vilket är försett med åtminstone en hjulaxelanordning enligt vad som ovan indikerats.

Inom ramen för uppfinningen skyddas även andra konstruktioner, till ex-empel sådana som är utformade med armar som omsluter axeln och med juster-skruvar vid hjulaxelns ovansida som begränsar hjulaxelns translatoriska rörelse i vertikal led.

Trots att uppfinningen i första hand är tillämplig på spårbundna arbetsredskap eller fordon är även uppfinningen användbar för markbundna arbetsredskap eller fordon vilka hanterar stora sidoförflyttade laster, exempelvis lastmaskiner, hjulkranar, railtrailer, vagnar och liknande.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer nu med hänvisningar i anslutning till bifogade rit-ningsfigurer att närmare beskrivas. Ritningsfigurerna visar endast principskisser avsedda att underlätta förståelsen av uppfinningen. Figur 1 visar en sprängvy i perspektiv av en första utföringsform av upp finningen. Figur 2 visar i perspektiv den första utföringsformen av uppfinningen hopmonterad.

Figur 3 visar en toppvy av utföringsformen enligt figur 2.

Figur 4 visar en frontvy av utföringsformen enligt figur 2.

Figur 5 visar ett axiellt snitt A-A enligt figur 3.

Figur 6 visar ett tvärsnitt B-B enligt figur 4.

Figur 7 visar ett axiellt snitt av en andra utföringsform enligt uppfinningen vid ett första belastningsfall.

Figur 8 visar snittet enligt figur 7 vid ett andra belastningsfall.

Figur 9 visar snittet enligt figur 7 vid ett tredje belastningsfall.

Beskrivning av uppfinningen Figur 1 visar i en sprängvy av ett hjulaxelsystem 10 i vilket det ingår en anordning enligt en utföringsform inom ramen för föreliggande uppfinning vid en hjulaxel vilken anordning innefattar en stel hjulaxel 11 till vilkens båda ändar vardera ett hjul 12, 13 är roterbart monterat. Hjulaxel 11 är ansluten till ett stödorgan 14 som är fast anslutet direkt eller indirekt till ett arbetsredskaps chassi på sådant sätt att hjulaxeln 11 åtminstone vid sin ena ände kan röra sig i vertikal led i förhållande till stödorganet 14. Stödorganet är utformat som en över hjulaxeln 11 åtminstone delvis omslutande U-formad kraftbalk 15 försedd med ändöppningar 16. Inuti kraftbalken 15 kan hjulaxelns ena ände 17 respektive andra ände 18 kan röra sig i vertikal led en bestämd sträcka. Sträckan begränsas i vertikal led uppåt av kraftöverförande distansmedel 19 på ovansidan av hjulaxeln 11. Distansmedlen 19 är monterade mot toppytor 20 på rektangulära styrdon 21 i sin tur monterade runt omkring hjulaxeln 11. Vidare är styrdonen försedda med längddistanser 221, 222 vika är monterade på styrdonens främre och bakre ytor för att justera hjulaxelns längdläge i stödorganet 14. För ytterligare en finjustering av detta läge kan ett eller flera shims 223 adderas till längddistanserna. Nämnda sträcka begränsas även i vertikal led nedåt av till kraftbalkens 15 ändöppningar anslutna överfall 23 vilka är anslutna till kraftbalkens ändar med skruvförband. Styrdon 21 är monterade kring hjulaxeln 11 vid båda dess ändar och följaktligen är även distansmedel och längddistanser monterade vid båda ändarna. Båda hjulen 12, 13 är lagrade på hjulaxeln via respektive axeltappar 24. Figur 2 visar hjulaxelsystemet 10 hopmonterat. Hjulen 12, 13 är monterade på sina axeltappar 24 och hjulaxeln är monterad till stödorganet 14 med över-fallen 23 som anslutits till stödorganet 14 med skruvförband 25. Som framgår av figuren är hela överdelen av hjulaxeln omsluten av stödorganet 14. Stödorganet är försett med lastförstärkningar 26 i form av skivbalkar vilka är anslutna till ett första monteringsdon 27 och ett andra monteringsdon 28 för anslutning av stödorganet 14 till ett arbetsfordon, inte visat. Figur 3 visar en toppvy av utföringsformen enligt figur 2 med de båda hjulen 12, 13 anslutna till hjulaxelns axeltappar 24 samt anordningens stödorgan 14. Figur 4 visar en frontvy av utföringsformen enligt figur 2 med de båda hjulen 12, 13 anslutna till hjulaxelns 11 axeltappar 24 samt anordningens stödorgan 14. Figuren visar även ett reglerdon 41 för att stabilisera hjulaxelns 11 rörelser i stödorganet 14. Figur 5 visar ett snitt A-A enligt figur 3 med hjulen 12,13 lagrat monterade på sina respektive axeltappar 24 i ändarna av hjulaxeln 11 som i sin tur är placerad inuti stödorganet 14. Hjulaxeln 11 anligger mot insidan av stödorganet 14 via de kraftöverförande distansmedlen 19 på ovansidan av hjulaxeln 11. Vid vertikalt nedåt belastat stödorgan 14 kommer hjulaxeln 11 och distansmedlen 19 att pressas mot insidan av stödorganet 14 som figuren visar. Är den nedåt riktade kraften F symmetriskt placerad mot stödorganet kommer krafter att fördelas till hjulaxeln 11 med F/2 genom varje distansmedel 19 enligt de vertikalt riktade pilarna i figuren. Vidare visar figuren att det i vardera överfallet 23 finns ett vertikalt spel 51, 52 som tillåter hjulaxelns 11 respektive ände att förskjutas i vertikal led inuti stödorganet 14 om det sker en snedbelastning av stödorganet 14.

Figur 6 visar ett tvärsnitt B-B enligt figur 4 genom styrdonet 21 som är monterat runt hjulaxeln 11. Hjulet 13 är anslutet till hjulaxeln 11 på tidigare beskri-vet sätt. Ena sidans distansmedel 19 som är plant och horisontellt monterat på styrdonet 21 anligger mot insidan av stödorganets 14 övre sida. Figuren visar även spelet 52 mellan hjulaxeln 11 och överfallets 23 insida. I längdriktningen och monterade på styrdonet 21 är längddistanserna 221, 222 monterade. Dessa längddistanser är plana monterade mot vertikalt riktade och plana sidor av styrdonet 21. En anpassning av dessa längddistanser görs för att justera hjulaxelns läge i längdled i stödorganet 14. Längddistanserna 221, 222 anligger härvid mot stödorganets 14 vertikala insidor 61, 62 enligt figuren.

I figurerna 7-9 beskrivs några belastningsfall som illustrerar föreliggande uppfinning.

Figur 7 visar ett första belastningsfall vid en andra utföringsform av uppfinningen med motsvarande sifferbeteckningår som angetts i figur 5. Således visar figuren ett motsvarande axiellt snitt med hjulen 12, 13 lagrat monterade på sina respektive axeltappar 24 i ändarna av hjulaxeln 11 som i sin tur är placerad inuti stödorganet 14. Hjulaxeln 11 anligger mot insidan av stödorganet 14 via de kraftö verförande distansmedlen 19 på ovansidan av hjulaxeln 11. Är den nedåt riktade kraften F symmetriskt placerad mot stödorganet kommer krafter att fördelas till hjulaxeln 11 med F/2 genom varje distansmedel 19 enligt de vertikalt riktade pilarna i figuren på samma sätt som visats i figur 5. Vidare visar figuren att det i vardera överfallet 23 finns ett vertikalt spel 51, 52 som tillåter hjulaxelns 11 respektive ände att förskjutas i vertikal led inuti stödorganet 14 om det sker en snedbelastning av stödorganet 14. I figuren har underlaget 71 som är helt plant visats med en streckprickad linje. Underlaget i figuren representerar ett rälsavsnitt i vilket båda rälerna är helt vågräta i förhållande till varandra, det vill säga belastningsfallet är helt symmetriskt. Lika stor kraft överförs till varje hjuls 12, 13 kontakt mot respektive underlag. Ett arbetsfordon är försett med en främre hjulaxel 11 och en bakre hjulaxel vilka båda hjulaxlar i det visade belastningsfallet befinner sig på ett helt horisontellt rälsavsnitt och samtliga fyra hjul har kontakt med respektive räl och kraften förs över symmetriskt till rälsavsnittet beroende av arbetsfordonets tyngdpunktsläge. Figur 8 visar samma hjulaxel 11 som i figur 7 men i detta andra belastningsfall ligger ena rälen under det vänstra hjulet 12 lägre än under det högra hjulet 13 varför hjulaxeln 11 vid den vänstra sidan har förskjutits inom stödorganet 14 en sträcka d vilken motsvarar rälsavsnittets ogynnsamma geometri 81 med motsvarande sträcka d. Eftersom kraften F är proportionell mot massan m enligt kraft-ekvationen F=ma kan en massfördelning till varje räl vara enligt följande: 10 ton central belastning fördelas till hjulaxeln 11 enbart genom det högra distansmedlet 19. Denna överförda massa fördelas enligt momentlagen enligt miXi=m2X2där hävarmarna xioch x2är respektive momentaxelavstånd från rälskontakten till den vinkelräta kraftlinjen genom distansmedlet 19, vilket för en viss axel konstruktion skulle ge fördelningen av nämnda 10t, mi=1,13t och m2=8,87t. Eftersom även det vänstra hjulet 12 i figuren har kontakt med rälen kommer således en viss massa mi tas upp även av detta hjul. Resultatet blir att båda sidorna har kontakt med underlaget och massan kommer att fördelas till båda sidorna. Härvid erhålls en följsamhet mot underlaget trots ogynnsam geometri samtidigt som krafter överförs visa samtliga hjul som har kontakt med underlaget. Figur 9 visar ett tredje belastningsfall där ett arbetsredskap, exempelvis en grävskopa, arbetar med en last långt ut från arbetsredskapets tyngdpunktsläge, det vill säga på höger sida i figuren med en nedåtriktad kraft vilken kan motsvaras av den uppåtriktade kraften F2 som verkar på stödorganets 14 vänstra sida. Från det läge som visar i figur 7 med en symmetrisk belastning har belastningen i figur 9 således förts över åt höger i figuren varvid stödorganet 14 kommer att vinklas i förhållande till hjulaxeln 11 kring stödpunkten vi läget P1. Momentet M1 kring denna punkt blir M1 =F2*Y1 kring läget P1 Dock sker ett anslag av hjulaxeln 11 mot överfallet 23 vid det vänstra hjulet 13 när vridningen av stödorganet 14 nått sin största vridning vilket är en stark varning till operatören om att gränsen för tippning närmar sig. När ett anslag av överfallet 23 mot hjulaxeln 11 sker kommer stödpunkten för fortsatt ökad sidobelastning att flyttas från läget P1 till läget P2 varvid M2=F2<*>(Y1+Y2). Detta innebär att momentarmen för den tippande kraften har ökat sträckan Y2 vilket innebär en temporär minskning av det tippande momentet. Således erhålls dels en tippningsvarning innan faktisk tippning sker genom ett ljudligt anslag i konstruktionen med en anordning enligt föreliggande uppfinning dels erhålls en säkerhetsmarginal mot tippning på ca 20% genom denna förskjutning av stödpunkten. Även om bara några utföringsformer inom ramen för uppfinningen beskri-vits är många andra utföringsformer tänkbara inom ramen för efterföljande patent-krav.

Claims (9)

1. Anordning vid en hjulaxel vilken anordning innefattar en stel hjulaxel (11) till vilkens båda ändar vardera ett hjul (12, 13) är roterbart lagrat vilken hjulaxel (11) är ansluten till och hålls av ett stödorgan (14) som är fast anslutet direkt eller indirekt till ett arbetsredskaps chassi på sådant sätt att hjulaxeln (11) åtminstone vid en ände kan röra sig i vertikal led i förhållande till stödorganet (14), kännetecknad av att hjulaxeln (11) hålls inom ett område av stödorganet (14) och att stödorganet (14) är utformat för att åtminstone medge en begränsad translatorisk rörelse i vertikalled, eventuellt i kombination med en vinkelrörelse, av hjulaxeln (11) en bestämd sträcka och eventuellt vinkel i förhållande till stödorganet (14) inom nämnda område, vilken sträcka begränsas dels av stödorganet (14) och dels av till stödorganet (14) anslutna överfall (23).

2. Anordning enligt kravet 1, kännetecknad av att stödorganet (14) innefattar en över hjulaxeln (11) åtminstone delvis omslutande med ändöppningar (16) försedd kraftbalk (15) inuti vilken hjulaxeln (11) är translatoriskt rörlig mellan två ändlägen i vertikal led så att hjulaxelns (11) ena respektive andra ände (17, 18) kan röra sig en bestämd sträcka under belastning.

3. Anordning enligt något av kraven 1-2, kännetecknad av att kraftöverförande distansmedel (19, 221, 222) är placerade mellan hjulaxeln (11) och stödorganet (14).

4. Anordning enligt kravet 3, kännetecknad av att kraftöverförande distansmedel (19) är placerade på hjulaxelns (11) ovansida inuti kraftbalken (15) i anslutning till dess båda ändar.

5. Anordning enligt något av kraven 3-4, kännetecknad av att de kraftöverförande distansmedlen (19, 221, 222) är monterade på och kring åtminstone en del av hjulaxeln (11) monterade styrdon (21) vilka för montering av distansmedlen (19, 221, 222) är försedda med monteringsytor (20).

6. Anordning enligt kravet 5, kännetecknad av att nämnda styrdon (21) är försedda med en främre längddistans (221) och en bakre längddistans (222).

7. Anordning enligt kravet 6, kännetecknad av att åtminstone någon av längddistanserna (221, 222) är försedd med ett eller flera shims (223) för en anpassning av hjulaxelns (11) läge.

8. Anordning enligt något av kraven 5-7, kännetecknad av att samtliga monteringsytor (20) är plana.

9. Rälsbundet fordon, kännetecknat av att fordonet är försett med åtminstone en anordning enligt något av kraven 1-8.