SK11998A3 - Railway vehicle with single-axle running gear - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka koľajového vozidla podľa všeobecných znakov uvedených v prvom patentovom nároku.

Doterajší stav techniky

Jedno zo známych koľajových vozidiel tohto typu, známe z DE 42 24 467 A1, pozostáva z najmenej dvoch vozových skríň, ktoré sú usadené na aspoň troch riadených jednoosových chodových mechanizmoch. Riadiace signály na riadenie uvedených viacerých chodových mechanizmov sa získavajú z riadiaceho zariadenia, ktoré odvodzuje riadiace signály z uhlovej polohy dvoch susedných vozových skríň. Riadiace zariadenie pritom obsahuje hydraulickú riadiacu jednotku, ktorá je spriahnutá s chodovými mechanizmami a ktorá vysiela riadiace signály v závislosti od senzorovými snímačmi snímanej aktuálnej uhlovej polohy okolo zvislej osi, susedných vozových skríň, a teda od polomeru zatáčania priebežnej koľaje, ktorá sa sníma senzorovými snímačmi, a tým sa nastavuje príslušné natočenie chodových mechanizmov okolo zvislej osi. Nevýhodou tohto uskutočnenia je nákladné zásobovanie energiou, ktoré si na dodávanie energie vyžaduje prídavné hydraulické zariadenie na voze. K tomu pristupuje snímanie uhlovej polohy dvoch susedných vozových skríň mechanickým pákovým mechanizmom, ktorý pôsobí na zodpovedajúci hydraulický akčný člen, ktorý nastavuje ramená chodového mechanizmu do potrebnej polohy.

Úlohou predloženého vynálezu je vytvoriť koľajové vozidlo typu uvedeného v prvom patentovom nároku, ktoré umožňuje s jednoduchým riadiacim zariadením spoľahlivé nastavovanie jednoosového chodového mechanizmu

869/B

Podstata vynálezu

Uvedená úloha je vyriešená predloženým vynálezom, ktorého hlavné znaky sú uvedené v prvom patentovom nároku.

Podľa jedného z vyhotovení koľajového vozidla podľa vynálezu sa prostredníctvom snímacích senzorov senzorovej snímacej jednotky generuje elektrický východiskový signál, ktorý je odvodzovaný bezprostredne od polomeru prechádzanej koľaje. Tento signál sa získava z aktuálnej polohy susedných vozových skríň alebo podobne, na základe samonastavovania geometrie koleso - koľajnica. Tento východiskový signál obsahuje užitočný signál nevyhnutný na riadenie, zodpovedajúci polomeru zatáčania, a okrem neho aj superponované oscilácie, ktoré v prevádzke koľajových vozidiel vznikajú z kolísania vplyvom nerovností, cudzích telies, vplyvom trakčných síl, alebo medzi vozovými skriňami väčšinou používanými, a podobne, ktoré sa na užitočný signál závislý od polomeru zatáčania namodulujú alebo nasuperponujú. Aby sa eliminovali rušenia tohto druhu, nezávislé na polomere zatáčania, necháva sa východiskový signál prechádzať dolnopriepustným filtrom, nastaveným pod hraničnú frekvenciu rušivých oscilácií. Je potrebné poznamenať, že táto hraničná frekvencia je menšia ako 5 Hz a s výhodou s volí menšia ako 0,5 Hz. Signál, očistený od rušivých zložiek, je teraz zosúladený so signálom, ktorého menovitá hodnota zodpovedá prechádzanému polomeru zatáčania, ktorého kvázistacionárna riadiaca veľkosť slúži na riadenie riadiacej jednotky, priradenej k ovládanému chodovému mechanizmu.

Nastavovacia jednotka spriahnutá s chodovým mechanizmom, predovšetkým s jeho ramenami, obsahuje elektrický regulátor a elektromagnetický akčný člen, ktorý je riadený výstupným signálom regulátora pôsobiacim ako riadiaca veľkosť signálu. Tento akčný člen je mechanicky spriahnutý na jednej stranoe s chodovým mechanizmom a na druhej strane s príslušnou vozovou skriňou, takže prestavením akčného člena je možné pootočenie chodového mechanizmu okolo jeho reálnej alebo virtuálnej zvislej osi. Keď sa ako akčný člen použije krokový motor, tak môže postačovať, ak sa výstupné signály filtra cez regulátor prenášajú v takej postupnosti, ktorá zodpovedá uhlovému prestaveniu chodového mechanizmu proti priradeným vozovým skriniam v závislosti od prechádzaného polomeru zatáčania. Keď sa také

869/B riadenie nedá zabezpečiť, je účelné vybaviť akčný člen alebo chodový mechanizmus snímačom polohy, ktorý poskytuje elektrické signály o aktuálne polohe nastavenia. Tento polohový signál sa potom môže ako skutočná hodnota polohy privádzať do porovnávacej jednotky, do ktorej sa rovnako privádza aj stanovená hodnota kvázistacionárneho výstupného signálu filtrov a zo stanovenej hodnoty a skutočnej hodnoty sa privádza do regulátora aktuálna vyrovnávacia regulačná odchýlka, pričom tento výstupný signál sa ako riadiaca hodnota privádza do akčného člena, až kým sa regulačná odchýlka nepriblíži k nulovej hodnote.

Jednotka senzorových snímačov a zvlášť jednotka filtrov môže mať dva kvázistatické signálové výstupy, pričom na každý z týchto signálových výstupov je pripojená jedna nastavovacia jednotka, ktorej akčné členy pôsobia spoločne na ten istý chodový mechanizmus a predovšetkým na ramená tohto chodového mechanizmu. Mechanické pôsobiská obidvoch akčných členov pritom ležia zvlášť navzájom diagonálne a v rozsahoch ramien chodových mechanizmov, v ktorých sa nachádzajú sekundárne pružiace elementy na spojenie ramien chodového mechanizmu s priradenými vozovými skriňami. V tomto rozsahu sú usporiadané aj primárne pružiace elementy bežného druhu medzi ramenami chodového mechanizmu a ložiskami kolies jednoosových dvojkolesí. Priečna tuhosť týchto pružiacich elementov spôsobuje základné vyrovnávanie chodových mechanizmov v smere pozdĺžnej osi vozidla a v prevádzke dovoľuje obmedzené vychyľovanie dvojkolesia vyplývajúce z geometrie koleso - koľaj, počas ktorého dochádza k akčným členom vynútenému vychyľovaniu proti sile sekundárnych pružiacich elementov. Je veľmi vhodné, ak tvorí ložisko otočného čapu skutočnú zvislú os pre výkyvný pohyb chodového mechanizmu proti vozovej skrini.

Akčný člen je vytvorený predovšetkým ako lineárny pohonný člen a môže ním byť lineárny elektromotor alebo servomotor so závitovým vretenovým pohonom alebo s planetovou prevodovkou. Väzba akčného člena alebo akčných členov vzhľadom k chodovému mechanizmu alebo k vozovej skrini je zvlášť elastická použitím medzivložkových gumovo-kovových prvkov, aby na jednej strane akčný člen bol chránený proti nárazovému zaťaženiu a jednak aby bol umožnený v prevádzke nevyhnutný kývavý pohyb medzi vozovou skriňou a rámom podvozku.

869/B

Senzorový snímač na generovanie východiskového signálu závislého na polomere zatáčania koľají, môže byť usporiadaný ako odporový snímač kĺbu spojky medzi dvoma vozovými skriňami, ktoré pri prejazde zákrutou zachytávajú zmeny uhla vzájomne nastaveného pootočenia na vytvorenie východiskového signálu ako meniaci sa odpor, induktivitu, kapacitu alebo podobne. Senzorový snímač teda môže byť priradený aj inému chodovému mechanizmu, predchádzajúcemu alebo nasledujúcemu, ktorý je vzhľadom k riadenému chodovému mechanizmu usporiadaný na tej istej alebo ná inej vozovej skrini, a ktorých geometrie koleso-koľaj pri prechode zákrutou je ovplyvňované automaticky poskytované riadenie otáčania.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je v ďalšom bližšie objasnený pomocou principiálneho náčrtu príkladu uskutočnenia, kde:

Obr. 1 predstavuje jednoosový chodový mechanizmus, pri prechode oblúka s istým polomerom ovládateľný akčnými členmi, v náryse, a obr. 2 riadiacu jednotku s jednotkou senzorov a nastavovacími jednotkami na riadenie akčných členov.

Príklad uskutočnenia vynálezu

Neznázornená vozová skriňa koľajového vozidla dosadá prostredníctvom sekundárnych pružných elementov 1. na rám 2 jednoosového chodového mechanizmu, vybaveného len jednou osou 3, na ktorej sú napevno uložené koľajové kolesá 4. Os 3 dvojkolesia 3, 4 leží v rovine, prebiehajúcej kolmo naprieč k pozdĺžnemu smeru koľajového vozidla, a ktorá obsahuje priečne osi sekundárnych pružných prvkov 1, pričom ložiská 6 kolies sú podopreté a upevnené na spodnej strane rámu 2 chodového mechanizmu, v smere jazdy pred a za usporiadanými primárnymi pružnými prvkami 7. Primárne pružné prvky 7 pritom nielen nesú silu aj tiaže v ich osovom smere, ale svojou istou priečnou elasticitou dovoľujú v ohraničenom rozsahu vychyľovanie osi 3 resp. ramien 2 chodového mechanizmu oproti vozovej skrini 13, ktoré vzniká v dôsledku geometrie koleso - koľaj. Pritom toto

869/B vychyľovanie nastáva okolo zvislej osi 8, ktorá je realizovaná ložiskovým čapom, ktorý je spojený s príslušnou vozovou skriňou a je uložený v ložiskovom vybraní rámu 2.

Aby sa mohlo uskutočniť vynútené pootočenie chodového mechanizmu okolo zvislej osi 8 v závislosti od polomeru zatáčania práve prechádzaného koľajového úseku, je vytvorené nastavovacie zariadenie z dvoch diagonálnych a symetricky usporiadaných akčných členov 9. Tieto sú na vonkajšej strane ramien 2 chodového mechanizmu v oblasti ložíšk 6 príp. sekundárnych pružných prvkov 1 prostredníctvom riadiacej tyče 10 v zábere s prídržnými okami H a na druhej strane prostredníctvom gumovoelastických prvkov ako pripojovacích prostriedkov 12 pevne spojené s časťami 13 vozovej skrine, ktoré sú pripojené k vozovej skrini.

Na riadenie akčných členov 9 možno použiť riadiace zariadenie podľa obr. 2. Toto pozostáva zo senzorovej jednotky 14. a z dvoch nastavovacích jednotiek 15, ktoré sú ovládané uvedenou senzorovou jednotkou 14 a sú aspoň v základných funkciách rovnaké a každá z nich obsahuje akčný člen 9 na vynútené prestavovanie pootočenia chodových mechanizmov. Pritom senzorová jednotka 14 pozostáva z snímacieho senzora 17, ktorý generuje východiskový signál závislý na polomere práve prechádzaného oblúkového úseku trate, ktorý rovnako závisí na nastavení chodového mechanizmu nastaveného na základe geometrie koleso-koľaj alebo na vzájomnej uhlovej polohe susedných vozových skríň dvoch za sebou nasledujúcich vzájomne pootočených susedných vozňov. Pretože toto snímacie zariadenie zohľadňuje nielen priemer práve prechádzanej zákruty, ale aj rušivé vplyvy, je na časť signálu závislú od prechádzaného oblúka nasuperponovaný rušivý signál vychádzajúci z dynamiky koľajového vozidla. Snímací senzor 17 podľa toho vysiela dynamický východiskový signál w(t) dyn, ktorý je vedený do dolnopriepustného filtra 18 s hornou hranicou frekvencie približne 5 Hz, s výhodou však len okolo 0,5 Hz. Tým sa z východiskového signálu eliminujú zložky rýchlych, rušivých oscilácii s vyššími frekvenciami, takže na výstupe filtra 18, ktorý je výhodne tvorený dvoma samostatnými výstupnými prípojkami pre obidve riadiace jednotky 15, je vždy kvazistacionárna riadiaca veľkosť w(t), ktorá slúži ako prednastavená požadovaná hodnota na nastavenie akčných členov 9. Na tento účel sa prefiltrovaná riadiaca veľkosť w(t) vedie do regulátora 19, ktorý vysiela výstupný signál y(t) ako riadiacu

869/B veličinu pre elektro-mechanický akčný člen 9. Podľa veľkosti alebo času trvania týchto výstupných signálov, akčný člen 9 obsahujúci predovšetkým elektromotor, vykonáva zmeny natočenia, avšak aj zmeny dĺžky, ktoré riadia podvozok tak, že náprava 3 leží v priamke v smere priemeru prechádzaného úseku koľají. Aby sa zabezpečilo, že požadovaná poloha akčného člena 9 alebo chodového mechanizmu sa skutočne dosiahne, je akčný člen 9 alebo chodový mechanizmus opatrený snímačom 21 polohy, ktorý vysiela polohový signál xr(t), závislý na nastavenom natočení chodových mechanizmov alebo na polohe riadiacej tyče 10. Tento polohový signál je vedený do elektrického porovnávacieho člena 20, do ktorého je ako druhý vstupný signál privedená aj riadiaca veľkosť w(t). Polohový signál je teda skutočná dosiahnutá hodnota vzhľadom na požadovanú polohu zadanú požadovanou hodnotu. Porovnávací člen 20 vypočíta z týchto oboch signálov w(t) a xr(t) regulačnú odchýlku, a táto je ako vstupný signál xw(t) vedená do regulátora 19. Regulátor 19 teda dodáva výstupnú hodnotu y(t) len dovtedy, kým signál požadovanej hodnoty a signál skutočnej hodnoty v porovnávacom člene 20 nevedú k regulačnej odchýlke ležiacej v blízkosti hodnoty 0. Snímačom 21 polohy môže byť napríklad premenlivý elektrický odpor, ktorý je mechanicky spojený na jednej strane s ramenom 2 chodového mechanizmu a na druhej strane s na to určeným dielom 13 vozovej skrine, pričom sa vysiela signál x(r) získaný z pootočenia chodových mechanizmov.

Senzorová jednotka 14 sa môže použiť aj nato, aby sa napríklad pri skúšobnej jazde po vopred stanovenom koľajovom úseku príslušná koľajová konfigurácia uložila do dátovej pamäte ako filtrovaná riadiaca veličina pre celkovú dráhu, a pri ďalších jazdách na tejto dráhe kvázistacionárna riadiaca veličina na riadenie riadiacich jednotiek 15 vychádza z uvedenej dátovej pamäti.

Teda vytvorením riadiacich prvkov na elektrickej a elektronickej báze sa spolu získa jednoduchá a kompaktná, málo nákladná štruktúra pri nízkych zriaďovacích nákladoch, pričom na zásobovanie elektrickou energiou je na koľajových vozidlách beztak vytvorená elektrická sieť. Pritom sa elektrické rušivé vplyvy, nezávislé na priemere práve prechádzaného koľajového úseku, eliminujú jednoduchým elektrickým opatrením, takže môže nasledovať bezporuchové presne radiálne usporiadanie podvozku vzhľadom ku na koľajniciam, a tým sa dosiahne hladký chod príslušného chodového mechanizmu bez nebezpečenstva vykoľajenia. Pritom je tiež

869/B možné senzorovou jednotkou zistené zakrivenie koľají použiť na viac ako jeden chodový mechanizmus. Účelné pritom môže byť, ak sa meria dynamický východiskový signál nezávislý na samotnom riadenom chodovom mechanizme, keď snímací senzor registruje napríklad relatívne posunutie medzi ramenami chodového mechanizmu 2, 3 a tam sa nachádzajúcou osou 3 a tomu zodpovedajúco spôsobí celkové prestavenie chodových mechanizmov prostredníctvom akčných členov 9 na zodpovedajúcich ramenách 2, 3 chodových mechanizmov do príslušnej pootočenej polohy, ktorým sa kompenzuje z geometrie koleso - koľaj získaná a prostredníctvom primárnych pružných prvkov 7 umožnená výchylka náprav 3, 4 oproti príslušným ramenám 2 chodového mechanizmu. Docieli sa zároveň aj dobré radiálne nastavenie súkolesí samostatných náprav v zákrutách koľají aj pri veľkom odstupe súkolesí jednej vozovej skrine, pričom náklady vynaložené na zriadenie riadiaceho prostriedku sú nižšie ako usporiadanie druhého súkolesia, ktoré preberá riadiacu úlohu. Napokon os 3 nesie ešte brzdové kotúče 22, ktoré na ramenách 3 chodového mechanizmu tvoria určenú sústavu 23 kotúčových bŕzd.

Claims (15)

1. Koľajové vozidlo s aspoň jedným jednoosovým chodovým mechanizmom, ktorý je usporiadaný vzhľadom k priradenej vozovej skrini otočné okolo reálnej alebo virtuálnej zvislej osi a je spriahnutý s nastavovacou jednotkou ovládanou signálom, ktorý závisí od zakrivenia prechádzanej koľaje pôsobiaceho na jednotku senzorových snímačov, vyznačujúce sa tým, že jednotka (14) senzorových snímačov je vybavená elektrickým senzorovým snímačom (17) a elektrickým dolnopriepustným filtrom (18), kde senzorový snímač (17) poskytuje dynamický elektrický východiskový signál (w(t)dyn), pričom tento elektrický východiskový signál (w(t)dyn) sa privádza do dolnopriepustného filtra (18), ktorého kvázistacionárnym výstupným signálom (w(t)) je ovládaná nastavovacia jednotka (15).

2. Koľajové vozidlo podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že dolnopriepustný filter (18) má hornú hraničnú frekvenciu nižšiu ako je frekvencia rušivých signálov.

3. Koľajové vozidlo podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúce sa tým, že nastavovacia jednotka (15) obsahuje regulátor (19) a akčný člen (9) riadený výstupným signálom (y(t)) regulátora (9) ako riadiacou veličinou, a že akčný člen (9) je mechanicky spriahnutý na jednej strane s chodovým mechanizmom (2,3) a na druhej strane s vozovou skriňou (13).

4. Koľajové vozidlo podľa nároku 3, vyznačujúce sa tým, že akčný člen (9) alebo chodový mechanizmus (2,3) je opatrený snímačom (21) polohy, ktorý vysiela polohový signál (x(t)), a že kvázistacionárny výstupný signál (w(t)) dolnopriepustného filtra (18) a výstupný signál (x(t)) snímača (21) polohy ako regulačná veličina sa privádzajú do porovnávacieho člena (20), ktorého výstupný signál (xw(t)), zodpovedajúci regulačnej odchýlke medzi z výstupného signálu (w(t))

31 869/B dolnopriepustného filtra (18) požadovanej polohy a zo senzorového snímača (21) zistenej skutočnej polohy chodového mechanizmu (2,3), sa privádza ako vstupný signál do regulátora (19).

5. Koľajové vozidlo podľa nároku 1 alebo niektorého z nasledujúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že jednotka (14) senzorových snímačov je vybavená dvoma kvázistatickými signálovými výstupmi a že ku každému z týchto signálových výstupov je priradená ovládacia jednotka (15), ktorých akčné členy (9) pôsobia spoločne na chodový mechanizmus (2,3).

6. Koľajové vozidlo podľa nároku 1 alebo niektorého z nasledujúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že dva akčné členy (9) pôsobia v diagonálne oproti sebe ležiacich miestach (11) chodového mechanizmu (2, 3).

7. Koľajové vozidlo podľa nároku 3 alebo niektorého z nasledujúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že akčným členom (9) je lineárny pohon.

8. Koľajové vozidlo podľa nároku 7, vyznačujúce sa tým, že akčným členom (9) je lineárny motor.

9. Koľajové vozidlo podľa nároku 7, vyznačujúce sa tým, že akčným členom (9) je servomotor so závitovkovým pohonom.

10. Koľajové vozidlo podľa nároku 7, vyznačujúce sa tým, že akčným členom (9) je servomotor s planetovým prevodom.

31 869/B

11. Koľajové vozidlo podľa nároku 1 alebo niektorého z nasledujúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že akčný člen (9) je s chodovým mechanizmom (2, 3) a/alebo s vozovou skriňou (13) spojený elasticky.

12. Koľajové vozidlo podľa nároku 1 alebo niektorého z nasledujúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že senzorový snímač (17) je usporiadaný na spojovacom kĺbe medzi dvoma vozovými skriňami a je ovládaný nastavením zmeny uhla otáčania častí spojovacieho kĺbu okolo zvislej osi.

13. Koľajové vozidlo podľa aspoň jedného z nárokov 1 až 11, vyznačujúce sa tým, že senzorový snímač (17) je usporiadaný na jednom riadenom predchádzajúcom alebo nasledujúcom chodovom mechanizme (2,3), otočnom okolo zvislej osi, ktorý ovplyvňuje z geometrie koleso-koľaj samočinne vyplývajúce pootočenie.

14. Koľajové vozidlo podľa aspoň jedného z nárokov 1 až 11, vyznačujúce sa tým, že senzorový snímač (17) obsahuje dátovú pamäť, v ktorej sú uložené signály získané o koľaji trate ako riadiaca veľkosť pre riadiacu jednotku, pričom uložené údaje zodpovedajú prefiltrovanému kvázistacionárnemu výstupnému signálu.

15. Koľajové vozidlo podľa nároku 2 alebo niektorého z nasledujúcich, vyznačujúce sa tým, že dolnopriepustný filter (18) má hraničnú frekvenciu do približne 5 Hz, váhodne do približne 0,5 Hz.