PL186906B1

PL186906B1 - Sposób i urządzenie do regulacji ustawienia układu prowadzenia zestawów kołowych pojazdów szynowych

Info

Publication number: PL186906B1
Application number: PL98325047A
Authority: PL
Inventors: Manfred Wiessner; Karl-Heinz Bengs; Maik Rubel; Ronald Jaensch
Original assignee: Deutsche Waggonbau Ag
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2004-03-31
Also published as: EP0870664A3; ATE391063T1; DE59814200D1; EP0870664B1; EP0870664A2; ES2306463T3; CZ289238B6; CZ72998A3; PL325047A1; DE19715148A1

Abstract

1 . Sposób regulacji ustawieniazestawów kolo- wych pojazdów szynowych wyposazonych w statyczne urzadzenia do wstepnego ustawiania polozenia zestawu kolowego, znamienny tym, ze wstepne ustawienie zestawu kolowego jest zmieniane przy pomocy aktyw- nego ukladu regulacyjnego przez zmiane kata ustawie- nia zestawu kolowego wzgledem ramy prowadzacej. 5. Urzadzenie do regulacji ustawienia ukladu prowadzenia zestawów kolowych pojazdów szynowych wyposazonych w statyczne urzadzenia do wstepnego ustawiania polozenia ukladu, znamienne tym, ze uklad aktywnego sterowania jest wyposazony w czujnik war- tosci mierzonej, jednostke przeliczajaca i w urzadzenie nastawcze o krótkim czasie reakcji Figur 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do regulacji, zwłaszcza do stabilizacji podczas jazdy z dużymi prędkościami, ustawienia układu prowadzenia zestawów kołowych pojazdów szynowych, przy których osie zestawów kołowych są ustawione sztywno i nieprzesuwnie pod kątem prostym do ramy prowadzącej oraz w przypadkach, gdy w celu poprawienia warunków jazdy po łuku następuje promieniowe ustawienie położenia zestawów kołowych.

Ze stanu techniki są znane przeznaczone do ruchu z dużymi prędkościami zestawy jezdne (GDS 300, Eisenbahningenieur 45 (1994) strona 722), w których stabilizacja ruchu podczas jazdy po szynach jest uzyskana przez współdziałanie osi jezdnych wyposażonych w blokadę obrotu względnego między ramą prowadzącą i nadwoziem, osadzonych sztywno i nieprzesuwnie w ramie prowadzącej pod kątem prostym do osi ramy prowadzącej. Wadą tego znanego rozwiązania są silne sprzęzenia między ruchem układu jezdnego i nadwozia, a tym samym wzbudzanie w nadwoziu drgań, które można ograniczyć tylko przy pomocy kosztownych i skomplikowanych elementów konstrukcyjnych.

Inną wadą tego znanego rozwiązania jest występowanie większych oporów ruchu po łuku o małym promieniu i zwiększone zużycie profili kół.

W innych znanych rozwiązaniach konstrukcji zestawów jezdnych przeznaczonych dla dużych prędkości jazdy (przykładowo kolej TGV, Elektrische Bahnen 90 (1992), strony 176 do 179) urządzenia do stabilizacji ruchu są uzupełnione przez większe rozstawienie osi i przez zastosowanie wagonów przegubowych wyposażonych w obrotowe podwozia według konstrukcji Jakobsa. Wadą tego znanego rozwiązania jest pogorszenie parametrów jazdy po torze łukowym spowodowane większym rozstawieniem osi, większy ciężar ramy przy stosowaniu podwozi obrotowych i większe zapotrzebowanie przestrzeni dla zainstalowania podwozi obrotowych. Większe zapotrzebowanie miejsca jest wadą zwłaszcza przy wagonach piętrowych

186 906 wyposażonych w krótsze nadwozia. Inną wadą rozwiązania wykorzystującego przegubowe zestawy wagonowe z podwoziami obrotowymi Jakobsa jest na skutek ograniczenia obciążenia osi skrócenie nadwozi zmniejszenie przestrzeni pasażerskiej lub zmniejszenie powierzchni przejść i powierzchni pomocniczych. Zestawy tego typu mogą być dzielone tylko przy pomocy urządzeń fabrycznych. Przez to jest konieczne dostosowanie długości pociągu do potrzeb ruchu już na etapie budowy pociągu. Inną wadą tego znanego rozwiązania jest konieczność wyłączenia całego pociągu z ruchu w razie wystąpienia większej awarii jednego z wagonów.

Innym znanym rozwiązaniem poprawiającym stabilność jadącego wagonu są również układy tłumiące ruch zestawów kołowych względem ramy prowadzącej, przy czym dąży się do zmniejszenia mas i sił biorących udział w ruchu. Możliwości wpływania w taki sposób na stabilność ruchu są jednak ograniczone. Inne rozwiązanie opisuje patent niemiecki DE 31 23 858. Zgodny w fazie sinusoidalny tor ruchu zestawu kołowego prowadzi najpierw do niestabilnego ruchu całego pojazdu. Zestawy kołowe wykonują złożony ruch poprzeczny i obrotowy względem osi pionowej. Przez przeciwfazowe sprzęgnięcie zestawów kołowych unika się ich współfazowego odchylania , przez co uzyskuje się poprawę stabilności ruchu na prostych torach i torach o dużym promieniu krzywizny. Wadą tego znanego rozwiązania jest ograniczenie możliwości jazdy z dużymi prędkościami. Ze stanu techniki znane są również zestawy jezdne, w których w celu poprawy warunków jazdy po łuku zestaw kołowy jest ustawiany ąuasistatycznie w ramie prowadzącej w kierunku promienia łuku, przy czym siły zewnętrzne oddziałujące bezpośrednio na elastyczne łożyska kierownic osi wymuszają obrót promieniowy zestawu kołowego (patent niemiecki DE 30 04 082). Innym znanym rozwiązaniem poprawiającym jazdę po łuku jest opisany w patencie niemieckim DE 42 40 082 układ wykonawczy złożony z cylindrów i dźwigni tak ustalający położenie zestawu kołowego, aby uzyskać konieczny wynikający z kierunku i krzywizny łuku. Wadą tego znanego rozwiązania jest elastyczność układu, przez co zestawy kołowe tego typu nie nadają się do jazdy z dużymi prędkościami. Wadą wszystkich istniejących rozwiązań polegających na ąuasistatycznym ustawianiu kąta położenia zestawów kołowych jest długi czas reakcji na zmiany, co uniemożliwia aktywne wpływanie na pracę zestawu kołowego.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu sterowania ustawieniem zestawów kołowych wagonów, które wyeliminuje niedogodności dotychczas stosowanych sposobów i umożliwi stabilny ruch podwozia wagonu we wszystkich przypadkach ruchu i przez sprzężenie siłowe podwozia z nadwoziem umożliwi wysoko standard jazdy.

Cel ten zrealizowano zgodnie z wynalazkiem przez opracowanie sposobu polegającego na tym, że zmienia się wstępne ustawienie zestawu kołowego przy pomocy aktywnej zmiany kąta ustawienia zestawu kołowego względem ramy prowadzącej. Korzystnym rozwiązaniem według wynalazku jest, że kąt ustawienia zestawu kołowego zmienia się na podstawie zarejestrowanej przez czujniki i układ przeliczający zmiany kąta obrotu osi nadwozia wagonu mierzonego między osią nadwozia wagonu i osią ramy prowadzącej, albo kąta obrotu mierzonego między osią nadwozia i osią zestawu kołowego albo. Również korzystnie zmienia się aktywnie kąt ustawienia zestawu kołowego według prędkości zmiany kąta obrotu między osią nadwozia i osią ramy prowadzącej albo między osią nadwozia i osią zestawu.

Korzystne według wynalazku jest również to, że przy nie działającym układzie aktywnego sterowania prowadnice zestawów kołowych przyjmują stabilne położenie końcowe i jest blokowany obrót ramy prowadzącej względem nadwozia wagonu albo obrót zestawu kołowego względem nadwozia wagonu.

Celem wynalazku jest również urządzenie, przy pomocy którego reguluje się ustawienie zestawów kołowych wagonów, które wyeliminuje niedogodności dotychczas stosowanych sposobów i umożliwi stabilny ruch podwozia wagonu i przez sprzężenie siłowe podwozia z nadwoziem umożliwi wysoki standard jazdy. Cel ten zrealizowano zgodnie z wynalazkiem przez skonstruowanie aktywnego układu sterowania wyposażonego w czujnik wartości mierzonej, jednostkę przeliczającą i w urządzenie nastawcze o krótkim czasie reakcji.

Wynalazek jest przykładowo wyjaśniony na rysunku, na którym:

Figura 1 przedstawia schematycznie pojazd szynowy stojący na prostym torze albo na torze o dużym promieniu zakrzywienia,

186 906

Figura 2 przedstawia schematycznie pojazd szynowy stojący na łuku toru,

Figura 3 urządzenie do ustawiania kąta Mst zestawu kołowego względem ramy prowadzącej wyposażone w wałek mimośrodowy i wahacz.

Figura 4 urządzenie do ustawiania kąta Mst zestawu kołowego względem ramy prowadzącej wyposażonego w dwukomorową panewkę cieczową i wahacz,

Figura 5 urządzenie do ustawiania kąta Mst zestawu kołowego względem ramy prowadzącej wyposażony w sworzeń prowadzący i dwukomorową panewkę cieczową.

Figura 6 urządzenie do ustawiania kąta Mst zestawu kołowego względem ramy prowadzącej wyposażone w kierownicę zaopatrzoną w podwójne pióro resorowe.

Figura 1 przedstawia nadwozie 1 pojazdu szynowego obrócone względem osi toru x o kąt Mk i przesunięte w kierunku poprzecznym względem ramy prowadzącej 2 o wymiar w. Rama 2 jest obrócona względem osi toru x o kąt Md. Kąt obrotu Mad ramy 2 względem nadwozia 1 jest różnicą kątów Mk i Md. Zestawy kołowe 3, 3', których osie bez oddziaływania sił zewnętrznych są ustawione prostopadle do osi ramy prowadzącej 2, są dzięki aktywnemu układowi sterującemu przestawiane o zmienny kąt Mst3,3· względem osi ramy 2. Jako wielkość regulacyjna może zostać wykorzystany również kąt Mar wynikający z różnicy obrotu zestawów kołowych 3, 3' względem toru i nadwozia 1 względem toru.

Figura 2 przedstawia położenie nadwozia 1 umieszczonego na łuku toru. Rama prowadząca 2 jest położona stycznie do łuku. Osie zestawów kołowych 3, 3'są ustawione na skutek oddziaływania sił zewnętrznych pod kątami M3 i M3< w kierunku promienia łuku toru i są dodatkowo obrócone przez układ aktywnej regulacji o kąty M3 i M3.

Figury 3, 4, 5, 6 przedstawiają możliwe warianty wykonania układu aktywnej regulacji kąta Mst ustawienia osi zestawów kołowych. Na rysunkach pominięto przedstawienie urządzeń o znanej konstrukcji służących do pomiaru wielkości regulowanych kątów Mst (czujnik wartości mierzonej Mad i -Mar, układ przetwarzający).

Na fig. 3 jest widoczne urządzenie, przy pomocy którego jest ustawiany kąt zmienny Mst położenia zestawu kołowego 3 osadzonego statycznie lub quasistatycznie w ramie prowadzącej 2 przy pomocy wahacza 4. Rama prowadząca 2 jest podparta sprężyście na obudowie łożyska osi 5 zestawu kołowego 3. Obudowa osi 5 jest wyposażona w wahacz 4 zaopatrzony w elastyczną tuleję 6 osadzoną przy pomocy mimośrodu 7 i wałka mimośrodowego 8 w łożysku wahacza 9. Urządzenie regulacyjne 10, na przykład cylinder hydrauliczny, zmienia przy pomocy dźwigni mimośrodowej 11 długość L ramienia wahacza 4 względem ramy 2 o wielkość ± AL.

Figura 4 przedstawia inne rozwiązanie według wynalazku, w którym kąt Mst jest ustawiany przy pomocy dwukomorowej panewki cieczowej 12 osadzonej w wahaczu 4. Rama 2 jest podparta na obudowie łożyska osi 5. Obudowa łożyska 5 jest wyposażona w wahacz 4 i w elastyczną panewkę dwukomorową 12, której komory 13 i 13' są zasilane naprzemiennie płynem przez przyłącza 14, 14', co powoduje zmianę długości L wahacza 4 względem ramy 2 o wielkość ± AL.

Na fig. 5 jest przedstawione podobne rozwiązanie według wynalazku, jak na fig.4. Zmianą w stosunku do wariantu przedstawionego na fig. 4 jest zastąpienie wahacza 4 przez sworzeń prowadzący 15 wyposażony w panewki dwukomorowe cieczowe 12, 12'. Rama 2 jest podparta sprężyście na obudowie łożysk 5 zestawy kołowe 3. Między pionowymi sworzniami prowadzącymi 15 nie pokazanej na rysunku ramy 2 i obudową łożyska 5 są umieszczone dwie panewki fluidalne dwukomorowe 12, 12', których komory 13, 13' są naprzemiennie zasilane płynem przez przyłącza 14, 14', co daje w efekcie przesunięcie obudowy łożyska 5 względem sworzni 15 o + AL. Na fig.6 jest przedstawione urządzenie, które umożliwia ustawienie kąta Mst przy pomocy prowadnicy 17 wyposażonej w dwie płaskie sprężyny. Rama prowadząca 2 jest podparta sprężyście na obudowie łożyska 5 zestawu kołowego 3. Rama 2 i obudowa 5 są wyposażone w łożyska 16, 16', które są ze sobą połączone przy pomocy prowadnic wykonanych jako wygięte sprężyny płaskie 17', 17. Prowadnice 17', 17 są w środkowym obszarze zagięcia połączone ze sobą przy pomocy urządzenia nastawczego 10, które zmienia odległość A między prowadnicami 17', 17 o wielkość AA, i jednocześnie powoduje zmianę odległości L o ± AL Urządzenie wykonane według wynalazku pracuje w następujący sposób: Z czujnika wartości

186 906 mierzonej i układu przetwarzającego jest uzyskiwany kąt położenia Ψαο ramy 2 względem nadwozia wagonu 1 oraz kąt położenia Ψλκ zestawów kołowych 3, 3' względem nadwozia 1. Jednocześnie wężykowanie zestawu kołowego jest analizowane jako informacja o stabilności jazdy zestawu kołowego. W zależności od obu położeń kątowych oraz rodzaju i częstotliwości sinusoidy wężykowania zestawu kołowego generator wysyła sygnał, który przy pomocy generatora wielkości zadanej i elementów wykonawczych (fig 3-6) umieszczonych między ramą 2 i obudową łożysk 5 tak zmienia kąt ustawienia zestawu kołowego w taki sposób, aby nastąpiło wydłużenie sinusoidy wężykowania. Na fig. 1 jest przedstawiony wydłużony przebieg sinusoidy wężykowania zestawów kołowych 3, 3' na torze prostym, lub torze o dużym promieniu krzywizny, tak wydłużony przez zmianę kąta - Ψ%· Istnieje możliwość wytworzenia sinusoidy o przebiegu przeciwnym do sinusoidy wężykowania.

W przypadku poruszania się zestawów kołowych po łukach o małym promieniu krzywizny (fig.2) zestawy kołowe 3,3' są ustawione względem ramy 2 wzdłuż promieni krzywizny. Przy dużych prędkościach jazdy powyżej prędkości wyrównawczej położenie to będzie wyrównywane przez zmiany kąta - Ψ>, które minimalizują kąt najazdu od zewnętrznej strony łuku i pozwalają na uniknięcie niestabilności. Przy małych prędkościach poniżej prędkości wyrównawczej, zestaw kołowy 3 jest ustawiany pod kątem ujemnym Ψ%, a zestaw kołowy 3' pod kątem dodatnim TSt186 906

186 906

Ο <£ >

186 906

Figur 3

14' 9 14

Figur 4

186 906

Figur 6

3 16’ 17’ 10 !86 906

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1 Sposób regulacji ustawienia zestawów kołowych pojazdów szynowych wyposażonych w statyczne urządzenia do wstępnego ustawiania położenia zestawu kołowego, znamienny tym, że wstępne ustawienie zestawu kołowego jest zmieniane przy pomocy aktywnego układu regulacyjnego przez zmianę kąta ustawienia zestawu kołowego względem ramy prowadzącej.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt ustawienia zestawu kołowego względem ramy prowadzącej jest regulowany według wielkości kąta obrotu mierzonego między osią nadwozia wagonu i osią ramy prowadzącej albo według wielkości kąta obrotu mierzonego między osią nadwozia wagonu i osią zestawu kołowego.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt ustawienia zestawu kołowego względem ramy prowadzącej jest regulowany według prędkości zmiany kąta obrotu mierzonego między osią nadwozia wagonu i osią ramy prowadzącej albo według prędkości zmiany kąta obrotu mierzonego między osią nadwozia wagonu i osią zestawu kołowego .
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że przy nie działającym układzie aktywnego sterowania prowadnice zestawów kołowych przyjmują stabilne położenie końcowe w ramie prowadzącej i jest blokowany obrót ramy prowadzącej względem nadwozia wagonu albo obrót zestawu kołowego względem nadwozia wagonu.
5. Urządzenie do regulacji ustawienia układu prowadzenia zestawów kołowych pojazdów szynowych wyposażonych w statyczne urządzenia do wstępnego ustawiania położenia układu, znamienne tym, że układ aktywnego sterowania jest wyposażony w czujnik wartości mierzonej, jednostkę przeliczającą i w urządzenie nastawcze o krótkim czasie reakcji.