ОПОРА КОЛЕСНОГО СКАТА ДЛЯ КОЛЕСНОГО СКАТА РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, ИМЕЮЩЕГО ТЕЛЕЖКУ, ОПЕРТУЮ ИЗНУТРИ
WHEEL TRAIN SUPPORT FOR WHEEL TRAIN OF RAIL VEHICLE HAVING BOGIE SUPPORTED FROM INSIDE

Область техники
Изобретение касается опоры колесного ската для колесного ската рельсового транспортного средства, имеющей тележку, опертую изнутри, включающей в себя
- для каждой стороны колесного ската по одному корпусу подшипника, который охватывает подшипник колесного ската для колеса, причем подшипник колесного ската и корпус подшипника в смонтированном состоянии находятся между колесами,
- служащую стабилизатором боковой качки торсионную рессору, которая соединена с корпусом подшипника.
Колесный скат у рельсовых транспортных средств состоит из оси колесного ската и двух колесных дисков или колес. На оси колесного ската могут быть также смонтированы тормозные диски или компоненты привода. Колесный скат опирается в тележке с помощью опоры колесного ската. У железнодорожных транспортных средств два колеса одного колесного ската из-за синусоидального хода обычно неподвижно соединены с осью и, таким образом, вращаются вместе. Поэтому здесь речь идет о колесном скате и, соответственно, об опоре колесного ската. Подшипники колесного ската направляют колесный скат в тележке в боковом направлении, а также передают продольные силы, когда колесный скат приводится в движение или тормозится. Подшипник колесного ската, как правило, выполнен в виде подшипника качения, который установлен в корпусе подшипника колесного ската и в котором помещается колесный скат.
Уровень техники
У рельсовых транспортных средств, а также у других транспортных средств, кузов вагона, как правило, оперт на колесные скаты подрессоренным образом через одну или несколько ступеней упругости рессорного подвешивания. Возникающее при движении по кривой, действующее поперек к направлению движения и, вместе с тем, поперек к продольной оси транспортного средства центробежное ускорение вследствие сравнительно высоко находящегося центра тяжести кузова вагона вызывает тенденцию кузова вагона к наклону относительно колесных скатов в наружную сторону кривой, то есть, таким образом, выполнению движения боковой качки вокруг оси боковой качки, параллельной продольной оси транспортного средства. Такие движения боковой качки выше определенных предельных значений, с одной стороны, снижают комфорт движения. С другой стороны, они создают опасность нарушения допустимого свободного габарита, а также односторонних разгрузок колес, недопустимых с точки зрения безопасности в отношении схода с рельсов.
Чтобы предотвратить это, как правило, применяются опорные устройства боковой качки в виде так называемых стабилизаторов боковой качки. Их задачей является противодействовать движению боковой качки кузова вагона, чтобы смягчать их, в то время как нельзя препятствовать движениям подъема и ныряния кузова вагона относительно колесных скатов или, соответственно, шасси. Ходовой частью или шасси называется часть рельсового транспортного средства, с помощью которой транспортное средство движется и направляется по рельсам. Тележкой называется ходовая часть, имеющая два или больше колесных скатов, установленных в одной раме.
Такие стабилизаторы боковой качки известны в разных вариантах осуществления гидравлического или чисто механического действия. Часто применяется распространяющийся поперек к продольному направлению транспортного средства торсионный вал, который также называется торсионным стержнем или торсионной рессорой, которая известна, например, из DE 19819412 C1.
На этом торсионном валу по обе стороны от продольной оси транспортного средства находятся установленные без возможности вращения рычаги, которые распространяются в продольном направлении транспортного средства. Эти рычаги, в свою очередь, соединены с водилами или шатунными штангами, которые расположены кинематически параллельно рессорным устройствам транспортного средства. При прогибе рессорных устройств транспортного средства находящиеся на торсионном валу рычаги приводятся во вращательное движение посредством соединенных с ними водил. Если при движении по кривой начинается движение боковой качки с различными путями рессор рессорных устройств с двух сторон транспортного средства, это приводит к различным углам вращения находящихся на торсионном валу рычагов. Соответственно этому, на торсионный вал действует торсионный момент, который он, в зависимости от его торсионной жесткости, при определенном торсионном угле компенсирует результирующим из его упругой деформации противодействующим моментом, и таким образом препятствует дальнейшему движению боковой качки. При этом у рельсовых транспортных средств, оснащенных тележками, опорное устройство боковой качки может быть предусмотрено, в одном случае, для вторичного подрессоривания, т.е. действовать между рамой шасси и кузовом вагона. Также опорное устройство боковой качки может применяться и в первичной ступени, т.е. действовать между колесными узлами и рамой шасси, как в DE 19819412 C1.
Тележки, опертые изнутри, у которых осевой подшипник и части рамы находятся между колесами или, соответственно, колесными дисками, имеют поперек к направлению движения меньшие размеры, чем тележки, опертые снаружи, при этом тележки, опертые изнутри, обеспечивают соответственно меньшее основание для опоры первичной ступени подрессоривания. Если жесткости первичных рессор аналогичны жесткостям тележек, опертых снаружи, то угол боковой качки увеличивается и транспортное средство может прийти в конфликт с кинематической ограничительной линией. Кинематическая ограничительная линия задает максимально занимаемое пространство транспортных средств, гарантирующее, чтобы они оставались в пределах свободного габарита инфраструктуры. Для этого рассматривается максимально возможное движение транспортного средства, учитываются как боковые, так и вертикальные движения транспортного средства, которые рассчитываются при разных условиях нагрузки, исходя из геометрии транспортного средства и свойств подрессоривания.
Одной из возможностей стабилизации боковой качки является встраивание первичного стабилизатора боковой качки, включающего в себя торсионные рессоры, рычаги, тянущие и толкающие штанги и опору для торсионной рессоры на раме тележки, также у опертых изнутри тележек между колесами, как это и показано в DE 19819412 C1. Но такие стабилизаторы боковой качки с разными конструктивными элементами и с опорой на раму тележки представляют собой технически сложное решение.
Другая возможность уменьшения угла боковой качки и, вместе с тем, повышения жесткости в отношении боковой качки заключается в том, чтобы вместо применения стабилизатора боковой качки повышалась жесткость первичной рессоры. Однако это имеет тот недостаток, что на кузове вагона возникают более высокие ускорения, что снижает комфорт для потенциальных пассажиров.
Изложение изобретения
Поэтому задачей настоящего изобретения является предоставить опору колесного ската или, соответственно, тележку, опертую изнутри, которая не повышает жесткости первичного подрессоривания в отношении ныряния, а более того, при применении торсионной рессоры имеет наиболее технически простую возможную стабилизацию боковой качки для колесных скатов. Эта задача решается с помощью опоры колесного ската с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Предлагаемая изобретением опора колесного ската для колесного ската рельсового транспортного средства, имеющая тележку, опертую изнутри, включает в себя
- для каждой стороны колесного ската по одному корпусу подшипника, который охватывает подшипник колесного ската для колесного ската, причем подшипник колесного ската и корпус подшипника в смонтированном состоянии находятся между колесами,
- служащую стабилизатором боковой качки торсионную рессору, которая соединена с корпусами подшипников.
При этом в соответствии с изобретением предусмотрено, что торсионная рессора каждым из двух своих концов жестко, без посредства тянущих и толкающих тяг, соединена с одним корпусом подшипника.
То есть торсионная рессора жестко и, вместе с тем, без возможности вращения соединена с обоими корпусами подшипников, в то время как традиционные торсионные рессоры соединены с корпусами подшипников посредством рычагов и шарниров и, таким образом, по меньшей мере соединены своими концами с корпусами подшипников с возможностью вращения. Предлагаемая изобретением опора торсионной рессоры реализуется исключительно посредством соединения с корпусами подшипников колесного ската, кратко называемых корпусами подшипников.
Направление колесного ската, то есть соединение и передача сил от предлагаемой изобретением опоры колесного ската на раму тележки, может при этом происходить различным образом. Так, передача сил может осуществляться с помощью отдельных соединительных элементов (например, втулок или водил) или же непосредственно через сами элементы первичного подрессоривания. Одним из общепринятых и предпочтительных вариантов осуществления является так называемый балансир, при котором корпус подшипника колесного ската шарнирно соединен с рамой тележки через направляющую втулку колесного ската.
Корпуса подшипников колесного ската могут также иметь продолжения, которые направлены от колесной оси, и торсионная рессора может быть закреплена на этих продолжениях. Колесная ось представляет собой ту прямую, которая проходит через средние точки двух опорных втулок.
Средний участок торсионной рессоры расположен, как правило, на некотором расстоянии от колесной оси и параллельно ей. Особенно выгодным вариантом осуществления, если направление колесного ската выполнено в виде балансира, оказывается расположение вблизи соединительной линии между двумя направляющими втулками колесного ската, так как здесь доля изгиба при скручивании мала. «Вблизи соединительной линии» здесь следует понимать так, что средний участок торсионной рессоры расположен к этой соединительной линии ближе, чем к колесной оси, и/или что средний участок торсионной рессоры находится примерно на том же радиальном расстоянии от колесной оси, что и соединительная линия.
Концы торсионной рессоры являются торсионно жесткими и без зазора соединены с корпусами подшипников.
Один из особенно простых вариантов осуществления предусматривает, что торсионная рессора изготовлена цельно и непосредственно соединена с каждым из корпусов подшипников, то есть изготовлена из одной части определенного материала. Тогда оба ее конца должны выполняться с отклонением от продольного направления торсионной рессоры, так чтобы они могли соединяться с корпусами подшипников и при этом могли создавать торсионный момент при различном прогибе рессор с двух сторон. Тогда средний участок торсионной рессоры, то есть торсионная рессора без концов, воспринимает торсионный момент.
В случае цельного изготовления торсионной рессоры концы торсионной рессоры могут быть выполнены посредством гибки относительно среднего участка торсионной рессоры. Так, например, прямой металлический стержень посредством гибки приобретает желаемую форму в месте вблизи каждого из его концов. При этом средний участок торсионной рессоры, как правило, длиннее, чем отогнутый конец.
Однако стабилизатор боковой качки может быть также изготовлен из нескольких частей, при этом на концах торсионной рессоры с торсионной рессорой неподвижно соединены рычаги и составляют некоторый угол с продольным направлением торсионной рессоры. Так, рычаги могут соединяться с торсионной рессорой, то есть средней областью стабилизатора боковой качки, с силовым или с геометрическим замыканием. При этом варианте осуществления торсионная рессора, как правило, может быть выполнена прямой по всей длине.
В принципе, торсионная рессора, а также при необходимости рычаги для крепления торсионной рессоры к корпусам подшипников могут изготавливаться посредством различных технологических способов, например в виде фрезерованной, сварной, литой или кованой детали. При составном стабилизаторе боковой качки, например, состоящем из торсионной рессоры и рычагов, могут также использоваться несколько разных технологических способов.
Один из простых вариантов осуществления изобретения предусматривает, что по меньшей мере (в частности, при цельной торсионной рессоре) средний участок торсионной рессоры выполнен в виде стержня. Это значит, средний участок является прямым, имеет по своей длине одинаковое поперечное сечение, например круглое, и его длина составляет кратное его диаметра. Торсионная рессора в этом простом исполнении, как правило, изготавливается из пружинной стали. В случае составного стабилизатора боковой качки, состоящего из торсионной рессоры и рычагов, вся торсионная рессора может быть выполнена в форме стержня.
Наряду со стабилизацией боковой качки торсионная рессора может также выполнять дополнительные функции, например, служить держателем для одного или нескольких исполнительных элементов торможения. Так, на торсионной рессоре могут быть, например, закреплены скобовые тормоза, которые тогда в смонтированном состоянии (с колесным скатом) могут приводиться в контакт с тормозными дисками на оси колесного ската.
Если предлагаемая изобретением опора колесного ската снабжена одним колесным скатом, то соответственно на оси колесного ската могут быть закреплены один или несколько тормозных дисков.
Когда предлагаемая изобретением опора колесного ската, имеющая один колесный скат, встроена в тележку, опертую изнутри, то может быть предусмотрено, чтобы корпус подшипника через направляющую втулку колесного ската был шарнирно соединен с рамой тележки, в то время как непосредственное соединение между рамой тележки и торсионной рессорой отсутствует. Это является отличием от стабилизаторов боковой качки из уровня техники, потому что там торсионная рессора, как правило, соединена с рамой тележки через вращающееся соединение.
При этом средняя часть торсионной рессоры может быть расположена параллельно колесной оси вблизи соединительной линии между двумя направляющими втулками колесного ската.
Один из вариантов изобретения заключается в том, что в каждой направляющей втулке колесного ската предусмотрен подшипник для соединения с рамой тележки, при этом оси вращения подшипника составляют некоторый угол со средним участком торсионной рессоры. Эти углы одинаковы для обоих подшипников одного колесного ската и симметричны относительно продольной средней плоскости тележки.
Это наклонное положение осей подшипников имеет тот же эффект, что и наклонное положение тянущих и толкающих штанг у ранее известной торсионной рессоры: тянущие и толкающие штанги торсионной рессоры, как правило, расположены параллельно друг другу в перпендикулярной плоскости (то есть плоскости, нормальной к оси торсионной рессоры). Теперь, если отвернутые от торсионной рессоры концы тянущих и толкающих штанг смещаются наружу, тянущие и толкающие штанги, если смотреть в поперечном направлении, составляют с вертикалью некоторый угол. При поперечном движении вагона рабочая сторона это приводит к более жесткой опоре вагона, и таким образом движение боковой качки уменьшается.
Также наклонное положение осей подшипников способствует тому, что при поперечном движении вагона, который, как известно, оперт на тележку, в подшипниках возбуждается движение вращения, которое, однако, не приводит к ощутимому вращению, а только предварительно напрягает торсионную рессору. Благодаря этому происходит повышение жесткости торсионной рессоры.
Наряду с использованием стабилизатора боковой качки в качестве держателя для исполнительных элементов торможения или альтернативно ему может быть предусмотрено, чтобы по меньшей мере средний участок торсионной рессоры являлся частью опоры крутящего момента для привода колесного ската, когда предлагаемая изобретением опора колесного ската с ведущим колесным скатом смонтирована в тележке, опертой изнутри. Тогда приводные моменты воспринимаются непосредственно стабилизатором боковой качки, а не передаются, как обычно, в раму тележки.
Изобретение использует принцип первичных стабилизаторов боковой качки, но отказывается от тянущих и толкающих штанг и отдельной опоры торсионной рессоры на другом конструктивном элементе (раме тележки). Торсионная рессора непосредственно соединена с корпусами подшипников колесного ската. Функция опоры торсионной рессоры на тележку заменяется соединением с корпусами подшипников колесного ската.
В отличие от традиционных систем стабилизации боковой качки получается преимущество в отношении стоимости, технических издержек и веса, потому что тянущие и толкающие штанги, их опоры, а также опора торсионной рессоры отсутствуют. Поэтому предлагаемая изобретением система легче и компактнее. Если структура торсионной рессоры обеспечивает соответствующие точки соединения, она может также выполнять дополнительные функции, такие как соединение исполнительных элементов торможения (скобовых тормозов) и/или восприятие крутящего момента привода.
Предлагаемая изобретением опора колесного ската не ограничена одной для каждого шасси или, соответственно, тележки. Возможно наличие нескольких таких опор колесного ската, как правило двух, для каждого шасси.
Краткое описание чертежей
Для дополнительного пояснения изобретения в последующей части описания, в котором содержатся другие предпочтительные варианты осуществления, подробности и усовершенствования изобретения, делается ссылка на чертежи.
Показано:
фиг.1: тележка, имеющая две предлагаемые изобретением опоры колесного ската, на изображении в перспективе;
фиг.2: опора колесного ската на фиг.1 на изображении в перспективе, если смотреть снизу;
фиг.3: вид в плане одной из альтернативных опор колесного ската, имеющей исполнительные элементы торможения, на изображении в перспективе, если смотреть сверху;
фиг.4: опора колесного ската на фиг.1 на изображении в перспективе, если смотреть снизу, имеющая наклонно установленные подшипники для соединения с рамой тележки;
фиг.5: вид сбоку опоры колесного ската на фиг.4.
Осуществление изобретения
На фиг.1 изображена рама 8 тележки, имеющая две предлагаемые изобретением опоры колесного ската, при этом переднее правое колесо 3 изображено в отсоединенном состоянии, чтобы сделать видимым корпус 7 подшипника и первичное подрессоривание, состоящее из пружины 5 и опционально дополнительно из демпфера 6 (вместо демпфера 6 также могли бы, конечно, применяться пружины 5 с собственным демпфированием). Для этого изображения в качестве примера был выбран принцип направления колесного ската с помощью балансира. Корпус 7 подшипника имеет консоль, на которой установлены пружина 5 и демпфер 6, а также на противоположной стороне - другую консоль, которая на своем конце имеет направляющую втулку 4 колесного ската, с помощью которой колесный скат оперт с возможностью вращения в раме 8 тележки. Ось 2 колесного ската имеет здесь четыре расположенных двумя парами тормозных диска 9. Соответствующие исполнительные элементы 10 торможения смонтированы на раме 8 тележки. Подшипник колесного ската, который окружает ось колесного ската на ее концах и оперт в корпусе 7 подшипника, здесь не виден. Оба корпуса 7 подшипников соединены с торсионной рессорой 1.
На фиг.2 изображены только колесный скат, состоящий из двух колес 3 и соединяющей их оси 2 колесного ската, и два корпуса 7 подшипников с фиг.1. Ось 2 колесного ската оперта в подшипниках 11 колесного ската. На нижней стороне консоли, где предусмотрена направляющая втулка 4 колесного ската, которая запрессована в корпус 11 подшипника, закреплена торсионная рессора 1. Торсионная рессора 1 выполнена здесь в виде стержня, имеющего круглое поперечное сечение, оба конца загнуты примерно на 90°, так что концы закрываются двумя консолями корпуса 7 подшипника. Концы здесь неподвижно соединены с корпусом 7 подшипника. Средняя область торсионной рессоры 1 расположена параллельно и вблизи соединения между двумя направляющими втулками 4 колесного ската и плоскостью, нормальной к направлению движения.
На фиг.3 изображен один из альтернативных вариантов осуществления торсионной рессоры 12, которая выполнена прямой и непосредственно соединена с корпусом 7 подшипника. Эта торсионная рессора 12, если смотреть в направлении движения, имеет большую ширину, чем высоту, на ее верхней стороне закреплены скобовые тормоза 10, которые взаимодействуют с соответствующими парами тормозных дисков 9. Никакой другой торсионной рессоры, например в виде торсионной рессоры 1 с фиг.1 и 2, не предусмотрено.
Торсионная рессора 12 расположена здесь примерно в горизонтальной плоскости с осью 2 колесного ската, если смотреть в направлении движения, торсионная рессора расположена большей частью между направляющими втулками 4 колесного ската.
В соответствии с фиг.4 и 5 в каждой из двух направляющих втулок 4 колесного ската предусмотрен подшипник 13 для соединения с рамой 8 (см. фиг.1) тележки. Оси 14 вращения подшипника 13 составляют угол с продольной осью среднего участка торсионной рессоры 1, они наклонены относительно него (или, соответственно, горизонтали) вниз внутри корпуса 7 подшипника. Эти углы для обоих подшипников 13 одного и того же колесного ската имеют одинаковую величину и симметричны относительно продольной средней плоскости рамы 8 тележки. Угол составляет, как правило, несколько градусов и может находиться, например, в пределах до 20°.
Подшипники 13 могут быть выполнены в виде подпятников или балансирных подшипников. Подшипник 13 обеспечивает возможность вращения направляющей втулки 4 колесного ската (и, вместе с тем, корпуса 7 подшипника) вокруг оси 14 вращения подшипника 13. На подшипник 13 воздействует, например, балансир, который является частью рамы тележки 8 и который при этом своим другим концом жестко соединен с рамой 8 тележки.
Список ссылочных обозначений
1. Торсионная рессора в виде стержня
2. Ось колесного ската
3. Колесо
4. Направляющая втулка колесного ската
5. Пружина первичного подрессоривания
6. Демпфер первичного подрессоривания
7. Корпус подшипника колесного ската (подшипниковый корпус колесного ската)
8. Рама тележки (тележечная рама)
9. Тормозной диск
10. Скобовый тормоз
11. Подшипник колесного ската
12. Торсионная рессора для крепления исполнительных элементов торможения
13. подшипник для соединения с рамой 8 тележки
14. Ось вращения подшипника 13