НАПРАВЛЯЮЩИЙ УЗЕЛ КОЛЕСНОЙ ОСИ С ПРОДОЛЬНЫМИ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ И СООТВЕТСТВУЮЩЕЙ ХОДОВОЙ ЧАСТЬЮ
WHEEL AXLE GUIDE ASSEMBLY WITH LONGITUDINAL HYDROMECHANICAL TRANSDUCERS AND CORRESPONDING RUNNING GEAR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к направляющему узлу колесной оси и к ходовой части рельсового транспортного средства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Двухосная тележка для рельсового транспортного средства, описанная в патенте DE 3123858 С2, содержит направляющий узел колесной оси, содержащий: пару передних левых гидравлических цилиндров для перемещения левого колеса передней колесной пары в направлении и в сторону от средней поперечной вертикальной плоскости тележки, пару передних правых гидравлических цилиндров для перемещения правого колеса передней колесной пары в направлении и в сторону от средней поперечной вертикальной плоскости, пару задних левых гидравлических цилиндров для перемещения левого колеса задней колесной пары в направлении и в сторону от средней поперечной вертикальной плоскости, пару задних правых гидравлических цилиндров для перемещения левого колеса задней колесной пары в направлении и в сторону от средней поперечной вертикальной плоскости и гидравлическое соединение для обеспечения того, чтобы перемещения левого, соответственно правого колес передней колесной пары в направлении, соответственно в сторону от средней поперечной вертикальной плоскости, приводили к перемещению левого, соответственно правого колес передней колесной пары в направлении, соответственно в сторону от средней поперечной вертикальной плоскости. Другими словами, согласовывается управление передними и задними колесными парами для согласования с кривыми с резкими изгибами рельсовых путей.
[0003] В патенте ЕР 1228937 предложено обеспечить тележку с конкретными втулками, каждая из которых установлена между одной из букс и рамой тележки, причем указанные втулки содержат цилиндрический наружный корпус, болт, соосно принимаемый внутри наружного корпуса, и эластомерный корпус, соединяющий наружный корпус с болтом таким образом, чтобы образовать две камеры, которые расположены между наружным корпусом и болтом с противоположных сторон болта. Обе противоположных камеры заполнены текучей средой. Между обеими камерами образуется канал для текучей среды, позволяющий втулке оси перемещаться вперед и назад в наружном корпусе. Могут быть предусмотрены дополнительные соединения для жидкости, чтобы взаимно соединить камеры различных втулок с источником давления для создания активной системы управления. Из-за формы втулки количество эластомера, а также область нагнетания ограничены. В результате этого ограничены эффективность и срок службы этих конкретных втулок.
[0004] Аналогичная втулка описана в патенте ЕР 1457706. Для достижения жесткости, которая изменяется с частотой, между двумя камерами втулки предусмотрен дугообразный канал. Частотная характеристика втулки зависит от размера области нагнетания, а также от длины и поперечного сечения канала, и при заданном наборе параметров жесткость увеличивается с увеличением частоты. Однако из-за размера втулки ее функциональные возможности ограничены.
[0005] Узел ходовой части рельсового транспортного средства, имеющий раму ходовой части, поддерживаемую двумя колесными парами через систему первичной подвески, описан в патенте WO 2014170234. Обе колесных пары соединены друг с другом посредством соединительного механизма таким образом, что первое поперечное смещение первой колесной пары по отношению к раме ходовой части в поперечном направлении приводит ко второму, идентично направленному поперечному смещению второй колесной пары по отношению к раме ходовой части в поперечном направлении. Одновременно с этим соединительный механизм выполнен таким образом, что первое вращение первой колесной пары по отношению к раме ходовой части вокруг вертикальной оси приводит ко второму вращению в противоположном направлении второй колесной пары по отношению к раме ходовой части. Соединительный механизм содержит втулки, каждая из которых содержит цилиндрический наружный кожух, болт, соосно размещенный в наружном кожухе, и эластомерный корпус, соединяющий наружный кожух с болтом так, чтобы образовывать четыре камеры. Благодаря размерам втулок их функциональные возможности ограничены.
[0006] Система первичной подвески, описанная в патенте US 4932330, содержит пару разнесенных вертикальных пружин, соединенных между держателем буксового подшипника и боковой рамой железнодорожной платформы. Пары расположенных под углом эластомерных пружин также соединены между корпусом нижней опоры и противоположными угловыми концами держателя буксового подшипника для обеспечения боковой и продольной жесткости. Тем не менее, эти эластомерные пружины не обеспечивают частотно-зависимой жесткости.
[0007] Железнодорожная тележка, проиллюстрированная в патенте WO 2005/091698, содержит буксу, раму тележки и механизм первичной подвески между буксой и рамой тележки, причем механизм первичной подвески содержит гидравлические пружины и ось вращения оси колеса вагона, определяемая буксой, расположена между двумя гидравлическими пружинами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить направляющие узлы колесной оси более надежными гидромеханическими преобразователями, которые обеспечивают длинные ходы поршня и улучшенные функциональные возможности с учетом требований к размерам обычных ходовых частей.
[0009] В соответствии с первым аспектом изобретения предусмотрен направляющий узел колесной оси, содержащий:
- буксу, определяющую горизонтальную ось вращения и продольное горизонтальное направление, перпендикулярное оси вращения;
- держатель буксы и
- передний продольный гидромеханический преобразователь, прикрепленный к переднему устройству сопряжения буксы и переднему устройству сопряжения держателя буксы, и задний продольный гидромеханический преобразователь, прикрепленный к заднему устройству сопряжения буксы и заднему устройству сопряжения держателя буксы для обеспечения возможности перемещения буксы вперед и назад по отношению к держателю буксы, параллельного продольному направлению; при этом каждый из передних и задних продольных гидромеханических преобразователей содержит корпус, плунжер и эластомерный корпус, прикрепленный к корпусу и плунжеру для обеспечения относительного перемещения вперед и назад параллельно продольному направлению между плунжером и корпусом, причем между корпусом, плунжером и эластомерным корпусом расположена одна гидравлическая камера переменного объема, причем каждый из переднего и заднего продольных гидромеханических преобразователей дополнительно имеет гидравлическое отверстие для подключения гидравлической камеры переменного объема к наружному гидравлическому контуру.
[0010] Поскольку один гидромеханический преобразователь предусмотрен на каждой из сторон букс, и каждый гидромеханический преобразователь содержит одну камеру переменного объема между плунжером и корпусом, причем для каждой камеры переменного объема доступно больше места, чем в предшествующем уровне техники. Могут быть увеличены как эффективная площадь нагнетания, так и ход гидромеханических преобразователей. Большая эффективная площадь нагнетания и больший размер эластомерного корпуса являются преобладающими факторами для определения более жесткой динамической характеристики, которая использует преимущество большой площади нагнетания и более высокое соотношение между динамической жесткостью и статической жесткостью направляющего узла колесной оси.
Ф
э
Ф
Ф
[0011] Предпочтительно букса содержит подшипник, имеющий внутренний диаметр, который определяет площадь А поперечного сечения конца колесной оси, который должен быть размещен в подшипнике, причем плунжер имеет эффективную площадь А, измеренную в плоскости, перпендикулярной продольному направлению, которая больше половины площади А поперечного сечения, предпочтительно больше площади А поперечного сечения.
[0012] Эластомерный корпус является кольцевым, предпочтительно с круглым, эллиптическим или прямоугольным поперечным сечением между плунжером и корпусом. В соответствии с предпочтительным вариантом реализации изобретения и для того, чтобы не перенагружать эластомерный корпус, эластомерный корпус может быть закреплен на кольцевой цилиндрической или усеченной конической поверхности корпуса, расположенной напротив плунжера, и кольцевой цилиндрической или усеченной конической поверхности плунжера, расположенной напротив корпуса.
[0013] Предпочтительно, чтобы каждый из передних и задних продольных гидромеханических преобразователей имел продольную жесткость, которая увеличивается с частотой перемещения буксы вперед и назад по отношению к держателю буксы от значения квазистатической жесткости до значения динамической жесткости, при этом плунжер и эластомерный корпус имеют такие размеры, что отношение R значения динамической жесткости к значению квазистатической жесткости больше 10, предпочтительно больше 20, предпочтительно больше 50. В результате этого направляющий узел колесной оси имеет плавный отклик на квазистатические продольные нагрузки, в частности, пассивное движение рулевого управления, и одновременно эффективно противодействует колебаниям виляния на более высоких частотах.
[0014] Между плунжером и корпусом может быть предусмотрена опора, которая ограничивает движение сжатия плунжера. Для повышения удобства опора предпочтительно содержит эластомерный буфер.
[0015] В соответствии с предпочтительным вариантом реализации изобретения, направляющий узел колесной оси дополнительно содержит узел вертикальной подвески, предусмотренный между буксой и верхней частью держателя буксы. Узел вертикальной подвески предпочтительно не зависит от продольных гидромеханических преобразователей, чтобы контролировать жесткость и отклонение в вертикальном направлении независимо от продольного направления. В соответствии с одним вариантом реализации изобретения, узел вертикальной подвески содержит шевронную пружину, имеющую V-образное поперечное сечение в вертикальной поперечной плоскости, параллельной оси вращения. Узел вертикальной подвески также обеспечивает жесткость в поперечном направлении, то есть в направлении, параллельном оси вращения буксы. В альтернативном варианте узел вертикальной подвески содержит сэндвич-пружину, содержащую набор плоских эластомерных элементов, проходящих в горизонтальной плоскости. Для использования преимущества пространства, доступного под буксой, узел вертикальной подвески может содержать эластомерную подушку между буксой и нижней частью держателя буксы.
[0016] Если отклонение буксы в вертикальном и/или поперечном направлении является значительным, например, из-за того, что вертикальная подвеска имеет низкую жесткость, может быть целесообразно освободить гидромеханические преобразователи от соответствующих перемещений. С этой целью каждый из: переднего и заднего продольных гидромеханических преобразователей дополнительно содержит расцепляющую пружину с продольной жесткостью, которая по меньшей мере в десять раз, предпочтительно по меньшей мере в двадцать раз, предпочтительно в пятьдесят раз больше, чем продольная жесткость эластомерного корпуса, с боковой жесткостью, которая в два раза меньше боковой жесткости эластомерного корпуса, предпочтительно меньше, чем боковая жесткость эластомерного корпуса, и вертикальной жесткостью, которая в два раза меньше вертикальной жесткости эластомерного корпуса, предпочтительно меньше, чем вертикальная жесткость эластомерного корпуса.
[0017] Во всех вариантах реализации изобретения и по определению переднее устройство сопряжения буксы расположено в продольном направлении перед задним устройством сопряжения буксы. Аналогичным образом, переднее устройство сопряжения держателя буксы расположено перед задним устройством сопряжения держателя буксы. На практике переднее устройство сопряжения буксы расположено напротив переднего устройства сопряжения держателя буксы, а заднее устройство сопряжения буксы расположено напротив заднего устройства сопряжения держателя буксы. В соответствии с одним вариантом реализации изобретения, переднее устройство сопряжения и заднее устройство сопряжения держателя буксы расположены между передним устройство сопряжения и задним устройством сопряжения буксы. Этот вариант реализации изобретения особенно вызывает интерес, когда ходовая часть, подлежащая модификации, не имеет такого же доступного свободного пространства спереди и сзади буксы в продольном направлении. В соответствии с альтернативным вариантом реализации изобретения, ось вращения расположена в продольном направлении между передним устройством сопряжения и задним устройством сопряжения держателя буксы. В частности, букса может быть расположена в продольном направлении между передней частью и задней частью держателя буксы. В соответствии с одним конкретным вариантом реализации изобретения держатель буксы образует кольцо вокруг буксы.
[0018] В соответствии с одним вариантом реализации изобретения, узел вертикальной подвески соединяет держатель буксы с рамой ходовой части. Узлы вертикальной подвески между держателем буксы и рамой ходовой части обеспечивают отклонение на значительную величину в вертикальном направлении, при этом не влияя отрицательно на продольные гидромеханические преобразователи. Если узлы вертикальной подвески предусмотрены как между буксой, так и между держателем буксы и между держателем буксы и рамой ходовой части, то последняя предпочтительно будет иметь более низкую жесткость, чем первая, предпочтительно более чем в 1,5 раза ниже.
[0019] В соответствии с альтернативным вариантом реализации изобретения, держатель буксы представляет собой составную часть рамы ходовой части, входящей в ходовую часть. Это будет возможно, в частности, в случае гибкой рамы ходовой части.
[0020] В соответствии с одним вариантом реализации изобретения, гидравлический резервуар имеет гидравлическое соединение с гидравлической камерой, предпочтительно с обратным клапаном, обеспечивающим поток текучей среды только из гидравлического резервуара в гидравлическую камеру, предпочтительно с объемом, по меньшей мере вдвое превышающим объем гидравлической камеры. Гидравлический резервуар обеспечивает объем для компенсации температурных воздействий и доставляет дополнительную гидравлическую текучую среду для компенсации потерь в гидравлическом контуре и поддержания функции системы в течение дополнительного периода времени в случае утечки. Резервуар предпочтительно может содержать индикатор утечки. Гидравлический резервуар может быть подключен к гидравлической камере через соответствующий клапанный механизм, в частности, обратный клапан, для обеспечения отказоустойчивой работы.
[0021] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предусмотрена ходовая часть для рельсового транспортного средства, содержащая по меньшей мере пару направляющих узлов колесной оси, как описано выше, первый гидравлический контур для установления гидравлического соединения между первой гидравлической камерой переменного объема и второй гидравлическую камеру переменного объема и второй гидравлический контур для установления гидравлического соединения между третьей гидравлической камерой переменного объема и четвертой гидравлической камерой переменного объема, причем первая, вторая, третья и четвертая гидравлические камеры переменного объема представляют собой все различные камеры и каждая из первой, второй, третьей и четвертой гидравлических камер переменного объема представляет собой гидравлическую камеру переменного объема одного из переднего и заднего продольных гидромеханических преобразователей одного из направляющих узлов колесной оси из пары направляющих узлов колесной оси. Предпочтительно первый и/или второй гидравлический контур дополнительно содержат гидравлический резервуар. Гидравлическое соединение между гидравлическими камерами переменного объема выполнено с возможностью обеспечения циркуляции текучей среды и баланса давлений, когда колесные пары подвергаются квазистатической нагрузке.
[0022] Одним из вариантов является подключение камеры переменного объема переднего продольного гидромеханического преобразователя каждого направляющего узла колесной оси с камерой переменного объема заднего продольного гидромеханического преобразователя из того же направляющего узла колесной оси.
[0023] Однако предпочтительные альтернативные варианты реализации изобретения обходятся без какого-либо гидравлического соединения между камерой переднего продольного гидромеханического преобразователя и камерой заднего продольного гидромеханического преобразователя того же направляющего узла колесной оси.
[0024] Другим вариантом является подключение камеры переменного объема переднего продольного гидромеханического преобразователя одного направляющего узла колесной оси на каждой боковой стороне ходовой части с камерой переменного объема заднего продольного гидромеханического преобразователя другого направляющего узла колесной оси на той же боковой стороне ходовой части и подключение камеры переменного объема заднего продольного гидромеханического преобразователя указанного одного направляющего узла колесной оси на каждой боковой стороне ходовой части с камерой переменного объема переднего продольного гидромеханического преобразователя указанного другого направляющего узла колесной оси на той же боковой стороне ходовой части.
[0025] Предпочтительно первый гидравлический контур устанавливает гидравлическое соединение между гидравлической камерой переменного объема переднего продольного гидромеханического преобразователя одного из направляющих узлов колесной оси из пары направляющих узлов колесной оси и гидравлической камерой переменного объема переднего продольного гидромеханического преобразователя другого из направляющих узлов колесной оси из пары направляющих узлов колесной оси, а второй гидравлический контур устанавливает гидравлическое соединение между гидравлической камерой переменного объема заднего продольного гидромеханического преобразователя одного из направляющих узлов колесной оси из пары направляющих узлов колесной оси и гидравлической камерой переменного объема заднего продольного гидромеханического преобразователя другого направляющего узла колесной оси из пары направляющих узлов колесной оси.
[0026] В соответствии с одним вариантом реализации изобретения, ходовая часть дополнительно содержит по меньшей мере переднюю колесную пару и заднюю колесную пару и таким образом, что конец передней колесной пары поддерживается буксой направляющего узла передней колесной оси из пары направляющих узлов колесной оси и что конец задней колесной пары поддерживаться буксой направляющего узла задней колесной оси из пары направляющих узлов колесной оси. В частности, одним из вариантов является подключение камеры переменного объема переднего продольного гидромеханического преобразователя направляющего узла одной колесной оси на каждой боковой стороне ходовой части к камере переменного объема переднего продольного гидромеханического преобразователя направляющего узла другой колесной оси на той же боковой стороне ходовой части и аналогично для камер переменного объема задних продольных гидромеханических преобразователей. Это гарантирует, что двухколесные комплекты, или пары, будут вращаться в противоположном направлении относительно вертикальной оси. Другой вариант с аналогичным эффектом заключается в подключении камеры переменного объема переднего продольного гидромеханического преобразователя направляющего узла одной колесной оси на каждой боковой стороне ходовой части к камере переменного объема заднего продольного гидромеханического преобразователя направляющего узла другой колесной оси на другой боковой стороне ходовой части и аналогично между двумя другими камерами переменного объема для образования поперечного соединения.
[0027] Тем не менее, в соответствии с наиболее предпочтительным вариантом, ходовая часть содержит по меньшей мере одну колесную пару, левый конец колесной пары поддерживается буксой левого направляющего узла колесный оси из пары направляющих узлов колесной оси, а правый конец колесной пары поддерживается буксой правого направляющего узла колесный оси из пары направляющих узлов колесной оси. В этом варианте реализации изобретения движение продольного сдвига колесной пары ограничено, например, когда транспортное средство ускоряется или замедляется, в то время как все еще возможно вращение колесной пары, установленной вокруг вертикальной оси. Кроме того, этот вариант реализации изобретения обеспечивает отказоустойчивый режим работы в случае утечки.
[0028] Предпочтительно ходовая часть не содержит гидравлического соединения между камерой переднего продольного гидромеханического преобразователя и камерой заднего продольного гидромеханического преобразователя того же направляющего узла колесной оси.
[0029] В соответствии с первым аспектом изобретения, предусмотрен направляющий узел колесной оси, содержащий:
- буксу, определяющую горизонтальную ось вращения и продольное горизонтальное направление, перпендикулярное оси вращения;
- держатель буксы, причем букса расположена в продольном направлении между передней частью и задней частью держателя буксы; и
- передний продольный гидромеханический преобразователь, прикрепленный к буксе и передней части держателя буксы, и задний продольный гидромеханический преобразователь, прикрепленный к буксе и задней части держателя буксы для обеспечения возможности перемещения буксы вперед и назад по отношению к держателю буксы, параллельного продольному направлению; при этом каждый из передних и задних продольных гидромеханических преобразователей содержит корпус, плунжер и эластомерный корпус, прикрепленный к корпусу и плунжеру для обеспечения относительного перемещения вперед и назад параллельно продольному направлению между плунжером и корпусом, причем между корпусом, плунжером и эластомерным корпусом расположена одна гидравлическая камера переменного объема, причем каждый из переднего и заднего продольных гидромеханических преобразователей дополнительно имеет гидравлическое отверстие для подключения гидравлической камеры переменного объема к наружному гидравлическому контуру.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0030] Другие преимущества и характерные признаки изобретения станут более очевидными из последующего описания конкретного варианта реализации изобретения, приведенного только в качестве неограничивающих примеров и представленного в прилагаемых графических материалах, в которых:
- На Фиг. 1 проиллюстрировано продольное сечение направляющего узла колесной оси для ходовой части рельсового транспортного средства в соответствии с первым вариантом реализации изобретения в продольной вертикальной плоскости вдоль линии сечения I-I по Фиг. 3;
- На Фиг. 2 проиллюстрировано сечение направляющего узла колесной оси колеса по Фиг. 1 в горизонтальной плоскости вдоль линии сечения II-II по Фиг. 1;
- На Фиг. 3 проиллюстрировано вертикальное сечение направляющего узла колесной оси по Фиг. 1 вдоль линии сечения III-III по Фиг. 1;
- На Фиг. 4 проиллюстрировано вертикальное сечение вдоль линии сечения IV-IV по Фиг. 1;
- На Фиг. 5 проиллюстрировано продольное сечение направляющего узла колесной оси в соответствии со вторым вариантом реализации настоящего изобретения;
- На Фиг. 6 проиллюстрировано продольное сечение направляющего узла колесной оси в соответствии с третьим вариантом реализации настоящего изобретения;
- На Фиг. 7 проиллюстрировано сечение направляющего узла колесной оси по Фиг. 6 в горизонтальной плоскости;
- На Фиг. 8 проиллюстрировано продольное сечение направляющего узла колесной оси в соответствии с четвертым вариантом реализации настоящего изобретения;
- На Фиг. 9 проиллюстрировано продольное сечение направляющего узла колесной оси в соответствии с пятым вариантом реализации настоящего изобретения;
- На Фиг. 10 проиллюстрировано продольное сечение направляющего узла колесной оси в соответствии с шестым вариантом реализации настоящего изобретения;
- На Фиг. 11 проиллюстрировано продольное сечение направляющего узла колесной оси в соответствии с седьмым вариантом реализации настоящего изобретения;
- На Фиг. 12 проиллюстрирован перспективный вид с пространственным разделением деталей направляющего узла колесной оси по Фиг. 10;
- На Фиг. 13 проиллюстрирован схематический вид первого варианта реализации ходовой части, содержащей наборы направляющих узлов колесной оси в соответствии с любым из предшествующих вариантов реализации настоящего изобретения;
- На Фиг. 14 проиллюстрирован схематический вид второго варианта реализации ходовой части, содержащей наборы направляющих узлов колесной оси в соответствии с любым из предшествующих вариантов реализации настоящего изобретения;
- На Фиг. 15 проиллюстрирован схематический вид третьего варианта реализации ходовой части, содержащей наборы направляющих узлов колесной оси в соответствии с любым из предшествующих вариантов реализации настоящего изобретения;
- На Фиг. 16 проиллюстрирован схематический вид четвертого варианта реализации ходовой части, содержащей наборы направляющих узлов колесной оси в соответствии с любым из предшествующих вариантов реализации настоящего изобретения;
- На Фиг. 17 проиллюстрирован схематический вид пятого варианта реализации ходовой части, содержащей наборы направляющих узлов колесной оси в соответствии с любым из предшествующих вариантов реализации настоящего изобретения;
- На Фиг. 18 проиллюстрирован схематический вид ходовой части, проиллюстрированной на Фиг. 17, работающей в отказоустойчивом режиме работы.
[0031] Соответствующие позиционные обозначения относятся к тем же или соответствующим частям на каждой из фигур.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0032] На Фиг. 1-4 проиллюстрирован направляющий узел 10 колесной оси для ходовой части 12 рельсового транспортного средства. Этот направляющий узел 10 колесной оси содержит буксу 14, расположенную в продольном направлении между передней частью 16 и задней частью 18 держателя 20 буксы, образованного С-образной концевой частью рамы 22 ходовой части 12. Держатель 20 буксы поддерживается буксой 14 посредством узла вертикальной первичной подвески 24, который содержит шевронную пружину 26, имеющую V-образное поперечное сечение в вертикальной поперечной плоскости, параллельной оси 100 вращения, определяемой буксой 14. Как хорошо известно в данной области техники, букса 14 содержит подшипник 28, обычно подшипник качения, для направления концевой части колесной оси 30.
[0033] Передний продольный гидромеханический преобразователь 32 прикреплен к переднему устройству сопряжения 14А буксы 14 и к переднему устройству сопряжения 16А держателя 20 буксы, образованному передней частью 16 держателя 20 буксы, а задний продольный гидромеханический преобразователь 34 прикреплен к заднему устройству сопряжения 14В буксы 14 и к переднему устройству сопряжения 18В держателя 20 буксы, образованному задней частью 18 держателя 20 буксы, для обеспечения возможности перемещения буксы 14 вперед и назад по отношению к держателю 20 буксы параллельно продольному направлению 200. Продольное направление 200 в этом контексте и во всем варианте применения представляет собой горизонтальное направление, перпендикулярное оси 100 горизонтального вращения, определяемой буксой в исходном положении. Каждый из переднего и заднего продольных гидромеханических преобразователей 32, 34 содержит корпус 36, прикрепленный к буксе 14 или составляющий одно целое с буксой 14, плунжер 38, закрепленный или составляющий одно целое с держателем 20 буксы, и кольцевой эластомерный корпус 40, надежно присоединенный путем вулканизации или иным образом прикрепленный герметичным способом к корпусу 36 и к плунжеру 38, чтобы образовать единую гидравлическую камеру 42 переменного объема между корпусом 36, плунжером 38 и эластомерным корпусом 40. Предусмотрено гидравлическое впускное отверстие и выпускное отверстие 44 (см. Фиг. 2) для подключения гидравлической камеры 42 переменного объема к гидравлическому контуру, как будет описано далее в связи с Фиг. 9-13.
[0034] В этом предпочтительном варианте реализации изобретения устройство сопряжения 46 между кольцевым эластомерным корпусом 40 и корпусом 36, а также устройство сопряжения 48 между кольцевым корпусом 40 и плунжером 38 являются цилиндрическими и соосными. Благодаря этому кольцевой эластомерный корпус 40 подвергается только напряжению сдвига, когда плунжер 38 и корпус 36 перемещаются по отношению друг к другу в продольном направлении 200. Радиальный размер кольцевого корпуса 40, то есть расстояние между обоими устройствами сопряжения 46, 48, предпочтительно больше его продольного размера.
[0035] Такое расположение приводит к низкой жесткости каждого из продольных гидромеханических преобразователей 32, 34 в продольном направлении 200, в то время как жесткость намного выше в радиальных направлениях, особенно в вертикальном и поперечном направлениях. Шевронная пружина 26 обладает жесткостью, которая выше, чем жесткость гидромеханических преобразователей 32, 34 в вертикальном и поперечном направлениях, но ниже в продольном направлении 200. В результате этого узел вертикальной первичной подвески 24 является основным путем для вертикальных нагрузок и разделяет поперечную нагрузку с гидромеханическими преобразователями 32, 34, которые образуют основной путь для продольных нагрузок.
[0036] Благодаря своей геометрии и, в частности, своей большой площади нагнетания гидромеханические преобразователи 32, 34 обладают жесткостью, которая значительно увеличивается с частотой приложенной нагрузки, что становится более очевидным из приведенного ниже описания.
статич.
[0037] Когда осевая нагрузка изменяется на очень низкой частоте, гидравлическая текучая среда перемещается внутрь и из гидравлической камеры 42 переменного объема через гидравлическое отверстие 44 в фазе с движением плунжера 38 по отношению к корпусу 36. Статическая жесткость С гидромеханического преобразователя зависит главным образом от геометрии эластомерного корпуса 40 и уменьшается при увеличении отношения радиального размера к продольному размеру эластомерного корпуса 40.
расш.
статич.
[0038] Когда частота продольного перемещения букс 14 увеличивается, движение гидравлической текучей среды внутрь и из гидравлических камер 42 все больше выходит из фазы с относительным движением между плунжером 38 и корпусом 36. Когда частота достаточно высока, гидравлические камеры 42 можно рассматривать почти как закрытые камеры, поскольку перемещение текучей среды внутрь и из камер становится несущественным. Динамические характеристики зависят от вязкости текучей среды и гидравлического контура, соединяющего камеры, в частности, длины и диаметра соединительных трубок. Все еще возможно относительное движение вперед и назад между плунжером и корпусом, несмотря на несжимаемую текучую среду в гидравлической камере благодаря динамической деформации расширения эластомерного корпуса 40. Таким образом, эластомерный корпус 40 характеризуется динамической жесткостью набухания С, которая добавляется к статической жесткости С на более высоких частотах. Эта динамическая жесткость расширения возрастает приблизительно линейно в зависимости от эффективной площади нагнетания А гидромеханического преобразователя, которая представляет собой отношение элементарного изменения объема ΔV камеры к соответствующему элементарному продольному относительному перемещению Δх между плунжером и корпусом:
э
э
расш.
э
Ф
[0039] На практике площадь нагнетания А больше или равна эффективной площади Аплунжера, то есть площади геометрического выступа поверхности плунжера внутри корпуса на плоскости Р, перпендикулярной продольному направлению. Другими словами, чем больше эффективная площадь А плунжера, тем больше площадь нагнетания А, динамическая жесткость набухания S и отношение R динамической жесткости к статической жесткости продольных гидромеханических преобразователей 32, 34. Как правило, эффективная площадь А плунжера предпочтительно должна быть больше половины площади поперечного сечения А колесной оси, измеренной в плоскости, перпендикулярной оси вращения колесной оси, проходящей через подшипник качения буксы:
[0040] Благодаря геометрии расположения гидромеханических преобразователей с каждой стороны колесной оси эффективная площадь нагнетания А может быть большой, и динамическая жесткость также будет довольно большой. Одновременно с этим статическая жесткость может поддерживаться на низком уровне, что приводит к высокому отношению динамической жесткости к статической жесткости, предпочтительно более 10, предпочтительно более 20 и предпочтительно более 50.
статич.
расш
[0041] Из-за такого высокого отношения динамической жесткости к статической жесткости направляющий узел колесной оси имеет плавный отклик на различные продольные нагрузки на низкой частоте и более жесткий отклик на более высокой частоте, что является особенно преимущественным. Направляющий узел колесной оси будет реагировать с очень низкой жесткостью С на квазистатические продольные нагрузки, так что колесная ось 30 будет естественным образом вращаться вокруг вертикальной оси и будет находить их положение на кривой. Ход продольных гидромеханических преобразователей 32, 34 больше, чем в случае обычных эластомерных или гидроупругих втулок, что обеспечивает достаточное отклонение колесной оси 30 на кривых. С другой стороны, в ответ на высокочастотные продольные колебания система будет обеспечивать высокую динамическую жесткость, которая включает составляющую С., чтобы эффективно противодействовать паразитным колебаниям и обеспечивать отличную стабильность.
[0042] Частота среза в частотной характеристике системы зависит не только от характеристики гидромеханических преобразователей 32, 34, но и от характеристик гидравлического контура. Предпочтительно частота среза должна быть меньше чем 4 Гц, в идеальном варианте от 0,5 Гц до 1,5 Гц.
[0043] На Фиг. 5 проиллюстрирован направляющий узел 10 колесной оси для ходовой части 12 рельсового транспортного средства в соответствии со вторым вариантом реализации настоящего изобретения. Этот направляющий узел 10 колесной оси содержит буксу 14, расположенную в продольном направлении между передней частью 16 и задней частью 18 кольцеобразного держателя 20 буксы, образованного С-образной концевой частью рамы 22 ходовой части и С-образной нижней траверсой 120. Держатель 20 буксы поддерживается буксой 14 посредством узла вертикальной первичной подвески 24, который содержит сэндвич-пружину 126, имеющую набор плоских эластомерных элементов, проходящих в горизонтальной плоскости.
[0044] Передний продольный гидромеханический преобразователь 32 прикреплен к буксе 14 и к передней части 16 держателя 20 буксы, а задний продольный гидромеханический преобразователь 34 прикреплен к буксе 14 и к задней части 18 держателя 20 буксы для обеспечения движения буксы 14 вперед и назад по отношению к держателю 20 буксы параллельно продольному направлению 200 ходовой части 12. Каждый из переднего и заднего продольных гидромеханических преобразователей 32, 34 содержит корпус 36, закрепленный или составляющий одно целое с буксой 14, плунжер 38, закрепленный или составляющий одно целое с держателем 20 буксы, и кольцеобразный эластомерный корпус 40, надежно присоединенный путем вулканизации или иным образом прикрепленный герметичным способом к корпусу 36 и к плунжеру 38, чтобы образовать единую гидравлическую камеру 42 переменного объема между корпусом 36, плунжером 38 и эластомерным корпусом 40. В этом варианте реализации изобретения устройство сопряжения между кольцевым эластомерным корпусом и плунжером имеет форму усеченного конуса и соосно с устройством сопряжения между кольцевым корпусом и корпусом.
[0045] Такое расположение приводит к низкой жесткости каждого из продольных гидромеханических преобразователей 32, 34 в продольном направлении, в то время как жесткость намного выше в радиальных направлениях, особенно в вертикальном и поперечном направлениях. Сэндвич-пружина 126 обладает статической жесткостью, которая выше, чем жесткость гидромеханических преобразователей 32, 34 в вертикальных направлениях, но ниже в продольном и поперечном направлениях. В результате этого сэндвич-пружина 126 является основным путем для вертикальных нагрузок, тогда как гидромеханические преобразователи 32, 34 образуют основной путь для продольных и поперечных нагрузок. Отклик направляющего узла 10 колесной оси, проиллюстрированного на Фиг. 5, на статические и динамические продольные нагрузки, по существу, аналогичен отклику направляющего узла колесной оси согласно первому варианту реализации изобретения.
[0046] На Фиг. 6 и 7 проиллюстрирован направляющий узел 10 колесной оси для ходовой части 12 рельсового транспортного средства в соответствии с третьим вариантом реализации изобретения. Этот направляющий узел 10 колесной оси содержит буксу 14, расположенную в продольном направлении между передней частью 16 и задней частью 18 держателя 20 буксы, образованного кольцеобразным элементом рамы, прикрепленным к раме 22 ходовой части 12. Держатель 20 буксы поддерживается буксой 14 посредством узла вертикальной первичной подвески 24, который содержит верхнюю эластомерную подушку 226 и нижнюю эластомерную подушку 227. Передний продольный гидромеханический преобразователь 32 предусмотрен между буксой 14 и передней частью 16 держателя 20 буксы, а задний продольный гидромеханический преобразователь 34 предусмотрен между буксой 14 и задней частью 18 держателя 20 буксы для обеспечения перемещения буксы 14 вперед и назад по отношению к держателю 20 буксы параллельно продольному направлению 200 ходовой части 12. Каждый из переднего и заднего продольных гидромеханических преобразователей 32, 34 содержит корпус 36, прикрепленный к держателю 20 буксы или составляющий одно целое с держателем 20 буксы, плунжер 38, составляющий одно целое с буксой 14, и кольцевой эластомерный корпус 40, надежно присоединенный путем вулканизации или иным образом прикрепленный герметичным способом к корпусу 36 и к плунжеру 38, чтобы образовать единую гидравлическую камеру 42 переменного объема между корпусом 36, плунжером 38 и эластомерным корпусом 40. В этом варианте реализации изобретения устройства сопряжения 46, 48 между кольцевым эластомерным корпусом 40 и корпусом 36, а также между кольцевым корпусом 40 и плунжером 38 сужаются. Эластомерный буфер 338 образует опору между плунжером 38 и корпусом 36 для ограничения движения сжатия гидромеханического преобразователя 32, 34. Отклик направляющего узла колесной оси, проиллюстрированного на Фиг. 6 и 7 на статические и динамические продольные нагрузки, по существу, аналогичен отклику предшествующих вариантов реализации изобретения.
[0047] Направляющие узлы оси согласно различным вариантам реализации изобретения, проиллюстрированным на Фиг. 1-7, в частности, приспособлены к ходовой части с гибкой рамой ходовой части, которая будет подвергаться деформации в ответ на вертикальную нагрузку. Вариант реализации изобретения, проиллюстрированный на Фиг. 8, более приспособлен к жесткой раме ходовой части, которая остается, по существу, не деформированной в обычных рабочих условиях. Направляющий узел 10 оси, проиллюстрированный на Фиг. 8, отличается от направляющего узла оси, проиллюстрированного на Фиг. 6 и 7, по существу, тем, что кольцеобразный держатель 20 буксы не жестко прикреплен к раме 22 ходовой части. Вместо этого рама 22 ходовой части размещена на паре узлов вертикальных первичных подвесок 426, которые состоят из резиновых пружин, которые обеспечивают существенное относительное вертикальное перемещение между рамой 22 ходовой части и держателем 20 буксы и передают продольные и боковые нагрузки без существенных деформаций. Верхняя и нижняя эластомерные подушки 226, 227 между держателем 20 буксы и буксой 14 могут быть очень жесткими, чтобы существенно уменьшить относительное вертикальное и поперечное перемещение между держателем 20 буксы и буксой 14, а также ограничить деформацию эластомерного корпуса 40 каждого из переднего и заднего гидромеханических преобразователей 32, 34 в направлениях, перпендикулярных продольному направлению 200. Отклик направляющего узла 10 колесной оси по Фиг. 8 на статические и динамические продольные нагрузки, по существу, аналогичен отклику предшествующих вариантов реализации изобретения.
[0048] Направляющий узел буксы, проиллюстрированный на Фиг. 9, происходит от варианта реализации изобретения, проиллюстрированного на Фиг. 1-4, но отличается от указанного варианта реализации изобретения тем, что дополнительная пружина 526 размещена между буксой 14 и каждого из продольных гидромеханических преобразователей 32, 34. Эта дополнительная расцепляющая пружина 526 обладает вертикальной жесткостью, которая в два раза меньше, чем вертикальная жесткость гидромеханического преобразователя 32, 34, продольная жесткость по меньшей мере в десять раз больше, чем продольная жесткость гидромеханического преобразователя 32, 34, и боковая жесткость в два раза меньше, чем боковая жесткость гидромеханического преобразователя 32, 34. Расцепляющая пружина 526 может быть эластомерным кольцом вокруг гидравлической камеры 527 фиксированного объема, заполненной гидравлической текучей средой.
[0049] Направляющий узел буксы, проиллюстрированный на Фиг. 10, происходит от варианта реализации изобретения, проиллюстрированного на Фиг. 9, и отличается от этого варианта реализации изобретения просто тем, что не предусмотрена гидравлическая камера фиксированного объема.
[0050] Направляющий узел 10 колесной оси для ходовой части 12 рельсового транспортного средства в соответствии с седьмым вариантом реализации настоящего изобретения проиллюстрирован на фигурах 11, 12. Этот направляющий узел 10 колесной оси содержит буксу 14 и держатель 20 буксы, образованный концевой частью рамы 22 ходовой части 12, поддерживаемой буксой 14 с помощью первичной подвески 24, которая содержит передний узел вертикальной первичной подвески 726А и задний узел вертикальной первичной подвески 726В. Букса 14 расположена в продольном направлении между передним и задним узлами подвески 726А, 726В, каждый из которых содержит шевронную пружину, имеющую V-образное поперечное сечение в вертикальной поперечной плоскости, параллельной оси 100 вращения, определяемой буксой 14.
[0051] Направляющий узел буксы, проиллюстрированный на Фиг. 11 и Фиг. 12, содержит передний продольный гидромеханический преобразователь 32, который прикреплен к переднему устройству сопряжения 14А буксы 14 и к переднему устройству сопряжения 16А держателя 20 буксы, образованного посредством передней поверхности передней стойки 722А, которая является неотъемлемой частью рамы 22 ходовой части 12 и проходит между наклонными участками передней шевронной пружины 726А. Направляющий узел буксы, проиллюстрированный на Фиг. 11 и Фиг. 12, дополнительно содержит задний продольный гидромеханический преобразователь 34, который прикреплен к заднему устройству сопряжения 14В буксы 14 и к заднему устройству сопряжения 16В держателя 20 буксы, образованного задней поверхностью передней стойки 722А. В отличие от предшествующих вариантов реализации изобретения переднее устройство сопряжения 14А и заднее устройство сопряжения 14В буксы 14 расположены напротив друг друга, а переднее устройство сопряжения 16В и заднее устройство сопряжения 16В держателя буксы расположены между передним устройством сопряжения 14А и задним устройством сопряжения 14В буксы 14. Этот вариант реализации изобретения особенно подходит для переоснащения ходовой части 12, когда имеется небольшое пространство между буксой 14 и задним узлом вертикальной первичной подвески 726В.
[0052] Очевидно, что, чем пространство между буксой 14 и задним узлом вертикальной первичной подвески 726В больше, чем пространство между буксой 14 и передним узлом вертикальной первичной подвески 726А, передний и задний продольные гидромеханические преобразователи 32, 34 могут быть расположены на обеих продольных сторонах задней стойки 722В заднего узла вертикальной первичной подвески 726В.
[0053] Также возможно обеспечить передний продольный гидромеханический преобразователь 32 и задний продольный гидромеханический преобразователь 34 на обоих продольных концах буксы 14 таким образом, чтобы передняя стойка 722А и задняя стойка 722В были расположены между передним и задним продольными гидромеханическими преобразователями 32, 34. Этот вариант особенно выгоден в случае, когда имеется больше свободного пространства перед передней стойкой 722А (т.е. слева от передней стойки по Фиг. 11) и позади задней стойки 722В (т.е. справа от задней стойки по Фиг. 11), чем между каждой из передней и задней стоек 722А, 722В и центральной кольцеобразной частью буксы 14.
[0054] В соответствии с другим вариантом реализации изобретения также возможно обеспечить передний продольный гидромеханический преобразователь 32 между передней стойкой 722А и осью 100 вращения, а также заднюю стойку 722В между осью 100 вращения и задним продольным гидромеханическим преобразователем 34. В качестве альтернативного варианта также можно обеспечить задний продольный гидромеханический преобразователь 34 между задней стойкой 722В и осью 100 вращения, а также переднюю стойку 722А между осью 100 вращения и передним продольным гидромеханическим преобразователем 32.
[0055] На Фиг. 13 проиллюстрирована ходовая часть 12, содержащая две пары направляющих узлов колесной оси в соответствии с настоящим изобретением. На Фиг. 13 для простоты восприятия упущены узлы вертикальной первичной подвески. Ходовая часть 12, проиллюстрированная на Фиг. 13, представляет собой тележку с двухколесными парами 50, каждая из которых содержит левое и правое колеса 51 на противоположных концах 52 колесной оси 30. Каждый конец 52 каждой колесной оси 30 направляется для вращения в буксе 14 направляющего узла 10 колесной оси. Оба направляющих узла 10 колесной оси на одной и той же левой или правой стороне ходовой части 12 имеют гидравлическое соединение друг с другом через четыре независимых гидравлических контура 54, 56. В частности, в гидравлической камере 42 переменного объема передних гидромеханических преобразователей 32 передний и задний направляющие узлы 10 колесных осей на левой стороне соединены друг с другом посредством гидравлического контура 54 и в гидравлической камере 42 переменного объема задних гидромеханических преобразователей 34 передний и задний направляющие узлы 10 колесных осей на левой стороне соединены друг с другом посредством гидравлического контура 56. Подобные гидравлические соединения предусмотрены между направляющими узлами 10 оси на правой стороне ходовой части 10. Гидравлический резервуар 58 соединен через обратный клапан 60 с каждым из гидравлических контуров для обеспечения компенсации температуры и утечки. Предпочтительно, чтобы каждый гидравлический резервуар 58 или, в более широком смысле, каждый из гидравлических контуров 52, 54 содержал детектор 63 утечки. Этот тип гидравлического соединения между передней и задней осью приведет к пассивному управлению передней и задней осями 30 в противоположных направлениях.
[0056] Альтернативное соединение между отдельными гидравлическими камерами 42 переменного объема проиллюстрировано на Фиг. 14. Гидравлическая камера 42 переменного объема передних гидромеханических преобразователей 32 направляющего узла 10 передней колесной оси с каждой стороны соединена с гидравлической камерой 42 переменного объема задних гидромеханических преобразователей 34 направляющего узла 10 задней колесной оси на той же стороне ходовой части 12 через гидравлический контур 64, в то время как гидравлическая камера 42 переменного объема задних гидромеханических преобразователей 34 направляющего узла 10 передней колесной оси с каждой стороны соединена с гидравлической камерой 42 переменного объема передних гидромеханических преобразователей 32 направляющего узла 10 колесной оси на той же стороне ходовой части через гидравлический контур 66. Этот тип гидравлического соединения между передней и задней осью приведет к пассивному управлению передней и задней осями в одном и том же направлении.
[0057] Альтернативное соединение между отдельными гидравлическими камерами 42 переменного объема проиллюстрировано на Фиг. 15. Гидравлическая камера 42 переменного объема передних гидромеханических преобразователей 32 направляющего узла 10 передней колесной оси с каждой стороны соединена с гидравлической камерой 42 переменного объема задних гидромеханических преобразователей 34 направляющего узла 10 задней колесной оси на другой стороне ходовой части 12 через гидравлический контур 154, в то время как гидравлическая камера 42 переменного объема задних гидромеханических преобразователей 34 направляющего узла 10 передней колесной оси с каждой стороны соединена с гидравлической камерой 42 переменного объема передних гидромеханических преобразователей 32 направляющего узла 10 колесной оси на другой стороне ходовой части через гидравлический контур 156. Этот тип гидравлического соединения между передней и задней осью приведет к пассивному управлению передней и задней осями в противоположных направлениях.
[0058] Может быть целесообразно обеспечить ходовую часть дополнительными распределительными клапанами, чтобы переключать конфигурации между двумя типами гидравлических контуров в зависимости от скорости вращения одной из колесных осей, например, с конфигурацией по Фиг. 13 или Фиг. 15 на низкой скорости и конфигурацией по Фиг. 14 на более высокой скорости.
[0059] На Фиг. 16 проиллюстрирована колесная пара 50, содержащая два направляющих узла 10 колесной оси в соответствии с настоящим изобретением для направления двух противоположных концов 52 колесной оси 30. Образованы два независимых гидравлических контура 68, 70, каждый из которых выполнен с возможностью соединения гидравлической камеры 42 переменного объема передних гидромеханических преобразователей 32 одного направляющего узла 10 колесной оси с гидравлической камерой 42 переменного объема задних гидромеханических преобразователей 34 того же направляющего узла 10 колесной оси. Гидравлический резервуар 58 выполнен в каждом из гидравлических контуров 68, 70. Этот вариант реализации изобретения может быть реализован в одноосной ходовой части или в двухосной тележке.
[0060] Альтернативное соединение между отдельными гидравлическими камерами 42 переменного объема проиллюстрировано на Фиг. 17. Образованы два независимых гидравлических контура 72, 74, один из которых выполнен с возможностью соединения гидравлических камер 42 переменного объема передних гидромеханических преобразователей 32 направляющих узлов 10 левой и правой колесных осей другом с другом, а другой выполнен с возможностью соединения гидравлической камеры 42 переменного объема задних гидромеханических преобразователей 32 направляющих узлов левой и правой колесных осей. Гидравлический резервуар 58 выполнен в каждом из гидравлических контуров 72, 74. Этот вариант реализации изобретения может быть реализован в одноосной ходовой части или в двухосной тележке. Этот вариант реализации изобретения особенно выгоден, поскольку он сочетает в себе очень низкую статическую жесткость для вращения вокруг вертикальной оси с ограничением движения сдвига оси параллельно продольной оси. Это особенно полезно для сохранения управляемости при торможении или ускорении транспортного средства, при этом продольные усилия передаются с минимальным продольным сдвигом оси.
[0061] Кроме того, этот вариант реализации изобретения обеспечивает отказоустойчивый режим работы, проиллюстрированный на Фиг. 18. В случае, когда один из гидравлических контуров протекает (на Фиг. 18 гидравлический контур 72) и в этом контуре недостаточно гидравлической текучей среды, резервуар 58 другого гидравлического контура будет подавать дополнительную текучую среду в эту цепь, чтобы заставить колесную ось 30 перемещаться к положению опоры, проиллюстрированному на Фиг. 18. В этом положении колесная пара 50 не сможет вращаться вокруг вертикальной оси, а останется в стабильном положении. С этой целью каждый резервуар 58 предпочтительно должен содержать емкость, превосходящую объем соответствующего гидравлического контура, то есть на практике превышать по меньшей мере в два раза и предпочтительно более чем в два раза объем гидравлических камер 42.
[0062] Хотя приведенные выше примеры иллюстрируют предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения, следует отметить, что также могут быть рассмотрены другие различные устройства, в частности, комбинации характерных признаков различных вариантов реализации изобретения.