РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО СО СТАБИЛИЗАТОРОМ БОКОВОЙ КАЧКИ
RAIL VEHICLE WITH ANTIROLL BAR

Изобретение касается рельсового транспортного средства, содержащего по меньшей мере одну ходовую часть и по меньшей мере один стабилизатор боковой качки, который соединен с двумя разными частями рельсового транспортного средства, причем этот стабилизатор боковой качки содержит
- торсионный вал, установленный на одной части транспортного средства поперек продольного направления транспортного средства,
- рычаги, размещенные на нем по обе стороны от продольной оси транспортного средства без возможности проворачивания,
- по одной тягово-толкающей штанге для каждого рычага, причем каждый рычаг шарнирно соединен с одним концом тягово-толкающей штанги, а она другим своим концом шарнирно соединена с другой частью транспортного средства.
Одной частью транспортного средства, как правило, является ходовой механизм или ходовая часть, например тележка или соответственно рама тележки, а другой частью транспортного средства является кузов вагона. Рельсовое транспортное средство располагает, как правило, по меньшей мере двумя ходовыми механизмами или ходовыми частями.
В рельсовых транспортных средствах - но также и у других транспортных средств - кузов вагона, как правило, упруго установлен относительно колесных блоков, например колесных пар или комплектов колесных пар, через одну или несколько ступеней упругости рессорного подвешивания. Центробежное ускорение, возникающее при движении по кривой и действующее поперечно перемещению в горизонтальной плоскости и тем самым поперек продольной оси транспортного средства, из-за сравнительно высоко расположенного центра тяжести кузова вагона обусловливает тенденцию кузова вагона наклоняться относительно колесных блоков наружу от кривой поворота и тем самым вызывать боковую качку относительно оси крена, которая параллельна продольной оси транспортного средства. Такая боковая качка при превышении определенных предельных значений неблагоприятно влияет на комфортабельность поездки. С другой стороны, она несет с собой опасность нарушения допустимого свободного габарита, а также - с точки зрения безопасности в отношении схода с рельсов недопустимые односторонние разгрузки колес.
Для предотвращения этого, как правило, используют устройства защиты от боковой качки в форме так называемых стабилизаторов боковой качки. Их задача заключается в том, чтобы противодействовать боковой качке кузова вагона с целью ее снижения и в то же время не препятствовать движениям подъема и опускания кузова вагона относительно колесных блоков, т.е. относительно ходовой части. Такие стабилизаторы боковой качки известны в различных вариантах осуществления, например, гидравлического или чисто механического действия. Зачастую используется торсионный вал, проходящий поперек продольного направления транспортного средства, как это известно, например, из EP 1075407 B1 или DE 2421874 A1.
На таком торсионном валу по обе стороны от продольной оси транспортного средства установлены без возможности проворачивания рычаги, проходящие в продольном направлении транспортного средства. Эти рычаги в свою очередь соединены с направляющими элементами или подобными деталями, которые кинематически расположены параллельно рессорным приспособлениям транспортного средства. При упругом прогибе рессорных приспособлений транспортного средства сидящие на торсионном валу рычаги посредством связанных с ними направляющих элементов приводятся во вращение. Если при движении по криволинейной траектории возникает боковая качка с различным упругим ходом рессорных приспособлений с обеих сторон транспортного средства, то вследствие этого получаются разные угловые положения рычагов, сидящих на торсионном валу. Торсионный вал соответственно этому нагружается моментом скручивания, который - в зависимости от торсионной жесткости вала - при определенном угле закручивания компенсируется валом за счет противодействующего момента, создаваемого упругой деформацией вала, и тем самым предотвращается дальнейшая боковая качка. При этом в снабженных ходовыми тележками рельсовых транспортных средствах устройство защиты от боковой качки может быть предусмотрено для устройства вторичного подрессоривания, т.е. действовать между рамой ходового механизма и кузовом вагона. Равным образом такое устройство защиты от боковой качки может быть использовано и в устройстве первичного подрессоривания, т.е. действовать между колесными блоками и рамой ходового механизма или - при отсутствии устройства первичного подрессоривания - кузовом вагона.
Стабилизатор боковой качки может быть предусмотрен как для ходовых механизмов отдельных колес, так и для однофазных ходовых механизмов, т.е. для ходовых механизмов, имеющих лишь одну колесную пару, а также для ходовых тележек. Под шасси или ходовой частью подразумевается та часть рельсового транспортного средства, которой это транспортное средство перемещается или направляется по рельсам. Под ходовой тележкой подразумевается ходовая часть с двумя или более колесными парами, расположенными на одной раме. К конструктивному узлу одной ходовой тележки относятся помимо прочего устройство первичного подрессоривания, а при необходимости и устройство вторичного подрессоривания. Под устройством первичного подрессоривания подразумевается упругое рессорное подвешивание между рамой ходовой тележки и колесными парами. Устройство вторичного подрессоривания у ходовых тележек с двухступенчатым упругим рессорным подвешиванием служит в качестве второй ступени упругости рессорного подвешивания для подрессоривания кузова транспортного средства относительно рамы ходовой тележки.
В вышеназванных публикациях упомянутые тягово-толкающие штанги и, соответственно, направляющие элементы для максимально полной развязки движений установлены вертикально. Иногда такое вертикальное расположение является, однако, невозможным или нежелательным по конструктивным причинам. Если продольную ось транспортного средства принять за ось x прямоугольной системы координат, поперечное направление транспортного средства - за ось y, а вертикальное направление этого транспортного средства принять за ось z, то можно было бы эти тягово-толкающие штанги опрокинуть относительно вертикального направления так, что они - если рассматривать проекцию на плоскость y-z или x-z - по меньшей мере в одной проекции представлялись бы зеркально-симметричными. Однако это помимо связывания движений при неблагоприятном расположении ведет также к высоким динамическим силам в тягово-толкающих штангах при движении по криволинейным траекториям и к высоким сопротивлениям к повороту ходовой части.
Это сопротивление повороту ходовой части является той силой, с которой ходовая тележка противодействует повороту. Она является мерой степени свободы для ходовых тележек, соответственно, ходовых частей. Центральной ось дуги поворотного движения ходовой части, вокруг которой эта ходовая часть может поворачиваться относительно конструкции вагона, параллельна заданной выше оси z. Это сопротивление повороту может быть измерено с помощью поворотного круга, который посредством гидравлических цилиндров поворачивает ходовую часть влево и вправо. При этом процессе поворачивания с помощью динамометра на гидравлическом цилиндре измеряется сопротивление повороту в зависимости от угла поворота.
Поэтому задача данного изобретения заключается в том, чтобы предоставить в распоряжение стабилизатор боковой качки, который ведет к снижению действия динамических сил на тягово-толкающие штанги при их наклонном расположении и к предотвращению повышения сопротивления повороту ходовой части.
Эта задача решается за счет рельсового транспортного средства со стабилизатором боковой качки, охарактеризованного признаками независимого пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.
При этом предусмотрено, что в идеальном случае воображаемые продолжения обеих тягово-толкающих штанг по меньшей мере в нагруженном состоянии транспортного средства пересекаются в точке, которая - точно или приблизительно - лежит на центральной оси дуги поворотного движения ходовой части. Обычно эта центральная ось дуги поворотного движения лежит в геометрическом центре ходовой части.
Обычно эти тягово-толкающие штанги удалены от этой точки на одинаковые расстояния.
Зачастую одной соединенной со стабилизатором боковой качки частью транспортного средства является ходовая часть, а другой частью транспортного средства является кузов вагона.
В особом, но все же часто встречающемся случае зеркально-симметричного относительно плоскости x-z расположения тягово-толкающих штанг каждая из них, а точнее говоря, ее центральная продольная ось является тем самым участком боковой поверхности воображаемого конуса с круговым основанием, вершина которого в идеальном случае лежит на этой центральной оси дуги поворотного движения ходовой части.
Тягово-толкающие штанги стабилизатора боковой качки согласно данному изобретению, как правило, образуют угол с вертикалью не только относительно поперечной плоскости, которая проходит как нормаль к продольной оси транспортного средства (плоскости y-z согласно вышеприведенному определению), но также и в перпендикулярной плоскости вдоль транспортного средства (плоскости x-z согласно вышеприведенному определению).
Было установлено, что при предлагаемом согласно изобретению расположении тягово-толкающих штанг возможно снижение максимальных динамических сил в тягово-толкающих штангах до уровня сил в тягово-толкающих штангах при обычном вертикальном расположении, если эти максимальные силы создаются ситуациями, которые предусматривают поворот ходовой части. Эти тягово-толкающие штанги и их шарниры за счет этого приобретают большую долговечность и гораздо реже требуют замены.
Заявленная конструкция не зависит от того, установлен ли торсионный вал на ходовой части или в кузове вагона, обращены ли тягово-толкающие штанги вверх или вниз и лежит ли точка пересечения воображаемых продолжений тягово-толкающих штанг под системой стабилизации боковой качки или над этой системой.
Конструкция согласно изобретению не ограничивается одной системой стабилизации боковой качки. Может быть несколько систем стабилизации боковой качки, т.е. несколько стабилизаторов боковой качки на ходовую часть, причем все стабилизаторы боковой качки одной ходовой части могут быть расположены в одном кузове вагона, но могут быть расположены и в отдельных кузовах вагонов. Воображаемые продолжения тягово-толкающих штанг различных стабилизаторов боковой качки могут и не иметь при этом общей точки пересечения с центральной осью дуги поворотного движения ходовой части, как это было охарактеризовано выше.
В одном возможном варианте осуществления изобретения на одну ходовую часть предусмотренs по меньшей мере два стабилизатора боковой качки (но могут быть предусмотрены и несколько пар стабилизаторов боковой качки), торсионные валы которых расположены параллельно, где воображаемые продолжения всех тягово-толкающих штанг пересекаются по меньшей мере в одном нагруженном состоянии транспортного средства в одной точке, которая лежит приблизительно на центральной оси дуги поворотного движения ходовой части. Эти тягово-толкающие штанги расположены, тем самым зеркально-симметрично относительно определенных вначале плоскостей y-z и x-z. Таким образом, все четыре тягово-толкающих штанги лежат на одной, общей для всех тягово-толкающих штанг боковой поверхности конуса, причем вертикальная ось конуса совпадает с центральной осью дуги поворотного движения ходовой части.
Предлагаемая согласно изобретению конструкция тягово-толкающих штанг на практике, при эксплуатации рельсового транспортного средства, обычно пригодна только для определенной нагрузки на это рельсовое транспортное средство. Поскольку в зависимости от нагрузки выбирается различное подрессоривание и за счет этого - различное наклонное положение тягово-толкающих штанг. Так как самые большие усилия обычно возникают в тягово-толкающих штангах при полной нагрузке, то это состояние взято за основу для геометрического расположения тягово-толкающих штанг согласно изобретению. Однако точно так же можно выбрать за основу и другое состояние, например при пустом кузове вагона, где тягово-толкающие штанги принимают положение согласно изобретению.
Наклонное положение тягово-толкающих штанг, т.е. их наклон относительно оси вращения движения поворота, составляет, как правило, от 2° до 10°. Таким образом, если спроецировать тягово-толкающую штангу на плоскость y-z и/или x-z, то она образует с направлением z угол между 2° и 10°.
Предлагаемое расположение тягово-толкающих штанг выполняет свое назначение, даже если это расположение незначительно отклоняется от описанного выше идеального случая, т.е. если воображаемые продолжения этих тягово-толкающих штанг стабилизатора боковой качки не пересекаются именно в одной точке, или эта точка пересечения не лежит точно на центральной оси дуги поворотного движения ходовой части.
Предлагаемое согласно изобретению расположение тягово-толкающих штанг может также использоваться и на гасителе вертикальных колебаний вторичного подвешивания, хотя снижение усилий в этих гасителях вертикальных колебаний вторичного подвешивания и не имеет такого большого значения.
Для дальнейшего пояснения изобретения в последующей части описания приводятся ссылки на прилагаемые чертежи, из которых вытекают другие предпочтительные варианты осуществления, детали и модификации данного изобретения. На чертежах показано следующее:
Фиг. 1 - два предлагаемых изобретением стабилизатора боковой качки для ходовой части, вид в перспективе,
Фиг. 2 - вид сбоку ходовой части в поперечном сечении с двумя стабилизаторами боковой качки согласно изобретению,
Фиг. 3 - вид сверху ходовой части по Фиг. 2,
Фиг. 4 - вид сбоку ходовой части по Фиг. 2 в продольном направлении.
На Фиг. 1 представлены два стабилизатора боковой качки согласно изобретению, которые встроены в рельсовое транспортное средство. Для лучшего пояснения данного изобретения остальные части рельсового транспортного средства не представлены.
Каждый стабилизатор боковой качки содержит торсионный вал 1, на концах которого установлено по одному рычагу 2. В прямоугольной системе координат, где ось x параллельна продольной оси транспортного средства, ось y расположена в поперечном направлении транспортного средства, и ось z проходит в вертикальном направлении транспортного средства, указанный торсионный вал 1 проходит параллельно оси y, а рычаги 2 расположены параллельно оси x.
Четыре тягово-толкающие штанги 3 одним концом соединены со свободным концом рычага 2 посредством соответствующих шаровых шарниров 4. Другие концы указанных тягово-толкающих штанг 3 посредством других соответствующих шаровых шарниров 8 соединены с не представленным кузовом вагона или ходовой частью. Эти тягово-толкающие штанги 3 как в направлении оси y, так и в направлении оси x образуют с направлением z угол, причем их - здесь верхний - конец наклонен от рычага 2. Если эта ось z прямоугольной системы координат проложена так, что она пересекает продольную ось транспортного средства точно в середине между обоими торсионными валами 1, тогда этот наклон тягово-толкающих штанг 3 согласно изобретению должен быть установлен таким, чтобы показанные штрихпунктиром продолжения указанных четырех тягово-толкающих штанг 3 - здесь в случае Фиг. 1 под стабилизаторами боковой качки - пересекались в общей точке на оси z. Тягово-толкающие штанги 3 вследствие их зеркально-симметричного расположения относительно плоскостей y-z и x-z лежат, таким образом, на боковой поверхности правильного кругового конуса, имеющего, следовательно, площадь основания в форме круга и вертикально стоящую на ней ось. Эта ось кругового конуса лежит на оси z, а его вершина - под тягово-толкающими штангами 3.
Возможно также, что при одинаковом расположении торсионных валов 1 и рычагов 2 эти тягово-толкающие штанги 3 на своих обращенных от рычага 2 концах наклонены к оси z, так что вершина кругового конуса будет находиться над стабилизаторами боковой качки.
На Фиг. 2-4 представлена ходовая часть 6 с предлагаемым согласно изобретению стабилизатором боковой качки по Фиг. 1. Ходовая часть 6 содержит среди прочего подшипники для колес 9. Торсионные валы 1 закреплены на кузове 7 вагона, они проходят в поперечном направлении транспортного средства (параллельно оси y). Оба стабилизатора боковой качки расположены зеркально относительно плоскости y-z, каждый стабилизатор боковой качки дополнительно выполнен зеркально-симметричным относительно плоскости x-z. Стабилизаторы боковой качки с одной стороны соединены с ходовой частью 6, а с другой стороны - с кузовом 7 вагона.
На Фиг. 3 представлен вид сверху стабилизаторов боковой качки по Фиг. 1 вдоль оси z. Эта ось z здесь представлена точкой, в которой пересекаются показанные штрихпунктиром оси x и y. Ось z соответствует центральной оси дуги поворотного движения ходовой части 6.
Ходовая часть на Фиг. 2-4 может, однако, иметь и дополнительные стабилизаторы боковой качки между ходовой частью 6 и кузовом 7 вагона. Воображаемые продолжения обеих тягово-толкающих штанг дополнительного стабилизатора боковой качки в этом случае могли бы пересекаться в другой точке на центральной оси дуги поворотного движения ходовой части, чем воображаемые продолжения тягово-толкающих штанг обоих представленных стабилизаторов боковой качки.
Разумеется, для осуществления данного изобретения могут использоваться и другие виды шарниров, а не только шаровые шарниры. Шаровые шарниры 8 или соответственно другие шарниры на конце 5 тягово-толкающих штанг 3 могут сцепляться с кузовом вагона и через другие устройства, такие как, например, пружинные или демпфирующие приспособления.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Торсионный вал
2 Рычаг
3 Тягово-толкающая штанга
4 Шаровой шарнир между рычагом 2 и тягово-толкающей штангой 3
5 Конец тягово-толкающей штанги 3
6 Ходовая часть
7 Кузов вагона
8 Шаровой шарнир на конце 5 тягово-толкающей штанги 3
9 Колесо
X Продольная ось транспортного средства (ось x)
Y Поперечное направление (ось y)
Z Вертикальное направление (ось z)