РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
RAIL VEHICLE

Настоящее изобретение относится к рельсовому транспортному средству, содержащему ходовую часть и блок кузова вагона, образующие два контактирующих элемента и задающих продольное направление, поперечное направление и направление по высоте. Блок кузова вагона поддерживается на ходовой части посредством подвесного механизма, в котором первое поворотное буферное устройство и второе поворотное буферное устройство связаны с ходовой частью и блоком кузова вагона. Первое поворотное буферное устройство и второе поворотное буферное устройство предназначены для того, чтобы демпфировать вращательное движение между ходовой частью и блоком кузова вагона вокруг оси вращения параллельной направлению по высоте.
Такие рельсовые транспортные средства хорошо известны в данной области техники. Обычно такие рельсовые транспортные средства имеют один или несколько тяговых соединительных элементов, соединенных с рамой ходовой части и кузовом вагона, чтобы иметь возможность передавать тяговые усилия между ходовой частью и кузовом вагона во время ускорения и торможения. Обычно такие тяговые соединительные элементы являются сравнительно короткими продольно жесткими элементами, соединенными с рамой ходовой части и кузовом вагона карданным соединением, как известно, например, из DE 4136926 A1 (полное содержание которого включено в этот документ посредством ссылки).
Тем не менее, в частности, в современных рельсовых транспортных средствах с низким уровнем пола в области ходовой части имеется очень мало доступного пространства, чтобы должным образом разместить такие тяговые соединительные элементы. Более того, из-за относительного движения между кузовом вагона и ходовой частью во время функционирования, такие тяговые соединительные элементы требуют дополнительного пространства для того, чтобы иметь возможность совершать свое движение. Наконец, в дополнение, из-за того факта, что в ограниченном пространстве ходовой части необходимо разместить повышенное число активных компонентов, во многих случаях имеется очень мало пространства в местах, подходящих для введения тяговых усилий. Наоборот, обычно пространство для размещения таких тяговых соединительных элементов имеется в менее подходящих местах, таких, в которых тяговым усилиям (и напряжениям, вызванным ими в компонентах, на которые они действуют) приходится проходить длинный путь через конструкцию ходовой части (в конечном счете, от точки контакта колеса с рельсом) до точки, в которой тяговый соединительный элемент передает их в кузов вагона.
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить рельсовое транспортное средство, как описано выше, которое не имеет недостатков, описанных выше, или, по меньшей мере, обладает ими в меньшей степени, и которое, в частности, позволяет получить компактную конфигурацию, смягчая ограничения на пространство в ходовой части.
Задача решена посредством рельсового транспортного средства, охарактеризованного признаками пункта 1 формулы изобретения.
Настоящее изобретение основано на технической идее, заключающейся в том, что можно получить более компактную конфигурацию, смягчая ограничения на пространство в ходовой части, если поворотные буферные устройства изменить так, чтобы в качестве дополнительной функции они обладали возможностью образовывать тяговое соединение между ходовой частью и блоком кузова вагона. Более точно, оказалось, что во многих случаях, в частности, в транспортных средствах, в которых при нормальном функционировании на искривленном пути ожидается небольшое вращательное отклонение между ходовой частью и кузовом вагона, необходим только сравнительно узкий зазор или небольшой люфт, чтобы допустить (по меньшей мере, ограничить в меньшей степени) вращательное отклонение до того, как поворотные буферные устройства станут в большей степени эффективными. Следовательно, было показано, что возможность таких поворотных буферных устройств передавать значительные усилия между ходовой частью и кузовом вагона также можно использовать для передачи тяговых усилий без какого-либо существенного ухудшения комфорта во время движения, вызванного запаздывающей передачей тягового усилия, так как из-за сравнительно узкого зазора, как описано выше, предотвращают заметное запаздывание передачи тягового усилия.
В соответствии с изобретением, по меньшей мере, значительная доля общего тягового усилия, передаваемого между ходовой частью и блоком кузова вагона, принимают поворотные буферные устройства. Эта функциональная интеграция передачи тяговых усилий в поворотных буферных устройствах, по меньшей мере, приводит к сокращению числа и/или размера дополнительных тяговых соединительных элементов. Более того, было показано, что можно даже полностью предотвратить использование таких дополнительных тяговых соединительных элементов, что существенно смягчает ограничения на пространство в ходовой части.
Настоящее изобретение относится к рельсовому транспортному средству, содержащему ходовую часть и блок кузова вагона, образующих два контактирующих элемента и задающих продольное направление, поперечное направление и направление по высоте. Блок кузова вагона поддерживается на ходовой части посредством подвесного механизма, в котором первое поворотное буферное устройство и второе поворотное буферное устройство связаны с ходовой частью и блоком кузова вагона. Первое поворотное буферное устройство и второе поворотное буферное устройство приспособлены для того, чтобы демпфировать вращательное движение между ходовой частью и блоком кузова вагона вокруг оси вращения параллельной направлению по высоте. Первое поворотное буферное устройство и второе поворотное буферное устройство сконфигурированы так, чтобы образовывать тяговое соединение между ходовой частью и блоком кузова вагона, при этом тяговое соединение сконфигурировано так, чтобы передавать, по меньшей мере, большую часть общего тягового усилия, которое надо передать вдоль продольного направления между ходовой частью и блоком кузова вагона.
Как отмечалось выше, тяговое соединение, образованное первым и вторым поворотными буферными устройствами, сконфигурировано так, чтобы передавать, по меньшей мере, большую или значительную часть общего тягового усилия, которое надо передать между ходовой частью и блоком кузова вагона (более точно, максимальное общее тяговое усилие, которое надо передать между ходовой частью и кузовом вагона во время нормального функционирования рельсового транспортного средства при номинальной нагрузке). Следует отметить, что в зависимости от конструкции подвесного механизма (обычно вторичного подвесного механизма) в некоторых случаях некоторую долю общего тягового усилия, которое надо передать вдоль продольного направления между ходовой частью и кузовом вагона, уже передают посредством подвесного механизма (из-за жесткости подвесного механизма в продольном направлении).
Следовательно, предпочтительно, чтобы тяговое соединение, образованное первым и вторым поворотными буферными устройствами, было сконфигурировано так, чтобы передавать, по меньшей мере, 50%, предпочтительно, по меньшей мере, 75%, более предпочтительно 90%, даже более предпочтительно по существу 100% оставшейся доли суммарного тягового усилия, при этом оставшаяся доля представляет собой разницу между суммарным тяговым усилием и долей подвески суммарного тягового усилия, которую уже передают посредством подвесного механизма вдоль продольного направления. Другими словами, в зависимости от доли, передаваемой первым и вторым поворотным буферным устройством, дополнительно могут быть выполнены дополнительные компоненты, такие как один или несколько тяговых соединительных элементов. Тем не менее, предпочтительно, чтобы тяговое соединение, образованное первым и вторым поворотными тяговыми устройствами, было сконфигурировано так, чтобы принимать по существу всю оставшуюся часть суммарного тягового усилия, так чтобы можно было обойтись без дополнительных тяговых соединительных элементов.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, первое поворотное буферное устройство или второе поворотное буферное устройство соединено с первым контактным элементом из двух контактных элементов, по меньшей мере, первое поворотное буферное устройство или второе поворотное буферное устройство имеет первую контактную поверхность, при этом вторая контактная поверхность выполнена на втором контактном элементе из двух контактных элементов. Первая контактная поверхность и вторая контактная поверхность сконфигурированы так, чтобы контактировать друг с другом, чтобы передавать часть суммарного тягового усилия между ходовой частью и блоком кузова вагона. Первая контактная поверхность и вторая контактная поверхность в нейтральном состоянии рельсового транспортного средства (т.е. когда рельсовое транспортное средство стоит на прямом горизонтальном пути), разделены продольным разрывом, имеющим продольный размер в продольном направлении.
Следовательно, в этих вариантах осуществления в таком нейтральном состоянии две контактные поверхности расположены очень близко (в продольном направлении), но не касаются друг друга. Преимущество этого заключается в том, что износ контактных поверхностей снижается, и, более того, первое и второе поворотные буферные устройства, по меньшей мере, изначально не противодействуют угловому отклонению блока кузова вагона относительно ходовой части (вокруг оси вращения). При некотором отклонении между ходовой частью и блоком кузова вагона в продольном направлении две контактные поверхности касаются друг друга, тем самым в продольном направлении начинается передача тягового усилия через контактные поверхности (т.е. через соответствующее поворотное буферное устройство).
В общем, может быть выбран любой желаемый начальный зазор, который является достаточно узким, чтобы предотвратить задержку передачи тягового усилия, которая может быть заметной и может раздражать пассажиров транспортного средства (например, в виде внезапного заметного ускорения в продольном направлении). В предпочтительных вариантах осуществления изобретения продольный размер зазора меньше 3 мм, предпочтительно меньше 2 мм, более предпочтительно по существу от 0 мм до 1 мм, так как такая конфигурация обеспечивает приемлемое угловое отклонение между ходовой частью и блоком кузова вагона, сохраняя комфорт во время движения (предотвращая заметные задержки передачи тягового усилия).
Тем не менее, следует отметить, что в других вариантах осуществления изобретения может быть предусмотрен постоянный контакт между первой и второй контактными поверхностями. В этих случаях предпочтительно, чтобы соответствующее поворотное буферное устройство включало в себя сравнительно мягкий в продольном направлении компонент (т.е. компонент, жесткость которого в продольном направлении существенно меньше, чем жесткость остальных частей поворотного буферного устройства). Такой мягкий в продольном направлении компонент может допустить начальное, в целом, неограниченное отклонение между ходовой частью и кузовом вагона вплоть до ввода в действие остальных более жестких частей поворотного буферного устройства. Например, такой мягкий компонент может быть деформирован до точки, в которой заканчивается его деформационный потенциал. В этот момент времени остальные более жесткие части поворотного буферного устройства становятся ощутимо эффективными.
В основном, первое и второе поворотные буферные устройства могут иметь любое желаемое и подходящее пространственное расположение в рельсовом транспортном средстве, чтобы получить деформацию тягового соединения. Предпочтительно, чтобы первый контактирующий элемент был образован ходовой частью, в то время как второй контактирующий элемент - блоком кузова вагона. Другими словами, предпочтительно, чтобы соответствующее поворотное буферное устройство с первой контактной поверхностью было соединено с ходовой частью, в то время как соответствующая вторая контактная поверхность образована на блоке кузова вагона. Такая конфигурация выгодна с точки зрения изготовления, так как большинство компонентов, отвечающих за передачу тягового усилия, соединены с ходовой частью, что упрощает обычные предварительные испытания этих компонентов во время изготовления ходовой части.
Более того, в общем, предпочтительно присоединить поворотные буферные устройства в пространственном отношении вблизи от областей введения тягового усилия, в которых тяговое усилие вводят в ходовую часть и в раму ходовой части. Преимущество этого заключается в том, что во многих случаях можно реализовать наикратчайший возможный путь для передачи тягового усилия от ходовой части, более точно, в конечном счете, от точки контакта колеса с рельсом к блоку кузова вагона. В частности, при такой конструкции передача тягового усилия (в отличие от многих решений, известных в области техники) не проходит через центральные в поперечном направлении части рамы ходовой части, как, например, через поперечную балку рамы ходовой части. Следовательно, например, конструкция такой поперечной балки может быть более легковесной и менее жесткой. Такая менее жесткая конструкция, в частности, с уменьшенной жесткостью при кручении вокруг поперечного направления, является предпочтительной с точки зрения комфорта во время движения и в отношении безопасности при сходе с рельсов. Это вызвано тем фактом, что рама ходовой части посредством деформации кручения может обеспечить более быстрое выравнивание сил контакта колес на колесных блоках с рельсом. Следовательно, в конечном счете, такая ходовая часть, по меньшей мере, с точки зрения комфорта во время движения и в отношении безопасности при сходе с рельсов, является более неприхотливой к неблагоприятному состоянию пути.
Следовательно, предпочтительно, чтобы ходовая часть содержала корпус рамы, опирающийся, по меньшей мере, на один колесный блок посредством первичного подвесного механизма и двух опорных блоков колес, каждый из которых связан с одним колесом из упомянутого колесного блока. Колесный блок определяет ширину колеи в поперечном направлении и плоскости тягового усилия в нейтральном состоянии рельсового транспортного средства, проходящей через точку контакта колеса одного из колес с рельсом, и перпендикулярной поперечному направлению. Колесный блок также задает ширину центра опоры между центрами опорных блоков колес в поперечном направлении и в плоскости центра опоры, причем плоскость центра опоры в нейтральном состоянии рельсового транспортного средства проходит через центр одного из опорных блоков колес и перпендикулярна поперечному направлению. Более того, первое поворотное буферное устройство имеет центр объема (который также называют центроидом объема или объемным центроидом).
Центр объема в поперечном направлении предпочтительно находится на расстоянии от плоскости тягового усилия в поперечном направлении относительно плоскости тягового усилия, причем расстояние от плоскости тягового усилия менее 20%, предпочтительно менее 15%, более предпочтительно менее 10%, в частности составляет от 5% до 10% от ширины колеи. В дополнение или в качестве альтернативы, центр объема в поперечном направлении предпочтительно находится на расстоянии от плоскости центра опоры в поперечном направлении относительно плоскости центра опоры, причем расстояние от плоскости центра опоры менее 20%, предпочтительно менее 15%, более предпочтительно менее 10%, в частности составляет от 3% до 8% от ширины центра опоры. В любом случае, при такой конфигурации получают, что поворотное буферное устройство в пространственном отношении расположено вблизи от областей, в которых тяговое усилие вводят в ходовую часть и в раму ходовой части.
В основном, ходовая часть может иметь любую желаемую конфигурацию. В частности, она может иметь любое желаемое число колесных блоков (например, колесных пар или отдельных колесных блоков) и, в целом, любую желаемую форму рамы ходовой части. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения у ходовой части имеется корпус рамы, содержащий первую продольную балку, вторую продольную балку и поперечину, обеспечивающую структурное соединение между продольными балками в поперечном направлении, так что образуется по существу Н-образная конфигурация. Предпочтительно, чтобы первое поворотное буферное устройство было пространственно связано с первой продольной балкой.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения первое поворотное буферное устройство пространственно связано с концевым участком первой продольной балки, так как такой концевой участок обеспечивает хорошее место для расположения поворотного буферного устройства вблизи от областей ввода тягового усилия, как было описано выше. Предпочтительно, чтобы первое поворотное буферное устройство было соединено с первым участком сопряжения с поворотным буфером первой продольной балки, причем первый участок сопряжения с поворотным буфером в продольном направлении направлен в сторону центра ходовой части, тем самым получается очень простая и надежная конфигурация.
В дополнительных вариантах осуществления изобретения второе поворотное буферное устройство пространственно связано с одним из следующего: первой продольной балкой или второй продольной балкой. Расположение второго поворотного буферного устройства можно осуществить так же, как и для первого поворотного буферного устройства. Следовательно, предпочтительно, чтобы второе поворотное буферное устройство также было пространственно связано с концевым участком первой продольной балки или второй продольной балки. Более того, второе поворотное буферное устройство может быть соединено со вторым участком сопряжения с поворотным буфером первой продольной балки или второй продольной балки, при этом второй участок сопряжения с поворотным буфером в продольном направлении направлен к центру ходовой части.
В некоторых вариантах осуществления изобретения может быть достаточно иметь только два поворотных буферных устройства (например, расположенные на одной и той же боковой стороне рельсового транспортного средства или на разных боковых сторонах рельсового транспортного средства). В этих случаях обычно могут быть выполнены дополнительные тяговые соединительные элементы для достижения должной передачи тягового усилия.
Тем не менее, предпочтительно, чтобы были выполнены третье поворотное буферное устройство и четвертое поворотное буферное устройство, при этом третье поворотное буферное устройство и четвертое поворотное буферное устройство сконфигурированы так, чтобы образовывать дополнительное тяговое соединение между ходовой частью и блоком кузова вагона. В этом случае дополнительное тяговое соединение, образованное третьим и четвертым поворотным буферным устройством, сконфигурировано так, чтобы передавать, по меньшей мере, большую часть суммарного тягового усилия, которое передают вдоль продольного направления между ходовой частью и блоком кузова вагона. Следовательно, например, можно получить простую конфигурацию, в которой первое и второе поворотные буферные устройства обеспечивают передачу тягового усилия в первом направлении (например, в направлении по ходу движения), оставаясь при этом незадействованными в обеспечении передачи тягового усилия в противоположном втором направлении (например, в направлении против движения). Тогда как третье и четвертое поворотные буферные устройства обеспечивают передачу тягового усилия в этом втором направлении (например, в направлении против движения), оставаясь при этом незадействованными в обеспечении передачи тягового усилия в противоположном первом направлении (например, в направлении по ходу движения).
В предпочтительных вариантах осуществления рельсового транспортного средства в соответствии с изобретением первое поворотное буферное устройство и второе поворотное буферное устройство находятся на некотором расстоянии друг от друга в продольном направлении. В дополнение или в качестве альтернативы, первое поворотное буферное устройство и второе поворотное буферное устройство также могут быть расположены на расстоянии друг от друга в поперечном направлении.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, первое поворотное буферное устройство или второе поворотное буферное устройство приспособлено для того, чтобы ограничивать смещение между контактирующими элементами в продольном направлении, при этом допуская смещение между контактирующими элементами в поперечном направлении. Как следствие, это поворотное буферное устройство может иметь сравнительно простую конструкцию, сконцентрированную на ограничении смещения в продольном направлении.
Более того, в некоторых вариантах осуществления изобретения выполнено, по меньшей мере, одно поперечное буферное устройство, причем поперечное буферное устройство ограничивает смещение между контактирующими элементами в поперечном направлении. Такое ограничение бокового смещения можно реализовать в любом желаемом месте в ходовой части. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, одно поперечное буферное устройство было связано с поперечиной ходовой части, тем самым реализуя очень компактную конструкцию.
Поворотное буферное устройство может иметь любую желаемую конструкцию, пригодную для получения вышеописанных функций. Некоторые варианты осуществления рельсового транспортного средства в соответствии с изобретением имеют конфигурацию, в которой, по меньшей мере, одно из первых поворотных буферных устройств содержит буферный блок с первым опорным компонентом, вторым опорным компонентом и, по меньшей мере, одним буферным компонентом. По меньшей мере, один буферный компонент в опорном направлении параллельном продольному направлению расположен между первым опорным компонентом и вторым опорным компонентом. По меньшей мере, один буферный компонент приспособлен для того, чтобы демпфировать смещение между первым опорным компонентом и вторым опорным компонентом в опорном направлении.
Для получения такой функции демпфирования можно использовать любой материал, имеющий подходящие демпфирующие свойства. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один буферный компонент содержал, по меньшей мере, один пластиковый материал, предпочтительно, по меньшей мере, один эластомерный материал, так как оказалось, что эти материалы особенно подходят для получения надежных, недорогих и долговечных конфигураций. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, для одного буферного компонента использовался, по меньшей мере, один из следующих материалов: полиуретановый (PUR) материал или резиновый материал.
По меньшей мере, для одного буферного компонента можно выбрать любую желаемую буферную характеристику. Предпочтительно, чтобы была выбрана изначально высокая, но затем постепенно снижающаяся буферная характеристика. Такая конфигурация обеспечивает преимущество быстрого возникновения значительного буферного усилия и дальнейшего среднего роста усилия во время больших отклонений (т.е., например, сравнительно низкого общего сопротивления при преодолении изогнутого пути).
Следует учесть, что можно использовать один или несколько из этих буферных компонентов. Более того, можно использовать сочетание буферных компонентов, выполненных из различных материалов и/или имеющих различные размеры. Посредством этого можно точно отрегулировать механические свойства поворотного буфера в соответствии с требованиями соответствующего рельсового транспортного средства.
В некоторых вариантах осуществления, особенно пригодных для интеграции функциональности тягового соединения в поворотном буферном устройстве, по меньшей мере, первый опорный компонент или второй опорный компонент или, в частности, по меньшей мере, один буферный компонент содержит по существу дискообразный элемент или по существу кольцеобразный элемент, задающий радиальное направление, причем радиальное направление проходит перпендикулярно опорному направлению, тем самым получая очень простую и надежную конфигурацию.
Каждый из дискообразных элементов, предпочтительно, имеет размер в радиальном направлении, который больше, чем его размер в опорном направлении, в частности, по меньшей мере, от 150% до 200% этого размера в опорном направлении.
Более того, предпочтительно, чтобы буферный блок имел максимальную длину буфера в опорном направлении и максимальный диаметр буфера в радиальном направлении, проходящем перпендикулярно опорному направлению, при этом максимальный диаметр буфера составляет от 160% до 280%, предпочтительно от 180% до 260%, более предпочтительно от 200% до 240% от максимальной длины буфера. Кроме того, по меньшей мере, один буферный компонент может иметь максимальную длину буферного компонента в опорном направлении и максимальный диаметр буферного компонента в радиальном направлении, при этом максимальный диаметр буферного компонента составляет от 260% до 380%, предпочтительно от 280% до 360%, более предпочтительно от 300% до 340% от максимальной длины буферного компонента.
Во всех этих случаях из-за сравнительно большого размера компонентов в радиальном направлении тяговое усилие распределяется по сравнительно большому компоненту, что приводит к снижению напряжений в буферном компоненте(ах). Следовательно, можно получить очень надежное обеспечение значительного тягового усилия. Тем не менее, из-за сравнительно короткого размера в продольном направлении общий объем, требуемый для поворотного буферного устройства, удерживают в рамках приемлемых ограничений.
В дополнительных предпочтительных вариантах осуществления изобретения буферный блок содержит направляющее устройство, причем направляющее устройство ограничивает смещение между первым опорным компонентом и вторым опорным компонентом в радиальном направлении, проходящем перпендикулярно опорному направлению. Таким образом, можно ограничить напряжения сдвига в буферном компоненте и, следовательно, удержать их в приемлемых пределах.
В основном, можно выбрать любую желаемую конструкцию, которая годится для обеспечения выполнения такой направляющей функции. Предпочтительно, чтобы направляющее устройство содержало поршневой элемент, соединенный с первым опорным компонентом, и цилиндрический элемент, соединенный со вторым опорным компонентом, причем поршневой элемент приспособлен для того, чтобы погружаться в цилиндрический элемент в опорном направлении и взаимодействовать с цилиндрическим элементом в радиальном направлении для ограничения относительного смещения в радиальном направлении. Поршневой элемент может находиться в постоянном контакте с цилиндрическим элементом. Тем не менее, предпочтительно, чтобы в ненагруженном состоянии буферного блока поршневой элемент имел радиальный люфт в радиальном направлении относительно цилиндрического элемента, так чтобы между поршневым элементом и цилиндрическим элементом был возможен относительный наклон. Такой наклон, в частности, может быть необходим или полезен соответственно, если возникает угловое отклонение между двумя контактирующими элементами, например, если поворотное буферное устройство выполняет свою собственную функцию в качестве поворотного буфера.
В общем, поршневой элемент и цилиндрический элемент могут быть размещены в любом желаемом месте. Следовательно, например, они могут быть расположены снаружи относительно буферного компонента(ов). Тем не менее, предпочтительно, чтобы узел с поршневым и цилиндрическим элементами был, по меньшей мере, частично интегрирован, по меньшей мере, в один буферный компонент, чтобы обеспечить компактное размещение. Следовательно, предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, поршневой элемент или цилиндрический элемент выступал в предпочтительно расположенную по центру выемку, по меньшей мере, одного буферного компонента. В дополнительных предпочтительных вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, поршневой элемент или цилиндрический элемент содержит, по меньшей мере, один центрирующий участок, выступающий в предпочтительно расположенную в центре выемку, по меньшей мере, одного буферного компонента. Таким образом, просто и компактно получают и поддерживают взаимное расположение соответствующих компонентов.
Ограничение отклонения, по меньшей мере, одного буферного компонента в опорном направлении можно получить посредством, по меньшей мере, одного самого буферного компонента, например, при простом исчерпании его деформационного потенциала. Тем не менее, предпочтительно, чтобы для выполнения этой функции было выполнено стопорное устройство, чтобы предотвратить избыточное напряжение, по меньшей мере, одного буферного компонента. Следовательно, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, буферный блок содержит стопорное устройство, причем стопорное устройство ограничивает смещение между первым опорным компонентом и вторым опорным компонентом в опорном направлении.
Здесь, также, стопорное устройство может быть размещено в любом желаемом месте. Тем не менее, предпочтительно, чтобы стопорное устройство так же было интегрировано в компонент буферного блока, в частности, по меньшей мере, в один буферный компонент для обеспечения компактности. Особенно компактное расположение получают, когда стопорное устройство интегрировано в направляющее устройство буферного блока, например, в направляющее устройство, как описано выше.
В особенно предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения два поворотных буферных устройства расположены на расстоянии друг от друга и по существу на одной линии в продольном направлении, такая конфигурация позволяет передавать тяговое усилие в обоих направлениях вдоль продольного направления. В вариантах осуществления, в которых два поворотных буферных устройства расположены так, что они находятся по существу на одной прямой, по меньшей мере, с одним вторичным подвесным элементом вторичного подвесного механизма в продольном направлении, получают передача особенно хорошую передачу усилий между ходовой частью и блоком кузова вагона. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один вторичный подвесной элемент был расположен между двумя поворотными буферными устройствами.
Как было описано выше, поворотные буферные устройства предпочтительно расположены вблизи от областей ввода тягового усилия. Так как тяговое усилие обычно проходит через продольные балки рамы корпуса ходовой части, предпочтительно, чтобы два поворотных буферных устройства были расположены по существу в одной плоскости с центральной продольной осью, заданной центральным в продольном направлении участком одной из продольных балок, при этом общая плоскость, в частности, перпендикулярна поперечному направлению.
Настоящее изобретение может быть применено для любого типа рельсового транспортного средства. Предпочтительно, чтобы его применяли в транспортных средствах, у которых имеется минимальное угловое отклонение между блоком кузова вагона и ходовой частью вокруг оси вращения. Это, в основном, вызвано тем фактом, что в таких случаях, например, необходимо только сравнительно небольшое по существу беспрепятственное отклонение перед ощутимым задействованием функции демпфирования на поворотном буферном устройстве. Следовательно, в тех состояниях функционирования, в которых поворотное буферное устройство функционирует в качестве тягового соединения, перед задействованием функции тягового соединения возникает сравнительно небольшая, едва ощутимая задержка.
Следовательно, в некоторых вариантах осуществления изобретения блок кузова вагона представляет собой кузов вагона или балку, соединенную с кузовом вагона. Кузов вагона в продольном направлении имеет длину кузова вагона, которую выбирают так, чтобы при нормальном функционировании рельсового транспортного средства на данной сети путей, имеющей заданный минимальный радиус кривизны пути, максимальное угловое отклонение кузова вагона относительно ходовой части вокруг оси вращения от нейтрального, не отклоненного состояния составляет не более 4°, предпочтительно не более 3°, более предпочтительно не более 2,5°. В дополнение или в качестве альтернативы, кузов вагона в продольном направлении имеет длину кузова вагона, которая составляет от 300% до 1000%, предпочтительно от 400% до 900%, более предпочтительно от 500% до 700% от расстояния колесного блока двух колесных блоков ходовой части в продольном направлении. В обоих случаях при нормальном функционировании транспортного средства возникают преимущественно небольшие угловые отклонения вокруг оси вращения, как было описано выше.
Настоящее изобретение также относится к соответствующей ходовой части для рельсового транспортного средства, обладающей признаками ходовой части, описанной в этом документе.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения и последующего описания предпочтительных вариантов осуществления, которое приведено со ссылкой на сопровождающие чертежи.
На фиг. 1 показан вид сбоку части предпочтительного варианта осуществления рельсового транспортного средства в соответствии с настоящим изобретением с предпочтительным вариантом осуществления ходовой части в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2 приведен схематический вид в перспективе корпуса рамы ходовой части, показанной на фиг. 1.
На фиг. 3 приведен схематический вид в разрезе корпуса рамы, показанного на фиг. 2, вдоль прямой III-III, показанной на фиг. 1.
На фиг. 4 приведен схематический вид спереди корпуса рамы, показанной на фиг. 2.
На фиг. 5 приведен схематический вид в разрезе части ходовой части вдоль прямой V-V, показанной на фиг. 1.
На фиг. 6 приведен схематический вид сверху ходовой части, показанной на фиг. 1.
На фиг. 7 приведен схематический вид в разрезе детали VII, показанной на фиг. 5.
На фиг. 8 приведен схематический вид в разрезе детали VIII, показанной на фиг. 5.
Теперь со ссылкой на фиг. 1-8 будет более подробно описан предпочтительный вариант осуществления рельсового транспортного средства 101 в соответствии с настоящим изобретением, содержащего предпочтительный вариант осуществления ходовой части 102 в соответствии с изобретением. Чтобы упростить данные ниже объяснения, на фигурах была введена координатная система xyz, в которой (на прямом, горизонтальном пути Т) ось x обозначает продольное направление рельсового транспортного средства 101, ось y обозначает поперечное направление рельсового транспортного средство 101, а ось z обозначает направление по высоте рельсового транспортного средства 101 (то же самое, конечно, применимо к ходовой части 102). Понятно, что все утверждения, сделанные ниже касательно положения и ориентации компонентов рельсового транспортного средства, пока не сказано обратное, относятся к неподвижному состоянию, когда рельсовое транспортное средство 101 стоит на прямом горизонтальном пути при номинальной нагрузке.
Транспортное средство 101 представляет собой рельсовое транспортное средство с низким уровнем пола, такое как трамвай или подобное. Транспортное средство 101 содержит кузов вагона 101.1, поддерживаемый системой подвески на ходовой части 102. Ходовая часть 102 содержит два колесных блока в виде колесных пар 103, поддерживающих раму 104 ходовой части посредством первичного элемента 105 подвески. Рама 104 ходовой части поддерживает кузов вагона посредством вторичного элемента 106 подвески.
У рамы 104 ходовой части имеется корпус 107 рамы, содержащий две продольных балки 108 и поперечина 109, обеспечивающая структурное соединение между продольными балками 108 в поперечном направлении, так что образуется по существу Н-образная конфигурация. Каждая продольная балка 108 имеет два свободных концевых участка 108.1 и центральный участок 108.2. Центральный участок 108.2 соединен с поперечиной 109, в то время как свободные концевые участки 108.1 образуют сопряжение 110 первичной подвески для первичного подвесного механизма 105.1 первичного элемента 105 подвески, соединенного с соответствующей колесной парой 103. В настоящем примере для первичного подвесного механизма 105.1 используют компактную и надежную резино-металлическую пружину.
Каждая продольная балка 108 имеет угловой участок 108.3, связанный с одним из свободных концевых участков 108.1. Каждый угловой участок 108.3 устроен так, что свободный концевой участок 108.1 образует участок стойки, проходящий в основном в направлении по высоте. Следовательно, в основном корпус 107 рамы имеет сравнительно сложную, в целом трехмерную геометрию.
Каждая продольная балка 108 имеет участок 111 поворотного сопряжения, связанный со свободным концевым участком 108.1. Участок 111 поворотного сопряжения образует поворотное сопряжение для поворотного рычага 112, жестко соединенного с опорным блоком 103.1 колесной пары соответствующего колесного блока 103. Поворотный рычаг 112 шарнирно соединен с корпусом 107 рамы посредством болтового шарнирного соединения 113. Болтовое шарнирное соединение 113 содержит болт 113.1 шарнира, определяющий ось вращения 113.2. Болт 113.1 вставляют в совмещенные выемки в раздвоенном конце поворотного рычага 112 и выемку 111.1 поворотного сопряжения в выступе 111.2 участка 111 поворотного сопряжения (выступ 111.2 входит между концевыми частями поворотного рычага 112).
Чтобы снизить сложность корпуса 107 рамы, соответствующий участок 111 поворотного сопряжения интегрирован в угловой участок 108.3 продольных балок 108, так что все-таки получают очень компактное устройство. Более точно, интеграция участка 111 поворотного сопряжения в угловой участок 108.3 приводит к сравнительно плавной, неразветвленной геометрии корпуса рамы.
Это компактное, плавное и неразветвленное устройство, помимо прочего, позволяет выполнить корпус 107 в виде монолитного компонента. Более точно, корпус 107 рамы выполнен в виде одной отлитой детали в процессе литья из серого чугуна. Серый чугун обладает тем преимуществом, что он обладает особенно хорошей текучестью во время литья, благодаря тому, что имеет высокое содержание углерода, и, таким образом, допускает очень высокий уровень надежности процесса.
Литье выполняют в обычные литейные формы производственной линии автоматического литья. Следовательно, производство корпуса 107 рамы существенно становится проще, и оно становится более экономичным, чем в обычных решениях со сварными корпусами рам. На самом деле оказалось, что при таком автоматизированном процессе литья можно получить (по сравнению с обычным сварным корпусом рамы) снижение затрат более чем на 50%.
Серый чугун, используемый в настоящем примере, представляет собой, так называемый серый чугун с шаровидным графитом или чугун со сфероидным графитом (SGI), в соответствии с действующим европейским стандартом EN 1563. Более точно, используют материал, такой как EN-GJS-400-18U LT, который обеспечивает хороший компромисс между прочностью, относительным удлинением при разрыве и пластичностью, в частности, при низких температурах. Очевидно, в зависимости от механических требований к корпусу рамы, можно использовать любой другой подходящий материал для литья, как описано выше.
Для достижения должной интеграции участка 111 поворотного сопряжения в угловой участок 108.3, соответствующий участок 111 поворотного сопряжения в продольном направлении (по оси х) выполнен так, чтобы его втягивали за соответствующим свободным концевым участком 108.1.
TRS
PSF,x
Более того, (как, в частности, можно увидеть на фиг. 5) значительного сокращения места (требуемого для корпуса 107 рамы в ходовой части) достигают тем, что сопряжение 110 первичной подвески сконфигурировано так, что суммарная результирующая опорная сила F, действующая в области соответствующего свободного конца 108.1 (т.е. суммарная сила, складывающаяся из всех опорных сил, действующих посредством первичной подвески 105 в области свободного конца 108.1, когда рама 104 ходовой опирается на колесном блоке 103), по существу параллельна плоскости xz, при этом являясь наклоненной относительно продольного направления (оси х) на угол α первичной подвески и наклоненной относительно направления по высоте (оси z) на дополнительный угол первичной подвески
TRS
Такой наклон суммарной опорной силы F по сравнению с конфигурацией, известной из DE 4136926 A1, позволяет первичному подвесному механизму 105.1 перемещаться ближе к колесной паре 103, более точно, ближе к оси 103.2 вращения колесной пары 103. Это дает не только преимущество, заключающееся в том, что сопряжение 110 первичной подвески также может быть расположено ближе к колесному блоку, что очевидно экономит пространство в центральной части ходовой части 102. Более того, поворотный рычаг 112, соединенный с опорным блоком 103.1 колесной пары, может быть меньше, обладать более легковесной и менее сложной конструкцией.
TRS
TRS
TRS
Более того, такая наклонная суммарная опорная сила F дает возможность реализовать соединение между поворотным рычагом 112 и корпусом 107 рамы в участке 111 поворотного сопряжения, которое является саморегулируемым под нагрузкой (из-за компонент суммарной результирующей силы F, действующих в продольном направлении и направлении по высоте), при этом оставаясь легко демонтируемым при отсутствии нагрузки F на опоры, как более подробно описано в находящейся на рассмотрении немецкой заявки на патент №102011110090.7 (полное содержание которой включено в этот документ посредством ссылки).
Наконец, такая конструкция обладает преимуществом, заключающимся в том, что, в частности, благодаря тому факту, что участок сопряжения 110 первичной подвески смещается ближе к колесной паре 103, она дополнительно упрощает автоматизированное производство корпуса 107 рамы с использованием автоматического процесса литья.
TRS
TRS
PSF,x
PSF,z
PSF,x
TRS
Хотя по существу суммарная результирующая опорная сила F может иметь любой желаемый и подходящий наклон относительно продольного направления и направления по высоте, в настоящем примере суммарная результирующая опорная сила F наклонена относительно продольного направления на угол первичной подвески α=45°. Следовательно, суммарная результирующая опорная сила наклонена относительно направления по высоте на дополнительный угол первичной подвески α=90°-α=45°. Такой наклон обеспечивает особенно компактную и, следовательно, удобную конструкцию. Более того, он также обеспечивает предпочтительную передачу опорных нагрузок F от колесной пары 103 в корпус 107 рамы. Наконец, как следствие, участок стойки или концевой участок 108.1 может быть выполнен с небольшим наклоном вперед, что благоприятно с точки зрения облегчения потока материала для литья и, следовательно, автоматизированного процесса литья.
TRS
TRS
Как лучше видно на фиг. 5, сопряжение 110 первичной подвески и первичный подвесной механизм 105.1 устроены так, что суммарная результирующая опорная сила F пересекает вал 103.3 колесной пары 103, приводя к благоприятной передаче опорных нагрузок от колесной пары 103 в первичный подвесной механизм 105.1 и далее на корпус 107 рамы. Более точно, суммарная результирующая опорная сила F пересекает ось 103.2 вращения вала 103.3 колес.
TRS
TRS
Такая конфигурация, помимо прочего, дает сравнительно короткое плечо рычага суммарной результирующей опорной силы F (например, плечо A рычага в месте болта 113.1 шарнира) и, следовательно, сравнительно низкие изгибающие моменты, действующие в продольной балке 108, которые, в свою очередь, допускают более легковесную конструкцию корпуса 107 рамы.
Еще одно преимущество описанной выше конфигурации заключается в том факте, что поворотный рычаг 112 может иметь очень простую и компактную конструкцию. Более точно, в настоящем примере, поворотный рычаг 112, соединяющийся с опорным блоком 103.1 колесной пары, отдельно от раздвоенного концевого участка (в который входит болт 113.1 шарнира) просто должен обеспечить соответствующую опорную поверхность для первичного пружинного устройства 105.1, расположенного возле внешнего периметра опорного блока 103.1 колесной пары. Следовательно, по сравнению с известными конфигурациями, для передачи опорных сил на первичный подвесной механизм 105.1 не требуется никаких сложных рычагов или подобного.
Поперечина 109 содержит две поперечные балки 109.1, которые расположены так, чтобы быть по существу симметричными друг другу относительно плоскости симметрии параллельной плоскости yz и расположенной по центру корпуса 107 рамы. Поперечные балки 109.1 (в продольном направлении) разделены разрывом 109.5.
Как можно увидеть на фиг. 3, каждая поперечная балка 109.1 в плоскости сечения параллельной плоскости xz имеет по существу С-образное поперечное сечение с внутренней стенкой 109.2, верхней стенкой 109.3 и нижней стенкой 109.4. С-образное поперечное сечение устроено так, что в продольном направлении оно открыто в сторону (расположено ближе) свободного конца корпуса 107 рамы, в то же время, являясь по существу замкнутой внутренней стенкой 109.2, расположенной около центра корпуса 107 рамы. Другими словами, открытые стороны поперечных балок 109.1 направлены друг от друга.
Такая открытая конструкция поперечной балки 109.1 обладает преимуществом, которое заключается в том, что (не смотря на общую жесткость используемых материалов) сравнительно мягкой относительно скручивания является не только отдельная поперечная балка 109.1, т.е. демонстрирует сравнительно низкое сопротивление крутящим моментам вокруг поперечной оси у (по сравнению с наиболее близкой конструкцией поперечной балки, в целом имеющей прямоугольную форму). То же самое применимо к поперечине 109 в целом, так как внутренние стенки 109.2 (в продольном направлении) расположены сравнительно в центре поперечины 109, так что их вклад в момент сопротивления скручиванию вокруг поперечной оси у сравнительно низкий.
G,max
TB,min
Более того, максимальный продольный размер L разрыва 109.5 в центральной области корпуса 107 рамы составляет примерно 100% от минимального продольного размера L одной из поперечных балок 109.1 в продольном направлении (в центральной области корпуса 107 рамы). Разрыв 109.5 обладает преимуществом, которое заключается в том, что сопротивление скручиванию в плоскости основной протяженности двух поперечных балок 109.1 (параллельной плоскости xy) увеличивается без добавления массы корпуса 107 рамы, так что получается сравнительно легковесная конфигурация.
Более того, в разрыв 109.5 легко можно вставить другие компоненты ходовой части 102 (такие как поперечный демпфер 114, как показано на фиг. 6), что особенно полезно в современных рельсовых транспортных средствах с их жесткими ограничениями, касающимися доступного пространства.
TBC
LBC
С-образное поперечное сечение проходит над поперечно центральным участком поперечины 109, так как в этом месте достигают особенно полезного влияния на жесткость при кручении поперечной балки. В настоящем варианте осуществления по существу С-образное поперечное сечение проходит на всем протяжении поперечины в поперечном направлении (т.е. от одной продольной балки 108 до другой продольной балки 108). Следовательно, в настоящем примере С-образное поперечное сечение проходит на расстояние W в поперечном направлении, которое составляет 85% от расстояния W в поперечном направлении между продольными центральными линиями 108.4 продольных балок 108 в области поперечины 109. Посредством этого можно получить особенно хорошую жесткость при кручении даже для корпуса 107 рамы из серого чугуна.
То (для С-образного поперечного сечения), что было рассмотрено для протяженности в поперечном направлении, также применимо к протяженности разрыва 109.5. Более того, следует отметить, что размер продольного разрыва не обязательно должен быть таким же вдоль поперечного направления. При необходимости можно выбрать любую желаемую ширину разрыва.
В настоящем примере каждая поперечная балка 109.1 задает центральную линию 109.6 поперечной балки, которая имеет в целом изогнутую или многоугольную форму в первой плоскости параллельной плоскости xy и во второй плоскости параллельной плоскости yz. Такие в целом изогнутые или многоугольные формы центральных линий 109.6 поперечных балок обладают преимуществом, которое заключается в том, что форма соответствующей поперечной балки 109.1 приспособлена к распределению нагрузок, действующих на соответствующую поперечную балку 109.1, что приводит к сравнительно плавному распределению напряжений в соответствующей поперечной балке 109.1 и, в конечном счете, к сравнительно легковесному и оптимизированному для напряжений корпусу 107 рамы.
TBU,min
TBU,max
Как следствие, как можно видеть на фиг. 2 и 6, поперечина 109 представляет собой утонченный в центре узел с утонченным центральным участком 109.7, задающим минимальный продольный размер L поперечины (в продольном направлении), составляющий 65% от максимального продольного размера L поперечины (в продольном направлении). Этот максимальный продольный размер в настоящем примере задают в месте соединения поперечины 109 и продольных балок 108.
В общем, протяженность утончения поперечины 109 можно выбрать как функцию механических свойств корпуса 107 рамы (в частности, жесткости на скручивание корпуса 107 рамы), которых необходимо достичь. В любом случае, при вышеочерченной конструкции поперечины получают хорошо сбалансированную конфигурацию, демонстрирующую и сравнительно низкую жесткость на скручивание (вокруг поперечного направления), и сравнительно высокую жесткость при изгибе (вокруг направления по высоте). Эта конфигурация особенно предпочтительна в отношении безопасности при сходе с рельсов ходовой части 102, так как рама 104 ходовой части может обеспечить некоторую деформацию кручения для выравнивания сил контакта колеса с рельсом на всех четырех колесах колесных пар 103.
Как дополнительно видно на фиг. 3 и 6, в настоящем примере каждый свободный концевой участок 108.1 на участке, направленном от сопряжения 110 первичной подвески (а, следовательно, в сторону продольного центра ходовой части 102), образует буферное сопряжение для поворотного буферного устройства 115. Четыре поворотных буферных устройства 115 объединяют функциональность поворотного буферного устройства и продольного буферного устройства кузова 101.1 вагона. Более того, в соответствии с настоящим изобретением четыре поворотных буферных устройства 115 также приспособлены для того, чтобы попарно образовывать тяговое соединение между корпусом 107 рамы и кузовом 101.1 вагона, поддерживаемого на корпусе 107 рамы посредством вторичного подвесного механизма 106. Понятно, что такая конфигурация особенно полезна, так как она обеспечивает высокую степень функционального объединения, давая сравнительно легковесную общую конструкцию, как будет более подробно объяснено ниже.
TT
Поворотные буферные устройства 115 объединяют возможность образования тягового соединения между ходовой частью 102 и кузовом 101.1 вагона без какого-либо ущерба для комфорта во время движения, вызванного запаздывающей передачей тягового усилия. Более точно, два поворотных буферных устройства 115, расположенных в продольном направлении на одной и той же стороне от центра ходовой части (но на разных боковых сторонах ходовой части 102), образуют первое поворотное буферное устройство 115 и второе поворотное буферное устройство 115, которые приспособлены не только для демпфирования вращательного движения между ходовой частью 102 и кузовом 101.1 вагона вокруг оси вращения параллельной направлению по высоте. Первое поворотное буферное устройство 115 и второе поворотное буферное устройство 115 сконфигурированы так, чтобы образовывать тяговое соединение между ходовой частью 102 и кузовом 101.1 вагона, сконфигурированное для передачи, по меньшей мере, большей части общего тягового усилия F, которое передают вдоль продольного направления между ходовой частью 102 и кузовом 101.1 вагона.
TT
В настоящем примере помимо тяговых соединений, образованных поворотными буферными устройствами 115, между ходовой частью 102 и кузовом 101.1 вагона больше не предусмотрено дополнительного элемента тягового соединения. Следовательно, тяговое соединение, образованное первым и вторым поворотными буферными устройствами 115 (установленными на корпусе 107 рамы и первом контактном элементе в смысле настоящего изобретения), в первом направлении (например, в направлении по ходу движения) передает оставшуюся часть общего тягового усилия F, которое должно быть передано на кузов 101.1 вагона (на втором контактном элементе в смысле настоящего изобретения), и которое уже не принимают или не передают соответственно вторичным подвесным механизмом 106.
G
Как лучше показано на фиг. 7, передача тягового усилия между ходовой частью 102 и кузовом 101.1 вагона обеспечивается через первую контактную поверхность 115.1 поворотного буферного устройства 115, контактирующую со второй контактной поверхностью 101.2, выполненной на кузове 101.1 вагона. Все четыре поворотные буферные устройства 115 устроены так, что первая контактная поверхность 115.1 и вторая контактная поверхность 101.2 в нейтральном состоянии рельсового транспортного средства 101 (т.е. когда рельсовое транспортное средство стоит на прямом горизонтальном пути), разделены продольным разрывом 117, имеющим сравнительно небольшой продольный размер L=1 мм в продольном направлении.
В этом нейтральном состоянии две контактные поверхности 115.1 и 101.2 расположены очень близко (в продольном направлении), но не касаются друг друга. Более того, две контактные поверхности 115.1 и 101.2 устроены так, что ширина разрыва 117 остается неизменной, если имеет место относительное смещение между ходовой частью 102 и кузовом 101.1 вагона исключительно в направлении по высоте и/или исключительно в поперечном направлении. Следовательно, износ контактных поверхностей существенно снижается, так как не возникает смещения с трением, если такое смещение происходит исключительно в направлении по высоте и/или исключительно в поперечном направлении.
Более того, поворотные буферные устройства 115 изначально не противодействуют угловому отклонению кузова 101.1 вагона относительно ходовой части (вокруг оси вращения параллельной направлению по высоте). Тем не менее, при некотором отклонении между ходовой частью 102 и кузовом 101.1 вагона в продольном направлении две контактные поверхности 115.1 и 101.2 касаются друг друга, тем самым в продольном направлении начинается передача силы трения через контактные поверхности 115.1 и 101.2 (т.е. через соответствующее поворотное буферное устройство 115).
Малая ширина разрыва 117 в нейтральном положении обладает преимуществом, которое заключается в том, что предотвращается задержка начала передачи тягового усилия, которая была бы заметна и раздражала бы пассажиров транспортного средства 101 (например, в виде внезапного заметного ускорения в продольном направлении). При этом в настоящем примере ширина разрыва 117 является достаточно большой, чтобы обеспечить приемлемое угловое отклонение между ходовой частью 102 и кузовом 101.1 вагона.
Расположение поворотных буферных устройств 115 на свободных концевых участках 108.1 обладает преимуществом, которое заключается в том, что передача тягового усилия через поворотные буферные устройства 115 возникает вблизи от областей введения тягового усилия, в которых тяговое усилие прикладывают к ходовой части 102 и к корпусу 107 рамы.
Более точно, колесные пары 103 задают ширину TW колеи в поперечном направлении и плоскости 103.4 тягового усилия. Плоскость 103.4 тягового усилия в нейтральном состоянии рельсового транспортного средства проходит через соответствующее колесо к точке контакта с рельсом одного из колес колесных пар 103 и перпендикулярна поперечному направлению. Колесные пары 103 дополнительно задают ширину BCW центра опоры между центрами подшипников 103.1 колес в поперечном направлении и плоскость 103.5 центра опоры. Плоскость 103.5 центра опоры в нейтральном состоянии рельсового транспортного средства 101 проходит через центр подшипников 103.1 колес и перпендикулярна поперечному направлению. Более того, каждое поворотное буферное устройство 115 имеет центр 115.2 объема (который также называют центроидом объема или объемным центроидом).
TFP
BCP
Центр 115.2 объема каждого из поворотных буферных устройств 115 в поперечном направлении находится на расстоянии W от соответствующей плоскости 103.4 тягового усилия, что составляет около 8% ширины TW колеи. В дополнение, центр 115.2 объема каждого из поворотных буферных устройств 115 в поперечном направлении находится на расстоянии W от соответствующей плоскости 103.5 центра опоры, что составляет около 6% ширины BCW центра опоры. Следовательно, достигают преимущественно близкого пространственного соотношения между поворотными буферными устройствами 115 и областями, в которых тяговое усилие прикладывают к ходовой части 102 (а именно, плоскостью 103.4 тягового усилия), и к корпусу 107 рамы (а именно, плоскостью 103.5 центра опоры). Наконец, центр 115.2 объема поворотных буферных устройств 115 расположен в общей плоскости (перпендикулярной поперечному направлению) с продольной центральной осью 108.4 центрального участка 108.2 соответствующей продольной балки 108.
Вышеприведенная конфигурация обладает преимуществом, которое заключается в том, что в настоящем примере можно реализовать фактически наикратчайший возможный путь для передачи тягового усилия от ходовой части 102, более точно, в конечном счете, от точки контакта колеса с рельсом к кузову 101.1 вагона. Следовательно, в настоящем примере в отличие от многих известных в области техники решений передаваемые тяговые усилия не должны проходить через поперечину 109. Это позволяет реализовать легковесную и менее жесткую конструкцию поперечины 109, как было подробно описано выше. Как отмечалось, такая менее жесткая конструкция, в частности, с уменьшенной жесткостью при кручении вокруг поперечного направления, является предпочтительной с точки зрения комфорта во время движения и в отношении безопасности при сходе с рельсов. Следовательно, в конечном счете, такая ходовая часть 102 настоящего примера, по меньшей мере, с точки зрения комфорта во время движения и в отношении безопасности при сходе с рельсов, гораздо неприхотливее к неблагоприятному состоянию пути.
Когда тяговое усилие, которое надо передать в противоположном втором направлении (например, в направлении обратном движению), два поворотных буферных устройства 115 (в продольном направлении), расположенные на другой стороне от центра ходовой части (и образующие третье и четвертое поворотные буферные устройства в смысле настоящего изобретения), берут на себя функцию тягового соединения так же, как было описано выше для первого и второго поворотного буферного устройства. Другими словами, в таком случае третье и четвертое поворотные буферные устройства 115 образуют дополнительное тяговое соединение между ходовой частью 102 и кузовом 101.1 вагона в смысле настоящего изобретения.
Поперечное перемещение кузова 101.1 вагона относительно ходовой части 102, обычным способом обеспечивают посредством двух поперечных буферных устройств 118, установленных на поперечине 109 вблизи от поперечного демпфера 114.
Как можно увидеть на фиг. 7, соответствующее поворотное буферное устройство 115 содержит буферный блок 119, имеющий первый опорный компонент 119.1 по существу дискообразной формы, второй опорный компонент 119.2 по существу дискообразной формы и буферный компонент 119.3 по существу кольцеобразной формы. Буферный компонент 119.3 в опорном направлении параллельном продольному направлению расположен между первым опорным компонентом 119.1 и вторым опорным компонентом 119.2.
Буферный компонент 119.3 приспособлен для того, чтобы демпфировать движение между первым опорным компонентом 119.1 и вторым опорным компонентом 119.2 в опорном направлении. Для достижения этой функции демпфирования в настоящем примере буферный компонент 119.3 выполнен из полиуретанового (PUR) материала, так как оказалось, что эти материалы особенно подходят для получения надежных, недорогих и долговечных компонентов.
Для буферного компонента 119.3 можно выбрать любую желаемую буферную характеристику. Предпочтительно, чтобы была выбрана изначально высокая, но затем последовательно снижающаяся буферная характеристика. Такая конфигурация обеспечивает преимущество быстрого возникновения значительного буферного усилия и, следовательно, эффекта тягового соединения и дальнейшего среднего роста усилия во время больших отклонений (т.е., например, сравнительно низкого общего сопротивления при преодолении изогнутого пути).
Первый и второй опорные компоненты 119.1 и 119.2 выполнены из металла, чтобы, соответственно, обеспечить соединение, обладающее структурной жесткостью и длительной стабильностью. Тем не менее, первая контактная поверхность 115.1 образована сменной контактной вставкой 119.4 первого опорного компонента 119.1, выполненной из пластикового материала, чтобы сократить трение между первым и вторым контактирующими элементами.
Каждый из компонентов 119.1-119.3 в настоящем примере имеет размер в радиальном направлении (проходящем поперек опорному направлению), который больше, чем его размер в опорном направлении, в частности, по меньшей мере, от 150% до 200% этого размера в опорном направлении.
RB,max
RB,max
RBC,max
RBC,max
RBC,max
Более того, как ясно видно на фиг. 7, в опорном направлении буферный блок 119 имеет максимальную длину L буфера и максимальный диаметр D буфера в радиальном направлении, который составляет 225% от максимальной длины буфера. Кроме того, в опорном направлении буферный компонент 119.3 имеет максимальную длину L буферного компонента и максимальный диаметр D буферного компонента в радиальном направлении, который составляет 350% от максимальной длины L буферного компонента. Следовательно, из-за сравнительно большого размера компонентов в радиальном направлении тяговое усилие распределяется по сравнительно большому компоненту, что приводит к сокращению напряжений в буферных компонентах 119.1-119.3. Тем не менее, из-за сравнительно короткого размера буферных компонентов 119.1-119.3 в продольном направлении общий объем, требуемый для поворотного буферного устройства 115, удерживают в рамках приемлемых ограничений.
Буферный блок 119 содержит направляющее устройство 119.5, ограничивающее движение между первым опорным компонентом 119.1 и вторым опорным компонентом 119.2 в радиальном направлении, чтобы сохранять радиальные напряжения сдвига в буферном компоненте 119.3 приемлемо низкими. Для этого, направляющее устройство 119.5 содержит поршневой элемент 119.6, соединенный с первым опорным компонентом 119.1, и цилиндрический элемент 119.7, соединенный со вторым опорным компонентом 119.2.
Поршневой элемент 119.6 и цилиндрический элемент 119.7 расположены в центре, в буферном компоненте 109.3, так что получают очень компактную конфигурацию. Более того, и поршневой элемент 119.6, и цилиндрический элемент 119.7 содержат центрирующие участки 119.8 и 119.9 соответственно, взаимодействующие с внутренней стенкой одного буферного компонента 119.3, чтобы простым и экономящим пространство способом обеспечить взаимное выравнивание компонентов буферного блока 119.
В ненагруженном состоянии буферного блока 119 (как показано на фиг. 7) поршневой элемент 119.6 имеет радиальный люфт в радиальном направлении относительно цилиндрического элемента 119.7, так что между поршневым элементом 119.6 и цилиндрическим элементом 119.7 возможен относительный наклон. Такой наклон, в частности, может быть подходящим, если возникает угловое отклонение между ходовой частью 102 и кузовом 101.1 вагона, т.е. если поворотное буферное устройство 115 выполняет свою собственную функцию в качестве поворотного буфера.
При нагружении буферного блока 119 и, следовательно, сжатии буферного компонента 119.3 поршневой элемент 119.6 погружается в цилиндрический элемент 119.7 в опорном направлении. В случае если буферного блока 119 нагружают так, что вызывают радиальное отклонение первого опорного компонента 119.1 (относительно второго опорного компонента 119.1), поршневой элемент 119.6 взаимодействует с цилиндрическим элементом 119.7 в радиальном направлении, чтобы ограничить относительное движение в радиальном направлении.
Ограничение отклонения буферного компонента 119.3 в опорном направлении обеспечено устройством резкого торможения, образованным сопряженными контактными поверхностями 119.10 и 119.11, выполненными на соответствующих центрирующих участках 119.8 и 119.9 поршневого элемента 119.6 и цилиндрического элемента 119.7 соответственно. Следовательно, предотвращают избыточную сжимающую нагрузку буферного компонента 119.3.
В настоящем примере часть кузова 101.1 вагона, опирающаяся на ходовую часть 102, имеет длину кузова вагона, которую выбирают так, чтобы при нормальной ориентации рельсового транспортного средства 101 на данной сети путей, имеющей заданный минимальный радиус кривизны пути, максимальное угловое отклонение кузова вагона относительно ходовой части вокруг оси вращения от нейтрального, не отклоненного состояния (как показано на фигурах) составляло около 2,5°. Для этого, часть кузова 101.1 вагона, опирающаяся на ходовую часть 102 в продольном направлении имеет длину кузова вагона, которая составляет 600% от расстояния колесного блока двух колесных блоков 103 (более точно, их соответствующих осей вращения) ходовой части 102 в продольном направлении. Следовательно, при нормальном функционировании транспортного средства 101 возникают преимущественно небольшие угловые отклонения кузова 101.1 вагона относительно ходовой части 102 вокруг оси вращения, как было описано выше.
Как показано на фиг. 5, 6 и 8, в продольном направлении поворотные буферные устройства 115 на каждой стороне транспортного средства выполнены по существу на одной прямой друг с другом и с двумя вторичными элементами 120 подвески вторичного подвесного устройства 106, расположенного между ними. Тем самым, передача усилий между ходовой частью 102 и кузовом 101.1 вагона является особенно благоприятной.
Как лучше всего видно на фиг. 7, в соответствии с аспектом настоящего изобретения каждый вторичный элемент подвески образован пружинным устройством 120, содержащим корпус 120.1 пружины, по существу выполненный из полимерного материала, а именно, резины, и задающий осевое направление (в нейтральном состоянии, как показано, располагаясь параллельно направлению по высоте) и радиальное направление.
Центральный участок 120.2 корпуса 120.1 пружины в осевом направлении расположен между первым концевым участком 120.3, заканчивающимся на первой внешней торцевой поверхности 120.4, и вторым концевым участком 120.3, заканчивающимся на второй внешней торцевой поверхности 120.4. Центральный участок 120.2 имеет два радиально утонченных участка 120.5, разделенных расположенным в центре (в осевом направлении) выступом 120.6 корпуса 120.1 пружины.
Каждый из концевых участков имеет выемку, проходящую в осевом направлении от внешней торцевой поверхности 120.4 к центральному участку 120.2, так что образуется осевая полость 120.7 корпуса пружины. Осевая полость 120.7 корпуса пружины ограничена соответствующей внутренней поверхностью 120.8 корпуса 120.1 пружины.
Вставку 121, выполненную из полимерного материала, а именно, из полиамидного (РА) материала, вставляют в осевую полость 102.7 корпуса пружины. Вставка 121 контактирует с соответствующей внутренней поверхностью 120.8 корпуса 120.1 пружины, чтобы модифицировать жесткость пружинного устройства по сравнению с исходным состоянием, когда вставка 121 не вставлена в осевую полость 120.7 корпуса пружины. Более точно, вставка модифицирует и осевую жесткость (в осевом направлении), и поперечную жесткость (перпендикулярно осевому направлению) пружинного устройства 120.
Следует учесть, что вставку 121 можно применять не только для того, чтобы статично модифицировать соответствующее механическое свойство, например, просто добавляя постоянное смещение соответствующей характеристике корпуса 120.1 пружины. Наоборот, вставка 121 также может быть использована для того, чтобы переменно модифицировать характеристику соответствующей жесткости. Следовательно, например, в зависимости от конструкции вставки 121, вставку 121 можно использовать для того, чтобы обеспечить не только, по меньшей мере, по участкам постоянное смещение характеристики соответствующей жесткости при увеличении отклонения. Ее также можно использовать, чтобы обеспечить, по меньшей мере, возрастающую по участкам и/или, по меньшей мере, убывающую по участкам характеристику соответствующей жесткости.
В настоящем примере вставка 121 представляет собой кольцевой тороидальный компонент по существу куполообразной формы, имеющий в целом коническую внешнюю форму, приблизительно соответствующую сопряженной стенке 120.8 полости корпуса пружины. Для этого, вставка 121 ограничена поверхностью 121.1 внешней стенки вставки, причем поверхность внешней стенки вставки, которая в плоскости сечения содержит центральную ось вставки (как показано на фиг. 8), имеет изогнутый контур в разрезе.
Чтобы достичь требуемой модификации соответствующей жесткости, регулирование механических свойств вставки 121, в частности, ее сопротивления отклонению, осуществляют посредством выполнения полости 121.2 вставки, расположенной на торцевой стороне вставки 121, направленной от центрального участка 120.2 корпуса 120.1 пружины. Такая полость 121.2 вставки обеспечивает дополнительную степень свободы конструкции, которая позволяет очень просто адаптировать сопротивление отклонению посредством простой модификации формы полости 121.2.
Полость 121.2 вставки также представляет собой по существу тороид, имеющий в целом коническую внешнюю форму, тем самым допуская очень простую и легкую в изготовлении адаптацию механических свойств вставки 121. Здесь, полость вставки ограничена поверхностью 121.3 стенки полости вставки, которая в плоскости сечения содержит центральную ось полости вставки (как показано на фиг. 8), имеет изогнутый контур в разрезе.
Корпус 120.1 пружины имеет по существу тороидальную внешнюю форму, более точно, корпус 120.1 пружины имеет по существу форму песочных часов. Следовательно, корпус пружины ограничен поверхностью внешней стенки корпуса пружины, которая в плоскости сечения содержит центральную ось корпуса 120.9 пружины (как показано на фиг. 8) имеет в сечении изогнутый контур и (в области радиального выступа 120.6) многоугольный контур в сечении.
То же самое применимо к полости 120.7 корпуса пружины. В показанном варианте осуществления полость 120.7 корпуса пружины имеет по существу тороидальную внешнюю форму, а именно, в целом коническую внешнюю форму. Соответствующая поверхность 120.8 стенки полости корпуса пружины в плоскости сечения, содержащая центральную ось 120.9 (как показано на фиг. 8), имеет в сечении изогнутый контур.
Размеры корпуса 120.1 пружины и полости 120.7 корпуса пружины приспособлены к специфичному приложению пружинного устройства 120, в частности, так, чтобы получить осевую жесткость и поперечную жесткость пружинного устройства 120 путем выбора соответствующих размеров.
SB,max
SBW,min
SBW
SBW,min
SB,max
SB,max
SBW
SB,max
В общем, корпус 120.1 пружины задает в первом концевом участке 120.3 и в радиальном направлении максимальный внешний диаметр D корпуса пружины, в то время как каждый суженный участок 120.5 в радиальном направлении задает минимальный диаметр D утончения корпуса 102.1 пружины, расположенного в осевом направлении на максимальном осевом расстоянии H утончения от внешней торцевой поверхности 120.4. В настоящем варианте осуществления минимальный диаметр D утончения составляет 76% от максимального внешнего диаметра D корпуса пружины. Кроме того, корпус 120.1 пружины в осевом направлении проходит на максимальный осевой размер H пружины, при этом максимальное осевое расстояние H утончения составляет 41% от максимального осевого размера H пружины.
SBC,max
SBC,min
SBC,max
SBC,max
SB,max
SBC,min
SBC,max
SBC,max
SBW
Более того, в общем, в радиальном направлении полость 102.7 корпуса пружины задает максимальный диаметр D полости корпуса пружины и минимальный диаметр D полости корпуса пружины, а в осевом направлении - максимальный осевой размер H полости корпуса пружины. В настоящем примере максимальный диаметр D полости корпуса пружины составляет 70% от максимального внешнего диаметра D корпуса пружины. Кроме того, минимальный диаметр D полости корпуса пружины составляет 50% от максимального диаметра D полости корпуса пружины. Более того, максимальный осевой размер H полости корпуса пружины составляет 63% от максимального осевого расстояния H до утончения.
Размеры вставки 121 и полости 121.2 вставки подогнаны так, чтобы получить особую модификацию соответствующей жесткости пружинного устройства 120. В настоящем примере выбраны следующие размеры.
IO,max
IO,min
I,max
IO,min
IO,max
I,max
SBC,max
В общем, в радиальном направлении вставка 121 задает максимальный внешний диаметр D вставки и минимальный внешний диаметр D вставки, а в осевом направлении - максимальный осевой размер Η вставки. В настоящем примере минимальный внешний диаметр D вставки составляет 61% от максимального внешнего диаметра D вставки. Более того, максимальный осевой размер H вставки составляет 58% от максимального осевого размера H полости корпуса пружины (в осевом направлении).
IC,max
IC,min
IC,max
IC,max
IO,max
IC,min
IC,max
IC,max
I,max
Более того, в общем, полость 121.2 вставки (в радиальном направлении) задает максимальный диаметр D полости вставки и минимальный диаметр D полости вставки, а в осевом направлении - максимальный осевой размер H полости вставки. Здесь, максимальный диаметр D полости вставки составляет 68% от максимального внешнего диаметра D вставки. Кроме того, минимальный диаметр D полости вставки составляет 37% от максимального диаметра D полости вставки. Более того, максимальный осевой размер H полости вставки составляет 71% от максимального осевого размера H вставки.
Следует отметить, что благодаря своей осесимметричной конструкции корпус 120.1 пружины и вставка 121 обеспечивают ненаправленное поведение в радиальном направлении и в поперечном направлении соответственно.
RB,max
RB,max
Как можно лучше всего увидеть на фиг. 8, центральный участок 120.2 корпуса 120.1 пружины содержит внутренний усиливающий блок 122. Внутренний усиливающий блок 122 содержит полую цилиндрическую усиливающую втулку 122.1, которая в радиальном направлении ограничивает максимальный внешний диаметр D втулки, а в осевом направлении - максимальный осевой размер H втулки.
В настоящем примере втулка 122.1 в осевом направлении достигает полости 120.7 корпуса пружины, так чтобы достигалось должное усиление чувствительного центрального участка 120.2. Более того, в осевом направлении втулка 122.1 образовывает осевой канал через центральный участок 120.2, который радиально и вдоль оси расположен по существу по центру. Посредством этого можно получить сравнительно легковесную конфигурацию. В настоящем примере втулка 122.1 по внешнему периметру крепко присоединена к корпусу 120.1 пружины.
RB,max
SBC,max
RB,max
SB,max
Размеры втулки 122.1 подогнаны так, чтобы, выбирая следующие размеры, получить особые механические свойства пружинного устройства 120. Максимальный внешний диаметр D втулки составляет 98% от максимального диаметра D полости корпуса пружины. Кроме того, максимальный осевой размер H втулки составляет 49% от максимального осевого размера H корпуса пружины в осевом направлении.
RP,max
RR,max
SB,max
Более того, внутренний усиливающий блок 122 содержит кольцеобразный усиливающий пластинчатый элемент 122.2, в основном проходящий в радиальном направлении и в радиальном направлении ограничивающий максимальный внешний диаметр D усиливающей пластины. В настоящем примере максимальный внешний диаметр D усиливающей пластины составляет 89% от максимального диаметра D корпуса пружины.
Усиливающий пластинчатый элемент 122.2 представляет собой единственный усиливающий элемент, крепко соединенный в радиальном направлении с усиливающей втулкой 122.1. В настоящем примере усиливающий пластинчатый элемент расположен по оси в центре в области радиального выступа 120.6. Усиливающий пластинчатый элемент 122.2 по существу полностью встроен в корпус 120.1 пружины, при этом обеспечивается защита усиливающего пластинчатого элемента 122.2 от коррозии.
Более того, в настоящем примере усиливающий блок 122 выполнен из металла, тем самым получая простое и недорогое усиление. Особенно легковесную конструкцию получают при использовании для усиливающего блока 122 алюминиевого (Al) материала.
Концевые участки 120.3 корпуса 120.1 пружины покрыты опорным пластинчатым элементом 123, обеспечивающим зону сопряжения, с которой легко иметь дело при изготовлении транспортного средства 101. Каждый опорный пластинчатый элемент 123 содержит центрирующий участок 123.1, выступающий по оси в полости 120.7 корпуса пружины, тем самым достигая должного сопряжения со смежным компонентом транспортного средства. Более того, в настоящем примере каждый из концевых участков 120.3 содержит встроенный кольцеобразный усиливающий компонент 124, расположенный вблизи от внешней торцевой поверхности 120.4. В настоящем примере для опорного пластинчатого элемента 123 и встроенного усиливающего компонента 124 выбран металл, а именно, алюминий (Al).
Как показано на фиг. 1, кузов 101.1 вагона (более точно, либо та же часть кузова 101.1 вагона, также поддерживаемая на первой ходовой части 102, либо другая часть кузова 101 вагона) поддерживается на дополнительной второй ходовой части 116. Вторая ходовая часть 116 идентична первой ходовой части 102 во всех деталях, описанных выше. Тем не менее, в то время как первая ходовая часть 102 представляет собой ведущую ходовую часть с приводным блоком (не показан), установленным на корпус 107 рамы, вторая ходовая часть 116 не является ведущей ходовой частью и не имеет установленного на корпусе 107 рамы приводного блока.
Следовательно, в соответствии с дополнительном аспектом настоящего изобретения корпус 107 рамы образует стандартизированный компонент, который используют и для первой ходовой части 102, и для второй ходовой части, т.е. для различных типов ходовых частей. Приспособление соответствующего корпуса 107 рамы к специфичному типу ходовой части можно выполнить с помощью установки на стандартизированный корпус 107 рамы специфических компонентов дополнительного типа. Такой подход очень предпочтителен с точки зрения коммерческой отдачи. Это происходит благодаря тому факту, что в дополнение к существенной экономии, получаемой вследствие автоматизированного процесса литья, надо изготовить только один тип корпуса 107 рамы, который дает дополнительное существенное снижение затрат.
В этом контексте следует еще отметить, что приспособление ходовой части 102, 116 к специфическому типу или функции на основе идентичных корпусов 107 рамы не ограничено отличиями с точки зрения ведущих и не ведущих ходовых частей. Можно использовать любые другие функциональные компоненты (такие как, например, специфические типы тормозов, системы перекоса, системы обеспечения качения и т.д.) для получения соответствующей функциональной дифференциации между такими ходовыми частями на основе стандартизированных идентичных корпусов 107 рамы.
Хотя выше настоящее изобретение было описано только в контексте рельсовых транспортных средств с низким уровнем пола, тем не менее, понятно, что оно также может быть применено к любому типу рельсового транспортного средства, чтобы преодолеть аналогичные проблемы касательно простого решения для упрощения изготовления.