ХОДОВАЯ ЧАСТЬ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
CHASSIS OF RAIL VEHICLE

Настоящее изобретение относится к ходовой части рельсового транспортного средства, определяющей продольное направление, поперечное направление и вертикальное направление, при этом ходовая часть содержит первую колесную пару и вторую колесную пару, определяющие межосевое расстояние колесной пары, раму ходовой части, установленную на первую колесную пару и вторую колесную пару, и первое приводное устройство, приводящее в действие первую колесную пару. Первое приводное устройство содержит первое устройство обеспечения реактивного момента, соединенное с рамой ходовой части в первой опорной точке для балансировки движущего момента, прикладываемого к первой колесной паре первым приводным устройством. Первая опорная точка, в поперечном направлении, поперечно смещена от центра рамы ходовой части. Настоящее изобретение также относится к рельсовому транспортному средству, содержащему подобную ходовую часть.
В подобных ходовых частях передача реактивного момента, который должен прикладываться к приводному устройству для балансировки положительного момента (например, при ускорении) или отрицательного момента (например, при рекуперативном торможении), передаваемых от приводного устройства к колесной паре, обычно осуществляется при помощи соответствующего вспомогательного рычажного механизма, шарнирно соединенного как с рамой ходовой части, так и с приводным устройством таким образом, чтобы компенсировать относительное перемещение между колесной парой и рамой ходовой части.
Между тем, недостаток подобных ходовых частей обычно заключается в том, что из-за поперечного смещения опорной точки относительно центра ходовой части реактивная сила (создающая реактивный момент), воздействующая на раму ходовой части, создает момент качения, воздействующий на раму ходовой части вдоль оси качения, параллельно продольному направлению. Поэтому рама ходовой части, упруго опирающаяся на колесные пары, в зависимости от фактического крутящего момента, передаваемого от приводного устройства на колесную пару, испытывает момент качения, который меняется во времени. Подобный изменяемый момент качения, воздействующий на раму ходовой части, негативно влияет на ходовые свойства или на динамические свойства ходовой части.
Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить компоновку, которая лишена вышеуказанных недостатков, либо в которой они проявляются в меньшей степени и которая позволяет, в частности, достаточно простым образом улучшить ходовые показатели и динамические свойства ходовой части рельсового транспортного средства.
Поставленная задача решена посредством настоящего изобретения, охарактеризованного признаками п. 1 формулы изобретения.
Настоящее изобретение основано на технической идее, заключающейся в том, что момент качения, передаваемый на раму ходовой части устройством обеспечения реактивного момента, можно значительно уменьшить за счет увеличения продольного расстояния (т.е. расстояния в продольном направлении) между опорной точкой и осью качения колесной пары. Подобное увеличение продольного расстояния между опорной точкой и осью колесной пары увеличивает плечо пары сил реактивной силы, создающей реактивный момент, таким образом, что реактивная сила, необходимая для создания определенного реактивного момента, уменьшается. В результате момент качения, создаваемый подобной уменьшенной реактивной силой в раме ходовой части, благоприятным образом также уменьшается.
Таким образом, по одному из аспектов настоящее изобретение относится к ходовой части рельсового транспортного средства, определяющей продольное направление, поперечное направление и вертикальное направление, ходовая часть содержит первую колесную пару и вторую колесную пару, определяющие межосевое расстояние колесной пары, раму ходовой части, установленную на первую колесную пару и вторую колесную пару, и первое приводное устройство, приводящее в действие первую колесную пару. Первое приводное устройство содержит первое устройство обеспечения реактивного момента, соединенное с рамой ходовой части в первой опорной точке для балансировки движущего момента, прикладываемого к первой колесной паре первым приводным устройством. Первая опорная точка, в поперечном направлении, поперечно смещена от центра рамы ходовой части. Первая опорная точка, в продольном направлении, расположена на расстоянии первой опорной точки от оси первой колесной пары, которое составляет по меньшей мере 35% от межосевого расстояния колесной пары.
Следует учесть, что момент качения, воздействующий на раму ходовой части в результате приложения реактивной силы к опорной точке, уменьшается по мере увеличения расстояния первой опорной точки. Поэтому предпочтительно расстояние первой опорной точки составляет по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 75%, более предпочтительно от 75% до 90% от межосевого расстояния колесной пары. Между тем следует понимать, что по другим вариантам осуществления изобретения расстояние опорной точки может быть еще больше. В частности, расстояние опорной точки даже может превышать межосевое расстояние колесной пары.
Приводное устройство может быть устройством любого требуемого и подходящего типа, создающим соответствующий крутящий момент, прикладываемый (при торможении или ускорении) к колесной паре. Предпочтительно первое приводное устройство содержит первый редуктор и первый электродвигатель, первое устройство обеспечения реактивного момента соединено с первым редуктором.
Первое устройство обеспечения реактивного момента может быть соединено с редуктором любым соответствующим образом. Предпочтительно, для обеспечения надлежащей передачи реактивного момента, первое устройство обеспечения реактивного момента соединено с первым редуктором по меньшей мере в двух точках соединения. Предпочтительно, в целях обеспечения соответствующей передачи с относительно малыми затратами, точки соединения разнесены между собой. Особенно простой и компактной передачи реактивного момента можно добиться, если две точки соединения разнести между собой по высоте.
Первое устройство обеспечения реактивного момента может иметь любую соответствующую конструкцию. Например, устройство может состоять из одного или нескольких, в целом, штангообразных элементов. Предпочтительно первое устройство обеспечения реактивного момента является, по существу, пластинчатым элементом. Подобный, по существу, пластинчатый элемент обеспечивает наиболее простую, но при этом эффективную передачу или обеспечение реактивного момента.
Предпочтительно пластинчатый элемент, образующий первое устройство обеспечения реактивного момента, определяет плоскость основной протяженности, которая в положении покоя ходовой части, установленной на прямые, горизонтальные рельсы, находится в плоскости, по существу, параллельной продольному направлению и вертикальному направлению. Поскольку указанная плоскость основной протяженности в указанном положении покоя, по существу, перпендикулярна оси колесной пары, то реактивный момент, по существу, воздействует на плоскость основной протяженности первого устройства обеспечения реактивного момента. Поэтому для обеспечения надлежащей передачи реактивного момента достаточно сравнительно тонкого пластинчатого элемента.
По другим предпочтительным вариантам осуществления изобретения с наиболее простой конструкцией, первое устройство обеспечения реактивного момента, в целом, является L-образным элементом с коротким хвостовиком и длинным хвостовиком. Предпочтительно первое устройство обеспечения реактивного момента соединено с первым приводным устройством у короткого хвостовика. В этом случае, в частности, можно использовать по меньшей мере две точки соединения, при этом, для обеспечения надлежащей передачи реактивного момента наиболее простым образом, точки соединения могут быть разнесены между собой по высоте.
Кроме этого, первое устройство обеспечения реактивного момента предпочтительно соединено с рамой ходовой части у свободного конца длинного хвостовика. Это также позволяет получить очень простую и прочную компоновку, обеспечивающую надлежащую передачу реактивного момента.
Следует понимать, что толщина устройства обеспечения реактивного момента (т.е. его размер, поперечный плоскости основной протяженности) может быть распределена любым соответствующим образом. Например, толщина первого устройства обеспечения реактивного момента может быть, по существу, равномерной по всей его длине и/или ширине.
Между тем, по другим предпочтительным вариантам осуществления изобретения у первого устройства обеспечения реактивного момента имеется первая торцевая секция, расположенная рядом с первой опорной точкой, вторая торцевая секция, соединенная с первым приводным устройством, и средняя секция, расположенная между первой торцевой секцией и второй торцевой секцией. В плоскости, перпендикулярной продольному направлению, первая торцевая секция имеет толщину первой торцевой секции, средняя секция имеет толщину средней секции, а вторая торцевая секция имеет толщину второй торцевой секции; толщина средней секции меньше толщины первой торцевой секции и/или толщины второй торцевой секции. Это позволяет получить относительно легкую и компактную компоновку первого устройства обеспечения реактивного момента.
Предпочтительно толщина средней секции составляет менее 75%, предпочтительно менее 60%, более предпочтительно от 30% до 60% от толщины первой торцевой секции и/или толщины второй торцевой секции. В данных случаях, возможно получить относительно легкую и компактную компоновку, позволяющую при этом передавать значительные реактивные моменты.
Средняя секция может проходить на произвольное расстояние в продольном направлении. Предпочтительно первое устройство обеспечения реактивного момента имеет, в продольном направлении, длину первого устройства обеспечения реактивного момента, а длина средней секции в продольном направлении составляет по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 60%, более предпочтительно от 75% до 90% от длины первого устройства обеспечения реактивного момента. Это позволяет значительно снизить вес и пространство, занимаемое первым устройством обеспечения реактивного момента.
Пространственное расположение первого устройства обеспечения реактивного момента относительно компонентов первого приводного устройства может быть любым. Предпочтительно первое приводное устройство содержит первый редуктор и первый электродвигатель, приводящий в действие первую колесную пару посредством первого редуктора, первый электродвигатель имеет, по существу, призматическую или цилиндрическую корпусную секцию электродвигателя. Корпусная секция электродвигателя имеет, в продольном направлении, длину корпусной секции электродвигателя, а средняя секция примыкает к первому электродвигателю. Длина средней секции, в продольном направлении, составляет по меньшей мере 100%, предпочтительно по меньшей мере 105%, более предпочтительно от 105% до 140% от длины корпусной секции электродвигателя. Преимущество этого заключается в том, что корпусная секция первого электродвигателя может (обычно поперечно) заходить в выемку или углубление, образуемое средней секцией внутри первого устройства обеспечения реактивного момента, что позволяет получить очень компактную и небольшую компоновку.
По предпочтительным вариантам осуществления изобретения первое приводное устройство содержит первый редуктор и первый электродвигатель, приводящий в действие первую колесную пару посредством первого редуктора. Первое устройство обеспечения реактивного момента проходит вдоль первого электродвигателя. У первого электродвигателя имеется защитный стопорный элемент, выполненный с возможностью зацепления с первым устройством обеспечения реактивного момента в случае поломки первого электродвигателя, в частности в районе приводного соединения между первым электродвигателем и первым редуктором.
По другим предпочтительным вариантам осуществления изобретения первое приводное устройство содержит первый редуктор и первый электродвигатель, приводящий в действие первую колесную пару посредством первого редуктора. Первый электродвигатель, у торца, оппозитного первому редуктору, соединен с рамой ходовой части посредством первой монтажной стойки. Первое устройство обеспечения реактивного момента соединено с первой монтажной стойкой в первой опорной точке. Это позволяет, за счет того, что опорная точка находится в районе торца первого приводного устройства, обращенного в сторону от первой колесной пары, создать значительное плечо рычага для реактивной силы, а, следовательно, существенно уменьшить реактивную силу (для конкретного передаваемого реактивного момента). Кроме этого, использование монтажной стойки позволяет получить очень простое и легкое в изготовлении сопряжение для передачи реактивного усилия на раму ходовой части.
Следует учесть, что передачу реактивного усилия на раму ходовой части можно осуществить любым соответствующим путем. Предпочтительно первое устройство обеспечения реактивного момента соединено с рамой ходовой части и/или с приводным устройством поперечно упругим образом. Это позволяет компенсировать относительное перемещение между первым приводным устройством и рамой ходовой части исключительно простым и эффективным образом.
Следует понимать, что поперечно смещенное первое приводное устройство может быть расположено в любом положении, в поперечном направлении относительно центра ходовой части. Например, устройство может находиться в пространстве, образованном между двумя колесами соответствующей колесной пары. Между тем, наибольший эффект от настоящего изобретения достигается в том случае, когда два колеса первой колесной пары определяют ширину колеи, а первое приводное устройство находится, в поперечном направлении, снаружи пространства, определяемого между двумя колесами.
Следует понимать, что настоящее изобретение может использоваться в компоновках с единственным приводным устройством. Между тем, предпочтительно имеется второе приводное устройство, второе приводное устройство приводит в действие вторую колесную пару. Второе приводное устройство содержит второе устройство обеспечения реактивного момента, соединенное с рамой ходовой части во второй опорной точке для балансировки движущего момента, прикладываемого ко второй колесной паре вторым приводным устройством. Следует понимать, что второе приводное устройство, в частности его устройство обеспечения реактивного момента, также может обладать всеми признаками и функциональностью, рассмотренными выше для первого приводного устройства. Первое и второе приводные устройства могут иметь разную конструкцию и компоновку. Однако предпочтительно первое и второе приводные устройства, в частности их устройства обеспечения реактивного момента, имеют, по существу, одинаковую конструкцию. В частности, может использоваться, по существу, вращательно симметричная компоновка (обычно относительно вертикальной средней линии ходовой части) первого и второго приводных устройств.
Поэтому вторая опорная точка предпочтительно смещена от центра рамы ходовой части в поперечном направлении, вторая опорная точка расположена, в продольном направлении, на расстоянии второй опорной точки от второй оси колесной пары, составляющем по меньшей мере 35% от межосевого расстояния колесной пары.
Следует понимать, что два приводных устройства могут быть расположены с одной и той же стороны рамы ходовой части. Тем не менее, предпочтительно, чтобы по вариантам осуществления, упрощающим интегрирование двух приводных устройств в ходовую часть, первое приводное устройство и второе приводное устройство находились, в поперечном направлении, с оппозитных сторон рамы ходовой части. В этом случае предпочтительно используется центрально симметричное расположение двух приводных устройств.
Настоящее изобретение относится к рельсовому транспортному средству с вагоном, установленным на ходовую часть по изобретению.
Другие варианты осуществления настоящего изобретения станут понятны из прилагаемой формулы изобретения и последующего описания предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
на фиг. 1 схематически показан вид сбоку фрагмента рельсового транспортного средства по одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения с ходовой частью по одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 показан схематический вид в перспективе компонентов ходовой части по фиг. 1;
на фиг. 3 показан схематический вид в перспективе первого приводного устройства по фиг. 2.
Далее, со ссылкой на фигуры 1-3 будет рассмотрено рельсовое транспортное средство 101 по одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, содержащее ходовую часть 102 по одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения. В целях упрощения предлагаемого ниже описания на фигурах используется система координат xyz, в которой (на прямом, горизонтальном рельсе TR) ось х обозначает продольное направление рельсового транспортного средства 101, ось у обозначает поперечное направление рельсового транспортного средства 101, а ось z обозначает вертикальное направление рельсового транспортного средства 101 (то же самое, разумеется, относится и к ходовой части 102). Следует понимать, что, если это не оговорено отдельно, при дальнейшем упоминании положений и ориентации компонентов рельсового транспортного средства подразумевается неподвижное положение, при котором рельсовое транспортное средство 101 установлено на прямые горизонтальные рельсы при номинальной нагрузке.
Транспортное средство 101 является низкопольным рельсовым транспортным средством, таким как трамвай и т.п. Транспортное средство 101 содержит вагон 101.1, установленный при помощи системы подвески на ходовую часть 102. Ходовая часть 102 содержит две колесные пары в виде колесных комплектов 103.1, 103.2, на которые при помощи основного рессорного устройства 105 установлена рама 104 ходовой части. На раму 104 ходовой части при помощи дополнительного рессорного устройства 106 установлен вагон.
Как видно из фиг. 2, на которой показан фрагмент ходовой части 102 без рамы 104 ходовой части, ходовая часть 102 содержит первую колесную пару 103.1, приводимую в действие первым приводным устройством 107.1, и вторую колесную пару 103.2, приводимую в действие вторым приводным устройством 107.2. Первое приводное устройство 107.1 и второе приводное устройство 107.2 расположены с оппозитных боковых сторон ходовой части 102, но при этом имеют, по существу, одинаковую конструкцию, таким образом, что создается, по существу, симметричная компоновка относительно центра С ходовой части 102. Точней, создается, по существу, вращательная симметрия относительно средней линии CL, проходящей через центр С ходовой части 102, параллельно вертикальному направлению (направлению z), таким образом, что при повороте первого приводного устройства 107.1 на 180° вокруг средней линии CL получается второе приводное устройство 107.2.
Далее признаки и функциональность обоих приводных устройств 107.1, 107.2 будут рассмотрены на примере первого приводного устройства 107.1 со ссылкой на фигуры 2 и 3. Поэтому, если это не оговорено отдельно, все утверждения ниже, относящиеся к первому приводному устройству 107.1, в равной степени относятся и ко второму приводному устройству 107.2.
Как видно из фиг. 2, первая колесная пара 103.1 и вторая колесная пара 103.2 определяют межосевое расстояние AD колесной пары. Первое приводное устройство 107.1 содержит первый электродвигатель 108, приводящий в действие первую колесную пару 103.1 посредством первого редуктора 109, соединенного с первым электродвигателем 108 при помощи традиционного устройства сцепления.
Первое приводное устройство 107.1 также содержит первое устройство 110 обеспечения реактивного момента, соединенное с рамой 104 ходовой части при помощи первой стойки 111 в первой опорной точке SL1 для балансировки движущего момента MD, прикладываемого к первой колесной паре 103.1 первым приводным устройством 107.1. Движущий момент MD балансируется реактивным усилием FR1, прикладываемым к первому устройству 110 обеспечения реактивного момента в первой опорной точке SL1 посредством соединительного рычажного механизма 112 (создавая тем самым балансировочный момент MB, который балансирует реактивный момент MR, воздействующий на редуктор 109). То же самое относится и ко второму приводному устройству, в котором реактивное усилие FR2 создает соответствующий реактивный момент.
Первая опорная точка SL1 в поперечном направлении поперечно смещена от центра С рамы ходовой части, тогда как в продольном направлении первая опорная точка SL1 удалена на расстояние SLD1 первой опорной точки от оси 103.3 первой колесной пары 103.1. Как видно из фиг. 2, в настоящем примере расстояние SLD1 первой опорной точки составляет примерно 75% от межосевого расстояния AD колесной пары.
Как отмечалось выше, за счет подобных сравнительно больших расстояний SLD1, SLD2 между первыми опорными точками, момент MRO качения, воздействующий на раму 104 ходовой части (вокруг оси качения, параллельно продольной оси, т.е. оси х) в результате воздействия реактивных усилий FR1 и FR2 на первую и вторую опорные точки SL1 и SL2, существенно меньше по сравнению с традиционной конструкцией, в которой соответствующие опорные точки SL1, SL2 расположены сравнительно близко к соответствующим осям 103.3, 103.4 колесных пар.
Как видно из фиг. 3, первое устройство 110 обеспечения реактивного момента является, в целом, L-образным элементом, у которого имеется короткий хвостовик 110.1 и длинный хвостовик 110.2. Устройство 110 обеспечения реактивного момента соединено с первым редуктором 109 в двух соединительных точках 113.1, 113.2 на коротком хвостовике 110.1 для обеспечения надлежащей передачи реактивного момента MR, при этом первая опорная точка SL1 находится у свободного конца длинного хвостовика 110.2. Расстояние между соединительными точками 113.1, 113.2 в вертикальном направлении (направлении z) обеспечивает надлежащую передачу реактивного момента MR на редуктор 109 при сравнительно небольшом усилии. Кроме этого, расстояние в вертикальном направлении обеспечивает исключительно простую и компактную передачу реактивного момента на первый редуктор 109.
Как видно, в частности из фигур 2 и 3, первое устройство 110 обеспечения реактивного момента 110 является, по существу, пластинчатым элементом, определяющим плоскость основной протяженности, которая в положении покоя ходовой части 102, установленной на прямые, горизонтальные рельсы, проходит в плоскости, по существу, параллельной продольному направлению (направлению х) и вертикальному направлению (направлению z). Поскольку в указанном положении покоя плоскость основной протяженности, по существу, перпендикулярна оси 103.3 первой колесной пары 103.1, реактивный момент MR, по существу, действует в плоскости основной протяженности первого устройства 110 обеспечения реактивного момента. Поэтому для надлежащей передачи реактивного момента MR достаточно сравнительно тонкого пластинчатого элемента.
Как, в частности, видно из фиг. 3, у первого устройства 110 обеспечения реактивного момента имеется первая торцевая секция 110.3, примыкающая к первой опорной точке SL1, вторая торцевая секция 110.4, соединенная с первым редуктором 109, и средняя секция 110.5, расположенная (в продольном направлении) между первой торцевой секцией 110.3 и второй торцевой секцией 110.4.
В плоскости, перпендикулярной продольному направлению, первая торцевая секция 110.3 имеет толщину Т1 первой торцевой секции, средняя секция 110.5 имеет толщину ТМ, а вторая торцевая секция 110.4 имеет толщину Т2 второй торцевой секции. Как видно из фиг. 3, тогда как толщина Т1 первой торцевой секции, по существу, равна толщине Т2 второй торцевой секции, толщина ТМ средней секции составляет примерно лишь 50% от толщины Т1 и Т2 первой и второй торцевых секций, в результате чего в средней секции 110.5 образовано заметное поперечное углубление или выемка. За счет этого достигается сравнительно легкая и компактная компоновка первого устройства 110 обеспечения реактивного момента, которая, тем не менее, позволяет передавать значительные реактивные моменты MR.
В настоящем примере средняя секция 110.5, в продольном направлении, имеет первую длину UL1 устройства обеспечения реактивного момента, при этом средняя секция в продольном направлении имеет длину MSL средней секции, которая составляет примерно 70% от длины UL1 устройства обеспечения реактивного момента. Это позволяет значительно снизить вес и пространство, занимаемое первым устройством 110 обеспечения реактивного момента.
Кроме этого поперечное углубление, образуемое за счет уменьшения толщины ТМ средней секции 110.5, позволяет располагать первое устройство 110 обеспечения реактивного момента очень близко от первого приводного устройства 107.1. Точней, по существу, частично призматическая (со стороны ее продольных торцов) и, по существу, частично цилиндрическая (между ее продольными торцами) корпусная секция 108.1 электродвигателя имеет, в продольном направлении, длину MBL корпусной секции электродвигателя. Длина средней секции 110.5, в продольном направлении, составляет примерно 110% от длины MBL корпусной секции электродвигателя, поэтому корпусная секция 108.1 первого электродвигателя поперечно заходит в углубление, образованное средней секцией 110.5 внутри устройства 110 обеспечения реактивного момента, что делает компоновку очень компактной и небольшой.
Кроме этого, как видно из фиг. 3, у первого электродвигателя 108 имеется, по существу, крюкообразный защитный стопорный элемент 108.2, выполненный с возможностью зацепления с первым устройством 110 обеспечения реактивного момента в случае поломки первого электродвигателя 108, в частности, в районе приводного соединения между первым электродвигателем 108 и первым редуктором 109.
Кроме этого, как видно из фигур 2 и 3, хотя первый редуктор 109 установлен на валу первой колесной пары 103.1, первый электродвигатель 108 подвешен к раме ходовой части при помощи трех, чуть смещенных поперечно упругих соединений традиционной конструкции, образованных резиновыми подшипниками 114. Один из указанных подшипников 114 находится (в продольном направлении) примерно на уровне сцепления, соединяя первый электродвигатель 108 с редуктором 109. Два других подшипника 114 расположены у торца, оппозитного первому редуктору 109, соединяя первый электродвигатель 108 с рамой 104 ходовой части при помощи первой стойки 111.
Хотя настоящее изобретение было рассмотрено выше на примере неподвижной ходовой части для низкопольных рельсовых транспортных средств, следует понимать, что оно также может быть применимо для ходовых частей другого типа, а также для других типов рельсовых транспортных средств при устранении аналогичных проблем, связанных с уменьшением момента качения, возникающего на раме ходовой части из-за реактивных усилий, путем балансирования движущего крутящего момента, передаваемого приводным устройством на соответствующую колесную пару.