РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к области рельсовых транспортных средств и, более конкретно, к конструкции тележки рельсового транспортного средства.
Уровень техники
Рельсовый транспорт обладает множеством преимуществ, таких как большая пропускная способность, высокая скорость и безопасность, движение точно по расписанию, высокий уровень комфорта, уменьшенное воздействие на окружающую среду, экономичное использование энергетических и земельных ресурсов, а также способствование экономическому и техническому прогрессу. Многие страны во всем мире уже осознали важность первоочередного развития рельсовых транспортных систем.
Рельсовая транспортная система включает рельсы и рельсовые транспортные средства, перемещающиеся по рельсам. Рельсовое транспортное средство обычно содержит несколько вагонов, последовательно соединенных вдоль направления перемещения. Рельсовый вагон обычно выполнен в виде модуля, так что рельсовое транспортное средство может быть легко разобрано и собрано. Вагон установлен на тележке, находящейся на рельсах и обеспечивающей перемещение вагона вдоль рельсов.
Тележка является одной из важнейших частей рельсового транспортного средства. Тележка несет на себе всю массу рельсового вагона и груза, тащит и направляет рельсовое транспортного средства по рельсам, а также обеспечивает плавное перемещение транспортного средства как по прямолинейным, так и по криволинейным участкам. Тележка обеспечивает перевозку различных грузов в дополнение к собственной массе вагона.
Существующая тележка содержит раму, на которой неподвижно закреплен тяговый двигатель рельсового транспортного средства. Двигатель содержит ротор, соединенный с валом ротора. Вал ротора соединен с передачей с помощью соединительного механизма и используется для передачи момента и вращательного движения тягового двигателя на передачу. При этом силовая выходная часть передачи соединена с валом, на которой установлены колеса. Таким образом, вращательное движение от тягового двигателя передается на данный вал для приведения во вращение колес и их перекатывания по рельсам с обеспечением перемещения рельсового транспортного средства вперед.
Так как поверхность рельсов, по которым перемещается рельсовое транспортное средство, может быть неровной, при перекатывании колес по неровным рельсам могут возникать относительные перемещения между колесами, а следовательно между валами и рамой тележки, а также тяговым двигателем. Относительные перемещения могут представлять собой вертикальные перемещения вверх и вниз колес, а следовательно и осей, на которых они установлены, или отклонение продольной оси, то есть оси вращения, валов в плоскости указанной продольной оси, вертикальной относительно направления перемещения транспортного средства. В результате входной вал передачи может быть неколлинеарен или параллелен валу ротора тягового двигателя, при этом вал передачи и вал ротора двигателя также могут сдвигаться вдоль своих продольных осей.
Указанное выше относительное перемещение вала и рамы тележки, а следовательно и тягового двигателя может привести к воздействию дополнительного существенного момента или изгибающего усилия на вал и раму тележки или муфту между валом и рамой тележки или сопутствующими частями, что существенно влияет на срок службы и уменьшает безопасность эксплуатации рельсового транспортного средства.
В публикации DE 2925836 А1 описано рельсовое транспортное средство, содержащее тележку. На тележке установлена колесная пара и тяговый двигатель. Ротор тягового двигателя соединен посредством муфты с передачей, расположенной в корпусе. Передача содержит выходной вал для передачи тяговых усилий на колесную пару. Корпус опирается на тележку посредством сферического подшипника. На валу (оси) колесной пары установлено зубчатое колесо передачи.
Раскрытие полезной модели
Целью настоящей полезной модели является преодоление указанного выше недостатка, так чтобы относительные перемещения между валом, на котором установлены колеса, а следовательно передачей, и тележкой, а следовательно тяговым двигателем, могли корректироваться или компенсироваться зубчатой муфтой со сферической поверхностью зубьев, соединенной с тяговым двигателем и передачей. Это позволит предотвратить воздействие на муфту или сопутствующие части дополнительного существенного момента или изгибающих усилий и тем самым увеличит срок службы и повысит безопасность эксплуатации рельсового транспортного средства.
С этой целью в настоящей полезной модели предлагается рельсовое транспортное средство, содержащее:
тележку, имеющую раму и вал, закрепленный на раме;
тяговый двигатель, закрепленный на раме тележки, причем тяговый двигатель содержит ротор, соединенный с валом ротора для передачи вращательного движения на вал тележки;
передачу, расположенную в корпусе и содержащую силовые выходные части для передачи тяговых усилий, обеспечивающих перемещение транспортного средства, на вал, причем указанный корпус закреплен на раме тележки, а указанные силовые выходные части неподвижно соединены с валом; и
муфту для соединения вала ротора с входным валом передачи, причем указанная муфта выполнена с возможностью введения поправки на относительное перемещение между валом, соединенным с передачей, и рамой тележки.
Эти признаки полезной модели также раскрыты в DE 2925836 А1. Отличие полезной модели от решения по DE 2925836 А1 заключается в следующем.
Продольная ось вала указанного ротора проходит в направлении перемещения транспортного средства, а указанная муфта представляет собой зубчатую муфту со сферической внешней поверхностью зубьев.
Как указано выше, применение зубчатой муфты со сферической внешней поверхностью зубьев позволяет поглощать или компенсировать относительные перемещения между валом, на котором установлены колеса, а следовательно, передачей, и тележкой, а следовательно, тяговым двигателем, в случае, когда продольная ось вала указанного ротора проходит в направлении перемещения рельсового транспортного средства.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления указанная зубчатая муфта со сферической внешней поверхностью зубьев содержит две жестко соединенных полумуфты, одна из которых соединена с валом ротора тягового двигателя, а другая соединена с входным валом указанной передачи.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления указанная передача представляет собой зубчатую передачу, что в принципе раскрыто, за исключением прохождения продольной оси вала указанного ротора в направлении перемещения рельсового транспортного средства, в DE 2925836 А1.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления указанная зубчатая передача содержит пару конических зубчатых колес, при этом ведущее зубчатое колесо пары конических зубчатых колес соединено с муфтой.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления указанная тележка имеет по существу Н-образную форму.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления между двумя лонжеронами Н-образной тележки предусмотрены два колеса, посаженные на вал, указанный тяговый двигатель закреплен на поперечной балке между двумя лонжеронами, силовой выходной элемент указанной передачи неподвижно соединен с валом между двумя колесами, и, таким образом, муфта, соединяющая тяговый двигатель и передачу, расположена между двумя лонжеронами Н-образной тележки.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления указанные два колеса, посаженные на вал, соответственно расположены с наружной стороны двух лонжеронов Н-образной тележки, указанный тяговый двигатель закреплен с наружной стороны одного из двух лонжеронов Н-образной тележки, силовой выходной элемент указанной передачи неподвижно соединен с продолжением вала с наружной стороны одного из двух лонжеронов Н-образной тележки, и, таким образом, муфта, соединяющая тяговый двигатель и передачу, расположена с наружной стороны одного из двух лонжеронов Н-образной тележки.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления указанные два колеса, посаженные на вал, соответственно расположены между двух лонжеронов Н-образной тележки, указанный тяговый двигатель закреплен с наружной стороны одного из двух лонжеронов Н-образной тележки, силовой выходной элемент указанной передачи неподвижно соединен с продолжением вала с наружной стороны указанного одного из двух лонжеронов Н-образной тележки, и, таким образом, муфта, соединяющая тяговый двигатель и передачу, расположена с наружной стороны указанного одного из двух лонжеронов Н-образной тележки.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления указанный тяговый двигатель закреплен на консольной несущей конструкции.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления указанная муфта соединена с валом ротора тягового двигателя и входным валом передачи посредством шпоночного соединения.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления указанный тяговый двигатель представляет собой тяговый двигатель переменного тока.
Согласно предпочтительному варианту осуществления указанное рельсовое транспортное средство представляет собой трамвай.
Зубчатая муфта со сферической внешней поверхностью зубьев соединена с тяговым двигателем, закрепленным на тележке, и с передачей, закрепленной на валу. Зубчатая муфта со сферической внешней поверхностью зубьев используется для компенсации или корректировки перемещений вала и передачи относительно тягового двигателя. Тем самым повышается защита муфты и других сопутствующих частей, увеличивается срок службы указанных частей и повышается безопасность рельсового транспортного средства.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вид в аксонометрии соединений между тяговым двигателем, передачей и зубчатой муфтой со сферической поверхностью зубьев.
Фиг.2 представляет собой вид, показанный на фиг.1, под другим углом.
Фиг.3 представляет собой вид сверху тележки в соответствии с первым вариантом осуществления настоящей полезной модели.
Фиг.4 представляет собой вид сверху тележки в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящей полезной модели.
Фиг.5 представляет собой разрез зубчатой муфты со сферической поверхностью зубьев.
Осуществление полезной модели
Ниже описаны тележки в соответствии с первым и вторым вариантами осуществления настоящей полезной модели со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Рельсовое транспортное средство в соответствии с настоящей полезной моделью может представлять собой любой тип рельсового транспортного средства, в частности трамвай.
Как показано на фиг.3, первый вариант осуществления в соответствии с настоящей полезной моделью представляет собой раму 9 тележки рельсового транспортного средства. Как показано на фиг.3, рама 9 тележки в соответствии с настоящей полезной моделью имеет по существу Н-образную форму и содержит поперечную балку 9с и лонжероны 9а и 9b
Рама 9 тележки имеет несущую конструкцию 92 на поперечной балке 9с, прикрепленную к раме 9 для крепления корпуса тягового двигателя 1.
Тяговый двигатель для рельсового транспортного средства в настоящей полезной модели может представлять собой любой подходящий тип тягового двигателя, например тяговый двигатель переменного или постоянного тока. Тяговый двигатель 1 содержит ротор 4.
Как показано на фиг.3, несущая конструкция 92 может представлять собой консольную несущую конструкцию, встроенную в раму 9 или неподвижно соединенную с поперечной балкой 9с путем, например, сварки или болтового соединения с поперечной балкой 9с.
Однако понятно, что могут применяться любые другие конструкции, обеспечивающие надежное крепление тягового двигателя 1 на раме 9. Например, тяговый двигатель 1 может быть закреплен на лонжероне 9а и лонжероне 9b Н-образной рамы 9 тележки посредством двух консольных несущих конструкций, подобных показанным на фиг.3. Тяговый двигатель, конечно, также может быть закреплен на лонжероне 9а или лонжероне 9b.
Рама 9 тележки обеспечивает крепление вала 6 с помощью подшипников 11а и 11b с наружной стороны лонжерона 9а и лонжерона 9b с обеспечением возможности вращения вала 6 вокруг его продольной оси. На вал 6 посажены колеса 7а и 7b, при этом колеса 7а и 7b перекатываются по рельсам для перемещения рельсового транспортного средства вперед.
На фиг.3 также показана передача 98. Передача 98 соединена с валом 4 ротора тягового двигателя 1 посредством муфты 35. Муфта 35 содержит две соединенные полумуфты 35а и 35b.
Передача 98 может представлять собой зубчатую передачу. Зубчатая передача 98 может содержать пару конических зубчатых колес, предназначенных для преобразования вращения вокруг вала ротора, параллельного направлению перемещения рельсового транспортного средства, во вращение вокруг оси, параллельной валу 6, причем зубчатое колесо пары конических зубчатых колес соединено с полумуфтой 35b муфты.
Входной элемент передачи 98, а именно входной вал 90 ведущей шестерни, соединенной с полумуфтой 35b муфты, соединен с валом 4 ротора тягового двигателя 1 посредством муфты 35 для передачи момента и вращательного движения вала 4 ротора тягового двигателя 1 на входной вал 90.
Для дополнительного уменьшения частоты вращения зубчатая передача 98 может дополнительно содержать пару цилиндрических зубчатых колес для ступенчатого уменьшения частоты вращения.
Независимо от количества пар цилиндрических зубчатых колес в зубчатой передаче 98 зубчатые колеса выходного вала зубчатой передачи 98, а именно силовая выходная часть зубчатой передачи 98, может быть непосредственно соединена с валом 6, так что частота вращения выходного зубчатого колеса зубчатой передачи 98 равна частоте вращения вала 6, как показано на фиг.3. Другими словами, выходной вал зубчатой передачи 98 представляет собой вал 6.
В этом варианте осуществления выходной вал зубчатой передачи 98 непосредственно и неподвижно соединен с валом 6, закрепленным на раме 9 тележки, с обеспечением тем самым передачи момента от тягового двигателя 1 на вал 6 для вращения вала 6, в результате чего колеса 7а и 7b перекатываются по рельсам. В настоящем описании термин «неподвижно соединены» означает, что соединение между валом 6 и выходным зубчатым колесом зубчатой передачи 98 является жестким и не является плавающим или гибким соединением. Такое соединение обеспечивает передачу тягового усилия, создаваемого тяговым двигателем 1, с максимальной эффективностью.
На фиг.3 и 4 схематично показано соединение между тяговым двигателем 1, муфтой 35 и передачей 98. На фиг.1 и 2 показаны схематичные виды в аксонометрии соединения между указанными тремя элементами под различными углами.
В настоящей полезной модели муфта 35 представляет собой зубчатую муфту со сферической внешней поверхностью зубьев или зубчатую муфту с бочкообразными зубьями. На фиг.5 данная муфта показана в разрезе.
Как показано на фиг.5, зубчатая муфта 35 со сферической внешней поверхностью зубьев содержит полумуфты 35а и 35b, соединенные соединительной обоймой 40. Каждая полумуфта содержит внешний зубчатый венец и фланцевую полумуфту с внутренним зубчатым венцом с равным количеством зубьев. Зубья внешнего зубчатого венца и фланцевой полумуфты с внутренним зубчатым венцом представляют собой зубья со сферической внешней поверхностью, также называемые бочкообразными зубьями, обозначенными на фигуре ссылочными номерами 20а, 20b, 20с, и 20d. Каждое из отверстий 15а и 15b вала полумуфт 35а и 35b соединено с другим валом. В настоящей полезной модели отверстия вала соответственно соединены с валом ротора тягового двигателя 1 и входным валом 90 зубчатой передачи 98.
Соединение между зубчатой муфтой 35 со сферической внешней поверхностью зубьев, валом ротора тягового двигателя 1 и входным валом 90 зубчатой передачи 98 может представлять собой любой подходящий тип соединения, например шпоночное соединение.
Зубчатая муфта 35 со сферической внешней поверхностью зубьев имеет большую нагрузочную способность, благодаря чему может передавать требуемый момент от тягового двигателя 1 к рельсовому транспортному средству.
Благодаря тому что в муфте 35 используются зубья со сферической внешней поверхностью, она может компенсировать несоосность между двумя валами, соединенными соответственно с двумя полумуфтами.
В настоящей полезной модели продольная ось вала 4 ротора тягового двигателя 1, то есть ось вращения, проходит в направлении перемещения рельсового транспортного средства.
В другом альтернативном варианте осуществления продольная ось вала ротора тягового двигателя 1 и входной вал 90 зубчатой передачи 98 могут быть расположены вертикально относительно направления перемещения рельсового транспортного средства, то есть параллельно продолжению продольной оси вала 6.
Когда колеса 7а и 7b рельсового транспортного средства перемещаются по неровным рельсам, вал 6 и передача 98 могут перемещаться относительно тележки и тягового двигателя 1. Когда колеса 7а и 7b перемещаются вверх или вниз по мере перекатывания вперед, весь вал 6 перемещается вертикально вверх или вниз, из-за чего входной вал 90 передачи 98 перемещается вверх или вниз вертикально, то есть, когда колесо 7а или 7b на валу 6 перемещается вверх или вниз по мере перемещения транспортного средства вперед, продольная ось (а также ось вращения) вала 6 больше не располагается горизонтально, из-за чего входной вал 90 передачи 98 перемещается вертикально вверх или вниз. В этих двух случаях входной вал 90 передачи 98 и выходной вал тягового двигателя 1 больше не являются коллинеарными. Благодаря сферической внешней поверхности зубьев муфты 35 две полумуфты 35а и 35b муфты 35 выполнены с возможностью вращения вокруг двух валов, вертикальных направлению перемещения транспортного средства и вертикальных относительно друг друга. Таким образом, они компенсируют отклонение, возникающее из-за указанного выше относительного перемещения, предотвращают виляние на муфту и другие сопутствующие части нежелательных моментов или изгибающих усилий, увеличивают срок службы указанных механизмов или частей, а также обеспечивают безопасное перемещение рельсового транспортного средства.
Как показано на фиг.5, отверстия 15а и 15b вала муфты 35 в сборе расположены на некотором расстоянии 30 друг от друга. Таким образом, зубчатая муфта 35 со сферической внешней поверхностью зубьев может компенсировать несоосность между валом ротора тягового двигателя 1 и входным валом 90 передачи 98 в направлении их продольных осей.
При возникновении относительного перемещения между колесами 7а и 7b в направлении перемещения транспортного средства из-за неровностей рельсов, входной вал 90 передачи 98 перемещается относительно вала ротора тягового двигателя 1 в направлении перемещения транспортного средства. В этом случае зубчатая муфта 35 со сферической внешней поверхностью зубьев, как показано на фиг.5, полностью компенсирует такое относительное перемещение и обеспечивает эффективную передачу момента вала 4 ротора тягового двигателя 1 на вал 6.
В этом варианте осуществления колеса 7а и 7b (рельсы), тяговый двигатель 1, муфта 35 и передача 98 расположены между лонжеронами 9а и 9b рамы 9 тележки рельсового транспортного средства. Поэтому расстояние между лонжеронами 9а и 9b рамы 9 тележки рельсового транспортного средства должно быть больше, чем расстояние между рельсами, а габаритные размеры передачи 98, тягового двигателя 1, несущей конструкции тягового двигателя 1 и муфты 35 ограничены расстоянием между колесами 7а и 7b.
Второй вариант осуществления настоящей полезной модели, показанный на фиг.4, отличается от описанного выше варианта осуществления. Колеса 7а и 7b рельсового транспортного средства расположены с наружной стороны лонжеронов 9а и 9b Н-образной рамы 9 тележки, а корпус 22 тягового двигателя 1 жестко закреплен посредством несущей конструкции 108, прикрепленной с наружной стороны лонжерона 9а Н-образной рамы 9 тележки. В этом варианте осуществления несущая конструкция 108 приварена к лонжерону 9а Н-образной рамы 9 тележки.
В результате муфта 35, соединенная с тяговым двигателем 1, и передача 190, соединенная с муфтой 35 также расположены с наружной стороны лонжерона 9а Н-образной рамы 9 тележки.
Как показано на фиг.4, зубчатое колесо 7b и выходное зубчатое колесо 188 передачи 190 посажены на концентрический вал 186 вала 6, причем вал 186 также может представлять собой продолжение вала 6, проходящее с наружной стороны лонжерона 9а Н-образной рамы 9 тележки. Таким образом, частота вращения выходного зубчатого колеса 188 передачи 190 равна частоте вращения вала 6.
Благодаря использованию такого пространственного расположения в данном варианте осуществления расстояние между лонжеронами 9а и 9b рамы 9 тележки может быть уменьшено до расстояния, меньшего чем расстояние между колесами 7а и 7b (рельсами), что повышает жесткость рамы 9 тележки. Габаритные размеры передачи 190, тягового двигателя 1, несущей конструкции тягового двигателя 1 и муфты 35 больше не ограничиваются расстоянием между рельсами.
Кроме того, выходной вал 186 передачи 190 представляет собой консольную конструкцию, отходящую от лонжерона 9а рамы 9 тележки, как показано на фиг.4. Передача 190 используется для передачи вращающего момента от тягового двигателя. В частности, выходной вал 186 используется для передачи вращения, используемого для перемещения рельсового транспортного средства вперед. Поэтому выходной вал 186 в консольной конструкции должен быть достаточно жестким. С учетом этого для максимального увеличения жесткости вала 186 предпочтительно существует минимальное расстояние между выходным зубчатым колесом 188 передачи 190 и лонжероном 9а рамы 9 тележки. Кроме того, может быть уменьшен минимальный диаметр вала 186.
В другом варианте осуществления настоящей полезной модели колеса 7а и 7b могут быть расположены с внутренней стороны лонжеронов 9а и 9b рамы 9 тележки, как показано на фиг.3, а тяговый двигатель 1, муфта 35 и передача 190 могут быть расположены с наружной стороны лонжеронов 9а и 9а рамы 9 тележки, как показано на фиг.4. Благодаря этому можно дополнительно уменьшить длину части вала 186, выступающей с наружной стороны лонжерона 9а.
На фиг.4 также подробно показана конструкция передачи 190. Передача 190 помещена в корпус 181, закрепленный на раме 9 тележки.
В этом варианте осуществления передача 190 может представлять собой двухступенчатый редуктор и содержать пару конических зубатых колес и пару цилиндрических зубчатых колес. Ведущим зубчатым колесом пары конических зубчатых колес является коническое зубчатое колесо 183, соединенное с полумуфтой 35b муфты 35, то есть вал конического зубчатого колеса 183 является входным валом передачи 190. Пара цилиндрических зубчатых колес передачи 190 содержит ведущее зубчатое колесо 187 и ведомое зубчатое колесо 188. Ведомое зубчатое колесо конической зубчатой пары и ведущее зубчатое колесо 187 цилиндрической зубчатой пары вместе посажены на один и тот же вал, параллельный валу 6. Ведомое зубчатое колесо 188 цилиндрической зубчатой пары, а именно выходное зубчатое колесо передачи 190, посажено на вал 186, который может быть продолжением вала 6, и частота его вращения является частотой вращения вала 6.
Коническая зубчатая пара совместно с цилиндрической зубчатой парой служит для уменьшения частоты вращения вала 4 ротора тягового двигателя 1 вокруг оси, направленной параллельно направлению перемещения рельсового транспортного средства, а также для изменения направления перемещения, а также для обеспечения вращения вала 6 вокруг оси, направленной вертикально направлению перемещения рельсового транспортного средства, что обеспечивает перекатывание и перемещение вперед по рельсам колес 7а и 7b, a также перемещение транспортного средства.
В альтернативном варианте передача 190 может содержать более одной цилиндрической зубчатой пары в соответствии с требуемым передаточным отношением.
Подобно первому варианту осуществления, показанному на фиг.3, продольная ось вала 4 ротора тягового двигателя 1, а именно ось вращения, также проходит в направлении перемещения рельсового транспортного средства (направление «х» на фиг.4).Зубчатая муфта 35 со сферической внешней поверхностью зубьев может иметь ту же конструкцию, что и в описанном ранее варианте осуществления.
Когда колеса 7а и 7b рельсового транспортного средства перемещаются по неровным рельсам, вал 6 и передача 190 могут перемещаться относительно тягового двигателя 1. Входной вал конического зубчатого колеса 183 и выходной вал тягового двигателя 1 больше не являются коллинеарными или параллельными. Благодаря сферической внешней поверхности зубьев муфты 35 полумуфта 35b муфты 35, соединенная с входным валом конического зубчатого колеса 183 выполнена с возможностью вращения вокруг двух валов, вертикальных направлению перемещения транспортного средства и вертикальных относительно друг друга. Таким образом, они компенсируют отклонение от указанного выше относительного перемещения.
Таким же образом зубчатая муфта 35 со сферической внешней поверхность зубьев полностью компенсирует относительное перемещение между входным валом конического зубчатого колеса 183 и валом ротора тягового двигателя 1 в направлении их продольных осей, что обеспечивает эффективную передачу момента вала 4 ротора тягового двигателя 1 на вал 6.
Для соединения тягового двигателя, закрепленного на тележке, и передачи, закрепленной на валу, используется зубчатая муфта со сферической внешней поверхностью зубьев, при этом используются преимущества указанной муфты для компенсации или коррекции перемещений вала и передачи относительно тележки и тягового двигателя, что повышает защиту муфты и других сопутствующих частей, увеличивает срок службы указанных частей и повышает безопасность рельсового транспортного средства.
Выше описан лишь предпочтительный вариант осуществления настоящей полезной модели. Следует отметить, что специалисты в данной области техники могут выполнять различные усовершенствования и замены без отклонения от идеи настоящей полезной модели, при этом такие усовершенствования и замены тем не менее входят в объем защиты настоящей полезной модели.