ХОДОВАЯ ЧАСТЬ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
CHASSIS OF RAIL VEHICLE

Область техники
Изобретение относится к ходовой части рельсового транспортного средства, содержащей раму, поперечину и подвеску, в частности, вторичную подвеску. Рама выполнена с возможностью опирания по меньшей мере на один колесный узел и определяет продольное направление, поперечное направление и вертикальное направление. Поперечина выполнена с возможностью поддерживания кузова рельсового транспортного средства. Поперечина подвешена к раме посредством подвески. Подвеска содержит по меньшей мере один пружинный узел и по меньшей мере один маятник, расположенные кинематически последовательно по направлению действия силы между рамой и поперечиной. По меньшей мере один маятника имеется первый конец с первым шарнирным сочленением, соединенным с рамой, и второй конец со вторым шарнирным сочленением, соединенным с поперечиной. Первое и второе шарнирные сочленения обеспечивают перемещение рамы относительно поперечины в поперечном направлении и/или продольном направлении за счет движения маятника. Изобретение также относится рельсовому транспортному средству, содержащему такую ходовую часть.
В целях обеспечения высокого комфорта передвижения пассажиров такого рельсового транспортного средства, вторичная подвеска обычно должна обеспечивать определенное боковое отклонение кузова относительно ходовой части. В частности, для обеспечения высокого комфорта передвижения обычно требуется вторичная подвеска, обладающая достаточной мягкостью в поперечном направлении.
Уровень техники
Во многих известных конструкциях тележек кузов опирается на раму посредством пружин (обычно витых пружин), расположенных непосредственно между рамой и кузовом. Недостаток такой конструкций заключается в том, что пружины, при отклонении в направлении, поперечном продольной пружинной оси, являются достаточно жесткими в поперечном направлении, что нежелательно для комфортного передвижения. Попытки найти решение этой проблемы известны, например, из WO 2006/021360 A1, где для обеспечения достаточной боковой мягкости вторичной подвески предлагается использовать прорезиненную металлическую пружину между витой пружины и рамой.
Однако для таких решений требуются дополнительные компоненты и дополнительное конструктивное пространство, которое в ходовых частях современных рельсовых транспортных средств обычно сильно ограничено. Кроме того, независимо от числа компонентов вторичной подвески, недостатки этого подхода, при котором надрессорная балка установлена поверх рамы, проявляются в транспортных средствах с низкопольной конструкцией кузова. Это объясняется тем, что в подобных случаях надрессорная балка, в целом, должна иметь U-образную форму, в которой через хвостовики надрессорной балки должны проходить продольные брусья рамы (в вертикальном направлении) для того, чтобы (поперечно центрированное) основание надрессорной балки находилось на достаточно низком уровне высоты для такого низкопольного кузова. Очевидно, что подобная конструкция сильно ограничивает поперечные размеры кузова между хвостовиками надрессорной балки.
Другой подход по обеспечению боковой мягкости вторичной подвески заключается в использовании типовых ходовых частей, известных из уровня техники, например, т.н. тележек типа Minden Deutz (например, серий MD36 и MD50). Обычно подобные ходовые части имеют поперечину в виде надрессорной балки, подвешенной к раме посредством двух маятников с каждой стороны ходовой части. На надрессорную балку установлена вторичная подвеска, обычно в виде витых пружин, на которые опирается кузов. Такая конструкция предпочтительна для комфортного передвижения, поскольку относительное перемещение между рамой и установленным на нее кузовом в поперечном направлении возможно за счет движения маятника, без необходимости отклонения пружинных устройств вторичной подвески в поперечном направлении (т.е. сколь либо заметное отклонение витых рессор поперечно их продольной пружинной оси обычно не требуется). Тем не менее, одна из проблем указанных ходовых частей заключается в том, что им требуется значительное конструктивное пространство для отдельных компонентов подвески, при этом, как уже отмечалось, обычно у ходовых частей современных рельсовых транспортных средств подобное конструктивное пространство достаточно ограничено.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание вышеуказанной ходовой части, которая не имеет вышеуказанных недостатков или подвержена им в значительно меньшей степени, в частности, позволяет создать более компактную конструкцию, сократив ограничения по конструктивному пространству внутри ходовой части.
Поставленная задача решается узлом рельсового транспортного средства согласно преамбуле к п. 1 формулы изобретения совместно с признаками отличительной части п. 1 формулы изобретения.
Изобретение основано на технической идее, заключающейся в том, что более компактная конструкция, снижающая ограничения по конструктивному пространству внутри ходовой части, можно получить в том случае, если пружинный узел будет также выполнять функцию одного из шарнирных сочленений маятника.
Это можно осуществить путем соединения маятника с пружинным узлом так, чтобы момент обеспечивающий движение маятника непосредственно передавался пружинному узлу. На прямых горизонтальных путях указанный момент от маятника воздействует на пружинный узел в направлении, поперечном вертикальному направлению, так, что это создает неравномерную нагрузку на пружинный узел в вертикальном направлении. Пружинный узел (который расположен так, чтобы он обеспечивал поддержку преимущественно в вертикальном направлении) может легко реагировать на неравномерную нагрузку в вертикальном направлении за счет неравномерного отклонения в вертикальном направлении, создавая или определяя соответственно наклон или движение маятника.
Поэтому, например даже у стандартных витых пружин, продольная упругость пружинного узла (т.е. упругость пружинного узла вдоль его продольной оси) используется для создания одной из осей наклона маятника, а, следовательно, боковой подвижности кузова относительно рамы.
Следует понимать, что используя такие же пружинные узлы, как и в стандартной конструкции, где поперечина установлена поверх пружинного узла, на который опирается рама, поперечная жесткость указанного соединения между кузовом и рамой значительно мягче по сравнению со стандартной конструкцией. Кроме того, поперечную жесткость можно легко регулировать за счет эффективной длины маятника (т.е. эффективного расстояния между центрами поворота первого и второго шарнирных сочленений).
В целом, функциональное интегрирование оси наклона одного из шарнирных сочленений в пружинный узел, с одной стороны предпочтительно позволяет сократить количество компонентов, используемых в подвеске и, очевидно, позволяет сократить требуемое конструктивное пространство и общую стоимость.
Кроме того, функциональное интегрирование шарнирного сочленения в пружинный узел значительно упрощает создание гнездовой конструкции, в которой маятник по меньшей мере частично находится в пространстве, создаваемом пружинным узлом. Таким образом, можно добиться еще более компактной и негромоздкой конструкции.
Таким образом, согласно первому объекту изобретение относится к ходовой части рельсового транспортного средства, содержащей раму, поперечину и подвеску, в частности, вторичную подвеску. Рама выполнена с возможностью опирания по меньшей мере на один колесный узел и определяет продольное, поперечное и вертикальное направления. Поперечина выполнена с возможностью поддерживания кузова рельсового транспортного средства. Поперечина подвешена к раме посредством подвески. Подвеска содержит по меньшей мере один пружинный узел и по меньшей мере один маятник, расположенные кинематически последовательно по направлению действия силы между рамой и поперечиной. По меньшей мере один маятник имеет первый конец с первым шарнирным сочленением, соединенным с рамой, и второй конец со вторым шарнирным сочленением, соединенным с поперечиной. Первое и второе шарнирные сочленения обеспечивают движение рамы относительно поперечины в поперечном направлении и/или продольном направлении за счет движения маятника. Первое и/или второе шарнирные сочленения образованы по меньшей мере одним пружинным узлом.
Рама обычно определяет первую и боковые стороны ходовой части, а поперечина обычно является надрессорной балкой или подобным элементом, проходящим от одной боковой стороны до другой боковой стороны ходовой части, на которую опирается кузов. Однако объем изобретения допускает любые другие компоновки.
Как отмечалось выше, функциональное интегрирование шарнира в пружинный узел может быть осуществлено любым подходящим образом. Предпочтительно по меньшей мере один маятник соединен с по меньшей мере одним пружинным узлом так, чтобы момент маятника, создаваемый движением маятника, передавался на пружинный узел. Это вызывает неравномерное отклонение пружинного узла, в результате чего возникает необходимый наклон или движение маятника, соответственно. Предпочтительно пружинный узел определяет направление опирания поперечины на раму, при этом по меньшей мере один маятник соединен с по меньшей мере одним пружинным узлом так, чтобы момент от маятника проходил поперек направлению опирания, в частности, перпендикулярно ему. Это позволяет получить наиболее эффективную конфигурацию, использующую основную жесткость пружинного узла в его направлении опирания (а не вторичную жесткость поперечно опорному направлению, которая часто бывает нежелательно больше основной жесткости).
Преимущества от функционального интегрирования шарнирного сочленения в пружинный узел, для сокращения количества требуемых компонентов, можно обеспечить за счет любого необходимого и подходящего расположения компонентов подвески. Так, например, можно использовать конфигурацию, в которой два маятниковых элемента маятника расположены с противоположных сторон пружинного узла. Предпочтительно, как указано выше, используют гнездовую конструкцию, в которой маятник определяет продольное направление, а по меньшей мере один пружинный узел определяет гнездо, проходящее вдоль указанного продольного направления и принимающее по меньшей мере часть маятникового элемента. Например, в таком случае маятник может быть расположен в гнезде, образованном промежутком или зазором между двумя пружинными элементами пружинного узла.
Кроме того, такое решение наиболее предпочтительно и позволяет получить очень компактные конструкции в том случае, если такое гнездо образует пружинный элемент непосредственно самого пружинного узла. Согласно некоторым вариантам выполнения по меньшей мере один пружинный узел содержит пружинный элемент, а указанное гнездо является внутренним гнездом пружинного элемента, проходящим через него. Согласно некоторым вариантам выполнения по меньшей мере один пружинный узел может содержать витой пружинный элемент, внутренняя окружность которого ограничивает гнездо. Согласно другим вариантам выполнения по меньшей мере один пружинный узел содержит резиновый пружинный элемент, в частности, прорезиненный металлической пружинный элемент, осевой проем которого ограничивает гнездо. Любой из указанных вариантов выполнения позволяет получить очень компактную конструкцию, поскольку маятник проходит через пространство, ограниченное пружинным узлом, которое в другом случае оставалось бы неиспользуемым.
Обычно можно использовать любую подходящую конструкцию маятника, которая гарантирует, что ось наклона первого и второго шарнирных сочленений определяется и создается пружинным узлом. Согласно некоторым предпочтительным вариантам выполнения маятник имеет проходящий между его первым и вторым концами маятниковый элемент, при этом первый и/или второй концы образуют первую контактную часть, контактирующую с по меньшей мере одним пружинным узлом. Таким образом, можно получить очень простую конструкцию для функционального интегрирования шарнира в пружинный узел.
Предпочтительно первая контактная часть жестко соединена с маятниковым элементом так, чтобы обеспечить простую и непосредственную передачу момента от маятника (обеспечивающего движение маятника) на пружинный узел. В целом, можно использовать любые необходимые и подходящие геометрические конструкции контактной части. Обычно в достаточно просто реализуемых конструкциях первая контактная часть проходит в направлении, поперечном продольной оси маятникового элемента. Кроме того, конструкция получается достаточно простой и компактной, если первая контактная часть является по существу плоским элементом.
Также можно использовать другие шарнирные сочленения маятника, выполненные любым необходимым и подходящим образом, обеспечивающие компенсацию необходимого наклона между маятником и соединенным с ним компонентом (т.е. рамой или поперечиной). Предпочтительно конец маятника, расположенный напротив первой контактной части, содержит соединительный узел, образующий часть первого или второго шарнирного сочленения и контактирующий с рамой или поперечиной.
Например, на другом конце маятника в качестве шарнирного сочленения можно использовать стандартное поворотное соединение, такое как простой петельный элемент или шаровой соединительный элемент. Однако согласно другим вариантам выполнения соединительный узел имеет по меньшей мере один упругий элемент. Поэтому на указанном конце упругий элемент можно использовать для определения оси наклона другого шарнирного сочленения. Согласно некоторым, надежным и простым в реализации, вариантам выполнения по меньшей мере один упругий элемент может быть резиновым пружинным элементом, в частности прорезиненным металлическим пружинным элементом. В этом случае компенсацию наклона можно также обеспечить за счет неравномерной деформации резинового пружинного элемента.
Согласно другим вариантам выполнения аналогичная шарнирная конструкция используется на обоих концах маятника. В этих случаях по меньшей мере один упругий элемент может быть по меньшей мере одним пружинным элементом по меньшей мере одного пружинного узла. Это обеспечивает одинаковую шарнирную функциональность на обоих концах маятника.
Согласно предпочтительным вариантам выполнения соединительный узел содержит вторую контактную часть маятника, контактирующую с по меньшей мере одним упругим элементом. Аналогично конструкции на другом конце маятника, вторая контактная часть может быть жестко соединена с маятниковым элементом, позволяя получить очень простую и прочную конструкцию. Кроме этого, вторая контактная часть может проходить в направлении, поперечном продольной оси маятникового элемента. Кроме того, вторая контактная часть может быть по существу плоским элементом, что обеспечивает очень простую конструкцию.
Существует несколько способов размещения пружинного узла по направлению действия силы между поперечиной и рамой. По некоторым вариантам выполнения по направлению действия силы между рамой и маятником расположен по меньшей мере один пружинный узел. В качестве варианта или в дополнение, по направлению действия силы между маятником и поперечиной расположен по меньшей мере один пружинный элемент. Следует понимать, что, в частности, оба варианта выполнения можно комбинировать либо с разных боковых сторон рамы, либо с одной и той же стороны рамы. В частности, их можно комбинировать с единственным маятниковым элементом (т.е. получая конфигурацию из двух пружинных узлов, соединенных с маятником).
Можно использовать любую необходимую и подходящую компоновку пружинного узла. Например, в состоянии покоя ходовой части на прямых горизонтальных путях пружинный узел может испытывать растягивающую нагрузку. Предпочтительно по меньшей мере один пружинный узел расположен так, чтобы в состоянии покоя, когда поперечина подвешена к установленной на прямых горизонтальных путях раме, он испытывал сжимающую нагрузку. Это позволяет получить особенно прочную и простую в реализации конструкцию.
Изобретение может быть выполнено в качестве опорных систем для кузовов с любой необходимой опорной жесткостью. Обычно жесткость по меньшей мере одного пружинного элемента в продольном направлении маятника зависит от общего поддерживаемого веса и/или необходимой поперечной жесткости подвески (которая также зависит от длины маятника в его продольном направлении). Предпочтительно по меньшей мере один пружинный элемент в продольном направлении маятника имеет жесткость от 0,1 кН/мм до 1 кН/мм, предпочтительно от 0,15 кН/мм до 0,4 кН/мм, предпочтительнее от 0,2 кН/мм до 0,3 кН/мм. Это позволяет обеспечить наиболее предпочтительную динамичную работу ходовой части.
Также следует понимать, что можно использовать любой необходимый и подходящий тип соединения подвески с рамой и/или поперечиной. Это, в частности, можно осуществить с учетом доступного совокупного конструктивного пространства, отдельных конструктивных и/или проектных требований для соответствующего транспортного средства и т.д.
В частности, в наиболее компактных, прочных и легких конструкциях по меньшей мере один пружинный узел по меньшей мере частично, в частности, по существу полностью размещен в гнезде рамы. В частности, в качестве варианта или в дополнение по меньшей мере один пружинный узел по меньшей мере частично, в частности, по существу полностью размещен в гнезде поперечины. Такие гнезда, например, могут быть образованы, очень простым образом, за счет внутреннего пространства в конструкции рамы или поперечины, с использованием, в целом, коробчатых компонентов.
Предпочтительно компактность конструкции можно дополнительно повысить в вариантах выполнения, где по меньшей мере один маятник проходит через проем в раме и/или по меньшей мере один маятник проходит через проем в поперечине.
Маятник может иметь любую необходимую и подходящую фиксированную длину в направлении своей продольной оси. Однако предпочтительно, чтобы маятник в своем продольном направлении проходил между центрами поворота первого и второго шарнирных сочленений. В этом случае маятник может иметь устройство регулировки длины. Важным преимуществом такого решения является то, что жесткость подвески в поперечном и/или продольном направлениях можно регулировать за счет регулировки длины маятника. Кроме того, регулировку также можно использовать для компенсации износа колес (т.е. регулировки начального уровня кузова после износа колес ходовой части до определенной степени).
Выполнять регулировку длины маятника можно посредством любых средств. В достаточно простых конструкциях устройство регулировки длины имеет винтовое соединение. Кроме того, устройство регулировки длины может находиться в любом необходимом и подходящем месте внутри маятника. Предпочтительно устройство регулировки длины расположено на конце маятника, обеспечивая тем самым наиболее простой и легкий доступ к нему.
Длину маятника выбирают в зависимости от жесткости подвески в поперечном направлении и/или продольном направлении и/или общей массы подвешенных компонентов. Согласно предпочтительным вариантам выполнения, обеспечивающим наиболее оптимальные параметры в плане ходовой устойчивости и комфорта передвижения, длина маятника в продольном направлении составляет от 50% до 300%, предпочтительно от 100% до 250%, предпочтительнее от 150% до 200% от длины по меньшей мере одного пружинного узла. Следует понимать, что в этом варианте длина маятника может составлять менее 100% от длины по меньшей мере одного пружинного узла, поскольку центры поворота первого и второго шарнирных сочленений даже могут находиться в пространстве, заключенном внутри по меньшей мере одного пружинного узла.
Обычно подвижность между рамой и поперечиной следует ограничивать до определенной степени. Такое ограничение может быть обеспечено за счет упругого противодействия пружинного узла. Однако предпочтительно, чтобы ограничение обеспечивалось по меньшей мере одним жестким стопором, который ограничивает перемещение рамы относительно поперечины в поперечном и/или продольном направлениях. Жесткий стопор может иметь любую конфигурацию. Например, жесткий стопор может использоваться между маятником и рамой или поперечиной. Предпочтительно жесткий стопор имеет соединенный с рамой первый жесткий стопорный элемент, предпочтительно выполненный с возможностью контакта со вторым жестким стопорным элементом, соединенным с кузовом, опирающимся на поперечину.
Изобретение можно использовать с рамами любой конструкции. Например, изобретение можно использовать с рамами, в целом, прямоугольной формы или рамами Н-образной формы, а также рамами любой другой конструкции. По некоторым вариантам выполнения рама имеет по меньшей мере одну продольную балку, проходящую в продольном направлении, по меньшей мере один пружинный узел и по меньшей мере один маятник, соединенный с опорной частью продольной балки. Опорная часть может располагаться в любом месте в продольном направлении рамы. Согласно некоторым наиболее простым вариантам выполнения в продольном направлении опорная часть является центральной частью рамы.
Изобретение позволяет опустить пол кузова до очень низкого уровня. Это в частности относится к некоторым вариантам выполнения, по которым опорная часть в состоянии покоя на прямых горизонтальных путях определяет в вертикальном направлении высоту первого уровня, а поперечина определяет в вертикальном направлении высоту второго уровня, при этом высота второго уровня ниже высоты первого уровня. Предпочтительно высота первого уровня определяется поверхностью сопряжения пружинного узла с рамой, а высота второго уровня определяется опорной поверхность сопряжения поперечины, приспособленной для поддерживания кузова.
В итоге может быть достаточно выполнить опорную конструкцию согласно изобретению только с одной стороны ходовой части, тогда как с другой стороны ходовой части можно использовать другую конструкцию подвески. Однако предпочтительно использовать данную конструкцию подвески с обеих сторон ходовой части. Поэтому согласно предпочтительным вариантам выполнения рама в поперечном направлении имеет первую и вторую боковые стороны, при этом по меньшей мере один пружинный узел, являющийся первым, и по меньшей мере один маятник, являющийся первым, расположены на первой боковой стороны рамы. В этом случае подвеска дополнительно содержит по меньшей мере один второй пружинный узел и по меньшей мере один второй маятник, расположенные кинематически последовательно по направлению действия силы между рамой и поперечиной и находящиеся на второй боковой стороне рамы.
Предпочтительно второй пружинный узел и второй маятник по меньшей мере по существу функционально и/или геометрически симметричны первому пружинному узлу и первому маятнику. Функциональная симметричность означает то, что, несмотря на возможные геометрические отклонения, обе стороны рамы выполняют одинаковые функции.
Следует понимать, что расположение продольных осей маятника с обеих сторон рамы ходовой части может быть любым. Поэтому по некоторым вариантам выполнения первый маятник имеет первую продольную ось, а второй маятник имеет вторую продольную ось, каждая из продольных осей определяется центрами поворота первого и второго шарнирных сочленений маятника. В этом случае первый и второй маятник расположены так, чтобы в состоянии покоя на прямых горизонтальных путях первая и вторая продольные оси были по существу параллельны. Преимущество такого решения заключается в том, что, в случае одинаковой длины маятников и одинакового расположения соответствующих шарниров в вертикальном направлении, движение маятника будет нейтральным с точки зрения качения кузова.
Согласно другим вариантам выполнения первый и второй маятники расположены так, чтобы в состоянии покоя на прямых горизонтальных путях первая и вторая продольные оси были взаимно наклонены. В таком решении можно использовать систему наклона кузова, когда кузов подвержен качению при отклонении поперечины относительно рамы в поперечном направлении.
Изобретение также относится к рельсовому транспортному средству с кузовом, установленным на ходовую часть согласно изобретению.
Другие варианты осуществления изобретения станут понятны из прилагаемой формулы изобретения и последующего описания предпочтительных вариантов выполнения со ссылкой на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показано рельсовое транспортное средство с ходовой частью по одному из вариантов выполнения, вид сбоку;
на фиг. 2 – ходовая часть, вид в разрезе по линии II-II на фиг. 1;
на фиг. 3 – ходовая часть в состоянии покоя, вид в разрезе по линии III-III на фиг. 2;
на фиг. 4 – ходовая части в отклоненном положении, вид в разрезе по линии III-III по фиг. 2;
на фиг. 5 – фрагмент ходовой части по другому варианту выполнения, вид в разрезе;
на фиг. 6 – фрагмент ходовой части по другому варианту осуществления изобретения, вид в разрезе;
на фиг. 7 – фрагмента ходовой части по другому варианту осуществления изобретения, вид в разрезе;
на фиг. 8 – фрагмента ходовой части по другому варианту осуществления изобретения, вид в разрезе.
Осуществление изобретения
Первый вариант осуществления
Далее, со ссылкой на фиг. 1-4 будет более подробно рассмотрено рельсовое транспортное средство 101 по первому варианту выполнения, которое содержит ходовую часть 102 по одному из вариантов выполнения. В целях упрощения предлагаемого ниже описания, на фигурах используется система координат xyz, в которой (на прямом, горизонтальном пути T) ось х обозначает продольное направление рельсового транспортного средства 101, ось y обозначает его поперечное направление, а ось z обозначает его вертикальное направление (то же самое относится и ходовой части 102). Следует понимать, что, если это не указано отдельно, при дальнейшем упоминании положений и ориентации компонентов рельсового транспортного средства подразумевается неподвижное состояние, при котором рельсовое транспортное средство 101 установлено на прямые горизонтальные пути при номинальной нагрузке.
Транспортное средство 101 является низкопольным рельсовым транспортным средством, таким как трамвай и т.п. Транспортное средство 101 содержит кузов 101.1, установленный при помощи системы подвески на ходовую часть в виде тележки 102. Ходовая часть 102 содержит два колесных узла в виде колесных пар 103, на которые при помощи первичного пружинного узла 105 установлен узел рамы, выполненный в виде рамы 104. На раму 104 посредством подвески, выполненной в виде вторичной подвески 106 (также называемой вторичным пружинным узлом) установлен кузов 101.1.
Рама 104 имеет корпус 107 с двумя продольными балками 108 и соединительную поперечину (подробно не показано), обеспечивающую конструктивное соединение между продольными балками 108 в поперечном направлении. Каждая из продольных балок 108 имеется два свободных конца 108.1 и центральную опорную часть 108.2. Поперечина в виде надрессорной балки или поперечной балки 109 соединена с центральной опорной частью 108.2, тогда как свободные концы 108.1 продольных балок 108 образуют основную поверхность сопряжения 110 для основных пружинных устройств первичной подвески 105, соединенной с соответствующей колесной парой 103. В этом примере, в качестве соответствующих основных пружинных устройств используются компактные и прочные резинометаллические пружины.
Как показано, в частности, на фиг. 2, кузов 101.1 опирается на поперечину 109, которая проходит между левой и правой боковыми сторонами ходовой части 102 и подвешена к раме 104 посредством вторичной подвески 106. Вторичная подвеска 106 с каждой боковой стороны ходовой части 102 имеет пружинный узел 110 и маятник 111, расположенные кинематически последовательно по направлению действия силы между рамой 108 и поперечиной 109.
Пружинный узел 110 и маятник 111 с левой и правой сторон ходовой части (в состоянии покоя), по существу, симметричны относительно центральной продольной плоскости 101.2 (параллельной плоскости xz). Далее более подробно будет рассматриваться преимущественно только конструкция с одной боковой стороны.
Как показано на фиг. 2-4, каждый маятник 111 имеет первый конец 111.1 и второй конец 111.2. Первое шарнирное сочленение 111.3, соединенное с рамой 104, расположено на первом конце 111.1, а второе шарнирное сочленение 111.4, соединенное с поперечиной 109, расположено на втором конце 111.2. Первое шарнирное сочленение 111.3 и второе шарнирное сочленение 111.4 обеспечивают движение поперечины 109 (и соответственно кузовом 101.1, опирающимся на поперечину 109) относительно рамы 104 в поперечном направлении (ось y) и продольном направлении (ось х) за счет движений маятника 111. В частности, относительное перемещение в поперечном направлении имеет важное значение для обеспечения комфортного передвижения пассажиров, находящихся в кузове 101.1.
Как показано, в частности на фиг. 2 и 3, соответствующий пружинный узел 110 содержит простой витой пружинный элемент 110.1, изготовленный из подходящей для этого пружинной стали. Между тем, следует понимать, что согласно другим вариантам выполнения, для выполнения подобной функции вторичное подвески, допустимо использовать пружинные элементы любого другого подходящего типа, изготовленные из других материалов или комбинации материалов. Кроме того, допустимо использовать любые комбинации из таких пружинных элементов. В частности, при необходимости можно использовать вставленные друг в друга (обычно концентрично) две или более витых пружин.
Кроме того, соответствующий маятник образован, в целом, плоским первым контактным элементом 111.5, в целом, плоским вторым контактным элементом 111.6 и маятниковым элементом 111.7. Маятниковый элемент 111.7 жестко соединен с двумя контактными элементами 111.5 и 111.6. Маятниковый элемент 111.7 определяет ось 111.8, которая (в состоянии покоя по фигурам 2 и 3) по существу параллельна вертикальному направлению (ось z).
Первый контактный элемент 111.5 является круговым элементом, который проходит поперечно продольной оси 111.8. Между тем, следует понимать, что по другим вариантам выполнения допустимо использовать контактные элементы любого другого типа. В частности, две или более опорные штанги или т.п. могут проходить радиально от маятникового элемента 111.7 в направлении окружности пружинного элемента 110.1.
Первый контактный элемент 111.5 контактирует с верхним концом пружинного элемента 110.1 по всей его окружности так, чтобы при любой нагрузке обеспечивался надежный контакт. Следует понимать, что между первым контактным элементом 111.5 и пружинным элементом 110.1 можно использовать любые типы соединений. В частности, с учетом контактной нагрузки, создаваемой весом кузова 101.1, может быть достаточно обычного фрикционного соединения. Между тем предпочтительно использовать по меньшей мере одно средство для центровки первого контактного элемента 111.5 относительно пружинного элемента 110.1 (в направлении, поперечном продольной оси 111.8), расположенное на внутренней и/или внешней окружности пружинного элемента 110.1 (для того, чтобы обеспечить точного соединения между указанными компонентами в направлении, поперечном продольной оси 111.8).
Маятниковый элемент 111.7, в целом, является стержневым (обычно цилиндрическим) элементом, проходящим через гнездо 110.2, ограниченное внутренней окружностью пружинного элемента 110.1, таким образом, чтобы получить очень компактную гнездовую конструкцию пружинного узла 110 и маятника 111.
Маятниковый элемент 111.7 также проходит вниз через проем 108.3 в соответствующей продольной балке 108 рамы 104. Аналогичным образом маятниковый элемент 111.7 также проходит вниз через проем 109.1 в поперечине 109. Прежде чем достигнуть второго контактного элемента 111.6, маятниковый элемент 111.7 проходит вниз через центральный проем 110.4 упругого элемента 110.3.
Упругий элемент 110.3 своей нижней стороной опирается на второй контактный элемент 111.6, а поперечина 109 контактирует с верхней стороной упругого элемента 110.3. Другими словами упругий элемент 110.3 зажат между поперечиной 109 и вторым контактным элементом 111.6. В этом примере упругий элемент является прорезиненным металлическим пружинным элементом. Однако в других вариантах выполнения для соединения второго контактного элемента 111.6 с поперечиной 109 можно использовать упругие элементы любого другого типа (например, стандартные витые пружины, либо одну или более дисковых пружин и т.п.).
Второй контактный элемент 111.6 также является круговым элементом, который проходит поперечно продольной оси 111.8. Второй контактный элемент 111.6 контактирует с нижним концом упругого элемента 110.3 по всей его окружности так, чтобы при любой нагрузке обеспечивался надежный контакт. Следует понимать, что на указанном нижнем конце маятника 111 также можно использовать любой тип соединения между вторым контактным элементом 111.6 и упругим элементом 110.3. Точно также, контактной нагрузки, создаваемой весом кузова 101.1, может быть достаточно для обычного фрикционного соединения. Между тем предпочтительно использовать по меньшей мере одно средство для центровки второго контактного элемента 111.6 относительно упругого элемента 110.3 (в направлении, поперечном продольной оси 111.8), расположенное на внутренней и/или внешней окружности упругого элемента 110.3 (для того, чтобы обеспечить точного соединения между указанными компонентами в направлении, поперечном продольной оси 111.8). То же самое касается и соединения между упругим элементом 110.3 и поперечиной 109.
В этом случае за счет вышеуказанной конфигурации кузов 101.1 подвешен к раме 104 при помощи поперечины 109 и вторичной подвески 106. Направление действия опорного усилия от рамы 104 к кузову 101.1 проходит от опорной части 108.2 продольной балки 108 через пружинный элемент 110.1 к (верхнему) контактному элементу 111.5, маятниковому элементу 111.7, (нижнему) контактному элементу 111.6, упругому элементу 110.3 и поперечине 109 на кузов 101.1. Поэтому в этом примере оба элемента, пружинный элемент 110.1 и упругий элемент 110.3, находятся под сжимающей нагрузкой (в состоянии покоя и, как правило, в любых условиях штатной эксплуатации транспортного средства).
Как наиболее наглядно показано, в частности, на фиг. 3 и 4, в этом примере первое шарнирное сочленение 106.4 образовано пружинным узлом 106.1. Пружинный узел 106.1 не только обеспечивает постоянную опору для веса кузова 101.1, но и также выполняет функцию первого шарнирного сочленения 106.4, определяя верхнюю ось наклона или верхнего центра поворота маятника 106.2.
Указанное функциональное интегрирование первого шарнирного сочленения 106.4 в пружинный узел 106.1 достигается следующим образом (фиг. 4). Поперечное усилие TF, передаваемое маятнику 111 через поперечину 109, создает момент PM от маятника, воздействующий на маятник 111 на уровне первого (верхнего) шарнирного сочленения 111.3. Момент PM от маятника проходит поперечно опорному направлению и продольной пружинной оси 110.4, соответственно, пружинного элемента 110.1. Первый (верхний) контактный элемент 111.5 преобразует указанный момент PM от маятника в неравномерное сжатие пружинного элемента 110.1 (в направлении продольной пружинной оси 110.4, соответственно) по всей его окружности. В результате этого маятник 111 наклоняется вокруг первого (верхнего) центра поворота или первой оси 111.9 наклона. Соответственно возникают движения маятника 111 с любыми поперечными отклонениями поперечины 109 (на которую опирается вагонный кузов 101.1) и рамы 104.
Это позволяет получить наиболее эффективную конфигурацию, использующую основную жесткость пружинного элемента 110.1 в его опорном направлении или вдоль продольной пружинной оси 110.4 (а не вторичную жесткость пружинного элемента 110.1 поперечно опорному направлению 110.4, которая обычно во многих случаях бывает нежелательно больше основной жесткости).
Следует понимать, что на уровне второго (нижнего) шарнирного сочленения 111.4 маятника 111 используется аналогичная (высокофункционально интегрированная) концепция шарнирного сочленения для компенсации наклона между маятником 111 и поперечиной 109 за счет упругого элемента 110.3. В этом случае реактивный момент на поперечное усилие TF также преобразуется вторым контактным элементом 111.6 в неравномерное сжатие элемента 110.3 (в направлении его продольной оси, совпадающей с пружинной осью 110.4) по всей его окружности. Как показано на фиг. 4, это, в целом, приводит к клинообразной деформации упругого элемента 111.6 (при этом угол клина соответствует углу наклона маятника 111). В итоге наклон маятника 111 компенсируется на уровне поперечины 109 за счет поворота вокруг второго (нижнего) центра поворота или второй оси 111.10 наклона.
Следует понимать, что согласно другим вариантам выполнения в качестве шарнирного сочленения 111.4 на нижнем конце маятника 111 можно использовать стандартное поворотное соединение, такое как простой петельный элемент или шаровой соединительный элемент.
Как показано на фиг. 2, пружинный элемент 110.1, по существу, полностью размещен в гнезде 108.4 рамы 104, а упругий элемент 110.3, по существу, полностью размещен в гнезде 109.2 поперечины 109. В этом примере гнезда 108.4 и 109.2 весьма простым образом образованы внутренним пространством, имеющимся в раме или в поперечине, за счет использования коробчатых компонентов, также как в рассматриваемых продольных балках 108 и поперечине 109. Такая конфигурация позволяет получить очень компактную, прочную и при этом легкую конструкцию.
Согласно этому варианту выполнения пружинный элемент 110.1 в продольном направлении 111.8 маятника (в состоянии покоя) и вдоль его продольной пружинной оси 110.4, соответственно, имеет жесткость от 0,1 кН/мм до 1 кН/мм, предпочтительно от 0,15 кН/мм до 0,4 кН/мм, предпочтительнее от 0,2 кН/мм до 0,3 кН/мм. Это позволяет обеспечить наиболее предпочтительную, динамичную работу ходовой части 102.
Как отмечалось выше, маятник 111 может иметь любую необходимую и подходящую фиксированную эффективную длину EL вдоль его продольной оси 111.8 между первым центром 111.9 поворота и вторым центром 111.10 поворота. Между тем, в этом примере маятник 111 имеет устройство регулировки длины, обозначенное пунктирной линией 111.11 на фиг. 3. Устройство 111.11 регулировки длины выполнено с возможностью регулировки эффективной длины EL маятника. Регулировка эффективной длины EL маятника 111 обеспечивает важное преимущество, заключающееся в том, что жесткость системы подвески в поперечном направлении (ось y) и/или в продольном направлении (ось х) можно регулировать за счет такой регулировки. Кроме этого, регулировку эффективной длины EL также можно использовать для компенсации износа колес (т.е. регулировки уровня высоты кузова после износа колес колесной пары 103 до определенной степени).
Устройство 111.11 регулировки длины расположено на нижнем, втором конце 111.2 маятника 111, что обеспечивает простоту доступа при осуществлении регулировки. Устройство 111.11 регулировки длины имеет простое винтовое соединение (которое может быть зафиксировано от развинчивания посредством любых соответствующих средств) и может использовать шайбы, установленные между вторым (нижним) контактным элементом 111.6 и маятниковым элементом 111.7.
Следует понимать, что эффективную длину EL маятника выбирают в зависимости от необходимой жесткости подвески кузова 101.1 в поперечном направлении (ось y) и/или в продольном направлении (ось х). В этом примере наиболее оптимальные динамические характеристики в плане ходовой устойчивости и комфорта передвижения обеспечиваются в том случае, если длина маятника составляет от 50% до 300%, предпочтительно от 100% до 250%, предпочтительнее от 150% до 200% длины по меньшей мере одного пружинного узла в продольном направлении маятника.
Как показано на фиг. 2, относительная подвижность между рамой 104 и кузовом 101.1 (опирающимся на поперечину 109) ограничена до определенной степени. Подобное ограничение подвижности обеспечивается посредством жесткого стопора 112. Для этого жесткий стопор имеет первый жесткий стопорный элемент 112.1, соединенный с рамой 104, который взаимодействует со вторым жестким стопорным элементом 112.2, соединенным с кузовом 101.1, установленным на поперечину 109.
Следует понимать, что обычно тяговые и тормозные усилия, воздействующие в продольном направлении (ось х), передаются от ходовой части 102 к кузову 101.1 посредством соответствующих тяговых соединений (не показаны). Поэтому обычно вторичная подвеска 106 не передает и не воспринимает значительное количество указанных тяговых и тормозных усилий.
Следует понимать, что согласно этому варианту выполнения за счет выполнения компактной и негромоздкой поперечины 109 подвески можно добиться очень низкого уровня пола в кузове 101.1. В этом случае опорная часть 108.2, в состоянии покоя, определяет высоту первого уровня Н1 в вертикальном направлении (ось z), а поперечина 109 определяет высоту второго уровня Н2 в вертикальном направлении, который ниже первого уровня Н1. Как показано на фиг. 2, высота первого уровня Н1 определяется опорной поверхностью сопряжения пружинного элемента 110.3 с опорной частью 108.2, а высота второго уровня Н2 определяется опорной поверхность 109.3 сопряжения поперечины 109.
Следует понимать, что очевидно единственным ограничением для высоты второго уровня Н2 является вертикальный размер непосредственно самой поперечины 109 и необходимый дорожный просвет. Кроме того, следует понимать, что в этом варианте подвески, помимо бокового люфта, который необходим для боковой подвижности кузова 101.1 относительно рамы 104 (равного двойному расстоянию между жесткими стопорными элементами 112.1, 112.2), все пространство, доступное в поперечном направлении между жесткими стопорными элементами 112.1 соответствующей продольной балки 108, может быть занято кузовом 101.1. Это обеспечивает очень широкий проход для пассажиров по низкому полу кузова 101.1.
Как показано на фиг. 1, кузов 101.1 (в частности, либо одна из частей кузова 101.1, также опирающаяся на первую ходовую часть 102, либо другая часть кузова 101.1) опирается на другую, вторую ходовую часть 113. Все детали второй ходовой части 113 идентичны деталям первой ходовой части 102, рассмотренным выше. Несмотря на то, что первая ходовая часть 102 может быть ведущей ходовой частью с приводом (не показан), установленным на корпусе 107 рамы, вторая ходовая часть 113 может быть ведомой ходовой частью, без такого привода, установленного на корпус 107 рамы. Разумеется, каждая из первой 102 и второй 113 ходовых частей, также может быть ведущей или ведомой.
Второй вариант выполнения
Далее, со ссылкой на фиг. 1, 4 и 5 будет рассмотрен второй предпочтительный вариант выполнения ходовой части 202 согласно изобретению. Ходовая часть 202 может просто заменять ходовую часть 102 по фиг. 1. Основные узлы конструкции и функциональность ходовой части 202 в значительной мере такие же, как у рельсового транспортного средства 101, поэтому далее преимущественно будут рассмотрены лишь отличия. В частности, идентичные компоненты будут обозначаться идентичными ссылочными позициями, а схожие компоненты будут обозначаться теми же самыми ссылочными позициями, увеличенными на 100. Если далее это не будет оговорено отдельно, при описании указанных компонентов используются явные ссылки на пояснения, данные применительно к первому варианту осуществления.
Как показано на фиг. 5, единственное отличие от первого варианта выполнения заключается в конструкции подвески 206, в частности, в конструкции маятника 211. В этом случае маятник 211 имеет два маятниковых элемента 211.9, соединенные общим первым (верхним) контактным элементом 211.5. Первый контактный элемент 211.5 точно также контактирует с верхним концом пружинного элемента 110.1, который опирается на соответствующую продольную балку 108. В этом случае пружинный элемент 110.1 расположен в зазоре, имеющемся между двумя маятниковыми элементами 211.9 в продольном направлении (ось х). Каждый маятниковый элемент 211.9 своим нижним концом соединен с поперечиной 109 посредством второго (нижнего) контактного элемента 211.6 и промежуточного упругого элемента 110.3.
Работа подвески 206 в поперечном направлении (ось y) аналогична работе подвески 106 по первому варианту выполнения. В частности, движения маятника 211 с осями 211.9, 211.10 наклона, по существу, идентичны маятниковым движениям, рассмотренным для первого варианта выполнения, в частности со ссылкой на фиг. 4. Поэтому далее будет использоваться ссылка на указанные пояснения.
Одно из отличий в этом случае заключается в том, что указанная конфигурация с двойным маятниковым элементом является более жесткой в продольном направлении (ось х). Это объясняется тем, что усилия, воздействующие исключительно в продольном направлении (например, тяговое или тормозное усилие), за счет силовой рамы, образуемой поперечиной 109 и маятником 211, не создают соответствующего значительного момента от маятника вдоль его поперечной оси, параллельно поперечной оси (ось y). В этом случае пружинный элемент 110.3 преимущественно подвергается сдвигающей нагрузке, поэтому используется вторичная жесткость пружинного элемента 110.3 в направлении, поперечном его продольной пружинной оси 110.4.
Третий вариант осуществления
Далее, со ссылкой на фиг. 1, 4 и 6 будет рассмотрен третий предпочтительный вариант выполнения ходовой части 302 согласно изобретению. Ходовая часть 302 может просто заменять ходовую часть 102 по фиг. 1. Основные узлы конструкции и работа ходовой части 302 в значительной мере такие же, как у рельсового транспортного средства 101, поэтому далее преимущественно будут рассмотрены лишь отличия. В частности, идентичные компоненты будут обозначаться идентичными ссылочными позициями, а схожие компоненты будут обозначаться теми же самыми ссылочными позициями, увеличенными на 200. Если далее это не будет оговорено отдельно, при описании указанных компонентов используются явные ссылки на пояснения, данные применительно к первому варианту выполнения.
Как показано на фиг. 6, единственное отличие от первого варианта выполнения заключается в конструкции подвески 306, в частности, в конструкции пружинного узла 310 и маятника 311. В этом случае пружинный узел имеет два пружинных элемента 310.1, а маятник 311 имеет один маятниковый элемент 311.9 и продолговатый первый (верхний) контактный элемент 311.5. Первый контактный элемент 311.5 контактирует с верхними концами двух пружинных элементов 310.1, которые опираются на соответствующую продольную балку 108. В этом случае маятниковый элемент 311.9 расположен в зазоре, имеющемся между двумя пружинными элементами 310.1 в продольном направлении (ось х). Маятниковый элемент 311.9 своим нижним концом соединен с поперечиной 109 посредством второго (нижнего) контактного элемента 311.6 и промежуточного упругого элемента 110.3.
Работа подвески 306 в поперечном направлении (ось y) аналогична работе подвески 106 по первому варианту выполнения. В частности, движения маятника 311, по существу, идентичны движениям, рассмотренным для первого варианта выполнения, в частности со ссылкой на фиг. 4. Поэтому далее будут использоваться ссылки на указанные пояснения. То же самое касается и функциональности подвески 306 в продольном направлении (ось х), где движения маятника (вдоль маятниковой оси, параллельной поперечной оси) достигаются за счет отклонения двух неравномерно сжимаемых пружинных элементов 310.1.
Четвертый вариант осуществления
Далее, со ссылкой на фиг. 1, 4 и 7 будет рассмотрен четвертый предпочтительный вариант выполнения ходовой части 402 согласно изобретению. Ходовая часть 402 точно также может просто заменять ходовую часть 102 по фиг. 1. Основные узлы конструкции и функциональность ходовой части 402 в значительной мере такие же, как у рельсового транспортного средства 101, поэтому далее преимущественно будут рассмотрены лишь отличия. В частности, идентичные компоненты будут обозначаться идентичными ссылочными позициями, а схожие компоненты будут обозначаться теми же самыми ссылочными позициями, увеличенными на 300. Если далее это не будет оговорено отдельно, при описании указанных компонентов используются явные ссылки на пояснения, данные применительно к первому варианту выполнения.
Как показано на фиг. 7 единственным отличием от ходовой части 102 по первому варианту выполнения является перевернутое положение подвески 406. В частности, пружинный элемент 110.1 пружинного узла 110 находится в гнезде 409.2 поперечины 409, а упругий элемент 110.3 находится в гнезде 408.4 продольной балки 408. Поэтому теперь первый (верхний) контактный элемент 411.5 маятника 411 контактирует с упругим элементом 110.3, а второй (нижний) контактный элемент 411.6 маятника 411 контактирует с пружинным элементом 110.1.
Поэтому в этом случае направление действия опорного усилия, передаваемого с рамы 104 ходовой части на кузов 101.1, следует от опорной части 408.2 продольной балки 408 через упругий элемент 110.3 на первый (верхний) контактный элемент 411.5, маятниковый элемент 411.7, (нижний) контактный элемент 411.6, пружинный элемент 110.1 и поперечину 409 на кузов 101.1. Поэтому в этом примере оба элемента, пружинный элемент 110.1 и упругий элемент 110.3, находятся под сжимающей нагрузкой (в состоянии покоя и, как правило, в любых условиях нормальной работы транспортного средства).
В остальном работа подвески 406, в частности ее кинематика, по существу идентична работе подвески 106, рассмотренной выше по первому варианту выполнения. Поэтому пояснения, изложенные выше, применимы и в этом случае.
Пятый вариант осуществления
Далее, со ссылкой на фиг. 1, 4 и 8 будет рассмотрен пятый предпочтительный вариант выполнения ходовой части 502 согласно изобретению. Ходовая часть 502 точно также может просто заменять ходовую часть 102 по фиг. 1. Основные узлы конструкции и работа ходовой части 502 в значительной мере такие же, как у рельсового транспортного средства 101, поэтому далее преимущественно будут рассмотрены лишь отличия. В частности, идентичные компоненты будут обозначаться идентичными ссылочными позициями, а схожие компоненты будут обозначаться теми же самыми ссылочными позициями, увеличенными на 400. Если далее это не будет оговорено отдельно, при описании указанных компонентов используются явные ссылки на пояснения, данные применительно к первому варианту выполнения.
Как показано на фиг. 8, единственным отличием от ходовой части 102 по первому варианту выполнения является конструкция подвески 506, которая является комбинацией из первого и четвертого вариантов выполнения. В частности, пружинный узел 510 содержит первый (верхний) пружинный элемент 510.1, который расположен в гнезде 508.4 продольной балки 508 (аналогично первому варианту выполнения). Кроме того, пружинный узел 510 содержит второй (нижний) пружинный элемент 510.3, расположенный в гнезде 509.2 поперечины 509 (аналогично четвертому варианту выполнения). Поэтому в этом случае первый (верхний) контактный элемент 511.5 маятника 511 контактирует с первым (верхним) пружинным элементом 510.1, а второй (нижний) контактный элемент 511.6 маятника 511 контактирует со вторым (нижним) пружинным элементом 110.1.
Поэтому в этом случае направление действия опорного усилия, передаваемого от рамы 104 ходовой части на кузов 101.1, следует от опорной части 508.2 продольной балки 508 через первый (верхний) пружинный элемент 510.1 на первый (верхний) контактный элемент 511.5, маятниковый элемент 511.7, (нижний) контактный элемент 511.6, второй (нижний) пружинный элемент 510.3 и поперечину 509 на кузов 101.1. Поэтому в этом примере оба элемента: первый пружинный элементс510.1 и второй пружинный элемент 510.3 точно также находятся под сжимающей нагрузкой (в состоянии покоя и, как правило, в любых условиях нормальной работы транспортного средства).
В остальном работа подвески 506, в частности, ее кинематика, по существу идентична работе подвески 106, рассмотренной выше по первому варианту выполнения. Поэтому пояснения, изложенные выше, применимы и в этом случае.
Следует понимать, что первый и второй пружинные элементы 510.1 и 510.3 короче (вдоль их продольной пружинной оси 510.4) пружинного элемента 110.1. Следует понимать, что, особенно в этом случае, с подобными аксиально более короткими пружинными элементами, первый и второй пружинные элементы 510.1 и 510.3 не обязательно должны быть известными витыми пружинными элементами. В частности, они могут быть резиновыми пружинными элементами, например, прорезиненными металлическими пружинными элементами, как это показано пунктиром 510.5 на фиг. 8.
Несмотря на то, что изобретение было рассмотрено выше применительно к низкопольным рельсовым транспортным средствам, тем не менее, следует понимать, что оно также применимо для рельсовых транспортных средств любого другого типа при решении аналогичных задач в плане обеспечения простой и компактной конструкции, позволяющей снизить производственные затраты.