Устройство гашения колебаний вагона надземной монорельсовой транспортной системы

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности к транспортным системам с путевой структурой, родственной путям подвесного и эстакадного типов, и может быть использована при создании скоростных пассажирских вагонов монорельсовой транспортной системы для больших городов и междугородных сообщений, в том числе в условиях сильнопересеченной местности, гор, пустынь, а также в городских условиях параллельно с существующими видами транспорта.
В частности, полезная модель касается конструктивного исполнения устройства гашения колебаний вагона надземной монорельсовой транспортной системы, который подвешен в двух точках к ходовым тележкам, располагаемым внутри ходовой балки монорельсового пути полузамкнутого сечения. Ходовая балка транспортной системы (путевая балка) состоит из коробчатого несущего элемента с продольным пазом снизу, который обхватывает ходовую часть вагона (ходовые тележки). Несущие металлические листы образуют дорожки, по которым катятся опорные колеса и направляющие ролики. Также внутри балки установлена система токоподвода для питания электродвигателя/лей ходовых тележек. Данная конструкция обладает существенным преимуществом, так как сама ходовая тележка, балка и необходимое для эксплуатации оборудование защищены от влияния погодных факторов (например, снегопадов).
Особенностью такой монорельсовой транспортной системы является то, что вагон в двух точках подвешен к двум ходовым тележкам.
Так известно устройство гашения колебаний вагона надземной монорельсовой транспортной системы, содержащее вертикально ориентированный вал, подсоединяемый с одного конца к раме ходовой тележки вагона и закрепляемый другим концом на силовой конструкции крыши вагона шарнирно с возможностью отклонения поперечно вагона от вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось вала на заданный угол до упора в ограничители угла поперечного колебания вагона (DE 19508719, В61В 3/00, опубл. 12.09.1996).
Недостатком данного решения заключается в недостаточной стабилизации вертикального положения вагона, подвешенного к ходовым тележкам надземной монорельсовой транспортной системы, при воздействии боковой ветровой нагрузки и при прохождении поворотов. Это обусловлено тем, что вагон, по сути, не имеет амортизирующих средств, гасящих поперечные колебания. В качестве ограничителя поперечных колебаний выступают конструктивные средства, в частности, ограничители угла поперечного колебания вагона, представляющие собой упоры. Вагон, нагруженный весом пассажиров, представляет собой массивное тело, качнуть которое в поперечном направлении возможно только приложив достаточно большое боковое усилие. Это условие и является основанием для исключения амортизирующих средств, гасящих поперечные колебания. Данный вагон рассчитан для движения на небольших скоростях, при которых инерционные составляющие не влияют на стабильное положение подвешенного вагона. Этот же принцип стабилизации используется и в таких транспортных системах как фуникулер. В этих системах имеющиеся колебания при небольшой скорости перемещения не создают серьезных неприятных ощущений. Но при увеличении скорости перемещения появляются инерционные составляющие, приводящие к раскачиванию подвешенного вагона на углы, при которых такие колебания вызывают опасения и тревогу. Особенно это сильно проявляется при скоростном движении под действием бокового ветра или при прохождении поворотов. Кроме того, в этих случаях механические ограничители угла поперечного колебания вагона (упоры) не справляются и начинают работать на удар, что приводит к разрушению этих упоров и возможному разрушению крыши вагона.
Таким образом, настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении стабилизации вертикального положения вагона, подвешенного к ходовым тележкам надземной монорельсовой транспортной системы, за счет гашения поперечных колебаний вагона, обусловленных действием боковой ветровой нагрузки и при прохождении поворотов.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве гашения колебаний вагона надземной монорельсовой транспортной системы, содержащем вертикально ориентированный вал, подсоединяемый с одного конца к раме ходовой тележки вагона и закрепляемый другим концом на силовой конструкции крыши вагона шарнирно с возможностью отклонения поперечно вагона от вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось вала на заданный угол до упора в ограничители угла поперечного колебания вагона, другой конец вала шарнирно закреплен на траверсе, поперечно расположенной на силовой конструкции крыши вагона, на концевых участках которой закреплены по одной пневморессоре, верхняя часть каждой из которых соединена с пластиной, связанной с траверсой посредством двух вертикально расположенных с разных сторон траверсы гидравлических амортизатора для гашения вертикальных колебаний пневморессоры, и расположенный вдоль траверсы гидравлический амортизатор для гашения горизонтальных колебаний пневморессоры, конец вала, располагаемый выше места его соединения с рамой ходовой тележки вагона, связан с траверсой двумя пружинными демпферами с гидравлическим успокоителем каждый, которые расположены в вертикальной плоскости, проходящей через вал вдоль длины траверсы поперечно вагону и перпендикулярно оси вращения шарнира вала, а траверса дополнительно связана с силовой конструкцией крыши вагона двумя расположенными вдоль вагона демпферами, при этом указанные пластины пневморессор прикреплены к силовой конструкции крыши вагона.
При этом траверса может быть выполнена полой и представлять собой пневморесивер для формирования давления в пневморессорах.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид вагона, подвешенного к ходовой тележки монорельсового транспортного средства;
фиг. 2 - общий вид в аксонометрии устройства гашения колебаний вагона надземной монорельсовой транспортной системы;
фиг.3 - вид сбоку на устройство гашения колебаний;
фиг. 4 - фрагмент крепления шарнирного узда в устройстве гашения колебаний.
Согласно настоящей полезно модели рассматривается новое техническое решение устройства гашения колебаний вагона надземной монорельсовой транспортной системы. В частности речь идет об устройстве, которое гасит поперечные колебания вагона при воздействии сильного бокового ветра или при скоростном прохождении поворотов для комфортного ощущения пассажиров на уровне колебательных процессов, присущих движению автобуса или такси.
В общем случае, устройство гашения колебаний вагона надземной монорельсовой транспортной системы содержит вертикально ориентированный вал, подсоединяемый с одного конца к раме ходовой тележки вагона и закрепляемый другим концом на силовой конструкции крыши вагона шарнирно с возможностью отклонения поперечно вагона от вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось вала на заданный угол до упора в ограничители угла поперечного колебания вагона.
Другой конец вала шарнирно закреплен на траверсе, поперечно расположенной на силовой конструкции крыши вагона, на концевых участках которой закреплены по одной пневморессоре, верхняя часть каждой из которых соединена с пластиной (прикрепленной к силовой конструкции крыши вагона), связанной с траверсой посредством двух вертикально расположенных с разных сторон траверсы гидравлических амортизатора для гашения вертикальных колебаний пневморессоры, и расположенный вдоль траверсы гидравлический амортизатор для гашения горизонтальных колебаний пневморессоры.
Конец вала, располагаемый выше места его соединения с рамой ходовой тележки вагона, связан с траверсой двумя пружинными демпферами с гидравлическим успокоителем каждый, которые расположены в вертикальной плоскости, проходящей через вал вдоль длины траверсы поперечно вагону и перпендикулярно оси вращения шарнира вала.
Траверса дополнительно связана с силовой конструкцией крыши вагона двумя расположенными вдоль вагона демпферами. При этом траверса может быть выполнена полой и представлять собой пневморесивер для формирования давления в пневморессорах.
Ниже рассматривается пример конкретного исполнения полезной модели (фиг. 1-4).
Устройство гашения колебаний вагона надземной монорельсовой транспортной системы содержит вертикально ориентированный вал 1, подсоединяемый с одного конца к раме 2 ходовой тележки 3 вагона 4 (фиг. 1) и закрепляемый другим концом на силовой конструкции крыши вагона шарнирно с возможностью отклонения поперечно вагона от вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось 5 вала 1 (фиг. 4) на заданный угол до упора в ограничители 6 угла поперечного колебания вагона (фиг. 3).
Другой конец вала шарнирно закреплен на траверсе 7, поперечно расположенной на силовой конструкции крыши вагона 4.
Крыша вагона выполнена с поперечно продольной оси вагона укрепленными двумя силовыми балками 8 на каждом конце вагона (фиг. 1). Эти балки расположены на расстоянии друг от друга для образования ложемента, в который укладывается траверса 7. Балки в конкретном примере выполнены Г-образного сечения с расположением горизонтальных полок навстречу друг другу. Ничто не ограничивает и другие формы выполнения этих силовых балок.
Вал 1 шарнирно укреплен в траверсе 7 (фиг. 4). В нижней части вал 1 имеет две оппозитно расположенные оси 9, совмещенная продольная ось которых проходит вдоль продольной оси вагона и лежит в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось вагона. Оси 9 установлены в подшипниковых гнездах (цапфах). Таким образом, вал 1 имеет возможность качания в шарнирном узле в поперечном направлении по отношению к продольной вертикальной плоскости вагона. Доступ к этому шарнирному узлу (в целях технологического осмотра) обеспечивается через технологическое окно 10 (фиг. 1), закрываемое крышкой 11 (фиг. 3).
Таким образом, вал 1 обеспечивает соединение траверсы 7 с рамой 2 ходовой тележки 3 и обеспечивает возможность качания траверсы относительно вала 1 в поперечном вагону направлении.
Конец 12 вала 1, располагаемый выше места его соединения с рамой 2 ходовой тележки 3 вагона, связан с траверсой 7 двумя пружинными демпферами 13 с гидравлическим успокоителем каждый, которые расположены в вертикальной плоскости, проходящей через вал вдоль длины траверсы поперечно вагону и перпендикулярно оси вращения шарнира вала 1. Эти пружинные демпферы 13 с гидравлическим успокоителем каждый обеспечивают и поддерживают вертикальное положение вала 1 по отношению к траверсе. При отклонении траверсы за счет углового полворота в шарнирном узле эти средства стремятся погасить отклонение траверсы и вернуть ее в исходное положение по отношению к вертикальному положению вала 1.
На концевых участках траверсы закреплены по одной пневморессоре 14, представляющей собой резиновый баллон (многослойная резинокордная оболочка, по конструкции аналогичной резиновым шлангам, покрышкам и т.д.), зажатый между верхней и нижней опорами. Пневморессора (пневматическая рессора, пневмоподушка, пневмобаллон) - упругий элемент пневматической подвески транспортных средств; пневматический баллон с возможностью изменения объема и жесткости.
Нижняя часть каждой пневморессоры 14 закреплена на концевом участке траверсы 7. Траверса 7 может быть выполнена полой и представлять собой пневморесивер для формирования давления в пневморессорах. Для этой цели в траверсе выполнено сообщение или канал, сообщающий полость траверсы с полостью резинового баллона.
Верхняя часть каждой пневморессоры 14 соединена с пластиной 15 или с верхней траверсой или присоединена к ней. Эта пластина по длине располагается вдоль вагона и концевыми участками прикрепляется к смежно расположенным силовым балкам 8 крыши вагона так, что траверса 7 укладывается в ложемент между этими балками 8 в подвешенном положении.
Каждая пневморессора стабилизирована в пространстве для сохранения ее вертикально ориентированной бочкообразной формы. Резиновый баллон как пневматический элемент подвески хорошо работает за счет изменения формы в строго вертикальном направлении. В связи с этим пластина 15 связана с траверсой 7 посредством двух вертикально расположенных с разных сторон траверсы гидравлических амортизаторов 16 для гашения вертикальных колебаний пневморессоры и расположенный вдоль траверсы гидравлический амортизатор 17 для гашения горизонтальных колебаний пневморессоры. Эти гидравлические амортизаторы обеспечивают вертикально ориентированное положение пневморессоры и исключают ее поперечную деформацию. При качательных колебаниях траверсы 7 резиновый балон сохраняет свою геометрическую форму, что позволяет ему работать на сжатие вдоль его вертикальной оси (продольной оси). Изгибные деформации происходят на боковинах за счет изменения их кривизны, но это и обеспечивает упругость резинового баллона и реализацию функции по гашению энергии перемещения концевого участка траверсы в энергию ее диссипации при расширении баллона.
Введение в подвеску упругого элемента (пневморессоры), толчок на траверсу со стороны вагона (при раскачивании) значительно смягчается, но вследствие инерции вагона колебательный процесс затягивается во времени, делая положение вагона опасным. Вагон с такой подвеской раскачивается в поперечных направлениях, и высока вероятность «пробоя» при резонансе (когда толчок от вагона совпадает со сжатием пневморесссоры в течение затянувшегося колебательного процесса). Во избежание вышеперечисленных явлений, наряду с упругим элементом используют демпфирующий элемент - амортизатор (как вариант, гидравлический амортизатор). Этот амортизатор контролирует упругость пружины, поглощая большую часть энергии колебаний. Посоле прекращения сжатия пневморессора сжимается. Когда же, после сжатия, она начнет расширяться, стремясь превзойти свою нормальную длину, большую часть энергии зарождающегося колебания поглотит амортизатор. Продолжительность колебаний до возвращения пневморессоры в исходное положение при этом уменьшится до 0,5…1,5 циклов. Таким образом, пневморессора решает вопросы подпружинивания и нейтрализации колебательного процесса для смягчения колебаний, а амортизаторы реализуют функцию максимального ускорения этого процесса и исключения попадания в резонанс.
Рассмотренные конструктивные особенности относятся к поведению подвески в режиме гашения поперечных колебаний (по отношению к вагону). Но на вагон так же действуют инерционные силы, так как при движении вагон находится под воздействием разнонаправленных внешних возмущений. Поэтому вагон подвергается так же угловому смещению по отношению к его продольной оси (плоскости). Это отражается на том, что траверса начинает колебаться вокруг шарнирного узла между силовыми балками 8 (в плоскости крыши вагона). Для исключения этого негативного явления траверса дополнительно связана с силовой конструкцией крыши вагона двумя расположенными вдоль вагона демпферами 18, которые нейтрализуют смещения траверсы 7 в плоскости крыши между силовыми балками.
Так как раньше было указано, что силовая балка выполнена Г-образной и к верхней горизонтальной полке которой крепятся пластины 15, то к траверсе присоединены отбойные упоры 19, которые располагаются под горизонтальной полкой каждой силовой балки. При чрезмерных колебаниях (в режиме экстренных колебаний) эти упоры механически тормозят перемещения траверсы 7 в вертикальной плоскости, проходящей поперек вагона за счет того, что упоры 19 при подъеме вверх упираются на нижнюю поверхность горизонтальной полки.
С одной стороны устройство гашения колебаний вагона надземной монорельсовой транспортной системы представляет собой маятниковую систему по отношению к точке подвеса вала 1 к раме ходовой тележки, а с другой стороны -это балансирная подвеска по отношению к оси качания шарнирного узла. Применение комбинированной схемы подвеса позволяет стабилизировать положение вагона на валу 1 за счет использования пневморессор и пружинных демпферов 13 с гидравлическим успокоителем каждый.
Настоящая полезная модель промышленно применима и может использоваться для транспортирования пассажирских подвесных вагонов на монорельсовом пути. Введенные конструктивные изменения в амортизирующую подвеску вагона позволяют повысить стабилизацию вертикального положения вагона, подвешенного к ходовым тележкам надземной монорельсовой транспортной системы, за счет гашения поперечных колебаний вагона, обусловленных действием боковой ветровой нагрузки и при прохождении поворотов, а так же повысить скоростные показатели ходовых тележек, за счет исключения воздействия на них инерционных составляющих.