ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ПРИВОДНЫМ УСТРОЙСТВОМ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРИВОДНОГО УСТРОЙСТВА И РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
DRIVE DEVICE FOR RAIL VEHICLE, RAIL VEHICLE WITH DRIVE DEVICE, AS WELL AS METHOD OF MANUFACTURING DRIVE DEVICE AND RAIL VEHICLE

Изобретение относится к приводному устройству для рельсового транспортного средства и к рельсовому транспортному средству с приводным устройством. В отношении рельсового транспортного средства речь идет, прежде всего, о легком рельсовом транспортном средстве, таком как, например, трамвае. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления приводного устройства и рельсового транспортного средства.
Изобретение относится, прежде всего, к низкопольному рельсовому транспортному средству, прежде всего легкому низкопольному рельсовому транспортному средству. Пол пассажирского салона такого рельсового транспортного средства расположен, прежде всего, в области входной двери между поворотными тележками на уровне не выше уровня или даже ниже уровня осей вращения дисков колес рельсового транспортного средства. Таким образом, в распоряжении имеется место для тяговых двигателей рельсового транспортного средства.
Как, например, описывает ЕР 1197412 А2, может быть предусмотрен расположенный снаружи продольный привод, то есть продольная ось ротора тягового двигателя проходит в направлении движения или по существу в направлении движения, и тяговый двигатель расположен вне салона между дисками колес колесной пары. Иначе говоря, приводной вал простирается снаружи примерно параллельно продольным балкам поворотной тележки, которые проходят в продольном направлении транспортного средства, то есть примерно в направлении движения, прежде всего между двумя колесными парами поворотной тележки. Такие продольные приводы обычно имеют трансмиссию с коническими зубчатыми колесами. При этом недостатком является сложность привода и, прежде всего, возникающие при повышенных скоростях вращения шумы с высоким уровнем звука. Поэтому тяговый двигатель выполняется для сравнительно низких скоростей вращения. Это, в свою очередь, приводит к сравнительно большому весу и монтажному пространству.
Кроме того, возможны тяговые двигателя с проходящим в вертикальном направлении ротором и приводным валом, которые могут быть расположены в области перехода между разными кузовами вазонов. При этом недостатком является сложность привода, через которые приводная энергия тягового двигателя вводится в валы колесных пар.
Кроме того, тяговый двигатель может быть расположен в области над колесным диском колесной пары, например, под посадочной поверхностью сидений транспортного средства. Однако по причине высоты монтажа привода это требует отдельного масляного насоса с соответствующим риском выхода из строя.
У вышеназванных приводов для низкопольных рельсовых транспортных средств подвижные массы, а также неподвижные массы привода относительно велики. Так как, по меньшей мере, части привода, такие как трансмиссия, а также в зависимости от исполнения тяговый двигатель, закрепляются, подвешиваются или опираются на поворотную тележку, то поворотная тележка сама должна быть прочной и поэтому, как правило, выполняться тяжелой и громоздкой.
Наряду с уже названными концепциями размещения тягового двигателя, уже также известно, предусматривать поперечный привод, у которого продольная ось ротора и, таким образом, приводной вал двигателя проходят параллельно или примерно параллельно продольной оси вала колесной пары. Например, WO 2011/141510 А1 раскрывает несколько вариантов закрепления или соединения таких поперечных приводов на поворотной тележке.
Задачей настоящего изобретения является разработка приводного устройства и рельсового транспортного средства с таким приводным устройством, которые увеличивают пространство для других конструктивных элементов и других устройств рельсового транспортного средства и, прежде всего, делают возможным использование тягового двигателя с малым монтажным объемом и малой массой. Еще одной задачей изобретения является разработка способа изготовления приводного устройства и рельсового транспортного средства, с помощью которых являются достижимыми эти цели.
Согласно основной идее настоящего изобретения предлагается встраивать тяговый двигатель привода рельсового транспортного средства в несущую конструкцию поворотной тележки. Таким образом, по меньшей мере, часть несущей конструкции поворотной тележки выполняет две функции, а именно, с одной стороны, воспринимать, по меньшей мере, часть веса рельсового транспортного средства и передавать по меньшей мере через одну колесную пару на рельсы, и с другой стороны, содержать, по меньшей мере, частичный объем тягового двигателя. Понятие содержания частичного объема или объема относится к объему несущей конструкции поворотной тележки, который определяется огибающей поверхностью объема. Прежде всего, несущая конструкция поворотной тележки имеет выемку или полость, которая, таким образом, находится внутри огибающей поверхности и в которую вмещает часть тягового двигателя.
Таким образом, уменьшается требуемый вне несущей части поворотной тележки монтажный объем для тягового двигателя. Кроме того, по меньшей мере, встроенная (интегрированная) в поворотную тележку область тягового двигателя защищается частями поворотной тележки от внешних воздействий, таких как, например, ударов. За счет этого корпус тягового двигателя может быть, например, выполненным более компактным (например, с меньшей толщиной стены корпуса) или даже, по меньшей мере, часть корпуса может быть исключена. Иначе говоря, несущая конструкция поворотной тележки может образовывать, по меньшей мере, часть корпуса двигателя.
Кроме того, предлагается выполнить приводное устройство с поперечным приводом, то есть продольная ось тягового двигателя, в направлении которой приводная энергия передается исходя из двигателя к колесу или колесной паре, проходит перпендикулярно направлению движения рельсового транспортного средства, прежде всего параллельно или примерно параллельно валу колесной пары или виртуальной оси, которая соединяет центральные точки колес колесной пары. Поэтому продольная ось ротора тягового двигателя проходит, прежде всего, в горизонтальном направлении, например, когда рельсовое транспортное средство во время движения не перемещается по наклоненному вправо или влево рельсу. Это, как правило, является случаем движения по прямой.
Поперечный привод делает возможным использование трансмиссии, которая при передаче приводной энергии от приводного вала двигателя на колесо или колесную пару обходится без конических зубчатых колес. Поэтому приводное устройство может иметь, прежде всего, трансмиссию с цилиндрическими зубчатыми колесами, причем тяговый двигатель во время работы вводит в нее приводную энергию через приводной вал трансмиссии с цилиндрическими зубчатыми колесами. Прежде всего, приводной вал и выходной вал трансмиссии с цилиндрическими зубчатыми колесами могут проходить параллельно оси колесной пары или упомянутой виртуальной оси колесной пары. Также возможно, что вал колесной пары является выходным валом трансмиссии с цилиндрическими зубчатыми колесами или вал колесной пары и приводной вал проходят коаксиально относительно друг друга.
Трансмиссия с цилиндрическими зубчатыми колесами по сравнению с трансмиссией с коническими зубчатыми колесами имеет преимущество меньшего монтажного объема, по этой причине меньшей массы при использовании одинаковых материалов и меньшего шумообразования при одинаковых скоростях вращения. Трансмиссия с цилиндрическими зубчатыми колесами имеет также преимущество, что простым образом может быть реализована многоступенчатая трансмиссия, благодаря чему, в свою очередь, возможны большие передаточные отношения скоростей вращения приводного вала и выходного вала трансмиссии при меньшем шумообразовании. Многоступенчатые трансмиссии с цилиндрическими зубчатыми колесами, а также одноступенчатые трансмиссии с цилиндрическими зубчатыми колесами, пригодны для изготовления трансмиссий с малым весом при большом передаточной числе. Это, в свою очередь, позволяет эксплуатировать тяговый двигатель при более высокой скорости вращения, и поэтому при одинаковой приводной мощности выполняться с меньшими объемами. Это, в свою очередь, облегчает встраивание тягового двигателя в несущую конструкцию поворотной тележки, то есть большая часть всего тягового двигателя может находиться внутри огибающей поверхности несущих частей поворотной тележки.
Преимущество экономии пространства как за счет, по меньшей мере, частичного встраивания тягового двигателя в несущую конструкцию поворотной тележки, так и за счет использования трансмиссии с цилиндрическими зубчатыми колесами заключается в том, что могут быть уменьшены выступающие сбоку наружу части конструктивных элементов приводного устройства по сравнению с другими приводными устройства с расположенным снаружи частями. Это преимущество имеется, прежде всего, относительно известных устройств, у которых тяговый двигатель находится полностью за пределами продольной балки несущей конструкции поворотной тележки. Это, прежде всего при движении по кривой, уменьшается ширину габарита транспортного средства на высоте поворотной тележки. Это свободное пространство также является выгодным для обеспечения достаточного свободного пространства, в которое могут вдвигаться на поворотной тележке установленные на пружинах части рельсового транспортного средства. Кроме того, за счет, по меньшей мере, частичного встраивания в поворотную тележку имеется свободное пространство для конструкции низкопольного рельсового транспортного средства. Это касается, прежде всего, переходов между разными кузовами вагонов рельсового транспортного средства, которые, как правило, расположены в области поворотной тележки.
Прежде всего, у конструкций поворотной тележки с проходящими в направлении движения рельсового транспортного средства расположенными на противолежащих сторонах справа и слева в направлении движения продольными балками, тяговый двигатель может быть полностью или частично встроен в выемку и/или полость продольной балки. Это имеет преимущество, что трансмиссия с цилиндрическими зубчатыми колесами может быть расположена в непосредственной близости от тягового двигателя. Поэтому приводной вал трансмиссии с цилиндрическими зубчатыми колесами может быть особо коротким, благодаря чему могут быть уменьшены вес и стоимость.
Прежде всего, продольная балка может иметь выемку, которая простирается с внешней стороны поворотной тележки в продольную балку и, например, имеет замкнутый обегающий бортик. Предпочтительно, форма и размер замкнутого обегающего бортика согласованы с формой и размером внешнего периметра тягового двигателя таким образом, что статор тягового двигателя, по меньшей мере, частично вмещается выемку и при этом на разных сторонах внешнего периметра находится в контакте с бортиком выемки. Поэтому бортик выемки удерживает статор и, таким образом, тяговый двигатель в положении покоя.
Выемка может простираться во внутреннюю часть продольной балки, но не через нее. Таким образом, в выемке имеется упор для установки тягового двигателя в выемке, который, например, образован задней стенкой выемки. Однако является предпочтительным, что выемка простирается через продольную балку. Это увеличивает пространство для вмещения тягового двигателя, и часть тягового двигателя может находиться на внутренней стороне продольной балки. Альтернативно или дополнительно, по меньшей мере, частичный объем тягового двигателя может быть встроен в поперечную балку поворотной тележки. Поперечная балка простирается (при прямолинейном движении рельсового транспортного средства) в горизонтальном направлении. Использование поперечной балки имеет преимущество, что в направлении наибольшей длины поперечной балки, то есть в поперечном направлении, в распоряжении имеется достаточное место для размещения тягового двигателя, прежде всего всей длины тягового двигателя.
Альтернативно или дополнительно к объему или частичному объему тягового двигателя, в несущую конструкцию поворотной тележки может быть встроено охлаждающее устройство для охлаждения тягового двигателя во время его эксплуатации. Прежде всего, в несущую конструкцию поворотной тележки может быть, по меньшей мере, частично встроен вентилятор охлаждающего устройства для охлаждения воздушного потока. Альтернативно или дополнительно, в несущую конструкцию поворотной тележки может быть встроен участок трубопровода охлаждающей жидкости охлаждающего устройства для направления потока охлаждающей жидкости. Кроме того, альтернативно или дополнительно, в несущую конструкцию поворотной тележки может быть, по меньшей мере, частично встроен насос охлаждающей жидкости охлаждающего устройства для приведения в движение потока охлаждающей жидкости. Далее, альтернативно или дополнительно, в несущую конструкцию поворотной тележки может быть, по меньшей мере, частично встроен теплообменник для передачи тепла охлаждающей жидкости в несущую конструкцию и/или в окружающую среду несущей конструкции.
Прежде всего, трубопроводы охлаждающей жидкости могут проходить внутри несущей конструкции, например от тягового двигателя через трубопровод внутри продольной балки и/или поперечной балки несущей конструкции, альтернативно, через встроенный в несущую конструкцию насос охлаждающей жидкости и, альтернативно, через дополнительный теплообменник для обратного охлаждения охлаждающей жидкости назад к тяговому двигателю.
Во всех случаях, по меньшей мере, частичное встраивание охлаждающего устройства приводит к свободному пространству, которое имеется в распоряжении для конструктивных элементов и других устройств рельсового транспортного средства.
Когда как, по меньшей мере, частичный объем тягового двигателя, так и, по меньшей мере, частичный объем охлаждающего устройства для охлаждения тягового двигателя во время его эксплуатации встроен в несущую конструкцию поворотной тележки, могут быть сэкономлены конструктивные элементы охлаждающего устройства. Прежде всего, это делает возможным встраивание, по меньшей мере, части охлаждающего устройства, которое отводит образующееся при эксплуатации тягового двигателя тепло через несущую конструкцию поворотной тележки. Поэтому несущая конструкция может быть использована, прежде всего, в качестве теплообменника для передачи тепла системы охлаждения двигателя к окружающему воздуху.
Прежде всего, часть охлаждающего устройства, например дополнительный теплообменник, насос охлаждающей жидкости и/или вентилятор, могут быть помещены в выемку в продольной балке несущей конструкции поворотной тележки. Для этой выемки справедливо, прежде всего, то же, что описано выше в отношении выемки для размещения тягового двигателя. Прежде всего, могут быть предусмотрены как выемка для тягового двигателя, так и по меньшей мере одна выемка для части охлаждающего устройства. Прежде всего, в продольной балке несущей конструкции может быть размещен тяговый двигатель и/или, по меньшей мере, часть охлаждающего устройства.
Прежде всего, предлагается: приводное устройство для рельсового транспортного средства, имеющее:
- несущую конструкцию поворотной тележки,
- тяговый двигатель со статором и ротором, и
- трансмиссию для передачи приводной энергии тягового двигателя по меньшей мере на одну колесную пару поворотной тележки,
причем приводное устройство выполнено в виде поперечного привода, по меньшей мере, частичный объем тягового двигателя встроен в несущую конструкцию, трансмиссия является трансмиссией с цилиндрическими зубчатыми колесами, причем приводной вал трансмиссии с цилиндрическими зубчатыми колесами соединен с ротором тягового двигателя, и выходной вал трансмиссии с цилиндрическими зубчатыми колесами является соединяемым или соединенным по меньшей мере с одним колесом колесной пары.
Прежде всего, приводное устройство в одном из вариантов осуществления, которые будут описаны в этом описании, может быть составной частью рельсового транспортного средства.
Кроме того, предлагается способ изготовления приводного устройства для рельсового транспортного средства, прежде всего варианта осуществления приводного устройства, которые будут описаны в этом описании, в котором:
- трансмиссия для передачи приводной энергии на колесо или колесную пару поворотной тележки непосредственно и/или через тяговый двигатель опирается на несущую конструкцию поворотной тележки, и
- ротор тягового двигателя соединяется с приводным валом привода, причем приводное устройство выполняется в виде поперечного привода, по меньшей мере, частичный объем приводного двигателя встраивается в несущую конструкцию, и в качестве трансмиссии используется трансмиссия с цилиндрическими зубчатыми колесами.
Прежде всего, при изготовлении рельсового транспортного средства приводное устройство может быть изготовлено в одном из вариантов осуществления, которые описаны в данном описании.
Прежде всего, ось вращения ротора, вокруг которой во время эксплуатации тягового двигателя вращается ротор, и приводные валы трансмиссии с цилиндрическими зубчатыми колесами проходят в горизонтальном направлении.
Это относится к случаю, когда рельсовое транспортное средство при эксплуатации приводного устройства в рельсовом транспортное средства движется прямо. Прежде всего, поэтому также можно позволить оси вращения приводного вала трансмиссии с цилиндрическими зубчатыми колесами проходить в горизонтальном направлении. Поэтому передача приводной энергии от тягового двигателя на колесо или вал колесной пары происходит, прежде всего, исключительно за счет вращательного движения вокруг проходящей горизонтально оси вращения. Поэтому изменение ориентации вращательного движения (как, например, у трансмиссий с коническими зубчатыми колесами) не требуется.
Как упомянуто выше, несущая конструкция поворотной тележки может иметь простирающуюся во время эксплуатации рельсового транспортного средства в направления движения продольную балку, причем объем или частичный объем тягового двигателя встроен в продольную балку. В этом случае благоприятное, по меньшей мере, частично сбалансированное распределение веса, может быть, прежде всего, достигнуто следующим образом: Несущая конструкция поворотной тележки имеет правостороннюю область, которая при эксплуатации рельсового транспортного средства находится на расположенной справа в направлении движения стороне, и левостороннюю область, которая при эксплуатации рельсового транспортного средства находится на расположенной слева в направлении движения стороне. Приводное устройство имеет первый и второй тяговый двигатель, причем, по меньшей мере, частичный объем первого тягового двигателя встроен в правостороннюю область, и, по меньшей мере, частичный объем второго тягового двигателя встроен в левостороннюю область. Прежде всего, первый тяговый двигатель и второй тяговый двигатель могут быть соединены соответственно через трансмиссию с цилиндрическими зубчатыми колесами по меньшей мере с одним колесом поворотной тележки. Прежде всего, общая конструкция из обоих тяговых двигателей и обеих трансмиссий с цилиндрическими зубчатыми колесами при рассмотрении сверху может быть точечно-симметричной относительно средней точки на средней продольной оси рельсового транспортного средства. Эта продольная ось проходит в направлении движения рельсового транспортного средства. Иначе говоря, конструкция из первого тягового двигателя с соединенной с ним первой трансмиссией с цилиндрическими зубчатыми колесами расположено точечно-симметрично относительно размещению второго тягового двигателя с соединенной с ним второй трансмиссией с цилиндрическими зубчатыми колесами.
Теперь примеры осуществления изобретения будут описаны со ссылкой на прилагаемый чертеж. На отдельных чертежах показано:
Фиг. 1 - вид сверху на поворотную тележку с двумя приводными устройствами,
Фиг. 2 - вид сбоку показанной на фиг. 1 поворотной тележки, и
Фиг. 3 - вид спереди расположенной справа на фиг. 1 и справа на фиг. 2 стороны показанной на фиг. 1 и фиг. 2 поворотной тележки.
Показанная на фиг. 1 поворотная тележка 1 имеет две колесные пары 2а, 2b и 2с, 2d, причем колеса 2а и 2b или 2с и 2d соответственно соединены друг с другом без возможности прокручивания через вал 3а, 3b колесной пары, то есть за исключением обусловленных упругостью скручиваний вокруг оси вращения вала колесной пары, колеса и вал колесной пары вращаются вокруг оси вращения синхронно.
Валы 3а, 3b колесной пары соответственно через не показанные более подробно вращающиеся опоры соединены с несущей конструкцией поворотной тележки 1. Несущая конструкция в показанном примере осуществления имеет две продольные балки 5а, 5b, а также поперечную балку 4. Продольные балки 5а, 5b простираются своей продольной осью, которая на фиг. 1 проходит слева направо, в направлении движения рельсового транспортного средства. Поперечная балка 4 соединяет продольные балки 5а, 5b на их среднем продольном участке. За счет этого достигается Н-образная несущая конструкция поворотной тележки 1. Однако изобретение не ограничивается такой конструкцией поворотной тележки. Более того, для встраивания тягового двигателя и/или охлаждающего устройства могут использоваться и другие уже известные сами по себе конструкции поворотной тележки. В варианте осуществления на фиг. 1 поворотные опоры для закрепления в подшипниках валов 3а, 3b колесных пар находятся на расположенных друг напротив друга концевых продольных участках продольных балок 5а, 5b.
В продольные балки 5а, 5b частично встроены соответственно тяговые двигатели 7а, 7b. Кроме того, в каждую из продольных балок 5а, 5b частично встроено охлаждающее устройство 9а, 9b для охлаждения одного из тяговых двигателей 7а, 7b. В примере осуществления каждая из продольных балок 5а, 5b на каждом из обоих продольных участков, которые простираются в две стороны от соединения с поперечной балкой 4 в направлении вращающихся опор, имеет выемку, которая простирается с внешней стороны (сверху и снизу на фиг. 1) внутрь продольных балок 5а, 5b. Выемка для второго тягового двигателя 7b показана на фиг. 2 ссылочных обозначением 6b. Выемка для второго охлаждающего устройства 9b на фиг. 2 показана ссылочным обозначением 8b. По меньшей мере выемки 8 для охлаждающих устройств 9а, 9b простираются через продольные балки до их внутренней стороны. Таким образом, они образуют открытый с двух сторон корпус для размещения охлаждающего устройства 9. Факультативно, это верно также для выемок 6 для тяговых двигателей 7. Это облегчает монтаж охлаждающего устройства 9 или тягового двигателя 7. В примере осуществления тяговый двигатель 7 или охлаждающее устройство выступают из выемки наружу.
Вид снаружи первой продольной балки 5а, то есть сверху на фиг. 1, одинаков с видом второй продольной балки 5b, которая показана на фиг. 2. Поэтому общая конструкция из двигателей 7а, 7b (а также трансмиссий, которые еще будут описаны более подробно) является точечно-симметричной относительно средней точки Р поперечной балки (фиг. 1). Таким образом, распределение веса сбалансировано. На левой и правой стороне транспортного средства находятся примерно одинаковые по величине массы.
Каждый из тяговых двигателей 7а, 7b имеет приводной вал, который является частью ротора. Ротор 12b второго тягового двигателя 7b показан на фиг. 1 схематически прерывистой линией. Он соединен с приводным валом 13b (также показанным схематически прерывистой линией) соотнесенной с ним трансмиссии 11b с цилиндрическими зубчатыми колесами, которая находится на внешней стороне продольной балки 5b. Вторая трансмиссия 11b с цилиндрическими зубчатыми колесами имеет (как также схематически показано справа внизу на фиг. 1 штриховой линией) выходной вал 14b, который соединен с валом 3b второй колесной пары. Поэтому при работе второго тягового двигателя 7b приводная энергия через вторую трансмиссию 11b с цилиндрическими зубчатыми колесами передается на вал 3b второй колесной пары и, таким образом, приводит в движение колесную пару с колесами 2с и 2d. Это соответственно справедливо для соединения первого тягового двигателя 7а с соотнесенной с ним трансмиссией 11а с цилиндрическими зубчатыми колесами на внешней стороне первой продольной балки 5а.
На виде спереди фиг.3 видны трансмиссии 11а и 11b сбоку слева и справа на фиг. 3, так как они выступают в сторону больше, чем тяговые двигатели. На виде сбоку фиг. 2 видна вторая трансмиссия 11b со схематически обозначенным приводным валом 13b и выходным валом 14b.
В отношении охлаждающего устройства 9а, 9b, которые частично встроены в продольные балки 5а, 5b, речь идет о показанном в примере осуществления теплообменнике для обратного охлаждения охлаждающей жидкости. Насос охлаждающей жидкости, который циркулирует охлаждающую жидкость в не показанном более подробно контуре охлаждающей жидкости, также может быть встроен в поворотную тележку. Поэтому трубопроводы охлаждающей жидкости проходят, например, соответственно от тягового двигателя 7а, 7b внутри продольных балок 5а, 5b через насос охлаждающей жидкости и через теплообменник назад к тяговому двигателю 7а, 7b. Контуры охлаждающей жидкости в разных продольных балках 5а, 5b в примере осуществления отделены друг от друга. Уже без дополнительного теплообменника по причине встраивания трубопроводов охлаждающей жидкости в соответствующие продольные балки 5а, 5b происходит передача тепла нагретой тяговым двигателем 7а, 7b охлаждающей жидкости в материал продольных балок 5а, 5b. Поэтому продольные балки 5а, 5b действуют как передатчики тепла в окружающий воздух. Во время движения рельсового транспортного средства воздух протекает, большей частью турбулентно, над поверхностями продольной балки 5а, 5b, так что она эффективно охлаждается воздухом. Факультативно, дополнительно может быть предусмотрен вентилятор, который может, прежде всего при малых скоростях движения рельсового транспортного средства, вызывать дополнительный поток воздуха вдоль поверхностей продольной балки и вдоль поверхности выступающего из продольной балки 5а, 5b частичного объема тягового двигателя 7а, 7b.