Маятниковая тележка для железнодорожного вагона, транспортное средство и соответствующий поездной состав
Группа изобретений относится к железнодорожному транспорту, в частности к маятниковым тележкам для железнодорожных вагонов. Маятниковая тележка для железнодорожного вагона содержит раму, конструкцию, выполненную с возможностью перемещения при повороте вокруг продольной оси относительно рамы, устройство для демпфирования поворотных перемещений конструкции относительно рамы. Устройство для демпфирования поворотных перемещений содержит демпфирующий приводной цилиндр и соединительный элемент. Соединительный элемент содержит верхнюю соединительную штангу и нижнюю соединительную штангу, соединенную с верхней соединительной штангой и/или с демпфирующим приводным цилиндром с помощью шарнирного соединения с одной стороны и с рамой тележки с другой стороны. Достигается повышение стабилизации вагона при прохождении кривой пути. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение, в общем, относится к маятниковым тележкам для железнодорожных вагонов.
В частности, изобретение по первому аспекту относится к маятниковой тележке для железнодорожного вагона такого типа, которая содержит раму, конструкцию, перемещающуюся при поворачивании вокруг продольной оси относительно рамы и предназначенную для соединения с кузовом железнодорожного вагона, и, по меньшей мере, одно устройство для демпфирования поворотных перемещений конструкции относительно рамы; устройство для демпфирования поворотных перемещений содержит:
- демпфирующий приводной цилиндр, соединенный с помощью первого конца с рамой посредством первого шарнирного соединения;
- соединительный элемент, соединяющий второй конец демпфирующего приводного цилиндра с конструкцией.
Имеется возможность соединения второго конца демпфирующего приводного цилиндра со стойкой конструкции с помощью шарнирного соединения. Стойка, к примеру, образована на боковой стороне конструкции и выступает вниз.
Такая тележка должна соответствовать различным ограничениям. Когда конструкция находится в конце перемещения при повороте вокруг продольной оси относительно рамы, конструкция и, в особенности, крепежные стойки не должны выходить за пределы габаритов транспортного средства и, в особенности, за поперечные габариты кузова.
Кроме того, конструкция, в особенности стойки, не должна препятствовать боковым элементам рамы тележки.
Кроме того, независимо от угла поворота, т.е. угла подвижной конструкции относительно рамы вокруг продольной оси, и независимо от угла наклона в поперечном направлении, демпфирующий приводной цилиндр не должен размещаться под слишком большим углом относительно продольного направления. Это дает возможность исключить составляющие вертикальных паразитных сил в устройстве для демпфирования поворотных перемещений, и это также дает возможность исключить слишком большие потери эффективности в отношении продольных составляющих демпфирующей силы, препятствующей поворачиванию.
В описанной выше тележке сложно соблюдать указанные ограничения.
В этом контексте изобретение предлагает маятниковую тележку, конструкция которой дает возможность соблюдения вышеуказанных критериев.
Изобретение относится к маятниковой тележке вышеуказанного типа, характеризующейся тем, что соединительные элементы содержат:
- верхнюю соединительную штангу, связанную со вторым концом приводного цилиндра с помощью второго шарнирного соединения с одной стороны и с конструкцией с помощью шарнирного соединительного устройства вокруг продольной поворотной оси с другой стороны;
- нижнюю соединительную штангу, связанную с верхней соединительной штангой и/или вторым концом демпфирующего приводного цилиндра с помощью третьего шарнирного соединения с одной стороны и с рамой с помощью четвертого шарнирного соединения с другой стороны.
Кинематика демпфирующего устройства значительно модифицирована. Когда подвижная конструкция находится в конце перемещения при поворачивании вокруг продольной оси относительно рамы, эта конструкция или элементы устройства для демпфирования поворотных перемещений не превышают ограничения по габаритам. Никакие компоненты не препятствуют раме тележки. Имеется возможность расположить различные элементы демпфирующего устройства таким образом, чтобы демпфирующий приводной цилиндр образовывал уменьшенный угол с продольным направлением, независимо от углового положения конструкции вокруг продольной оси и относительно рамы и независимо от угла наклона в поперечном направлении конструкции относительно рамы.
Под поворотным перемещением конструкции относительно рамы здесь понимаются перемещения при повороте конструкции относительно рамы вокруг оси, перпендикулярной плоскости прокатывания тележки. Продольное направление соответствует здесь направлению нормального смещения тележки. Поперечное направление соответствует направлению, которое как перпендикулярно продольному направлению, так и параллельно плоскости прокатывания тележки.
Тележка также может иметь одну или несколько отличительных характеристик, рассматриваемых по отдельности или согласно всем технически возможным комбинациям:
- верхняя соединительная штанга содержит два колена, и каждое колено связано со вторым концом приводного цилиндра с помощью второго шарнирного соединения; поворотное соединительное устройство содержит два поворотных соединения вокруг поворотной оси, связывающие каждое из двух колен с конструкцией;
- верхняя соединительная штанга содержит общий нижний сегмент, нижний конец которого связан со вторым концом приводного цилиндра с помощью второго шарнирного соединения, и оба колена жестко прикреплены к верхнему концу общего нижнего сегмента напротив нижнего конца;
- демпфирующее устройство расположено таким образом, что демпфирующий исполнительный механизм смещен относительно продольного направления под углом конусности менее 30°;
- демпфирующий приводной цилиндр соединен с помощью первого конца с боковым элементом рамы;
- нижняя соединительная штанга связана с помощью четвертого шарнирного соединения с боковым элементом рамы;
- тележка содержит два устройства для демпфирования поворотных перемещений конструкции относительно рамы, расположенные с двух противоположных боковых сторон конструкции;
- тележка содержит устройство приводного цилиндра для регулирования смещения конструкции при поворачивании вокруг продольной оси относительно рамы.
Согласно второму аспекту изобретение относится к железнодорожному вагону, содержащему, по меньшей мере, одну тележку, имеющую вышеуказанные характеристики и кузов, связанный с конструкцией тележки.
Согласно третьему аспекту изобретение относится к поездному составу, содержащему некоторое количество железнодорожных вагонов, имеющих вышеуказанные характеристики.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - схематичный вид в вертикальном разрезе железнодорожного вагона согласно изобретению;
фиг.2 - детальный вид подвижной конструкции и устройства для управления смещением конструкции при повороте вокруг продольной оси, причем устройство для демпфирования поворотных перемещений показано схематично, тележка показана в положении, где подвижная конструкция не смещена под углом вокруг продольной оси;
фиг.3 - вид, аналогичный виду по фиг.2, в положении, где подвижная конструкция находится в конце перемещения при повороте вокруг продольной оси на первой боковой стороне тележки;
фиг.4 - вид сбоку на тележку по фиг.1, причем конструкция не смещена наклонно вокруг продольной оси относительно рамы, угол наклона в поперечном направлении равен нулю;
фиг.5 - вид, аналогичный виду по фиг.4, причем подвижная конструкция показана в положении, где угловое перемещение ее первой боковой стороны вдоль продольной оси относительно рамы является максимальным и где угол наклона в поперечном направлении также является максимальным;
фиг.6 - вид, аналогичный виду по фиг.5, причем угловое смещение конструкции вокруг продольной оси ко второй боковой стороне рамы является максимальным и сам угол наклона в поперечном направлении также является максимальным.
Транспортное средство, показанное на фиг.1, является железнодорожным вагоном. Это транспортное средство содержит кузов 3 и одну или несколько тележек для поддержки корпуса. Кузов 3 обычно предназначен для пассажиров или груза. Он устанавливается на тележку с помощью дна вагона 7.
Тележка 5 содержит колеса 9, буксы 11 для направления колес при вращении, раму 13, первичную подвеску 15, с помощью которой рама 13 подвешивается на буксы 11, конструкцию 17, перемещающуюся при повороте вокруг продольной оси относительно рамы 13, вторичную подвеску 19, с помощью которой кузов 3 подвешивается на конструкцию 17, устройство 21 для управления смещением конструкции 17 при поворачивании вокруг продольной оси относительно рамы 13 и несколько устройств 23 для демпфирования поворотных перемещений конструкции 17 относительно рамы 13 (показано на фиг.2-6).
Колеса 9 катятся по рельсам, обеспечивая движение поезда. Тележка 5, как правило, содержит четыре колеса, распределенные по двум осям, но также может включать два колеса или больше четырех колес.
Рама 13 тележки является жесткой конструкцией и, как правило, содержит два боковых элемента 25, соединенных друг с другом двумя поперечными элементами 27.
Конструкция 17 содержит поворотный поперечный элемент 29, детально показанный на фиг.2. Как показано на фиг.2 и 3, конструкция 17 может быть смещена во время вращения относительно рамы 13 тележки в плоскости, перпендикулярной продольной оси. Кузов 3 связан с конструкцией 17 и перемещается как отдельная часть с конструкцией 17 вокруг продольной оси. Таким образом, кузов 3 может смещаться по типу маятника относительно рамы тележки.
Тележка 5 также включает в себя узел 31, предназначенный для направления смещения конструкции 17 при повороте вокруг продольной оси. Этот узел 31 содержит два ролика 33, каждый из которых связан с боковым элементом 25 рамы 13 тележки. Ролики 33 взаимодействуют с двумя поверхностями 35 качения, выполненными с обоих боковых концов поворотного поперечного элемента 29.
Как видно из фиг.2, этот поперечный элемент имеет U-образную форму, по существу, с прямолинейным поперечным центральным участком 37 и двумя концевыми участками, продолжающими центральный участок 37 с наклоном по направлению к кузову 3. Поверхности 35 качения крепятся к наклонным концевым участкам 39 и повернуты вниз и в сторону по направлению к наружной стороне тележки. Они опираются на ролики 33.
Как видно из фиг.2, конструкция 17 также содержит платформу 41, жестко прикрепленную под дном 7 кузова.
В показанном примере вторичные подвески 19 являются вторичными подвесками пневматического типа и расположены между обоими концевыми участками 39 поворотного поперечного элемента 29 и платформой 41.
Устройство 21 для управления смещением конструкции при повороте вокруг продольной оси относительно рамы 13 содержит поворотный приводной цилиндр 43, расположенный в плоскости, по существу, перпендикулярной продольной оси. Первый конец этого приводного цилиндра крепится к поперечному элементу рамы 13 тележки. Второй конец поворотного приводного цилиндра 43 крепится посредством шарнирного соединения к стойке 45, жестко прикрепленной к поворотному поперечному элементу 29. Приводной цилиндр 43 управляется контроллером 47. Последний получает информацию от датчика 49, например от акселерометра. Датчик 49 служит для измерения ускорения в поперечном направлении тележки.
Тележка 5 оборудована двумя устройствами 23 для демпфирования поворотных перемещений конструкции 17 относительно рамы тележки; эти устройства расположены с двух противоположных боковых сторон конструкции 17. На фиг.2 одно устройство расположено справа и другое устройство расположено слева от конструкции 17. Оба демпфирующих устройства являются идентичными, поэтому будет приведено описание только одного их этих устройств.
Как вариант, тележка 5 оборудована одним демпфирующим устройством 23 или двумя демпфирующими устройствами 23 с каждой стороны или, в общей сложности, более чем четырьмя устройствами.
Каждое устройство 23 для демпфирования поворотных перемещений содержит, как видно из фиг.4:
- демпфирующий приводной цилиндр 51, соединенный с первым концом 53 рамы 13 тележки с помощью первого шарнирного соединения 55;
- верхнюю соединительную штангу 57, связанную со вторым концом 59 демпфирующего приводного цилиндра с помощью второго шарнирного соединения 61 с одной стороны и с конструкцией 17 с помощью шарнирного соединительного устройства 63, имеющего продольную поворотную ось, с другой стороны;
- нижнюю соединительную штангу 65, связанную с верхней соединительной штангой 57 и/или со вторым концом 59 демпфирующего приводного цилиндра 51 с помощью третьего шарнирного соединения 67 с одной стороны и с рамой 13 тележки с помощью четвертого шарнирного соединения 69 с другой стороны.
Демпфирующий приводной цилиндр 51 имеет, по существу, продольную ориентацию и также имеет, по существу, продольную ось сжатия. Устройство для демпфирования поворотных перемещений расположено таким образом, что демпфирующий приводной цилиндр расположен под углом конусности менее 30° относительно продольного направления.
Первое шарнирное соединение 55 связывает демпфирующий приводной цилиндр 51 с концевым участком бокового элемента 25. Приводной цилиндр 51 продолжается от первого шарнирного соединения 55 в направлении продольного центрального участка тележки. И наоборот, нижняя соединительная штанга 65 связана с помощью четвертого шарнирного соединения 69 с продольным центральным участком бокового элемента 25.
Нижняя соединительная штанга 65 является, к примеру, прямолинейной. С другой стороны, верхняя соединительная штанга 57 содержит, как видно из фиг.4-6, два колена 71 и общий нижний сегмент 73. Нижний сегмент 73 имеет нижний конец 75, связанный со вторым концом 59 демпфирующего приводного цилиндра с помощью второго шарнирного соединения 61. Оба колена 71 жестко связаны с верхним концом 77 общего сегмента 73. Каждое из колен 71 продолжается от верхнего конца 77 до платформы 41. Каждое из колен 71 связано с платформой с помощью поворотного соединения 79. Оба поворотных соединения 79 совместно образуют шарнирное соединительное устройство 63. Соответствующие оси обоих поворотных соединений 79 выровнены и параллельны продольному направлению.
Ниже приводится подробное описание функционирования устройств для демпфирования поворотных перемещений и устройства для управления маятникообразными смещениями конструкции при поворачивании вокруг оси.
Когда железнодорожный вагон движется по прямой линии, акселерометр 49 не обнаруживает никакого поперечного ускорения. Компьютер 47 передает указание приводному цилиндру 43 выбрать положение, показанное на фиг.2, при котором платформа 41 расположена, по существу, горизонтально. Центральный участок 37 поперечного элемента 29 также расположен горизонтально. В этом положении угловое смещение конструкции 17 относительно рамы 13 вокруг продольной оси равно нулю. Если смотреть в продольном направлении, как показано на фиг.2, верхние 57 и нижние 65 соединительные штанги образуют L-образную форму, вершина которой направлена в сторону наружу тележки. Это третье шарнирное соединение 67 смещено в поперечном направлении наружу тележки относительно четвертого шарнирного соединения 69 и относительно поворотных соединений 79.
Если смотреть в поперечном направлении, как показано на фиг.4, демпфирующий приводной цилиндр 51 немного повернут относительно продольного направления. Нижняя соединительная штанга 65 продолжается в вертикальной поперечной плоскости.
На фиг.3 показана ситуация, когда железнодорожный вагон следует по кривой, центр кривизны которой находится справа от тележки. В этом случае датчик 49 обнаруживает поперечное ускорение в направлении левой стороны на фиг.3. Затем датчик передает команду приводному цилиндру выдвинуться таким образом, чтобы сам поворотный поперечный элемент 29 также сместился влево, как показано на фиг.3. Смещение выполняется посредством прокатывания поверхностей 35 по роликам 33. На фиг.3 показано максимальное маятникообразное перемещение поперечного элемента 29 влево. Кузов 3 приводится в движение этим маятникообразным перемещением и наклоняется вправо, как показан на фиг.3. Это позволяет железнодорожному вагону сохранять равновесие во время смещения по кривой. Соединительные штанги 57, 65, расположенные на стороне центра кривизны, поворачиваются относительно друг друга вокруг шарнирного соединения 67 в направлении сближения друг с другом. Угол, образованный верхней и нижней соединительными штангами 57, 65, имеет тенденцию к уменьшению. Приводной цилиндр 51 не действует в отсутствии поворотного перемещения кузова 3 относительно рамы 13 тележки.
И наоборот, верхняя и нижняя соединительные штанги 57, 65, расположенные напротив центра кривизны, имеют тенденцию к удалению друг от друга, при этом угол, образованный обеими соединительными штангами, имеет тенденцию к увеличению.
Перемещения реверсируются, если центр кривизны на фиг.3 находится слева.
На фиг.5 показано поведение устройства 23 для демпфирования поворотных перемещений, если маятникообразное перемещение конструкции 17 относительно рамы 13 тележки сопровождается поворотными перемещениями. На фиг.5 показано положение демпфирующего устройства 23 в положении из фиг.3, т.е. с максимальным маятникообразным перемещением влево на фиг.3, сопровождаемым максимальным поворотным перемещением вокруг вертикальной оси по часовой стрелке, если смотреть на тележку сверху.
Это перемещение имеет тенденцию к сжатию приводного цилиндра 51 из-за смещения шарнирного соединения 67 влево на фиг.5. Нижняя соединительная штанга 65 также смещается влево.
На фиг.6 показано положение устройства 23 для демпфирования поворотных перемещений при максимальном маятникообразном перемещении вправо на фиг.3 и максимальном поворотном перемещении в том же направлении, как и на фиг.5, т.е. по часовой стрелке, если смотреть сверху. Следует учесть, что угол, образованный демпфирующим приводным цилиндром 51 относительно продольного направления, уменьшается.
Как видно из фиг.2 и 3, нижние и верхние соединительные штанги и боковые элементы рамы тележки или приводной цилиндр 51 и боковые элементы рамы тележки не препятствуют друг другу. Размер G железнодорожной колеи, как показано на фиг.2 и 3, никогда не превышается. Кроме того, наклон демпфирующего приводного цилиндра 51 относительно продольного направления остается небольшим, и этот приводной цилиндр функционирует в достаточно эффективных условиях.
1. Маятниковая тележка (5) для железнодорожного вагона (1) содержит раму (13), конструкцию (17), выполненную с возможностью перемещения при повороте вокруг продольной оси относительно рамы (13) и предназначенную для соединения с кузовом (3) железнодорожного вагона (1), и по меньшей мере одно устройство (23) для демпфирования поворотных перемещений конструкции (17) относительно рамы (13), при этом устройство (23) для демпфирования поворотных перемещений содержит: демпфирующий приводной цилиндр (51), первый конец (53) которого соединен с рамой (13) посредством первого шарнирного соединения (55), соединительный элемент, предназначенный для соединения второго конца (59) демпфирующего приводного цилиндра (51) с конструкцией (17), отличающаяся тем, что соединительный элемент содержит: верхнюю соединительную штангу (57), соединенную со вторым концом (59) приводного цилиндра (51) с помощью второго шарнирного соединения (61) с одной стороны и с конструкцией (17) с помощью шарнирного соединительного устройства (63), имеющего продольную поворотную ось, с другой стороны, нижнюю соединительную штангу (65), соединенную с верхней соединительной штангой (57) и/или со вторым концом (59) демпфирующего приводного цилиндра (51) с помощью третьего шарнирного соединения (67) с одной стороны и с рамой (13) тележки с помощью четвертого шарнирного соединения (69) с другой стороны.
2. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что верхняя соединительная штанга (57) содержит два колена (71) и каждое колено (71) соединено со вторым концом (59) приводного цилиндра с помощью второго шарнирного соединения (61), при этом поворотное соединительное устройство (63) содержит два поворотных соединения (79) вокруг поворотной оси, соединяющих каждое из двух колен (71) с конструкцией (17).
3. Тележка по п.2, отличающаяся тем, что верхняя соединительная штанга (57) содержит общий нижний сегмент (73), нижний конец (75) которого соединен со вторым концом (59) приводного цилиндра (51) с помощью второго шарнирного соединения (61), и оба колена (71) жестко прикреплены к верхнему концу (77) общего нижнего сегмента (73) напротив нижнего конца (75).
4. Тележка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что демпфирующий приводной цилиндр (51) имеет, по существу, продольную ориентацию и имеет, по существу, продольную ось сжатия, при этом демпфирующее устройство (23) установлено таким образом, что демпфирующий приводной цилиндр (51) расположен под углом конусности менее 30° относительно продольного направления.
5. Тележка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что демпфирующий приводной цилиндр (51) соединен с помощью первого конца (53) с боковым элементом (25) рамы (13).
6. Тележка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что нижняя соединительная штанга (65) соединена с помощью четвертого шарнирного соединения (69) с боковым элементом (25) рамы (13).
7. Тележка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что она содержит два устройства (23) для демпфирования поворотных перемещений конструкции (17) относительно рамы (13), расположенные на двух противоположных боковых сторонах конструкции (17).
8. Тележка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что она содержит приводное цилиндрическое устройство (21) для управления смещением конструкции (17) при повороте вокруг продольной оси относительно рамы (13).
9. Тележка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что верхняя соединительная штанга (57) непосредственно связана со вторым концом демпфирующего приводного цилиндра (51) с помощью второго шарнирного соединения (61).
10. Железнодорожный вагон (1), содержащий по меньшей мере одну тележку (5) по любому из пп.1-9 и кузов (3), соединенный с конструкцией (17) тележки (5).
11. Поездной состав, содержащий множество железнодорожных вагонов (1) по п.10.
