Транспортное средство с устройствами для противодействия боковой качке - RU2416538C2
Код документа: RU2416538C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к транспортному средству, в частности единице подвижного состава, содержащему продольную ось, первый кузов вагона, второй кузов вагона, расположенный смежно с первым в направлении продольной оси единицы транспортного средства, третий кузов вагона, расположенный смежно с первым в направлении продольной оси единицы транспортного средства, первое устройство для противодействия боковой качке, связывающее между собой первый и второй кузова вагонов, и второе устройство для противодействия боковой качке, связывающее между собой первый и третий кузова вагонов, причем устройства для противодействия боковой качке предназначены для исключения поперечных движений связанных с их помощью кузовов вагонов вокруг оси, параллельной продольной оси единицы подвижного состава.
В единицах подвижного состава, а также и в других транспортных средствах кузов вагона, как правило, подрессорен по отношению к колесным единицам, например колесным парам или колесным скатам, с помощью одной или нескольких рессорных ступеней. Центробежное ускорение, возникающее при движении по кривой рельсового пути и действующее поперек направления движения и, следовательно, поперек продольной оси единицы подвижного состава, вызывает вследствие относительно высокого расположения центра тяжести кузова вагона его наклон по отношению к колесным единицам наружу от кривой рельсового пути и, следовательно, его поперечное движение вокруг оси, параллельной к продольной оси единицы подвижного состава. Подобные нежелательные поперечные движения могут быть вызваны нарушениями состояния рельсового пути или иными внешними факторами.
Такие поперечные движения, превышающие определенные предельные значения, снижают, во-первых, комфортабельность езды и, во-вторых, связаны с опасностью нарушения допустимого габарита приближения строений, а также схода с рельсов вследствие недопустимой односторонней разгрузки колеса. Для того чтобы это предупредить, применяются, как правило, устройства для противодействия боковой качке в виде так называемых стабилизаторов боковой качки. Их задача состоит в противодействии поперечному движению кузова вагона для его снижения, при этом не должно быть препятствия для движений подъема и опускания кузова вагона по отношению к колесным единицам.
Такие стабилизаторы боковой качки известны в разных гидравлических и механических исполнениях и применяются в разных местах единицы подвижного состава. Так, они частично применяются в ходовой тележке или в непосредственной близи от нее или же они соединяют между собой смежные кузова вагонов. Часто в зоне ходовой тележки применяется расположенный поперечно продольной оси единицы подвижного состава торсионный вал, известный, например, из ЕР 1075407 В1. Также были предложены для применения в зоне ходовой тележки гидравлические решения. Так, например, из DE 2839904 С2 известно применение нескольких соединенных между собой гидроцилиндров в качестве устройств для противодействия боковой качке, установленных в зоне ходовой тележки железнодорожного вагона.
Такие известные стабилизаторы боковой качки, хотя и обеспечивают требуемое повышение жесткости всей установки против боковой качки, т.е. достаточно низкий коэффициент наклона кузова вагона, однако они обладают тем недостатком, что при движении на участках рельсового пути с перекосом его плоскости, который отмечается, например, при возвышении наружного рельса на переходных кривых и пр., вследствие встречного наклона плоскостей рельсового пути в зоне обеих колесных единиц на кузов вагона или раму ходовой тележки воздействует большой скручивающий момент. Это происходит из-за того, что соответствующее устройство для противодействия боковой качке воздействует на позиционирование вертикальной оси кузова вагона или рамы ходовой тележки, являющейся параллельной нормали рельсового пути на участке колесных единиц или соответствующей ей. Поскольку нормали рельсового пути в зоне колесных единиц при перекосе плоскости рельсового пути имеют разную направленность, то описанная скручивающая нагрузка воздействует на кузов вагона или раму ходовой тележки.
Аналогичные проблемы, связанные с повышенными скручивающими нагрузками при передвижении по участкам рельсового пути с перекосом его плоскости, возникают также в родовых многосекционных единицах подвижного состава, в которых поперечные движения между смежными кузовами вагонов предупреждаются устройствами для противодействия боковой качке, расположенными поперек продольной оси единицы подвижного состава и являющимися часто простыми поперечными рычагами подвески. Такие поперечные рычаги подвески расположены, как правило, в области крыши кузова вагона и шарнирно сочленены со смежными кузовами вагонов. Поперечные рычаги подвески, обладая конечной длиной, не препятствуют относительной продольной качке расположенных смежно кузовов вагонов, однако в особом случае их длина может составить ноль, т.е. смежные кузова вагонов соединены между собой шарнирно непосредственно в зоне крыши. В случае перекоса плоскости рельсового пути между передним и задним соседними вагонами их вертикальные оси - при необходимости благодаря их расположенным в зоне ходовой тележки устройствам для противодействия боковой качке - устанавливаются приблизительно параллельно соответствующей нормали рельсового пути. При этом через расположенные в зоне крыши жесткие устройства для противодействия боковой качке на средний кузов вагона приходятся значительные скручивающие моменты.
Для компенсации смещений между обоими концами среднего кузова вагона из ЕР 0718171 В1 известно выполнение устройств для противодействия боковой качке, при котором они являются телескопическими в зоне крыши и способными изменять свою длину под действием сопротивления рессор. Однако и при таком решении, характеризующемся положительным параметром сопротивления рессор при отклонении из нейтрального положения, большие скручивающие моменты по-прежнему передаются на средний кузов вагона.
Поэтому в основу настоящего изобретения положена задача создания единицы подвижного состава упомянутого выше типа, которой не присущи или, по меньшей мере, присущи в значительно меньшей степени приведенные выше недостатки и которая обеспечивает, в частности, простое и надежное снижение скручивающей нагрузки на кузова вагонов на перекошенных участках рельсового пути.
В настоящем изобретении указанная задача решается посредством транспортного средства согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения с помощью признаков отличительной части п.1 этой формулы.
В основе настоящего изобретения лежит техническое решение, которое просто и надежно обеспечивает снижение скручивающей нагрузки, приходящейся на кузова вагонов на перекошенных участках рельсового пути, в том случае, когда устройства для противодействия боковой качке на обоих концах выполнены и соединены между собой таким образом, что они учитывают состояние дорог - а применительно к единице подвижного состава, следовательно, состояние рельсового пути - в зоне обоих смежных кузовов вагона и, следовательно, первый кузов вагона может занимать промежуточное положение, в котором воздействующие на него скручивающие моменты являются, по меньшей мере, меньшими по сравнению со скручивающими моментами в известных транспортных средствах. Поэтому согласно изобретению первое и второе устройства для противодействия боковой качке соединены между собой посредством устройства сопряжения, при этом устройства для противодействия боковой качке и устройство сопряжения выполнены таким образом, что, по меньшей мере, одно первое смещение на первом устройстве для противодействия боковой качке вызывает, по меньшей мере, одно второе смещение на втором устройстве для противодействия боковой качке.
Благодаря обеспечиваемым устройством сопряжения смещениям на обоих устройствах для противодействия боковой качке упрощается, по меньшей мере, частичная компенсация неодинаковых вертикальных направлений второго и третьего кузовов вагона в зоне первого кузова вагона. В результате достигается упомянутое выше оптимальное снижение скручивающей нагрузки на первый кузов вагона. Это объясняется тем, что оба устройства для противодействия боковой качке при наличии перекошенного или иным образом деформированного участка рельсового пути способны, при необходимости, полностью преодолевать этот деформированный участок пути благодаря обеспечиваемым устройством сопряжения смещениям, не будучи приведенными в действие, т.е. без воздействия реактивной силы на первую составную часть единицы подвижного состава, которая могла бы вызвать описанную скручивающую нагрузку, приходящуюся на первую составную часть единицы подвижного состава.
Если, однако, такое встречное смещение не происходит из-за отсутствия деформации рельсового пути, то устройства для противодействия боковой качке тем не менее способны проявить в полной мере свое действие, ограничивающее поперечные движения. Другими словами, эффективность устройств для противодействия боковой качке в тех случаях, когда они действительно должны быть использованы, не снижается.
В зависимости от выполнения и расположения устройств для противодействия боковой качке первое смещение может быть встречным или равнонаправленным по отношению ко второму смещению для того, чтобы обеспечивалось описанное компенсирующее движение в зоне первого кузова вагона.
Согласно предпочтительным вариантам выполнения единицы подвижного состава точки шарнирного сочленения первого и второго устройств для противодействия боковой качке расположены на первом кузове вагона на одной стороне относительно продольной оси единицы подвижного состава, причем в этом случае первое смещение является встречным по отношению ко второму смещению. Такое расположение точек шарнирного сочленения обоих устройств для противодействия боковой качке на первом кузове вагона на одной стороне единицы подвижного состава имеет то преимущество, что благодаря расположению на одной стороне единицы подвижного состава становится возможным особенно просто выполнить механические устройства сопряжения.
В других предпочтительных вариантах выполнения единицы подвижного состава согласно изобретению точки шарнирного сочленения первого и второго устройств для противодействия боковой качке расположены на первом кузове вагона на разных сторонах относительно продольной оси единицы подвижного состава, при этом в данном случае первое смещение происходит в одном направлении со вторым смещением. Такое выполнение имеет то преимущество, что кузова вагонов могут иметь при необходимости одинаковую конструкцию и сцепляться между собой в любом направлении по отношению к направлению движения соответствующего кузова вагона (т.е. при движении вперед или назад).
Смещения на соответствующем устройстве для противодействия боковой качке могут достигаться разным способом, причем и оба устройства для противодействия боковой качке могут иметь разные варианты выполнения. Так, соответствующее устройство для противодействия боковой качке, о котором подробнее речь пойдет ниже, само может смещаться в виде отдельного блока. Также смещение может происходить и внутри соответствующего устройства для противодействия боковой качке. В предпочтительных вариантах выполнения единицы подвижного состава согласно изобретению первое и/или второе смещение является смещением между составными частями соответствующего устройства для противодействия боковой качке.
Предпочтительно, чтобы первое смещение представляло собой изменение расстояния между точками шарнирного сочленения первого устройства для противодействия боковой качке на соединяемых им кузовах вагонов. Дополнительно или в качестве альтернативы второе смещение является изменением расстояния между точками шарнирного сочленения второго устройства для противодействия боковой качке на соединяемых им кузовах вагонов.
Такое изменение расстояния между точками шарнирного сочленения может достигаться любым способом. Предпочтительно оно обеспечивается соответствующим изменением длины составной части соответствующего устройства для противодействия боковой качке. При этом предпочтительно, чтобы первое смещение являлось изменением длины первой составной части первого устройства для противодействия боковой качке и/или второе смещение являлось изменением длины второй составной части второго устройства для противодействия боковой качке.
Такое изменение длины может достигаться любым способом, в частности любыми принципами действия, например, механическими, электромеханическими, гидравлическими, электрогидравлическими и др. или их любым сочетанием. В предпочтительных вариантах выполнения первая составная часть содержит первый рабочий цилиндр, в частности первый гидроцилиндр, и/или вторая составная часть - второй рабочий цилиндр, в частности второй гидроцилиндр. В этом случае они сообщены между собой предпочтительно простым соединительным трубопроводом для обеспечения взаимно обусловленных смещений. Предпочтительно, чтобы поэтому устройство сопряжения содержало, по меньшей мере, один сообщающий между собой первый и второй рабочие цилиндры соединительный трубопровод для рабочей среды, в частности текучей среды для гидравлической части.
Для поддержания динамических нагрузок составных компонентов единицы подвижного состава на низком уровне предпочтительно предусмотреть демпфирование первых и вторых смещений. Достигается это за счет того, что применяются первое демпфирующее устройство для демпфирования первого смещения и/или второе демпфирующее устройство для демпфирования второго смещения.
Благодаря простому варианту выполнения устройство сопряжения связывает между собой предпочтительно составные части первого и второго устройств для противодействия боковой качке, выполняющие одинаковую функцию и/или занимающие одинаковое положение в устройстве для противодействия боковой качке. Благодаря этому достигаются особо простые конструктивные варианты с простой кинематикой.
Преобразование движения устройством сопряжения или соответствующими составными частями устройства для противодействия боковой качке может быть выбрано в принципе любое и приведено в соответствие с конструкцией и вариантом выполнения устройства для противодействия боковой качке, соединенного на соответствующей стороне с устройством сопряжения. В особо простых вариантах выполнения единицы подвижного состава согласно изобретению, в частности, в вариантах с аналогично выполненными устройствами для противодействия боковой качке, предусмотрено, чтобы первое и второе смещения имели по существу одинаковую величину, но происходили в разных направлениях, в частности, в основном в противоположных.
В предпочтительных вариантах выполнения единицы подвижного состава согласно изобретению предусмотрено, чтобы первое устройство для противодействия боковой качке было сочленено с устройством сопряжения в первой точке шарнирного сочленения, второе устройство для противодействия боковой качке - с устройством сопряжения во второй точке шарнирного сочленения и чтобы устройство сопряжения было выполнено таким образом, чтобы первое свободное от противодействующей силы смещение первого устройства для противодействия боковой качке вызывало через первую и вторую точки шарнирного сочленения встречное второе смещение второго устройства для противодействия боковой качке. В особенно просто реализуемых вариантах единицы подвижного состава устройство сопряжения выполнено таким образом, что первое свободное от противодействующей силы смещение первой точки шарнирного сочленения вызывает встречное второе смещение второй точки шарнирного сочленения. Благодаря этому становится возможным особенно просто выполнить устройство сопряжения, так как такое встречное движение обеих точек шарнирного сочленения при необходимости может просто обеспечиваться с помощью одного поворотного рычага с двумя свободными концами, на которых располагается одна из обеих точек шарнирного сочленения.
Другое преимущество решения согласно изобретению состоит в том, что в результате смещения устройств для противодействия боковой качке через точки шарнирного сочленения на устройстве сопряжения не требуется соблюдения определенной формы и конструкции этих устройств. Таким образом, благодаря решению, согласно изобретению могут применяться устройства для противодействия боковой качке любого типа (гидравлические, механические и др.) и при необходимости в любом сочетании между собой.
Предпочтительно, чтобы первая точка шарнирного сочленения служила опорной точкой первого устройства для противодействия боковой качке и/или вторая точка шарнирного сочленения - опорной точкой второго устройства для противодействия боковой качке. Смещение такой опорной точки соответствующего устройства для противодействия боковой качке позволяет особенно просто обеспечить описанное повторяющее деформированный участок рельсового пути движение без необходимости приведения в действие устройств для противодействия боковой качке, создающих реактивные силы. Другими словами, все устройство для противодействия боковой качке может при этом преодолевать деформированный участок рельсового пути без образования реактивных сил.
Как уже отмечалось выше, благодаря особой простоте выполнения устройство сопряжения содержит предпочтительно, по меньшей мере, одно первое плечо рычага, сочлененное с возможностью поворота вокруг первой точки поворота с первой составной частью единицы подвижного состава, причем первая точка поворота расположена в кинематической цепи между первым и вторым устройствами для противодействия боковой качке. Предпочтительно, чтобы первое плечо рычага имело первый и второй свободные концы, при этом первый конец непосредственно связан с первым устройством для противодействия боковой качке, а второй конец - непосредственно или через другие промежуточные звенья со вторым устройством для противодействия боковой качке. Тогда, как описано выше, на свободных концах такого первого плеча рычага может быть расположена одна из точек шарнирного сочленения.
Согласно предпочтительным особо просто реализуемым вариантам единицы подвижного состава согласно изобретению устройство сопряжения соединяет детали первого и второго устройств для противодействия боковой качке, расположенные на одной стороне от продольной оси единицы подвижного состава.
В других предпочтительных вариантах выполнения единицы подвижного состава согласно изобретению предусмотрено, чтобы устройство сопряжения содержало, по меньшей мере, одно первое плечо рычага, установленное с возможностью поворота вокруг первой точки поворота на первом кузове вагона, причем первая точка поворота расположена в кинематической цепи между первым и вторым устройствами для противодействия боковой качке. При этом достигается особо простое конструктивное выполнение. Предпочтительно первое плечо рычага имеет первый и второй свободные концы, причем первый конец непосредственно соединен с первым устройством для противодействия боковой качке, а второй конец - непосредственно или через дополнительные промежуточные элементы со вторым устройством для противодействия боковой качке. На свободных концах такого первого плеча рычага может быть расположена, как указывалось выше, одна из точек шарнирного сочленения.
В других предпочтительных вариантах выполнения единицы подвижного состава согласно изобретению предусмотрено, чтобы устройство сопряжения содержало, по меньшей мере, одно второе плечо рычага, установленное с возможностью поворота вокруг второй точки поворота на первом кузове вагона, причем вторая точка поворота расположена в кинематической цепи между первым и вторым устройствами для противодействия боковой качке, при этом второе плечо рычага связано с первым плечом рычага посредством, по меньшей мере, одного элемента сопряжения, в частности толкающей штанги. Благодаря такому расположению обеспечиваются особенно оптимальные преобразования движения, в результате чего могут быть перекрыты также более значительные участки между устройствами для противодействия боковой качке без необходимости больших отклонений устройства сопряжения.
Как уже упоминалось, устройство сопряжения может быть любой конструкции для обеспечения указанных выше встречных смещений устройств для противодействия боковой качке или смещений по этим устройствам. Как указывалось, оно может быть выполнено в виде чисто механической рычажной передачи или ей подобной. Также оно может быть выполнено полностью или частично в виде жидкостной, например гидравлической, передачи. В других оптимальных вариантах выполнения единицы подвижного состава согласно изобретению предусмотрено поэтому, чтобы устройство сопряжения содержало, по меньшей мере, один первый рабочий цилиндр, связанный с первым устройством для противодействия боковой качке, в частности первый гидроцилиндр, по меньшей мере, один второй рабочий цилиндр, связанный со вторым устройством для противодействия боковой качке, в частности второй гидроцилиндр, а также, по меньшей мере, один соединительный трубопровод, сообщающий первый и второй гидроцилиндры и предназначенный для рабочей среды, в частности текучей среды для гидравлической части.
Особо оптимально применять изобретение вместе с кузовами вагонов без колес, подвешиваемыми между смежными кузовами вагонов. Поэтому предпочтительно предусмотреть, чтобы первый кузов вагона был выполнен в виде кузова без колес, закрепленного на втором и третьем кузовах вагонов.
В особо оптимальных вариантах выполнения единицы подвижного состава согласно изобретению описанное выше демпфирование первого и второго смещений производится в зоне устройства сопряжения. Для этого устройство сопряжения содержит демпфирующее устройство.
В особо предпочтительных вариантах выполнения единицы подвижного состава, по меньшей мере, одно из смещений может производиться активно. Согласно изобретению для этого предусматривается, чтобы, по меньшей мере, одно из устройств для противодействия боковой качке и/или устройство сопряжения содержало установочное устройство.
Другие предпочтительные варианты выполнения изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения и приводимом ниже описании предпочтительных примеров выполнения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых представлено:
фиг.1 - схематичный вид сверху на часть единицы подвижного состава согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения в нейтральном положении;
фиг.2 - схематичный вид сверху на часть единицы подвижного состава на фиг.1 в перекошенном положении;
фиг.3 - схематичный вид сверху на часть другого предпочтительного варианта выполнения единицы подвижного состава согласно изобретению в нейтральном положении;
фиг.4 - схематичный вид сверху на часть единицы подвижного состава на фиг.3 в перекошенном положении;
фиг.5 - схематичный вид сверху на часть другого предпочтительного варианта выполнения единицы подвижного состава согласно изобретению в нейтральном положении;
фиг.6 - схематичный вид сверху на часть единицы подвижного состава на фиг.5 в перекошенном положении;
фиг.7 - схематичный вид сверху на часть другого предпочтительного варианта выполнения единицы подвижного состава согласно изобретению в нейтральном положении;
фиг.8 - схематичный вид сверху на часть единицы подвижного состава согласно уровню техники в нейтральном положении.
Настоящее изобретение описывается ниже с помощью нескольких примеров, относящихся к единицам железнодорожного подвижного состава, в которых оно может быть осуществлено особенно оптимально для предупреждения чрезмерных скручивающих нагрузок, приходящихся на конструкцию кузовов вагонов. Эта задача возникает, в частности, в отношении многосекционных поездов, как, например, многосекционные трамваи или мотор-вагонные поезда, состоящие из отдельных связанных между собой сегментов с расположенными между ними переходами для пассажиров. Преимущества изобретения могут быть особенно эффективно использованы в тех случаях, когда отдельные сегменты не опираются на собственные ходовые тележки, а в виде так называемого «паланкина» соединены со смежными сегментами соединительными шарнирами в зоне пола и, при необходимости, дополнительными соединительными элементами в зоне крыши.
Первый пример выполнения
На фигурах 1 и 2 показан схематичный вид сверху на часть единицы 101 подвижного состава согласно изобретению с ее продольной осью 101.1. Единица 101 подвижного состава содержит первый кузов 102 вагона без колес, опирающийся на два смежных кузова вагонов, а именно второй кузов 111 вагона и третий кузов 112 вагона, наподобие «паланкина».
Кузова 111, 112 вагонов опираются в зоне примыкания к первому кузову 102 вагона через соответствующие рессорные устройства на ходовые тележки 104, 105. Первый кузов 102 вагона опирается, следовательно, через второй кузов 111 вагона и соответствующее рессорное устройство на первую ходовую тележку 104, а через третий кузов 112 вагона и соответствующее рессорное устройство на вторую ходовую тележку 105. Следовательно, кузова 102, 111, 112 вагонов представляют собой элементы многосекционной единицы 101 подвижного состава.
Если чрезмерные разницы поперечных движений между кузовами 102, 111, 112 вагонов приходится исключать, то наклоны следующих друг за другом кузовов 112, 102, 111 вагонов вокруг их продольной оси, образующиеся при передвижении по деформированным участкам рельсового пути, допускаются.
В известных решениях, согласно которым на фиг.1 в качестве примера изображена единица 1 подвижного состава, предусмотрено применение штанг 3, например, в зоне крыши между смежными кузовами 2, 11, 12 вагонов, установленных поперечно и соединяющих шарнирно эти кузова. Кузова 2, 11, 12 вагонов, установленные на ходовых тележках 4, 5, сочленены между собой, например, шарниром 6 в зоне пола. При поперечных движениях кузова 2, 11, 12 вагона, т.е. при поперечном движении в зоне крыши по отношению к расположенному ниже полюсу качки, такое поперечное движение в зоне крыши передается вследствие жесткости штанг 3 на соседний кузов вагона многосекционного поезда 1. Таким образом штанги 3 препятствуют качке кузовов 2, 11, 12 вагонов относительно друг друга, в то время как одновременно допускаются относительные продольные колебания кузовов 2, 11, 12 вагонов, образующиеся при движении по рельсовому пути в углублениях или на возвышениях. Здесь необходимо отметить, что наряду с таким нормальным случаем некоторые известные единицы подвижного состава - в большинстве случаев в комбинации с предписанным нормальным случаем - рассчитаны на особый случай, при котором соседние кузова вагонов соединены непосредственно, без возможности относительных продольных колебаний, т.е. при нулевой длине штанг 3.
При передвижении по перекошенным участкам рельсового пути эти штанги 3 стремятся удерживать соседние кузова 2, 11, 12 вагонов в параллельном между собой положении, в частности параллельно по вертикали, что приводит к возникновению больших реакций связи в точках шарнирного сочленения штанг 3 и, следовательно, в конструкции кузовов 2, 11, 12 вагонов.
Для устранения этого недостатка требуется разрыв связи согласно изобретению между динамически обусловленным нежелательным поперечным движением и относительным поперечным наклоном следующих друг за другом сегментов многосекционного поезда, образующимся при проезде по деформированным, в частности перекошенным, участкам пути.
Это достигается в единице 101 подвижного состава, схематически изображенной на фигурах 1, 2, следующим образом, при этом на фиг.1 показан вид сверху на ровный участок рельсового пути, на фиг.2 - вид сверху на перекошенный участок рельсового пути.
Между соответствующим вторым кузовом 111, 112 вагона и первым кузовом 102 вагона расположено устройство 107 или 108 для противодействия боковой качке. Так, между кузовами 111 и 102 вагонов предусмотрено первое устройство 107 для противодействия боковой качке, а между кузовами 112 и 102 вагонов - второе устройство 108 для противодействия боковой качке.
Первое устройство 107 для противодействия боковой качке выполнено в виде первого гидроцилиндра, сочлененного с одной стороны с возможностью поворота с консолью на втором кузове 111 вагона. Своим обращенным к первому кузову 102 вагона концом первый гидроцилиндр сочленен в первой точке шарнирного сочленения 107.1 с возможностью поворота со второй консолью на первом кузове 102 вагона.
Аналогичным образом второе устройство 108 для противодействия боковой качке выполнено в виде второго гидроцилиндра, сочлененного на одной стороне с возможностью поворота с консолью на третьем кузове 112 вагона и на другой стороне своим обращенным к первому кузову 102 вагона концом во второй точке шарнирного сочленения 108.1 с возможностью поворота с другой консолью на первом кузове 102 вагона. Первая и вторая точки 107.1, 108.1 шарнирного сочленения расположены при этом на одной стороне единицы 101 подвижного состава относительно ее продольной оси 101.1.
Расположенные на одной стороне единицы 101 подвижного состава рабочие полости первого и второго гидроцилиндров сообщены между собой с помощью устройства сопряжения 109 в виде простого гидравлического трубопровода. Следовательно, первое устройство 107 для противодействия боковой качке соединено со вторым устройством 108 для противодействия боковой качки через устройство сопряжения 109 таким образом, что первое смещение на первом гидроцилиндре вызывает встречное второе смещение на втором гидроцилиндре.
Следует учесть, что этот принцип действия не ограничивается показанным на фигурах 1, 2 соединением только одной из обеих рабочих полостей каждого гидроцилиндра, но и распространяется на соединение обеих рабочих полостей каждого гидроцилиндра с соответствующими рабочими полостями другого гидроцилиндра, в частности, без предпочтения обращенных к или от кузова 102 вагона рабочих полостей при условии их расположения на одной стороне единицы подвижного состава.
Если, например, как показано на фиг.2, поршень первого гидроцилиндра перемещается наружу из его корпуса, то, следовательно, увеличивается длина первого гидроцилиндра и тем самым расстояние между его точками шарнирного сочленения на обоих кузовах 102, 111 вагонов, и благодаря гидравлическому трубопроводу происходит встречное второе смещение на втором гидроцилиндре. Поршень второго гидроцилиндра будет тогда двигаться внутрь его корпуса, в результате чего уменьшится длина второго гидроцилиндра и, следовательно, расстояние между его точками шарнирного сочленения на обоих кузовах 102, 112 вагона. То же произойдет и при обратной последовательности.
Первый и второй гидроцилиндры имеют одинаковые размеры и расположены симметрично поперечной средней плоскости первого кузова 102 вагона, вследствие чего величина первого и второго смещений является одинаковой, а их направления поперечны друг к другу. Соответствующим выбором размеров и/или расположения первого и второго гидроцилиндров могут быть достигнуты любые передаточные отношения между первым и вторым смещениями.
Ниже поясняется принцип действия устройства сопряжения 109 и соединенных между собой с его помощью первого и второго устройств 107, 108 для противодействия боковой качке.
Если на первый кузов 102 вагона воздействует, например, вследствие неплавности хода и из-за своего высоко расположенного центра тяжести момент боковой качки вокруг оси, параллельной продольной оси 101.1 единицы подвижного состава, то первая и вторая точки 107.1, 108.1 шарнирного сочленения на обоих концах кузова вагона сместятся по отношению к смежным кузовам 111, 112 вагонов в одном относительном направлении. Другими словами, происходит попытка одновременно уменьшить или увеличить длину обоих гидроцилиндров. В результате оба гидроцилиндра симметрично нагружаются, т.е. на них воздействует осевая сила по существу одинаковой величины и одинакового направления действия. В результате последующей несжимаемости текучей среды гидравлической системы поршни обоих гидроцилиндров прекращают свое движение в их корпусе, благодаря чему устройство противодействует боковой качке подобно известным штангам 3.
В случае перекоса рельсового пути кузова 112, 102, 111 и др. вагонов последовательно отклоняются от вертикали в направлении передвижения. Относительное горизонтальное движение между первым кузовом 102 вагона и расположенным перед ним третьим кузовом 112 вагона, а также между первым кузовом 102 вагона и находящимся за ним вторым кузовом 111 вагона происходит в противоположном направлении. Устройством сопряжения 109 может создаваться компенсирующий поток, посредством которого поршни обоих гидроцилиндров совершают в их корпусе встречные движения. Вследствие этого консоли на кузовах 112, 102, 111 вагонов, а также сами эти кузова, не подвержены реакциям связи, как это имеет место в обычном случае, когда применяются штанги 3 (см. фиг.8).
При смешанной форме обоих движений, т.е. при одновременной боковой качке кузова вагона во время передвижения по участку деформированного рельсового пути, консоли устройств 107, 108 для противодействия боковой качке воспринимают только дифференциальные силы, соответствующие собственно боковой качке отдельного кузова 103 вагона по отношению к соседним кузовам 111, 112 вагонов, в то время как вызванное перекосом пути возрастающее наклонное положение кузовов 112, 102, 111 вагонов не создает в поперечном направлении нежелательных реакций связи.
Следует учесть, что вместо гидравлического принципа действия могут применяться и другие принципы действия. Так, например, может быть использовано электромеханическое решение с применением винтовых приводов с шариками и роликами или аналогичных приводов, связанных между собой соответствующими линиями управления.
Также следует учесть, что при необходимости может применяться управляющее и/или демпфирующее устройство, которое активно управляет и/или демпфирует первое и второе смещения. Такое управляющее и/или демпфирующее устройство 113 показано на фиг.1 в виде контура. Для демпфирования первого и второго смещений управляющее и/или демпфирующее устройство 113 может вызывать в гидравлическом трубопроводе соответствующую демпфирующую упругость. Для активного управления управляющее и/или демпфирующее устройство 113 может производить раздельное или совместное заполнение или опорожнение гидроцилиндров.
Второй пример выполнения
На фигурах 3, 4 показан схематично вид сверху на часть другой единицы 201 подвижного состава согласно изобретению с продольной осью 201.1. Единица 201 подвижного состава содержит также кузов 202 вагона без колес, опирающийся на два смежных кузова вагона, а именно на второй кузов 211 вагона и третий кузов 212 вагона, подобно «паланкину». По своей функции и конструкции единица 201 подвижного состава соответствует в значительной степени единице 101 подвижного состава на фиг.1, поэтому ниже будут рассмотрены в основном только отличия.
Кузова 211, 212 вагонов опираются в смежной зоне с первым кузовом 202 вагона также через соответствующее рессорное устройство на ходовые тележки 204, 205.
Если чрезмерно большие расхождения по боковой качке между кузовами 212, 202, 211 требуется исключать, то наклоны следующих друг за другом кузовов 212, 202, 211 вагонов вокруг их продольной оси, возникающие при передвижении по деформированным участкам пути, допускаются.
Для устранения недостатка, присущего известным решениям (см. фиг.8), необходимо обеспечить согласно изобретению разрыв связи между динамически обусловленным нежелательным поперечным движением и относительным поперечным наклоном следующих друг за другом сегментов сочлененного поезда, вызванным движением по деформированным участкам пути, например перекошенным участкам.
Это достигается в единице подвижного состава, схематично показанной на фигурах 3, 4, следующим образом, причем на фиг.3 показан вид сверху на состояние ровного рельсового пути, а на фиг.4 - вид сверху на состояние перекошенного рельсового пути.
Между соответственно вторым кузовом 211, 212 вагона и первым кузовом 202 вагона расположено устройство 207 или 208 для противодействия боковой качке. Таким образом, между кузовом 211 вагона и кузовом 202 вагона расположено первое устройство 207 для противодействия боковой качке, а между кузовом 212 и кузовом 202 - второе устройство 208 для противодействия боковой качке.
Первое устройство 207 для противодействия боковой качке выполнено в виде первого гидроцилиндра, сочлененного с одной стороны с возможностью поворота с консолью на втором кузове 211 вагона. Своим обращенным к первому кузову 202 вагона концом первый гидроцилиндр сочленен в первой точке шарнирного сочленения 207.1 с возможностью поворота с другой консолью на первом кузове 202 вагона.
Аналогично второе устройство 208 для противодействия боковой качке выполнено в виде второго гидроцилиндра, сочлененного с одной стороны с возможностью поворота с консолью на третьем кузове 212 вагона и с другой стороны своим первым, обращенным к кузову 202 вагона концом во второй точке шарнирного сочленения с возможностью поворота с другой консолью на первом кузове 202 вагона. Первая и вторая точки 207.1, 208.1 шарнирного сочленения расположены при этом на разных сторонах относительно продольной оси 201.1 единицы 201 подвижного состава.
Рабочие полости первого и второго гидроцилиндров, расположенные на разных сторонах единицы 201 подвижного состава или соответствующего поршня, сообщены между собой посредством устройства сопряжения 209 в виде простого гидравлического трубопровода. Следовательно, первое устройство 207 для противодействия боковой качке связано через устройство сопряжения 209 со вторым устройством для противодействия боковой качке таким образом, что первое смещение на первом гидроцилиндре вызывает равнонаправленное второе смещение на втором гидроцилиндре.
Как и в описанном выше первом примере выполнения, решение согласно изобретению здесь не ограничивается только связью между рабочими полостями гидроцилиндров, и при выборе сообщенных между собой рабочих полостей не отдается предпочтения, если они расположены на разных сторонах единицы транспортного средства.
Если, например, как показано на фиг.4, поршень первого гидроцилиндра совершает движение наружу из его корпуса, то увеличивается длина первого гидроцилиндра и, следовательно, расстояние между его точками шарнирного сочленения на обоих кузовах 202, 211 вагонов, и благодаря устройству сопряжения 209 трубопроводу происходит равнонаправленное второе смещение на втором гидроцилиндре. В таком случае поршень второго гидроцилиндра также будет перемещаться наружу из его корпуса, в результате чего увеличится длина и второго гидроцилиндра и, следовательно, расстояние между его точками шарнирного сочленения на обоих кузовах 202, 212 вагонов. Это действительно и при обратной последовательности.
Первый и второй гидроцилиндры расположены симметрично по отношению к центру первого кузова 202 вагона, их размеры согласованы между собой таким образом, что первое и второе смещения имеют одинаковую величину и происходят в одном направлении. Посредством соответствующего выбора размеров и/или расположением первого и второго гидроцилиндров могут быть обеспечены любые иные передаточные отношения между первым и вторым смещениями.
Ниже поясняется принцип действия устройства сопряжения 209 и связанных между собой с его помощью первого и второго устройств 207, 208 для противодействия боковой качке.
Если на первый кузов 202 вагона воздействует, например, из-за неплавности хода и его высоко расположенного центра тяжести момент боковой качки вокруг оси, параллельной продольной оси 201.1 единицы подвижного состава, то первая и вторая точки 207.1, 208.1 шарнирного сочленения на обоих концах кузова вагона смещаются в одном относительном направлении по отношению к смежным кузовам 211, 212 вагонов. Таким образом, отмечается стремление, например, удлинить первый гидроцилиндр и одновременно укоротить второй гидроцилиндр и наоборот. В результате оба гидроцилиндра нагружаются симметрично, т.е. на них воздействует осевая сила по существу одинаковой величины, но в противоположном осевом направлении. Из-за последующей несжимаемости гидравлической текучей среды и расположения гидравлически сообщенных между собой рабочих полостей на разных сторонах от поршня предупреждается относительное движение поршней обоих гидроцилиндров внутрь их корпуса, в результате чего устройство противодействует боковой качке подобно известным штангам 3 (см. фиг.8).
В случае перекоса рельсового пути кузова 212, 202, 211 и др. вагонов последовательно отклоняются от вертикали в направлении передвижения. Относительное горизонтальное движение между первым кузовом 202 вагона и предшествующим ему третьим кузовом 212 вагона, а также между первым кузовом 202 вагона и находящимся за ним вторым кузовом 211 вагона происходит в противоположном направлении. Устройством сопряжений 209 в виде гидравлического трубопровода может создаваться компенсирующий поток, вследствие чего поршни обоих гидроцилиндров совершают внутри их корпусов встречные движения. Благодаря этому консоли на кузовах 212, 202, 211 вагонов, а также сами эти кузова не подвержены реакциям связи, как это имеет место в обычном случае, когда применяются штанги 3 (см. фиг.8).
При смешанной форме обоих движений, т.е. при одновременной боковой качке кузова вагона во время передвижения по участку деформированного рельсового пути, консоли устройств 207, 208 для противодействия боковой качке воспринимают только дифференциальные силы, соответствующие собственно боковой качке отдельного кузова 103 вагона по отношению к соседним кузовам 211, 212 вагонов, в то время как вызванное перекосом пути возрастающее наклонное положение кузовов 212, 202, 211 вагонов не создает в поперечном направлении нежелательные реакции связи.
Описанные выше варианты выполнения не ограничиваются применением кузовов вагонов без колес, поскольку они могут также распространяться и на сегменты вагонов с колесами. Особенно второй пример выполнения, в котором точки шарнирного сочленения расположены на первом кузове вагона симметрично центру, имеет то преимущество, что первый кузов вагона может располагаться в любом направлении, т.е. при движении вперед или назад, между вторым и третьим кузовами вагона.
Третий пример выполнения
Как будет пояснено ниже, с помощью изобретения можно осуществлять также и чисто механические соединения между устройствами для противодействия боковой качке. На фигурах 5, 6 схематично показан вид сверху на часть другой единицы 301 подвижного состава согласно изобретению с продольной осью 301.1. Единица 301 подвижного состава содержит первую составную часть в виде кузова 302 вагона без колес, который подобно «паланкину» опирается на две смежные вторые составные части в виде второго кузова 311 вагона и третьего кузова 312 вагона.
Кузова 311, 312 вагонов опираются в зоне примыкания к первому кузову 302 вагона через соответствующие рессорные устройства на ходовые тележки 304, 305. Первый кузов 302 вагона опирается, следовательно, через второй кузов 311 вагона и соответствующее рессорное устройство на первую ходовую тележку 304, а через третий кузов 312 вагона и соответствующее рессорное устройство на вторую ходовую тележку 305. Т.о., кузова 302, 311, 312 вагонов представляют собой сегменты многосекционной единицы 301 подвижного состава.
Если чрезмерно большие расхождения по боковой качке между кузовами 312, 302, 311 необходимо исключать, то наклоны следующих друг за другом кузовов 312, 302, 311 вагонов вокруг их продольной оси, возникающие при передвижении по деформированным участкам пути, допускаются.
Для устранения упомянутых выше недостатков, присущих известным решениям (см. фиг.8), необходимо обеспечить согласно изобретению разрыв связи между динамически обусловленным нежелательным поперечным движением и относительным поперечным наклоном следующих друг за другом сегментов сочлененного поезда, вызванным движением по деформированным участкам пути, например перекошенным участкам.
Это достигается в единице 301 подвижного состава, схематично показанной на фигурах 5, 6, следующим образом, причем на фиг.5 показан вид сверху на состояние ровного рельсового пути, а на фиг.6 - вид сверху на состояние перекошенного рельсового пути.
Между соответственно вторым кузовом 311, 312 вагона и первым кузовом 302 вагона расположено устройство 307 или 308 для противодействия боковой качке. Таким образом, между кузовом 311 вагона и кузовом 302 вагона расположено первое устройство 307 для противодействия боковой качке, а между кузовом 312 и кузовом 302 - второе устройство 308 для противодействия боковой качке.
Первое устройство 307 для противодействия боковой качке выполнено в виде ударно-тяговой штанги, сочлененной с одной стороны с возможностью поворота с консолью на втором кузове 311 вагона. На своем конце, обращенном в сторону кузова 302 вагона, первая штанга 307 установлена с возможностью вращения в первой точке 307.1 шарнирного сочленения на первом свободном конце первого плеча 309.1 рычага устройства сопряжения 309, функция которого подробнее поясняется ниже.
Аналогичным образом второе устройство 308 для противодействия боковой качке выполнено в виде второй ударно-тяговой штанги, сочлененной с одной сторон с возможностью поворота с консолью на третьем кузове 312 вагона. Своим концом, обращенным в сторону рамы 302 поворотной тележки 302, вторая штанга установлена с возможностью вращения на второй точке 308.1 шарнирного сочленения на первом свободном конце второго плеча 309.4 рычага устройства сопряжения 309. Первое и второе плечи 309.1, 309.4 рычага механически связаны между собой через соединительную штангу 309.5, в результате чего первое устройство 307 для противодействия боковой качке механически связано через устройство сопряжения 309 со вторым устройством 308 для противодействия боковой качке.
Первое плечо 309.1 рычага, выполненное в виде короткого коленчатого рычага, сочленено с кузовом 302 вагона вблизи первого устройства для противодействия боковой качке с возможностью поворота вокруг первой точки 309.2 на первой оси поворота. Первая ось поворота располагается в зоне перелома первого плеча 309.1 рычага и связана неподвижно с кузовом 302 вагона.
На первом свободном конце первого плеча 309.1 рычага расположена первая точка шарнирного сочленения 307.1 первого устройства 307 для противодействия боковой качке, а со вторым свободным концом первого плеча 309.1 рычага сочленена соединительная штанга 309.5.
Второе плечо 309.4 рычага, также выполненное в виде короткого коленчатого рычага, сочленено с кузовом 302 вагона вблизи второго устройства для противодействия боковой качке с возможностью поворота вокруг второй точки 309.6 на второй оси поворота. Вторая ось поворота 309.7 располагается в зоне перелома второго плеча 309.4 рычага и связана неподвижно с кузовом 302 вагона.
На первом свободном конце второго плеча 309.4 рычага расположена вторая точка шарнирного сочленения 308.1 второго устройства для противодействия боковой качке, а со вторым свободным концом второго плеча 309.1 рычага сочленена соединительная штанга 309.5.
Первое и второе плечи 309.1 и 309.4 рычага имеют одинаковые размеры и расположены симметрично по отношению к поперечной средней плоскости кузова 302 вагона. При этом соединительная штанга 309.5 проходит насквозь по стороне соединительной прямой точек поворота 309.2 и 309.6, в результате чего свободное от противодействующей силы отклонение первого свободного конца первого плеча 309.1 рычага вызывает встречное отклонение первого свободного конца второго плеча 309.4 рычага и наоборот. Посредством соответствующего выбора размеров и/или расположения первого и второго плеч рычага могут быть обеспечены также другие любые передаточные отношения между первым и вторым смещениями.
Вследствие расположения первой точки шарнирного сочленения 307.4 на первом свободном конце первого плеча 309.1 рычага и второй точки шарнирного сочленения 308.4 на первом свободном конце второго плеча 309.4 рычага устройство сопряжения 309 вызывает, аналогично устройству сопряжения 109 на фиг.2, встречные отклонения первой точки шарнирного сочленения 307.1 и второй точки шарнирного отклонения 308.1 соответствующей штанги. Величина отклонений является при этом одинаковой, а направления остаются противоположными.
Далее поясняется принцип действия устройства сопряжения 309 и связанных между собой с его помощью первого и второго устройств 307, 308 для противодействия боковой качке.
Если на первый кузов 302 вагона воздействует, например, из-за неплавности хода и его высоко расположенного центра тяжести момент боковой качки вокруг оси, параллельной продольной оси 301.1 единицы подвижного состава, то первая и вторая точки 307.1, 308.1 шарнирного сочленения на обоих концах кузова вагона смещаются в одном относительном направлении по отношению к смежным кузовам 311, 312 вагонов. В результате этого первые свободные концы обоих коленчатых рычагов 309.1, 309.4 нагружаются симметрично, т.е. на них воздействует сила по существу в одном направлении и одинаковой величины. Благодаря собственной жесткости, а также жесткости соединительной штанги 309.5 предупреждается вращение коленчатых рычагов 309.1, 309.4, в результате чего устройство противодействует боковой качке подобно известным штангам 3.
В случае перекоса рельсового пути кузова 312, 302, 311 и др. вагонов последовательно отклоняются от вертикали в направлении передвижения. Относительное горизонтальное движение между первым кузовом 302 вагона и предшествующим ему третьим кузовом 312 вагона, а также между первым кузовом 302 вагона и находящимся за ним вторым кузовом 311 вагона происходит в противоположном направлении. В результате этого оба коленчатых рычага 309.1, 309.4 могут вращаться в одном направлении вокруг точки 309.2 или 309.6. На соединительную штангу 309.5 не воздействует при этом значительная сила, она перемещается почти без сопротивления в продольном направлении 301.1 единицы подвижного состава. Благодаря этому на консоли кузовов 312, 302, 311 вагонов, а также на сами эти кузова не воздействуют реакции связи, как это имеет место в случае применения обычных штанг 3.
При смешанной форме обоих движений, т.е. при одновременной боковой качке кузова вагона во время передвижения по участку деформированного рельсового пути, консоли устройств 307, 308 для противодействия боковой качке воспринимают только дифференциальные силы, соответствующие собственно боковой качке отдельного кузова вагона по отношению к соседним кузовам вагонов, в то время как вызванное перекосом пути возрастающее наклонное положение кузовов 312, 302, 311 вагонов не создает в поперечном направлении нежелательных реакций связи.
Изобретение не ограничивается случаем применения конечной длины устройств 307, 308 для противодействия боковой качке, оно может быть также применено в описанном выше особом случае при «нулевой» длине устройства для противодействия боковой качке. В этом случае первая точка шарнирного соединения первого плеча рычага или вторая точка шарнирного сочленения второго плеча рычага будет сочленена непосредственно с консолью соответствующего смежного кузова вагона. Но при этом, как уже упоминалось, исключается возможность продольной качки соседних кузовов вагонов.
Также изобретение не ограничивается описанным расположением первого и второго коленчатых рычагов 309.1, 309.4 на первом кузове 302 вагона. Скорее коленчатые рычаги могут располагаться в соответствующей точке шарнирного сочленения соседнего второго или третьего кузова вагона, в то время как в этом случае оба устройства для противодействия боковой качки будут сочленены непосредственно с первым кузовом вагона.
Четвертый пример выполнения
Другой оптимальный вариант выполнения единицы 401 подвижного состава согласно изобретению с кузовами 402, 411, 412 вагонов показан на фиг.7. Своей основной конструкцией и принципом действия единица 401 подвижного состава соответствует единице 301 подвижного состава по фиг.5, поэтому ниже речь пойдет только об отличиях.
Единственное отличие от варианта выполнения по фиг.5 состоит в конструкции устройства сопряжения 409, посредством которого оба устройства 407, 408 для противодействия боковой качке соединены между собой. Вместо соединительной штанги 309.5 устройство сопряжения 409 содержит гидравлическое устройство сопряжения 409.5 с гидроцилиндрами 409.8, 409.9, рабочие полости которых сообщены через гидравлический трубопровод 409.10.
Гидроцилиндры 409.8, 409.9 сочленены одним своим концом с возможностью поворота с первым кузовом 402 вагона. Своим другим концом первый гидроцилиндр 409.8 сочленен с возможностью поворота с первым плечом 409.1 рычага, а второй гидроцилиндр 409.9 сочленен с возможностью поворота со вторым плечом 409.4 рычага.
В других вариантах выполнения единицы подвижного состава согласно изобретению описанное выше гидравлическое устройство сопряжения может быть оборудовано также активным установочным и/или демпфирующим устройством. Так, например, могут быть предусмотрены насос, соответствующее управляющее устройство и пр., что позволяет изменять степень заполнения рабочих полостей гидроцилиндров в соответствии с заданными величинами управляющего устройства.
В других вариантах выполнения единицы подвижного состава согласно изобретению описанные выше или иные механизмы сопряжения могут применяться раздельно или в комбинации для обеспечения связи между устройствами для противодействия боковой качке согласно изобретению.
Выше настоящее изобретение было раскрыто исключительно с помощью примеров выполнения единиц подвижного состава. Изобретение может найти применение также в любых других видах транспортных средств.
Реферат
Изобретение относится к шарнирно-сочлененным транспортным средствам. Транспортное средство, в частности единица подвижного состава, содержит первый кузов (102) вагона, смежные по отношению к нему в направлении продольной оси (101.1) второй кузов (111) и третий кузов (112). Первый кузов (102) и второй кузов (111) соединены между собой первым устройством (107) для противодействия боковой качке, а первый кузов (102) вагона и третий кузов (112) вагона соединены между собой вторым устройством (108) для противодействия боковой качке вокруг оси, параллельной продольной оси (101.1). Первое и второе устройства (107; 108) для противодействия боковой качке соединены между собой устройством сопряжения (109). Устройства (107; 108) для противодействия боковой качке и устройство сопряжения (109) выполнены таким образом, что, по меньшей мере, одно первое смещение на первом устройстве (107) для противодействия боковой качке инициирует, по меньшей мере, одно второе смещение на втором устройстве (108) для противодействия боковой качке. По меньшей мере, одно из устройств (107, 108) для противодействия боковой качке и/или устройство сопряжения (109) содержит установочное устройство (113) для активного управления первым смещением и/или вторым смещением. Изобретение снижает скручивающие нагрузки на кузов. 19 з.п. ф-лы, 8 ил.
