Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО МАЯТНИКОВОЙ ПОДВЕСКИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ВОСПРИЯТИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ И ПРОДОЛЬНЫХ УСИЛИЙ

Изобретение относится к устройству маятниковой подвески вагона железнодорожного транспортного средства по отношению к колесной тележке указанного железнодорожного транспортного средства, содержащему маятниковую поперечину, неподвижно соединенную в движении с вагоном железнодорожного транспортного средства, и две оси, проходящие по существу в продольном направлении, при этом каждая ось установлена подвижно с возможностью вращения вокруг по существу продольной оси, по меньшей мере, в одном опорном подшипнике, неподвижно соединенном в движении с колесной тележкой, при этом маятниковая поперечина содержит две дорожки качения, проходящие по существу в поперечном направлении и расположенные, каждая, на указанных осях таким образом, что поперечина может перемещаться по существу в поперечном направлении на указанных осях.

Изобретение относится также к железнодорожному транспортному средству, содержащему такое устройство маятниковой подвески.

Железнодорожное транспортное средство с маятниковой подвеской или поезд с маятниковой подвеской представляет собой транспортное средство, вагон которого может наклоняться на колесных тележках, на которые он опирается, чтобы компенсировать действие центробежной силы на пассажиров, когда железнодорожное транспортное средство проходит виражи на своем пути. Такая система позволяет увеличить скорость железнодорожного транспортного средства на виражах, сохраняя при этом комфорт для пассажиров, которые не ощущают действий центробежной силы, связанных с прохождением виражей, благодаря наклону кузова на этих виражах.

Такое железнодорожное транспортное средство содержит устройство маятниковой подвески кузова, установленное между колесными тележками, на которые опирается вагон, и самим вагоном. Классически устройство маятниковой подвески содержит маятниковую поперечину, проходящую под вагоном и опирающуюся на ролики, установленные с возможностью вращения на колесной тележке таким образом, что поперечина может «катиться» на роликах, заставляя кузов наклоняться относительно колесной тележки. Между колесной тележкой и поперечиной предусмотрены приводные средства перемещения поперечины, например силовой цилиндр, выполненный с возможностью обеспечения перемещения поперечины на роликах в поперечном направлении, когда транспортное средство проходит вираж, заставляя вагон наклоняться внутрь виража под углом, соответствующим радиусу кривизны виража и скорости железнодорожного транспортного средства.

Ролики позволяют воспринимать усилия в поперечном направлении и при раскачивании маятниковой поперечины и, следовательно, вагона по отношению к колесной тележке. Однако, чтобы воспринимать усилия в продольном направлении, возникающие при ускорении или торможении транспортного средства или связанные, например, со столкновением буферов двух соседних вагонов, необходимо предусмотреть дополнительное устройство восприятия отдельно от устройства маятниковой подвески. Это устройство восприятия образовано двумя приводными тягами, проходящими по существу продольно между маятниковой поперечиной и колесной тележкой и выполненными с возможностью поглощения усилий в продольном направлении, одновременно обеспечивая отклонение поперечины относительно колесной тележки в поперечном направлении. Следовательно, такое устройство восприятия является сложным и громоздким и затрудняет установку силовых двигателей в колесной тележке. Кроме того, его установка на колесной тележке затруднена, учитывая перемещения поперечины относительно колесной тележки.

Задача изобретения состоит в устранении вышеуказанного недостатка за счет создания устройства маятниковой подвески, позволяющего воспринимать продольные усилия без добавления отдельного устройства восприятия.

В связи с этим объектом изобретения является устройство маятниковой подвески вышеупомянутого типа, в котором каждая ось содержит на каждой из своих крайних продольных частей участок по существу усеченной конусной формы, большое основание которого обращено к продольному концу оси, а малое основание обращено внутрь оси, при этом каждая дорожка качения поперечины содержит два наклонных участка, соответственно опирающиеся на один из усеченных конусных участков оси, на которую опирается указанная дорожка качения.

Особая форма осей и дорожек качения позволяет не только классически воспринимать поперечные усилия и усилия раскачивания, но также воспринимать продольные усилия, обеспечивая поглощение усилий в продольном направлении за счет наклона в этом направлении осей и наклонных участков. Действительно, эта особая форма обеспечивает скольжение поперечины на осях в продольном направлении и одновременно устойчивость поперечины на этих осях. Таким образом, нет необходимости устанавливать дополнительное устройство восприятия, что высвобождает место в этой колесной тележке, позволяя устанавливать, например, силовые двигатели.

Согласно другим отличительным признакам устройства маятниковой подвески:

- каждый наклонный участок имеет криволинейную форму в продольном направлении, при этом указанная криволинейная форма является такой, что один из наклонных участков опирается на соответствующий усеченный конусный участок в зоне контакта, в которой диаметр указанного усеченного конусного участка равен диаметру другого усеченного конусного участка в зоне контакта между указанным другим усеченным конусным участком и другим наклонным участком;

- угол наклона усеченных конусных участков относительно оси вращения оси, содержащей указанные усеченные конусные участки, по существу находится в пределах от 0° до 20°;

- угол наклона наклонных участков относительно поперечного направления по существу находится в пределах от 25° до 40°;

- каждая ось установлена подвижно с возможностью вращения в двух опорных подшипниках, при этом в каждом опорном подшипнике установлен продольный конец каждой оси таким образом, что большие основания усеченных конусных участков расположены, каждое, напротив опорного подшипника;

- форма осей и наклонных участков предусмотрена для восприятия продольных усилий, действующих между поперечиной и осями, обеспечивая перемещение поперечины в продольном направлении на осях, составляющее от 2 до 10 мм;

- маятниковая поперечина является подвижной между положением покоя, в котором центр роликов качения опирается на оси, и двумя крайними наклонными положениями, в которых один конец дорожки качения опирается на одну ось, а другой конец дорожки качения опирается на другую ось;

- устройство маятниковой подвески содержит приводные средства перемещения поперечины на осях, при этом указанные средства выполнены с возможностью перемещения поперечины в зависимости от виражей, проходимых железнодорожным транспортным средством во время его движения; и

- приводные средства содержит силовой цилиндр, корпус которого неподвижно соединен с колесной тележкой и шток которого, выполненный с возможностью поступательного перемещения относительно корпуса, неподвижно соединен с поперечиной, при этом перемещение штока относительно корпуса приводит к перемещению поперечины на осях.

Объектом изобретения является также железнодорожное транспортное средство, содержащее вагон и, по меньшей мере, одну колесную тележку, при этом вагон установлен на колесной тележке через описанное выше устройство маятниковой подвески, при этом маятниковая поперечина устройства неподвижно соединена в движении с вагоном железнодорожного транспортного средства, и опорный подшипник устройства неподвижно соединен в движении с колесной тележкой.

Согласно другому отличительному признаку железнодорожного транспортного средства, колесная тележка содержит, по меньшей мере, один упорный элемент, расположенный напротив маятниковой поперечины в продольном направлении, при этом указанная поперечина упирается в указанный элемент в случае действия силы, превышающей заранее определенный порог и действующей в продольном направлении на поперечину или колесную тележку.

Другие аспекты и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 схематично показан железнодорожный вагон транспортного средства, содержащий устройство маятниковой подвески;

на фиг. 2 схематично показано устройство маятниковой подвески, при этом поперечина находится в положении покоя;

на фиг. 3 схематично показано устройство маятниковой подвески, изображенное на фиг. 2, при этом поперечина находится в крайнем наклонном положении;

на фиг. 4 схематично показана ось заявленного устройства маятниковой подвески, вид в перспективе;

на фиг. 5 схематично показан конец маятниковой поперечины, опирающийся на ось, показанную на фиг. 4, вид в перспективе;

на фиг. 6 схематично показана ось, изображенная на фиг. 4, и конец маятниковой поперечины, опирающийся на указанную ось, при этом поперечина центрована на оси в продольном направлении, вид в разрезе;

на фиг. 7 схематично показана ось, изображенная на фиг. 6, при этом поперечина смещена на оси в продольном направлении, вид в разрезе.

В описании термин «продольный» определен по направлению движения железнодорожного транспортного средства, то есть по направлению, в котором расположены рельсы, по которым движется железнодорожное транспортное средство. Термин «поперечный» определен по поперечному направлению, перпендикулярному к продольному направлению, то есть в направлении промежутка между рельсами, по которым движется железнодорожное транспортное средство.

На фиг. 1 показано железнодорожное транспортное средство 1, содержащее, по меньшей мере, один вагон 2 и колесную тележку 4, которая содержит колеса железнодорожного транспортного средства и на которой установлен вагон. Под железнодорожным транспортным средством можно понимать как один вагон, так и совокупность шарнирно соединенных между собой вагонов. Каждый вагон 2 ограничивает пространство для размещения пассажиров и установлен, по меньшей мере, на одной колесной тележке 4, как правило, на двух колесных тележках 4. Колесная тележка 4 сама по себе известна, и ее подробное описание опускается.

Вагон 2 установлен на колесной тележке 4 через устройство 6 маятниковой подвески, позволяющее наклонять контролируемым образом вагон 2 относительно колесной тележки 4, когда железнодорожное транспортное средство проходит вираж. Устройство 6 маятниковой подвески в основном содержит маятниковую поперечину 8, по меньшей мере, две оси 10, на которые опирается поперечина 8, и приводные средства 12 перемещения поперечины 8 на осях 10.

Маятниковая поперечина 8 в основном проходит в поперечном направлении Τ под всей и частью ширины вагона 2 и неподвижно соединена с ним в движении. Под неподвижным соединением в движении следует понимать, что вагон 2 перемещается вместе с поперечиной 8 одним движением. Например, поперечина 8 соединена с вагоном 2 при помощи элементов 14 подвески, выполненных с возможностью восприятия усилий в направлении Ζ, по существу перпендикулярном к плоскости, образованной продольным направлением L и поперечным направлением Т, то есть в вертикальном направлении, когда вагон 2 не наклоняется.

Нижняя поверхность 16 поперечины 8, расположенная напротив колесной тележки 4, имеет поперечные концы 18, наклоненные в сторону вагона 2, образуя угол α, по существу составляющий от 25° до 40° с поперечным направлением, как показано на фиг. 2 и 3. Каждый поперечный конец 18 образует дорожку качения на осях 10, которая будет описана ниже. Следовательно, поперечина 8 расположена на осях 10 таким образом, что каждая из дорожек качения опирается на одну из осей 10.

Оси 10 или ролики расположены по существу продольно соответственно вблизи одного из поперечных концов колесной тележки 4, то есть оси 10 отстоят друг от друга в поперечном направлении Т. Каждая ось 10 установлена с возможностью вращения вокруг продольной оси А в двух опорных подшипниках 20, неподвижно соединенных в движении с колесной тележкой 4, как показано на фиг. 4 и 5. Таким образом, каждая ось 10 расположена продольно между двумя опорными подшипниками 20, в каждом из которых установлен один из продольных концов оси 10. Каждый опорный подшипник 20 включает в себя подшипник качения, позволяющий установленному в нем концу оси вращаться внутри опорного подшипника, и выполнен с возможностью восприятия продольных усилий.

На каждом из своих крайних продольных частей вблизи концов, заходящих в опорные подшипники 20, каждая ось 10 содержит участок по существу усеченной конусной формы, называемый усеченным конусным участком 22 и показанным на фиг. 4 и 5. Каждый усеченный конусный участок 22 расположен между большим основанием 24, обращенным к продольному концу оси и находящимся напротив опорного подшипника 20, и малым основанием 26, обращенным внутрь оси 10. Таким образом, два малых основания 26 двух усеченных конусных участков 22 каждой оси 10 расположены друг против друга и отделены друг от друга центральной частью 28, имеющей форму цилиндра вращения. Усеченные конусные участки 22 расположены радиально вокруг оси А таким образом, что наружная стенка каждого усеченного конусного участка 22 образует наклонную поверхность p в продольном направлении от большого основания к малому основанию, то есть поверхность с наклоном в сторону центральной части 28 оси 10. Наклонная поверхность p выполнена таким образом, чтобы каждый усеченный конусный участок 22 образовал угол β, по существу составляющий от 0° до 20° с осью А оси 10, как показано на фиг. 6. Таким образом, каждая ось 10 схематично имеет форму катушки.

Каждая дорожка качения, образованная поперечным концом 18 поперечины 8, состоит из двух наклонных участков 30, опирающихся соответственно на один из усеченных конусных участков 22 оси 10, на которую опирается эта дорожка качения, как показано на фиг. 5 и 6. Каждый наклонный участок 30 имеет криволинейную форму p′ в продольном направлении, касательном к наклонной поверхности p усеченного конусного участка 22, на который опирается этот наклонный участок 30, как показано на фиг. 6 и 7. Следовательно, форма p′ выполнена так, чтобы один из наклонных участков 30 опирался на зону 31 контакта соответствующего усеченного конусного участка 22, в которой диаметр усеченного конусного участка 22 равен диаметру зоны 31 контакта другого усеченного конусного участка 22, на который опирается другой наклонный участок 30, как показано на фиг. 6 и 7.

Поскольку обе дорожки качения поперечины 8 опираются на две оси 10, то маятниковая поперечина 8 может перемещаться в поперечном направлении относительно колесной тележки 4, заставляя оси 10 «катиться» по дорожкам качения. В частности, поперечина 8 может наклоняться с поворотом вокруг продольной оси, по существу соответствующей продольной оси железнодорожного транспортного средства в плоскости, образованной поперечным Τ и вертикальным Ζ направлениями. Таким образом, поперечина 8 является подвижной между положением покоя, показанным на фиг. 2, в котором центр дорожек качения опирается на оси 10 и в котором вагон 2 расположен по существу вертикально и параллельно рельсам, по которым движется железнодорожное транспортное средство, и двумя крайними наклонными положениями, одно из которых показано на фиг. 3 и в которых вагон 2 имеет наклон относительно колесной тележки 4. В одном из крайних наклонных положений наружная крайняя часть одной из дорожек качения опирается на одну из осей 10, тогда как в другом крайнем наклонном положении внутренняя крайняя часть другой дорожки качения опирается на другую ось 10. Таким образом, поперечина 8 и, следовательно, вагон 2 могут наклоняться в одном или другом направлении относительно колесной тележки 4 в зависимости от направления виража, проходимого железнодорожным транспортным средством.

Приводные средства 12 позволяют задавать наклон поперечины 8 в зависимости от движения железнодорожного транспортного средства. Подробное описание системы управления приводными средствами 12 опускается, поскольку эта система известна и является классической для поездов с маятниковой подвеской. Например, приводные средства 12 содержат силовой цилиндр 32, корпус 34 которого неподвижно соединен с колесной тележкой 4 и шток 36 которого неподвижно соединен с поперечиной 8, при этом шток 36 выполнен с возможностью поступательного перемещения в корпусе 34. Таким образом, понятно, что задавая перемещение штока 36 относительно корпуса 34, обеспечивают перемещение поперечины 8 относительно колесной тележки 4, заставляя оси 10 катиться по дорожкам качения. Таким образом, при выдвижении штока 36 из корпуса 34 поперечина 8 перемещается в одно из своих крайних наклонных положений, что видно из сравнения фиг. 2 и фиг. 3, и при перемещении штока 36 внутрь корпуса 34 поперечина 8 перемещается в другое из своих крайних наклонных положений, проходя через положение покоя.

Описанное выше устройство маятниковой подвески классически позволяет воспринимать поперечные усилия и усилия раскачивания между вагоном 2 и колесной тележкой 4, благодаря возможности перемещения поперечины 8 относительно колесной тележки 4.

Кроме того, устройство маятниковой подвески обеспечивает восприятие продольных усилий, благодаря особой форме осей 10 и дорожек качения, содержащих наклонные участки 30. Действительно, форма осей 10 в виде катушки обеспечивает скольжение наклонных участков 30 по соответствующим усеченным конусным участкам 22 в продольном направлении и, следовательно, скольжение поперечины 8 по осям 10 в продольном направлении L, что обеспечивает восприятие продольных усилий.

Кроме того, как видно из сравнения фиг. 6 и 7, чтобы перемещение поперечины 8 по осям 10 в поперечном направлении Τ оставалось идентичным и адаптированным при любом положении поперечины 8 на осях 10 в продольном направлении L, криволинейная форма наклонных участков 30 предусмотрена таким образом, чтобы зона контакта 31 между каждым наклонным участком 30 и каждым усеченным конусным участком 22 имела постоянный диаметр. Таким образом, даже в случае продольного скольжения поперечины 8 по осям 10, связанного с восприятием продольных усилий, наклон поперечины 8 в поперечном направлении для обеспечения маятниковой подвески вагона 2 сохраняет необходимую кинематику.

Как показано на фиг. 6, поперечина 8 центрована на оси 10. В зонах 31 контакта между каждым наклонным участком 30 и соответствующим усеченным конусным участком 22 диаметр усеченных конусных участков 22 равен d₁, причем этот диаметр является одинаковым для каждого усеченного конусного участка 22. Как показано на фиг. 7, поперечина 8 переместилась продольно относительно осей, например, вследствие усилия ускорения или усилия торможения. В зонах 31 контакта между каждым наклонным участком 30 и соответствующим усеченным конусным участком 22 диаметр усеченных конусных участков 22 имеет значение d₂, отличное от d₁, но этот диаметр остается одинаковым для каждого усеченного конусного участка 22. Эта способность поперечины 8 перемещаться в продольном направлении, хотя это перемещение является нежелательным, но вместе с тем неизбежным в случае продольных усилий, опираясь при этом на зоны осей 10 с идентичным диаметром, позволяет поглощать усилия в продольном направлении и одновременно сохранять устойчивость поперечины 8 на осях 10 в поперечном направлении Т, то есть поперечина 8 сохраняет необходимую кинематику наклона.

Это восприятие продольных усилий может происходить в обоих направлениях движения железнодорожного транспортного средства, так как наклонные участки 30 дорожки качения являются симметричными друг с другом относительно плоскости, образованной поперечным Τ и вертикальным Ζ направлениями и проходящей между наклонными участками 30, и, точно так же, усеченные конусные участки 22 оси 10 являются симметричными друг с другом относительно плоскости, проходящей через центр оси 10.

Таким образом, устройство маятниковой подвески выполнено с возможностью восприятия продольных усилий, связанных с ускорением железнодорожного транспортного средства или с его торможением, без добавления дополнительного устройства восприятия усилия, такого как известная система тяг. За счет этого высвобождается пространство в колесной тележке 4, которую можно легко моторизовать. Кроме того, это намного облегчает установку устройства маятниковой подвески, поскольку оно не требует установки дополнительного устройства восприятия.

В случае продольных усилий, превышающих заранее определенный порог, то есть больших продольных усилий, например, в случае столкновения между буферами двух вагонов железнодорожного транспортного средства, между поперечиной 8 и колесной тележкой 4 предусмотрено устройство упоров, позволяющее «отводить» восприятие продольных усилий через устройство 1 маятниковой подвески. Так, упорные элементы (не показаны), неподвижно соединенные с колесной тележкой 4, расположены с двух сторон от поперечины 8 напротив нее в продольном направлении, поэтому поперечина 8 упирается в один из этих элементов в случае сильного удара в продольном направлении. Таким образом, форма осей 10 и наклонных участков 30 обеспечивает продольное перемещение поперечины 8 на осях 10, составляющее от 2 мм до 10 мм. Сверх значения 10 мм поперечина 8 входит в контакт с одним из упорных элементов.

Таким образом, можно реализовать железнодорожное транспортное средство с маятниковой подвеской, характеризующееся повышенным комфортом и безопасностью при уменьшении количества необходимых составных частей между колесной тележкой 4 и вагоном 2, что облегчает оснащение колесных тележек 4 двигателями и улучшает, таким образом, тягу железнодорожного транспортного средства.

Описанное выше устройство 1 маятниковой подвески можно установить между всеми колесными тележками железнодорожного транспортного средства и соответствующим или соответствующими вагонами, как в случае несущих колесных тележек (без двигателя), так и в случае моторных колесных тележек (с двигателями).