CZ392197A3 - Elektromotorické hnací zařízení pro ovládání polohy vozové skříně kolejového vozidla - Google Patents

Abstract

Elektromotorické hnací zařízení pro ovládání polohy vozové skříně kolejového vozidla obsahuje nejméně jednu zasouvací a vysouvací vřetenovou jednotku /5/ a servomotor /6/, který tuto nejméně jednu vřetenovou Jednotku /5? pohání. Servomotor /6/ pohání tuto nejméně jednu vřetenovou jednotku /5/ přímo, tedy bez vřazeného převodu. Při zasouvání a vysouvání vřetenové jednotky /5/ se vozová skříň /4/ naklání kolem své podélné osy vůči normální poloze ve vztahu k rovině koleje a požadovaný úhel bočního naklonění.

Description

Elektromotorické hnací zařízení pro kolejová vozidla

Oblast techniky

Vynález se týká elektromotorického hnacího zařízení pro ovládání polohy vozové skříně kolejového vozidla v obloucích ko 1 e j e _# roajtí o íihe^wafry a h o n ů toyétw zatáčkami a jízdní doby.

Dosavadní stav techniky

V posledních letech se stále rozšiřuje používání kolejových vozidel pro osobní dopravu, tvořících tak zvané nakláněcí vlaky, které ve srovnání s vlaky sestavenými z vozů s konvenční konstrukcí umožňují podstatně rychlejší průjezd tím na zatáčkovitých tratích podstatné zkrácení Vůz takového nakláněcího vlaku se odlišuje od dosud používaných vozů tím, že každá vozová skříň se může pomocí vestavěného nakláněcího zařízení natáčet kolem své podélné osy o určitý úhel, který může dosahovat hodnot až ± 8° vůči své normální poloze ve vztahu k rovině koleje. Tím je možno nastavit úhel náklonu, který je závislý na rychlosti jízdy, na poloměru oblouku koleje a na převýšení obou kolejnic vůči sobě, aby se tak zmenšila velikost příčného zrychlení působícího na cestující.

Při tomto řešení je možno splnit požadavky německého železničního stavebního a provozního řádu (EBO), ve kterém je předepsána jako podmínka pro zajištění potřebného jízdního — -pohod-lí-j-aby-cestu-j-í-cí-neby-l-i- v—zatáčkách- v-ystaveni-působení většího bočního zrychlení než je 0,85 M/s², i když na rám otočného podvozku vozu působí příčné zrychlení až 2 m/s .

Z možných mechanických konstrukcí, pomocí kterých je skříň vozu uložena výkyvné kolem své podélné osy vůči svému podvozku, se ukázala být nejvýhodnější konstrukce na principu kyvadlové páky, která se také v praxi nejvíce rozšířila.

• t

U jednotlivých výrobců nakláněcích vlaků, kteří si potom vytvářejí vlastní konstrukce na tomto principu, závisí na jednotlivých zvláštnostech konstrukce vozu, zda je vozová skříň na kyvadlovém prvku zavěšena nebo je jím podepřena.

Obr. 3 a 4 zobrazují známé realizace s vozovými skříněmi zavěšenými na kyvadlových prvcích, přičemž vozová skříň se na obr. 3 nachází ve své normální poloze, zatímco na obr. 4 zaujímá nakloněnou polohu vůči normálnímu stavu, která se objevuje při velmi rychlém projíždění zatáček. Tato konstrukce je popsána v brožuře o názvu Schneller reisen auf Schienen. BR 611 von Adtranz, kterou vydal v červnu 1996 ABB Daimler-Benz Transportation (Německo) GmbH, Am Rathenaupark, D-16761 Henningsdorf.

Podle obr. 3 a 4 jsou kyvadlové závěsy 1 uchyceny ve dvojicích mezi rám 2 otočného podvozku a nosnou konstrukci 3 vozové skříně 4. Pro natáčení vozové skříně 4 do její nakloněné polohy slouží elektromotorické hnací zařízení, přesněji řečeno lineární hnací ustrojí s vřetenovou jednotkou 5 a servomotorem 6, který pohání vřetenovou jednotku 5 prostřednictvím vřazené převodové předlohy 7.

Obr. 2 znázorňuje podrobněji elektronické hnací zařízení, které je známé z odborného časopisu ETR Eisenbahntechnische Runschau 5/96, str. 303-309.

Vfétěnove~~jednotka^-5 “obsahuj é^-otočnou““ maVíc'1 Έ^-Vřetena“ a vřetenový šroub 9 pohyblivý v podélném směru. Matice 8 vřetena je na jedné své čelní ploše opatřena pevně připojeným hnacím ozubeným kolem a na druhé čelní ploše je přímo v záběru s vřetenovým šroubem 9. Tímto řešením se otáčivý pohyb matice 8 vřetena přímo převádí na lineární posuvný pohyb vřetenového šroubu 9 ve dvou vzájemně opačných směrech. Vřetenová jednotka 5 je uložena ve skříni 10, na které je · ««·

A· * ·

A A *' b A • A A AAAA

A A

Á A A «•i e

Á A

A · A, upevněna převodová předloha 7. Hnací ozubené kolo převodové předlohy 7 je v záběru s hnacím ozubeným kolem vřetenové jednotky 5. Převodová předloha 7 je spojena s pohonnou jednotkou obsahující servomotor. Přídavně je možno z bezpečnostně technických důvodů použít také brzdicí ústrojí 11, které je schopno zablokovat hnací zařízení při vzniku poruchy.

Známá hnací zařízení mají nevýhodu spočívající v tom, že mají poměrně velké vnější rozměry a tím vyvolávají různé konstrukční problémy, protože toto hnací zařízení musí být zpravidla umístěno pod podlahou osobního vozu. Známé hnací zařízení má kromě toho poměrně velkou hmotnost a je působením velkých příčných sil vystaveno značnému namáhání, což může vést ke značným deformacím skříně nebo dokonce k materiálovým lomům. Tím se výrazně snižuje spolehlivost a životnost zařízení a zvyšují se náklady na provádění oprav a údržby a také zkoušek provozuschopnosti známých hnacích zařízení. ..... Dále se u známých hnacích zařízení pokládá za nevýhodné, že značný počet prvků a součástí potřebných pro přenos ¹ hnacích sil snižuje nejen účinnost, ale také spolehlivost zařízení. Jestliže se například vyskytne porucha způsobená zlomením některé části převodové předlohy 7, pak samotné brzdicí ústrojí 11 nemůže zamezit nekontrolovanému vykyvování vozové skříně na obě strany od její normální polohy. Na druhé straně je možno při zablokování převodového ústrojí pokračovat v jízdě jen s posledně nastaveným sklonem vozové skříně. Při takových 'poruchách se muší’ rychlOst^-'j ízdy“koie j ového voziďla—-----výrazné snížit, což je samozřejmě velmi nežádoucí.

Úkolem vynálezu je proto vyřešit takové elektromotorické hnací zařízení pro ovládání polohy vozových skříní kolejových vozidel při průjezdu oblouky koleje, které by se mohlo snadno namontovat do vozové skříně a které by bylo vyhovující při normálním provozu.

• 4 • 4*4

4

4

Ι·» · ··«

Podstata vynálezu

Tento úkol je vyřešen elektromotorickým hnacím zařízením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že servomotor pohání vřetenovou jednotku přímo bez vřazeného převodu.

Takto vytvořené hnací zařízení má díky zmenšenému počtu součástí větší provozní spolehlivost při současném snížení hmotnosti a snížených nárocích na místo a prostor. Hnací zařízení podle vynálezu má větší účinnost a je za provozu snáze ovladatelné, protože neobsahuje žádná vřazená převodová ústrojí, která způsobují mechanické ztráty výkonu mezi motorem a vřetenovou jednotkou. Hnací zařízení má lepší dynamické vlastnosti a větší stabilitu v regulačním obvodu. Kromě toho jsou u tohoto zařízení sníženy oproti známým zařízením náklady na jeho výrobu a montáž do kolejového vozidla.

Ve výhodném provedení jsou servomotor a vřetenová jednotka integrovány do jedné společné skříně, takže je možno dále zmenšit rozměry a hmotnost hnacího zařízení.

V dalším výhodném provedení vynálezu obsahuje vřetenová jednotka otočnou matici vřetena a vřetenový šroub, přičemž je-li osa otáčení servomotoru shodná s podélnou osou vřetenového šroubu, vytvoří se zvláště jednoduché a kompaktní hnací zařízení.

Podle jiného konkrétního provedení zařízení je ve skříni,' ' ve kteře^-jβ’ΤϊΙοζβη servomotor-a~ vřetenová—jednotka, - umis—---těno také elektricky ovládané brzdicí ústrojí. Také toto řešení přispívá k vytvoření velmi kompaktního hnacího zařízení.

Je výhodné, jestliže je hnací zařízení v dalším výhodném provedení opatřeno ve své skříni integrovaným elektronickým řídicím obvodem pro vysílání řídicího signálu k servomotoru v závislosti na zjištěných hodnotách a zadaných požadovaných • · · ft ft « ·« • ft • » «V · · · ·«·«·· « • ftftftft • ftft · · ft · • · ft ft ·«**··· ·« a hodnotách. Řídicí obvod umístěný v blízkosti servomotoru tak vyžaduje nízké náklady na vytvoření potřebných propojovacích kabelů.

V dalším výhodném provedení vynálezu je servomotorem bezkartáčkový stejnosměrný elektromotor, obsahující rotor nesoucí permanentní magnet a stator opatřený vinutím. Tento motor má dobré tepelné vlastnosti, protože na rotoru, na kterém není uloženo žádné vinutí, nevzniká teplo, zatímco teplo vznikající ve vinutí statoru se může skříní snadno odvádět na vnější stranu.

Pro zlepšení odvádění tepla může být skříň naplněna tekutinou, například olejem.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení zobrazených na výkresech, kde znázorňují . .

obr. 1 osový řez elektromotorickým hnacím zařízením podle vynálezu, obr. 2 osový řez známým elektromotorickým hnacím zařízením a obr. 3 a 4 schematické příčné řezy kolejovým vozidlem, opatřeným hnacím zařízením, které je předmětem vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Elektromotorické hnací zařízení, zobrazené na obr. 1, obsahuje vřetenovou jednotku 5 uloženou ve skříni 10 vyznačené čárkovanými čarami. Vřetenová jednotka 5 obsahuje matici — -&-.v-řetena-a_vřeteno-V-ý_.šr.o.ub_9,,._,._kt.er.é._jsou. ve vzájemném žábě- __ ru. Přesněji řečeno matice 8 vřetena je opatřena středním vnitřním závitem, do kterého zabírá vnější závit vřetenového šroubu 9 se záběrovými tělísky, takže se při otáčení vřetenového šroubu 9 matice 8 vřetena posouvá kupředu a dozadu. Matice 8 vřetena je pevně spojena prostřednictvím válce s upevňovacím bodem 12.

Ve skříni 10 se nachází také servomotor 6, sestávající z rotoru 13 uloženého otočně v ložiskách 17 a ze statoru 14 nesoucího elektrické vinutí. Servomotorem 6 je zejména bezkartáčkový stejnosměrný elektromotor, který se také nazývá synchronním elektromotorem s regulací. Je ovšem možné použít i jiných hnacích strojů, například asynchronních elektromotorů nebo motorů s magnetickým odporem. Osa otáčení servomotoru 6 a podélná osa vřetenového šroubu 9 jsou shodné, jak je to patrno z obr. 1, přičemž rotor 13 a vřetenový šroub 9 jsou vyrobeny v jednom kusu. Součástí skříně 10 je také brzdicí ústrojí 11, tvořené například ruční brzdou, které je přímo spřaženo se servomotorem 6a v nouzovém případě zajišťuje aretaci hnacího zařízení.

Pro ovládání servomotoru 6 slouží neznázorněné elektrické řídicí zapojení, které je rovněž umístěno ve skříni 10. Řídicí obvod obsahuje uzavřený regulační okruh, přičemž řídicí veličinou je obvykle požadovaná hodnota nastavitelného úhlu sklonu vozové skříně vůči rovině koleje. Ve skříni 10.. mohou být popřípadě uloženy další vnitřní regulační obvody, které přispívají ke zlepšení dynamiky nebo k tlumení nežádoucích otřesů.

Pro určení skutečné hodnoty úhlu bočního náklonu slouží polohové čidlo 15, tvořené například opticky snímatelným kotoučem, opatřeným soustavou otvorů, a spojené s rotorem 13.. V alternativním provedení je možno použít také lineárního snímače dráhy, který přímo zjišťuje délkuš'ťavecíHoč'Iěňu; Výstupní signál snímače polohy se potom převádí vhodným elektrickým obvodem na signál, který je možno využít jako měřítka pro určení úhlu bočního náklonu. Kromě toho může polohové čidlo 15 sloužit jako vysílač signálu o skutečné poloze pro regulaci polohy vřetenového šroubu 9.

Jak již bylo řečeno, servomotor 6 je výhodně tvořen bez• * · *ϊ «- * ·'» • · * · · ta ta ta ta • * * ·. i ta * « · ta ta • · ta ta « 4 ta • ·* ta·¹* · ta · ta * + t f ’<

kartáčkovým stejnosměrným motorem, který má přednost před jinými typy motorů, například asynchronními motory nebo konvenčními stejnosměrnými elektromotory se sběrnými kartáčky kvůli svým vynikajícím tepelným vlastnostem, vysoké přesnosti chodu a spolehlivosti.

Závěrem je třeba krátce objasnit funkci a činnost tohoto hnacího zařízení podle vynálezu.

Na základě elektrického řídicího signálu se uvede rotor 13 servomotoru 6 do otáčivého pohybu o určitý úhel natočení, přičemž tento úhel natočení se stále sleduje polohovým čidlem 15. Otáčením rotoru 13 servomotoru 6 se rovněž otáčí o určitý úhel natočení vřetenový šroub 9, který je pevně spojen s rotorem 13. Protože vřetenový šroub 9 je v záběru s vnitřním závitem otočné matice £ vřetena, pohybuje se tato matice £5 vřetena podélným směrem společně se spojovacím válcem 16, který je na svém konci opatřen upevňovacím bodem 12 tvořeným' montážní přírubou. Pohybem vřetenové jednotky 10 se délka hnacího zařízení prodlouží nebo zkrátí, což vede k tomu, že se s ní spřažené kyvné páky vozové skříně nakloní vůči rovině rámu otočného podvozku nakloní o určitý úhel.

Odborníkům je zřejmé, že místo přímého pohonu vřetenového šroubu může být poháněna servomotorem přímo matice vřetena vřetenové jednotky, protože pohyb vřetenové jednotky se vyvolává relativním pohybem mezi vřetenem a jeho maticí. Takové řešení by bylo obdobné známému hnacímu zařízení, u kterého je póhahěhannaťičé^^vřětěhaT ‘ ........ ~ *φ φφφφ • φ · • · φφφ • * » φ φ · φφ φφφ • φφ φφ · φ • φ • « • · φφφΦΦ·Φ φφ φφφφ φ · φ

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Elektromotorické hnací zařízení pro ovládání polohy vozové skříně kolejového vozidlay v zatáčkách koleje, obsahující nejméně jednu zasouvací a vysouvací vřetenovou jednotku, poháněnou servomotorem, přičemž při zasouvání a vysouvání vřetenové jednotky se vozová skříň naklání kolem své podélné osy vůči normální poloze ve vztahu k rovině koleje o požadovaný úhel bočního naklonění, vyznačující se t í m , že servomotor (6) pohání vřetenovou jednotku (5) přímo bez vřazeného převodu.
2. 2. Hnací zařízení podle nároku 1, vyznačující se t í m , že servomotor (6) a vřetenová jednotka (5) jsou spolu spojeny do jednoho celku ve skříni (10).
3. 3. Hnací zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím,že vřetenová jednotka (5) obsahuje otočnou matici (8) vřetena a vřetenový šroub (9) a osa otáčení servomotoru (6) je shodná s podélnou osou vřetenového šroubu (9) nebo matice (8) vřetena.
4. 4. Hnací zařízení podle nejméně nároku 2, vyznačující se tím, že je ve skříni (10) opatřeno elektricky ovládaným brzdicím ústrojím (11).

   ----------
5. 5-.—Hnací- zaří zení-podle -ne-j méně--nároku—2-,-- v—y_z-n-a-č~-u=^— jící se tím, že je ve své skříni (10) opatřeno integrovaným elektronickým řídicím obvodem pro vysílání řídicího signálu k servomotoru (6) v závislosti na zjištěných hodnotách a zadaných požadovaných hodnotách.
6. 6. Hnací zařízení podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že servomotorem (6) je bezkartáčkový

   4 4

   4 »♦»

   4' ·

   4 4 *» 4 4 4 4 4 • 4 4 4 «

   4 4 * «-·</· • 4 4' 4 «Μ Of* 44 4 stejnosměrný elektromotor, obsahující rotor (13) nesoucí permanentní magnet a stator (14) opatřený vinutím.
7. 7. Hnací zařízení podle nároku 2, vyznačující se t í m , že skříň (10) je naplněna tekutinou.