SE509118C2 - Delmassa separerad från vagnskorg - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 509118 Strukturella styvheter i korg och boggi tillsammans med en primärfjädring vid boggins hjulaxlar är viktiga parametrar som påverkar ett tàgfordons gångegenskaper. Ett annat viktigt område att beakta är fordonets laterala dynamik, såsom samspelet mellan boggiernas och vagnskorgens rörelser i sidled. Här inverkar boggiernas sinusgång längs spåret, boggiernas gångstabilitet samt samverkan mellan boggiernas sinusgående rörelse och korgens svängningar i sidled.

De laterala svängningarna har tidigare beaktats endast i begränsad utsträckning. Det visar sig att en alltför låg egenfrekvens hos vagnskorgen, ca 8 - 9 Hz kan leda till stora problem med samsvängningar mellan boggi och vagnskorg vid höga hastigheter hos fordonet.

Stelkroppsfrekvenserna för boggier ligger normalt lägre än egenfrekvensen för vagnskorgen. Typiska värden för boggins stelkroppsfrekvenser är 5 - 8 Hz. Problem kan uppkomma när vagnskorgens egenfrekvens närmar sig en boggis stelkropps- frekvens. Normalt hålls vagnskorgens egenfrekvens högre än boggins stelkroppsfrekvens genom att vagnskorgen enligt känd teknik utförs med hög böjstyvhet, att vagnskorgen är kort och vidare att dess last är làg. Det har tidigare varit möjligt att utforma fordon på detta sätt, när tåg varit försedda med löpvagnar som dras av lok. Vagnarna kan da göras lättare än i de fall då vagnarna i ett tàgsätt utgörs av motorvagnar som innefattar framdrivningsutrustning. Långa vagnar har naturligtvis kunnat användas där hastigheten hos ett tåg varit lägre än vad som krävs vid snabbgàende tåg.

Parallellt med krav på högre hastigheter och bättre gång- egenskaper ställs idag även nya krav på järnvägsfordon.

Sådana skärpta krav är t ex att vagnskorgarna ska göras längre för att ge större passagerarutrymme till en låg kostnad, att vagnskorgarna ska ha stora dörrar med låga insteg ibland t o m med dörrarna placerade mellan boggierna, att vagnarna ska ha låg vikt samt att fordonen utformas som motorvagnar. Allt detta leder till att egenfrekvenserna för 10 l5 20 25 30 35 3 i 509118 vagnskorgarna sjunker. En lång vagn ger lägre egenfrekvens för vagnskorgen. Kraven på dörrarnas placering, storlek och insteg minskar möjligheterna att ge vagnskorgar tillräcklig böjstyvhet, samtidigt som böjförstyvande åtgärder ökar korgvikten. Kraven pà att fordonet ska utföras som en motorvagn ökar vagnskorgens last, varvid även detta leder till sänkt egenfrekvens för vagnskorgen.

När en vagnskorg börjar svänga vid dess egenfrekvens uppstår i enklaste fall s k bananböjning (se fig.l), ett namn som denna svängning fått av svängningskurvans utseende där amplituden för vagnskorgens svängningar vid olika avsnitt av dess längsposition avsatts. Det framgår att amplituden är i det närmaste noll vid resp boggi, medan korgens ändar har stora amplituder åt samma håll och korgmitten stor amplitud åt motsatta hållet. Härav framgår att komforten för passagerare är sämst vid korgmitt och korgändar vid svängningar med egenfrekvensen.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Enligt en aspekt av uppfinningen höjs vid ett järnvägsfordon egenfrekvensen hos dess vagnskorg genom att en delmassa separeras dynamiskt från vagnskorgen.

Genom den omnämnda separationen ökar vagnskorgens egenfrekvens, då den separerade massan ej belastar korgen dynamiskt. Separationen av en delmassa åstadkoms genom att delmassan upphängs fjädrande i vagnskorgen.

Enligt en ytterligare aspekt av uppfinningen avstäms delmassans stelkroppsfrekvens i förhållande till egenfrekvensen hos vagnskorgens huvudmassa, så att det samverkande systemet innefattande vagnskorgens huvudmassa och dess separerade delmassa erhåller två egenfrekvenser, varvid delmassan svänger mest vid en lägre och vagnskorgen med sin huvudmassa mest vid en högre frekvens. lO 15 20 25 30 35 509118 4 Vikten på den motsvängande delmassan är betydelsefull. Upp till en viss gräns ökar komfortvinsten med vikten på den motsvängande delmassan. Delmassans vikt bör uppgå till minst 10 % av korgens övriga massa för att en märkbar förbättring av egensvängningsproblematiken ska uppnås.

Den separerade delmassan enligt uppfinningen utgörs av ett transformatorpaket eller av ett separerat underrede. Det lönar sig ej att tillföra en extra massa som motsvängande maSSa .

Det är tänkbart att använda sig av fjädrande upphängda driv- motorer som motsvängande massor. Vanligen är dock drivmotor- ernas massor för små i detta sammanhang. Fjädrande upphäng- ning av drivmotorer förekommer redan idag i känd teknik, men tekniken används då för bortfiltrering av vibrationer som genereras av drivmotorerna.

Genom att en delmassa av vagnskorgen är fjädrande upphängd kommer korgens egenfrekvens att öka beroende på att delmas- san ej längre behöver räknas till korgvikten. Som resultat av detta erhålls en ökning av korgens egenfrekvens med ca l Hz. Om vidare delmassans egenfrekvens avstäms i förhållande till korgens stelkroppsfrekvens uppnås ytterligare en ökning av korgens egenfrekvens med l Hz. Sammantaget innebär en fjädrande upphängning av en delmassa av vagnskorgen att vagnskorgen kan ges en egenfrekvens som ligger 2 Hz högre än utan separation av delmassan. Vagnskorgens egenfrekvens lateralt kan härvid ges värden som överstiger 10 Hz även för motorvagnar som har längder omkring 26 m.

Om åtgärder som uppfinningen anvisar vidtas kan ett fordon framföras med högre hastighet än vad som vore fallet med ett fordon uppbyggt enligt känd teknik utan att laterala egensvängningar hos vagnskorgen skapar komfortproblem. l0 15 20 25 30 35 509118 FIGURBESKRIVNING Figur l visar den enklaste svängningsformen hos en vagnskorg som svänger med sin egenfrekvens som funktion av längspositionen hos vagnskorgen.

Figur 2 visar accelerationen för ett system med motsvängande separerad delmassa resp accelerationen ett system utan separerad delmassa.

Figur 3 àskádliggör schematisk hur en delmassa är mekaniskt separerad fràn övriga vagnskorgens huvudmassa vid ett järnvägsfordon medelst en fjädrande upphängning.

Figur 4a - 4c visar exempel pà fjädrande element som kan användas vid den fjädrande upphängningen av vagnskorgens delmassa.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Ett antal exempel pà utföranden av uppfinningen beskrivs i det följande med stöd av figurerna.

Figur l àskàdliggör självsvängningens utseende i form av korgens laterala avvikelse fràn sitt jämviktsläge utefter dess längd x i ett visst ögonblick. Bl och B2 illustrerar boggipositioner hos vagnskorgen. Vid boggierna är sväng- ningens utslag närmast obefintligt. Största utslagen sker vid vagnskorgens mitt och i viss man även vid vagnens ändar.

Genom att dynamiskt separera en delmassa hos vagnskorgen erhålls accelerationer hos korgen enligt figur 2, där vagnskorgens acceleration, a, är avsatt som funktion av frekvensen f. Detta exempel visar en första svängningstopp vid frekvensen fl motsvarande den motsvängande delmassans stelkroppsfrekvens och en andra svängningstopp vid frekvensen fz för vagnskorgens huvudmassa. I det visade exemplet är den motsvängande massans egenfrekvens 6 Hz, lO l5 20 25 30 35 O\ 509118 medan vagnskorgen i övrigt har egenfrekvensen 10 Hz. Utan den beskrivna separationen av en delmassa kan man ur den streckade kurvan utläsa att egenfrekvensen för vagnskorgen är ca 8 Hz. Genom den beskrivna separationen har man uppnått att själva vagnskorgens huvudmassa erhållit en högre egenfrekvens. Vagnskorgens egenfrekvens har härvid avskilts från underliggande boggiers stelkroppsfrekvenser som ligger runt 6 - 7 Hz, varmed uppnås att boggisvängningar ej genererar egensvängningar lateralt hos vagnskorgen.

Ett verkställande av en dynamisk separation enligt uppfin- ningen framgår av fig. 3. I denna figur har en vagnskorg uppdelats i vagnskorgens huvudmassa l och en separerad del- massa 2. Delmassan 2 är dynamiskt separerad från huvudmassan l medelst en fjäder 3. En dämpare 5 är också anordnad. Både fjädern 3 och dämparen 5 utnyttjas i det antal som är nöd- vändigt för att åstadkomma erforderlig fjädring och dämpning respektive upptagande av krafter. Fjäder och dämpare utfor- mas lämpligen även på så sätt att egenfrekvensen för vagns- korgens huvudmassa blir så hög som möjligt. Beräkningar har visat att komforten inuti vagnskorgen blir bäst om den motsvängande delmassan ges en stelkroppsfrekvens i storleksordningen 2 Hz lägre än korgens egenfrekvens.

Normalt brukar komfortproblematik enligt känd teknik där massor separeras genom fjädrande upphängning bestå i att man önskar hindra överföring av vibrationer eller ljud från utrustning till vagnskorg. Härvid kan t ex förekomma att en drivmotor hängs upp fjädrande i förhållande till vagnskorgen.

Som lämpligaste delmassa 2 i en vagnskorg, där egenfrekven- sen ska höjas enligt uppfinningsaspekten är en i vagnen be- fintlig transformator. En sådan transformator har tillräck- lig vikt för att åstadkomma den nödvändiga förskjutningen av egenfrekvensen uppåt för vagnskorgen. Transformatorn upp- hängs med lämpliga fjädrar 3. Åtminstone tre olika typer av fjädrar av känd typ, alla med viss egen dämpning, är lO 15 20 25 30 35 509118 användbara vid den redovisade separationen. Dessa exempel på fjädrar är visade i figurerna 4a - 4c.

I fig. 4a visas en gummifjäder. Denna variant med gummielement mellan takformade metallbelägg är speciellt lämplig, när man önskar uppnå olika fjädringskonstanter i olika riktningar t ex lateralt och longitudinellt.

Fig. 4b återger en skruvfjäder av speciell typ där fjädern är kombinerad med stickad ståltråd 6 för att ge fjädern en önskad dämpning. En nackdel med denna fjädertyp kan vara dess utrymmesbehov.

En ytterligare variant av fjäder visas i fig. 4c, där en metall-gummifjäder återges. En sådan är uppbyggd av skiktade metallskivor varvade med gummimellanlägg.

Upphängningen av exempelvis en transformator för att åstadkomma den önskade motsvängande massan kan utföras med önskat antal fjädrar. I enklaste fall, vid ett från ovan sett rektangulärt transformatorpaket, utförs separationen medelst en fjäder i varje hörn, där i varje hörn en av exempelvis någon av fjädertyperna enligt fig. 4a - 4c anbringas. Genom val av fjäderparametrar och placering av fjädrar kan upphängningen avstämmas så att egenfrekvensen för vagnskorgens huvudmassa kan förskjutas uppåt optimalt.

I fjädrarna 3 finns internt dämpning redovisad i figurerna som dämpare 5. Dessa dämpare borför energi så att en uppkommen svängning på känt sätt dämpas ut. Naturligtvis kan separata dämpare mellan delmassa och vagnskorg anordnas om så anses befogat.

Placeringen av den motsvängande massan är företrädesvis nära mitten av vagnskorgen i längsled, eller vid någon av dess ändar, eftersom vagnskorgens rörelser är störst vid nämnda positioner. 509118 Vid de ovan redovisade lösningarna máste konstruktionen även kompletteras med anordningar för att klara av plötsliga stopp genom anordningar för att klara maxlaster.

Claims (13)

10 15 20 25 30 35 PATENTKRAV

1. l. Förfarande vid ett järnvägsfordon som innefattar en vagnskorg och minst två löpverk för en ökning av frekvensskillnaden mellan vagnskorgens egenfrekvens och ett löpverks stelkroppsfrekvenser kännetecknat av att en delmassa separeras dynamiskt från vagnskorgens huvudmassa för att reducera vibrationer hos vagnskorgen.

2. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att en delmassa (2) som utgör minst 10% av vagnskorgens vikt separeras dynamiskt från vagnskorgens huvudmassa (2).

3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att den dynamiska separationen utförs så att vagnskorgens egenfrekvens ökas.

4. Förfarande enligt nàgot av föregående patentkrav, kânnetecknat av att den dynamiska separationen mellan avståms så att vagnskorgens delmassa (2) och huvudmassa (l) egenfrekvens förskjuts optimalt uppåt.

5. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att dämpning (5) anordnas mellan den separerade delmassan (2) och vagnskorgens huvudmassa (l), varmed dämpningen hos vagnskorgen ökas.

6. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att den dynamiska separationen utförs åtminstone i en av fordonets huvudriktningar lateralt, longitudinellt eller vertikalt.

7. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att delmassan (2) upphängs fjädrande nära fordonets mitt eller vid en av fordonets ändar.

8. Anordning vid ett järnvägsfordon som innefattar en vagnskorg uppburen av minst två löpverk, kännetecknad av 509118 10 15 20 10 509118 att en delmassa (2) som utgör minst 10% av vagnskorgens vikt är separerad dynamiskt fràn vagnskorgens huvudmassa (l).

9. Anordning enligt patentkrav 8, kännetecknad av att den dynamiska separationen àstadkoms genom att delmassan (2) är upphängd medelst fjädrar (3) i vagnskorgens huvudmassa (1).

10. Anordning enligt patentkrav 9, kännetecknad av att fjädrarna (3) utgörs av någon av fjädertyperna gummifjäder spiralfjäder eller gummi-metallfjäder.

11. ll. Anordning enligt patentkrav 8, kânnetecknad av att är anordnade mellan delmassan (2) och dämpning (5) vagnskorgens huvudmassa (l).

12. Anordning enligt patentkrav 8, kännetecknad av att delmassan (2) utgörs av en transformator eller ett vagnsunderrede.

13. l3. Anordning enligt patentkrav 8, kännetecknad av att den separerade delmassan (2) är belägen vid fordonets längsmitt eller vid en av fordonets ändar.