SE517606C2 - Rälsfordon - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 v . nnnnqo 0 517 606 2 högre hastighet medför att vibrationernas frekvens ökar.

Således finns en ökad risk för att laterala svängningar induceras i vagnskorgen. Svängningarna är inte önskvärda eftersom de medför sämre komfort och i synnerhet eftersom de medför en ökad risk för urspårning.

I det svenska patentet 509 118 beskrivs ett järn- vägsfordon och ett förfarande för ett sådant för att minska laterala svängningar i järnvägsfordonets vagnskorg genom att dynamiskt separera en delmassa från vagns- korgens huvudmassa. Därigenom höjs vagnskorgens huvud- massas egenfrekvens vilket medför att excitationen av vagnskorgens svängning elimineras. Delmassan är dynamiskt separerad från vagnskorgens huvudmassa medelst fjädrar och dämpare. Emellertid krävs det att massan utgör en relativt stor del av vagnskorgens totala massa för att ett optimalt resultat skall erhållas. Dessutom krävs det att vagnkorgens huvudmassa har en egenfrekvens som är högre än de frekvenser som exciteras genom löpverkens sinusgàng och ojämnheter i spåret. Detta ger en begräns- ning avseende minskning av rälsfordonens vikt. Dessutom kan inte vibrationerna i vagnskorgen helt elimineras i ett rälsfordon enligt det nämnda svenska patentet.

Det finns följaktligen ett behov av ett rälsfordon och ett förfarande för ett sådant där de nämnda nack- delarna har minimerats.

Sammanfattning av uppfinningen Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att anvisa ett rälsfordon vars laterala svängning är mini- merad.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att anvisa ett rälsfordon vars laterala svängning, till följd av dess löpverks sinusgång, är minimerad.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfarande för att minimera laterala svängningar i ett rälsfordon. lO 15 20 25 30 35 3 Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfarande för minimering av löpverkens inverkan på vagnskorgens svängningar.

Dessa ändamål uppfylls med ett rälsfordon och ett förfarande för ett rälsfordon i enlighet med de vidhängande patentkraven.

Uppfinningens tillämpningsområde är företrädesvis rälsfordon avsedda för höga hastigheter men uppfinningen kan användas på alla typer av rälsfordon.

Ett rälsfordon enligt uppfinningen innefattar en vagnskorg uppburen av åtminstone två löpverk, varvid vagnskorgen innefattar en korgdel, vilken åtminstone i lateral ledd är förskjutbar i förhållande till resten av vagnskorgen. Ett rälsfordon enligt uppfinningen utmärkes av att det även innefattar ett mätorgan anordnat att mäta laterala rörelser, ett styrorgan vilket mottager en sig- nal, med information om laterala rörelser, från mätorga- net, och ett drivorgan för förflyttning av korgdelen i lateral ledd, varvid styrorganet är anordnat att styra drivorganet att flytta korgdelen i beroende av signalen från mätorganet för att därigenom motverka laterala svängningar hos vagnskorgen.

Genom att enligt uppfinningen aktivt styra en i lateral ledd förskjutbar korgdel i beroende av en uppmätt lateralrörelse så är det möjligt att uppnå väsentligen fullständig eliminering av excitation av vagnkorgsvibra- tioner samtidigt som korgdelens massa endast behöver ut- göra en liten del av vagnskorgens totala massa. Det är även möjligt att minska fordonets vikt eftersom kraven på styvhet är lägre i ett fordon enligt uppfinningen jämfört med tidigare kända fordon, eftersom egenfrekvensen för vagnskorgen kan tillåtas vara lägre.

Uppfinnarna har kommit till insikt om att de late- rala svängningarna i en vagnskorg exciteras huvudsakligen av rälsfordonets löpverks sinusgång.

Företrädesvis utgörs den ovan nämnda uppmätta lateralrörelsen av löpverkets rörelse i lateralplanet. lO 15 20 25 30 35 o» u g .a n .n u. v q. q . u o. n n en »u a o»- 517 606 '::f'::ï'*..fïII=' 's 4 Signalen ger information om boggins rörelse till styr- organet vilket styr drivorganet att flytta korgdelen.

Korgdelens förflyttning sker med fördel vinkelrätt mot en längdaxel hos vagnskorgen.

Styrorganet är med fördel försett med information om rälsfordonets dynamiska egenskaper, vilken erhållits genom experiment eller teoretiska beräkningar och vilken används av styrorganet för att styra drivorganets flytt- ning av korgdelen så att svängningar i vagnskorgen mot- verkas. För att erhålla optimalt resultat krävs att styr- organet har detaljerad information om rälsfordonets dyna- miska egenskaper.

Enligt en mindre föredragen utföringsform utgörs den uppmätta lateralrörelsen av vagnkorgens svängning tvärs spåret. Mätorganet skickar en signal, med information om vagnkorgens laterala svängning, till styrorganet vilket styr drivorganet att flytta korgdelen som svar på signa- len för att därigenom minska vagnkorgens laterala sväng- ningar. En nackdel med denna utföringsform är att det måste ha uppstått svängningar med mätbar amplitud innan signalen från mätorganet blir mätbar. Dessutom har det visat sig vara svårt att filtrera ut de relevanta frek- venserna från de uppmätta svängningarna.

Alternativt mäts den longitudinella accelerationen för girdämparnas infästning i vagnskorgen. Vagnkorgens böjning kan bestämmas genom att mätningen utförs i åt- minstone tvà punkter som med fördel är belägna så långt som möjligt från vagnskorgens längsgående symmetriaxel.

Enligt en speciellt föredragen utföringsform av upp- finningen mäts den laterala rörelsen för åtminstone ett av löpverken och vagnskorgens laterala svängning med ett första mätorgan respektive ett andra mätorgan.

Styrorganet använder signalerna från både det första och det andra mätorgan för att styra drivorganet att flytta korgdelen i syfte att motverka laterala svängningar hos vagnkorgen. Genom att styrorganet är både framkopplat och àterkopplat motverkas laterala svängningar effektivt sam- -. lO 15 20 25 30 517 606 5 tidigt som kraven på detaljerad information om rälsfordo- nets dynamiska egenskaper kan hållas något lägre jämfört med om återkoppling saknas.

Då återkoppling och framkoppling kombineras är det fördelaktigt om styrsystemet tar störst hänsyn till fram- kopplingen.

Det är speciellt fördelaktigt att mäta upp den laterala rörelsen för båda löpverken i rälsfordonet.

Genom att styra korgdelen som svar på båda löpverkens lateralrörelse motverkas svängningar i vagnskorgen effektivt. Även om kraven på korgdelens vikt är lägre i ett fordon enligt uppfinningen är det fördelaktigt att korg- delen utgör åtminstone 1% av rälsfordonets massa för att optimalt motverka laterala svängningar hos vagnskorgen.

Man uppnår emellertid fördelar med uppfinningen även då korgdelen utgör mindre än 1% av rälsfordonets massa.

Mätningen av löpverkets lateralrörelse kan göras på ett stort antal sätt. Det är föredraget att mäta löp- verkets girrörelse med ett gyro.

Mätningen av löpverkets lateralrörelse görs alter- nativt exempelvis genom mätning av kraften i girdämpare anordnade mellan löpverket och vagnskorgen. Girdämparna har till uppgift att dämpa löpverkets vridning i lateral- planet i förhållande till vagnskorgen.

Alternativt kan mätningen göras genom att lateral- accelerationen mäts upp med en accelerometer för en punkt som ligger utanför löpverkets vridningscentrum.

Ovanstående särdrag kan givetvis kombineras i samma utföringsform.

För att ytterligare belysa uppfinningen kommer i det följande detaljerade utföringsformer av uppfinningen att beskrivas, utan att emellertid uppfinningen skall anses begränsad härtill. lO 15 20 25 30 35 517 606 Kort ritningsbeskrivning Figur 1 visar en schematisk bild över ett rälsfordon enligt en föredragen utföringsform av föreliggande upp- finning.

Figur 2 visar ett schematiskt blockschema över funk- tionen hos ett rälsfordon enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Fig 1 visar en schematisk bild av ett rälsfordon innefattande en vagnskorg 1, en korgdel 2, vilken är upp- hängd i fjädrar 3 i korgen l. Korgdelen 2 är förskjutbar i lateral ledd huvudsakligen vinkelrätt mot vagnskorgens längdaxel medelst ett drivorgan 4. Korgdelen utgörs exempelvis av en transformator. Vagnskorgen bärs upp av löpverk 5, 6 vilka är upphängda i vagnskorgen vridbara runt varsitt vridningscentrum 7, 8. tvà axlar 9, 10, ll, 12 med tillhörande hjul 13. På räls- fordonet finns även anordnat ett styrorgan 14 vilket är Löpverken har vardera kopplat till drivorganet 4 via en styrledning 15. En accelerometer 16 är anordnad vid mitten av rälsfordonet för mätning av laterala svängningar hos vagnskorgen vinkelrätt mot vagnskorgens längdaxel. Accelerometern är kopplad till styrenheten 14 via ledningen 17. På det ena löpverket 5 finns anordnat ett gyro 18 vilket är kopplad till styrenheten 14 via en ledning 19. En girdämpare 20 är anordnad mellan en infästningspunkt 21 pà vagnskorgen och en infästningspunkt 22 på löpverket.

I fig 2 visas ett schematiskt blockschema över funk- tionen hos ett rälsfordon enligt föreliggande uppfinning.

Med hänvisning till både fig 1 och fig 2 motsvaras styr- organet 14 av innehållet inom den streckade ramen 23. Dà rälsfordonet framförs på räls kommer löpverket 5 att röra sig längs en sinuskurva. Girrörelsen kommer att detekte- ras av gyrot 18 och kommer att ledas till styrorganet 14 via ledningen 19. I fig 2 representeras sinusgàngen som en störning 24 som påverkar löpverket 5. Rälsfordonets laterala svängning påverkas av löpverkets girrörelser 24 i en process 26. Löpverkets girrörelse i form av sinus- 10 15 20 25 30 35 ooo ooo o o oo oo oo oo o oo o o o o o o o o o o o o o o o oo o o oo oo o o o o o o o o o o o o ooo o oo o o o ooo ooo o o ooo ooooo oo oo o o oo o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o oo oo oo ooo oo o o 7 gång mäts med gyrot 18 och förs in till styrorganet vid block 27. dynamiska egenskaper, dvs information om processen 26, I block 27 finns information om rälsfordonets vilken utgörs av kopplingen mellan löpverkets lateral- rörelse och vagnskorgens laterala svängningar. I block 27 görs en avbild av processen som matas vidare till block 28 där signalen från block 27 summeras med signalen från block 31. Summan från block 28 påverkar drivorganet som representeras med block 29, som svar på signalen från block 27 och block 31. Kraften från drivorganet summeras med kraften från löpverkets sinusgàng vilket represen- teras med block 25. Block 27 representerar en framkopp- ling. Vagnens laterala svängning mäts med accelerometern 16 vilken representeras med block 30. Block 30 är kopplat till en regulator 31 i styranordningen. Drivorganet 29 påverkas som svar även på signalen fràn block 31. Block 30 och 31 representerar återkoppling i systemet. I block 28 tas störst hänsyn till signalen från block 27 för att åstadkomma en snabb reaktion pà störningen 24.

Accelerometern 16 kan ersättas med ett mätorgan som består av åtminstone två accelerometrar 32 för mätning av longitudinell acceleration, vilka är anordnade vid gir- dämparnas infästning 21 i vagnskorgen. Accelerometrarna 32 ger information om vagnskorgens böjning.

En fackman inom området inser att uppfinningen ej är begränsad till den här visade utföringsformen utan att många modifieringar är möjliga inom ramen för uppfinning- en. Exempelvis kan gyrot 18 ersättas med en accelerometer 34 anordnad på löpverket, Alternativt kan gyrot 18 er- sättas med en kraftmätare i 33 girdämparen 20 vilken mäter löpverkets 5 lateralrörelse.

I en alternativ utföringsform finns endast en av accelerometrarna 16 och 18. Detta motsvarar att det endast finns en framkoppling eller en återkoppling i blockschemat i fig 2.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 517 606 n . - u nu u . ø o na o 8 PATENTKRAV

1. Rälsfordon innefattande en vagnskorg (1) uppburen av åtminstone två löpverk (5,6), varvid vagnskorgen inne- fattar en korgdel (2), vilken åtminstone i lateral ledd är förskjutbar i förhållande till resten av vagnskorgen, av att det även innefattar (16,18,2o,32) rörelse för ett av löpverken, k à n n e t e c k n a t ett mätorgan anordnat att mäta lateral ett styrorgan (14) vilket mottager en signal, med information om löpverkets laterala rörelse, från mät- organet, och ett drivorgan (4) för förflyttning av korgdelen i lateral ledd, varvid styrorganet (14) är anordnat att styra drivorganet att flytta korgdelen i beroende av signalen fràn mätorganet för att därigenom motverka late- rala svängningar i vagnskorgen,

2. Rälsfordon enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a t av att det innefattar ett första mätorgan (l8,20) anordnat att mäta lateral rörelse för ett av löpverken, ett andra mätorgan (16,32) anordnat att mäta lateral rörelse för vagnskorgen, ett styrorgan (14) vilket mottager en första signal, från det första mätorganet och vilket mottager en andra signal, fràn med information om löpverkets laterala rörelse, med information om vagnskorgens laterala rörelse, det andra mätorganet, och ett drivorgan (4) för förflyttning av korgdelen i lateral ledd, varvid styrorganet är anordnat att styra drivorganet att flytta korgdelen i beroende av den första och den andra signalen från mätorganet för att därigenom motverka laterala svängningar hos vagnkorgen.

3. Rälsfordon enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att korgdelen (2) utgör àt- minstone 1% av rälsfordonets massa. 10 15 20 25 30 u u uuu u o »n oc uu uuuo ou uuuu u I c o n u u o | u u u o u c u uu u u o u u u o o u u u u u u u o u nu uu« u u u u u u u u o u u uu o u 0 - u o uu ~u u 9

4. Rälsfordon enligt patentkrav 2, k ä n n e - t e c k n a t av att det även innefattar girdämpare (20) anordnade mellan löpverket och vagnskorgen, varvid mät- organet för mätning av vagnskorgens laterala rörelse är anordnat att mäta kraften i girdämparna.

5. Rälsfordon enligt patentkrav 2, k ä n n e - t e c k n a t av att det även innefattar girdämpare (20) anordnade mellan löpverket och vagnskorgen, varvid mät- organet för mätning av vagnskorgens laterala rörelse ut- görs av åtminstone två, företrädesvis fyra, mätgivare an- ordnade att mäta den longitudinella accelerationen för att på så sätt mäta vagnkorgens böjningsmönster.

6. Rälsfordon enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t av att mätorganet för mätning av löpverkets laterala rörelse utgörs av ett gyro (18) an- ordnat pà löpverket.

7. Rälsfordon enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t av att mätorganet för mätning av löpverkets laterala rörelse utgörs av en accelerometer (18) anordnad på löpverket.

8. Förfarande för minskning av laterala vibrationer i ett rälsfordon innefattande en vagnskorg (1) uppburen av åtminstone två löpverk (5,6) och en korgdel (2), vilken åtminstone i lateral ledd är förskjutbar i för- hållande till resten av vagnskorgen, k ä n n e t e c k - n a t av stegen: att mäta lateral rörelse för ett av löpverken, och att förflytta korgdelen i lateral ledd som svar på löpverkets uppmätta laterala rörelse.

9. Förfarande enligt patentkrav 8, k ä n n e - t e c k n a t av att det även innefattar steget att mäta vagnskorgens laterala acceleration, och att korgdelen förflyttas i lateral ledd även som svar på vagnskorgens laterala acceleration.