CN102947162B - 具有可变轮轴几何结构的轨道车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有可变轮轴几何结构且具有至少两个轮轴(A1、A2)的轨道车辆(S)，其中每个轮轴的水平角位置(α)相对于车辆车架是可变的，且所述每个轮轴的水平角位置(α)在轨道车辆运行时连续调整，以达到预先规定的横向位移(dy)和预先规定的轮轴角(dα)。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有可变轮轴几何结构的轨道车辆。
背景技术
用于轨迹导引所需的力产生在车轮与轨道的接触区域中，即在轮轨接触中。所述力自然也引起在轨道和车轮上的负面影响。于是，总是与滑动效应相关并因此与摩擦功率相关的切向力由于材料移除而引起型面磨损。此外在足够高的力的水平的情况下作用在轮和轨道上的力会使材料疲劳，从而导致滚动接触疲劳（Rolling Contact Fatigue, RCF）。由此例如在轨道中和/或在车轮中形成细小的裂纹。典型的由此导致的在轨道表面上的损坏形式是轨头裂纹。在车轮中裂纹可能会在表面下形成、向外扩大并导致更大的崩缺。但所述裂纹也有可能在表面形成、向深处扩大并同样地导致材料断裂，正如在人字形花纹的熟知的现象时出现所述材料断裂。表面形成的裂纹存在这种效应，即通过提到的型面磨损再次去除部***缝，由此使得有时可能期望一定程度的型面磨损。除了所提到的滚动面损伤还会出现一系列其它的损坏形式，如扁疤、材料积聚、滚动面横向裂纹等。
在此所述轮轨接触，也例如在高速列车中，具有特别的与安全相关的意义。轮轨接触的不均匀性，例如由于车轮的严重的损伤，可能会导致巨大的后续损伤甚至脱轨。但是轻微的损伤如细小裂纹也可能导致大的麻烦，因为这使得维护工作必不可少且因此会导致轨道交通上高额的花费和延迟。
因此已知一系列用于轨道车辆的轨迹导引的机械装置。已知***中的许多***假定，在曲线行驶时车轮的径向位置在铁轨中是最佳的，以减小作用在行驶机构或者车辆的独立轮组或者轮组上的力。由此有争议地降低了轮轨接触中的摩擦功率并因此也降低了的型面磨损。
EP 0 600 172 A1示例地说明了一种轨道车辆的行驶机构，其中轮组在曲线行驶时借助于力控制的执行机构相对于转向架框架转出。在此并没有实现轮组相对于铁轨的径向位置，而是相应于所述径向位置只调整了轮组和行驶机构框架之间的角度。尽管由此在很多运行状态下调整到有利的磨损特性，但这却不符合最优方案。
DE 44 13 805 A1公开了用于轨道车辆的自导向的三轮轴的走行机构，在此两个外侧的轮组设有径向控制装置且内部的轮组可以通过激活的执行机构横向于行驶方向运动。由此减小作用在外部轮组上的侧向力（在激活的执行机构的适当负载时离心力的三分之一会作用在每个轮组上）。为使所有三个轮组在弯道行驶时用于控制，改善轮组相对弧心的方位。
另一个这种类型的方法在申请人的EP 1 609 691 A1中可找到。
所有这些方法共同地致力于使轮轨接触中的摩擦功率和由此使型面磨损最小化。在所述这些方法中车轮相对于铁轨的位置产生影响，使得避免或者说最小化了在接触点上的滑动效应。由于滚动接触疲劳自然也会损伤轨道和车轮。为了消除所述损伤，完全可以期望一定的摩擦功率，因为在材料中产生的裂纹由此可以在表面上移除。因此，摩擦功率的最小值并不总是相当于在轮-轨中的最优负载特性。
在奥地利专利局的申请人的未先公开的申请A942/2007“Verfahren zurMinimierung von Laufflaechenschaeden und Profilverschleiss von Raedern einesSchienenfahrzeugs（最小化轨道车辆的车轮的滚动面损伤和型面磨损的方法）”中用于优化轨道车辆的车轮的磨损特性的基于模型的方法是已知的。在所述方法中，借助于致动器控制的位移（独立轮组轮轴或者轮组轮轴的横向位移或者轴之间的角滑移）基于确定的测量参量优化滚动面磨损。
在此设置不同的行驶机构几何结构，所述行驶机构几何结构实现了轮轴的角位移和横向位移。为此所需的所谓的横向致动器显著加重了行驶机构的结构。
发明内容
本发明的任务是，提供一种具有可变轮轴几何结构的轨道车辆，它能够在轨道车辆行驶期间设置任意的借助于基于模型的方法确定的位置，即轮轴相互间的角位置和横向位移，并且能使为此所需的致动器花费降至最低。
所述任务通过具有权利要求1的特征的轨道车辆和具有权利要求6的特征的转向架解决。本发明的有利的实施方式是从属权利要求的主题。
根据本发明的基本思想，轨道车辆的每个轮轴相对于车辆车架可水平调整角度地得到支承，并且可以借助于所属的致动器在轨道车辆运行时连续地且与其他轮轴无关地改变轮轴的水平角位置，其中所述每个轮轴的角位置由优化方法预先规定。
根据本发明的轨道车辆，或者根据本发明的转向架尤其有利地适用于转变在未先公开的申请A942/2007中说明的方法以用于优化磨损特性，因为通过本发明可以显著简化结构上的花费。尤其重要的是省掉了结构上花费极大的所谓的“横向致动器”。本发明同样也能实现使用结构简单的致动器（例如液压缸或者气动缸或者电动致动器）。A942/2007中说明的方法提供了作为输出参数的在两个轮轴之间的角位置dα和所谓的横向位移。可以通过轨道车辆根据本发明仅仅通过调整轮轴相对于车辆车架的确定的水平角来调整所述两个参量，由此得到所述轨道车辆的安静行驶和车轮的最优磨损特性。
通过本发明可以实现以下优点，即可以分别调整到角位置dα和横向位移的最优值，其中仅每个轮轴相对于车架的水平角规定为可变的。尤其本发明能够省掉结构上花费很大的横向致动器。根据本发明的所谓的不对称的控制能够实现，借助于在两个轮轴之间的角dα不对称地分布在两个不同的角α1和α2上有针对性地调整横向位移，无需为横向位移设置致动器。
一个本发明的实施方式规定，每个轮轴的固定点（垂直旋转点）设在轮轴的一端，且致动器作用在轮轴的另一端。所述致动器根据本发明在一侧固定支承在车辆车架的固定点上，且在另一侧固定在所述轨道车辆的所属的轮轴的可水平调整角度的支承部位上。因此，实现借助于调整致动器的长度得到每个轮轴的任意水平角位置。
另一个本发明优选的实施方式规定，在相继的轮轴上其所属的致动器交替地作用在轮轴的对置端上，从而例如一个轮轴（其致动器布置在轨道车辆的一侧上）紧接着另一个轮轴（其致动器布置在轨道车辆的对置侧上）。由此可以得到优点，即可以在轨道车辆的行驶机构中最优地利用现有的空间。
同样可以考虑其他的实施方式，例如所有轮轴的致动器都设在轨道车辆的一侧。
一个本发明的特殊的实施方式规定，轨道车辆的轮轴构造为所谓的“独立轮组”，在所述独立轮组中，车轮支承在轴（轮轴）上且可以彼此独立地旋转。
另一个本发明的实施方式规定使用所谓的“轮组”，在所述轮组中车轮与轮轴固定连接。
本发明很好地适用于轨道车辆的转向架。
附图说明
附图示例性地示出：
图1示出了具有可变轮轴几何结构的轨道车辆。
图2示出了用于最小化滚动面损伤和型面磨损的基于模型的方法的输出参量。
图3示出了每个轮轴的水平角的确定。
图4示出了致动器的偏移的确定。
具体实施方式
图1示例地并且示意地示出了具有可变轮轴几何结构的轨道车辆的原理性的结构。轨道车辆S包括两个轮轴A1、A1，所述轮轴分别绕着一个旋转点可水平旋转地在每个轮轴A1、A2的一端上得到支承。在每个轮轴A1、A2的分别与旋转点相对的一侧，各一个致动器AKT1、AKT2作用在每个轮轴A1、A2的端部上，所述致动器在其另一端与轨道车辆S的车架连接。因此借助于调整致动器AKT1、AKT2的长度可以对于每个轮轴A1、A2调整到本身的确定的水平角α1、α2。如果对于相继的轮轴调整不同的水平角α1、α2，于是产生横向位移dy和在所述轮轴之间的为α1+α2的轮轴角dα。这表明，除了所述轮轴角dα，所述横向位移dy对车辆的磨损特性或者损坏特性也有决定性的影响。
所述横向位移dy是通过以下方式在几何上定义的，即在轮轮轴的中点处的法线N1、N2并不在转向架的对称平面S中相交，而是在所述对称平面S中有距离。
根据本发明，通过有针对性地调整所述轮轴的轮轴角α1、α2可以一起达到所述横向位移dy与所述轮轴的径向位置。由此提供了一种在致动器上少量花费的情况下简单并且可靠的横向位移dy的调整措施。
图2示例地且示意地示出了用于最小化滚动面损伤和型面磨损的基于模型的方法的输出参量。图中示出了具有两个轮轴A1和A2的轨道车辆，所述轮轴能够占据相对彼此任意的水平角位置（轮轴角dα）并且所述轮轴相对彼此具有横向位移dy。轮轴A1和A2的中点之间的距离相当于轮轴距L。因为通常只会出现非常小的轮轴角dα，所述有效的轮轴距可以近似看作与轮轴距L等同。此外，轮轴角dα和横向位移dy两个参量通过基于模型的方法来确定以尤其达到滚轮和轮轨型面的最优的磨损特性。
图3示例地且示意地示出了每个轮轴的水平角的确定，其中由预先规定的参量轮轴角dα和横向位移dy确定第一轮轴的水平角α1和第二轮轴的水平角α2的组合。
由关系式
和
对于小角度近似有
确定第一轮轴的水平角α1：
和第二轮轴的水平角α2：
。
图4示例地且示意地示出了在根据图1的轨道车辆中致动器的偏移的确定。所述在图1中示出的轨道车辆在每个轮轴A1、A2上配有各一个致动器AKT1、AKT2，所述致动器作用在每个轮轴A1、A2的端部上。由根据图3确定的单个角α1和α2并鉴于预先规定的轮轴长A，每个致动器的需要的偏移可以根据
和
求得。
附图标记列表：
S 轨道车辆
A1 第一轮轴
A2 第二轮轴
AKT 致动器
AKT1 第一轮轴的致动器
AKT2 第二轮轴的致动器
α 水平角
α1 第一轮轴的水平角
α2 第二轮轴的水平角
dα 轮轴角
dy 横向位移
L 轮轴距
A 轮轴长
S1 第一轮轴的致动器的偏移
S2 第二轮轴的致动器的偏移。
Claims (10)
1.一种具有可变轮轴几何结构且具有至少两个轮轴(A1、A2)的轨道车辆(S)，其中每个轮轴的水平角位置(α)相对于车辆车架是可变的，其特征在于，每个轮轴的角位置(α)在轨道车辆运行时连续调整，以达到轮轴的预先规定的横向位移(dy)和预先规定的轮轴角(dα)，其中轮轴的不对称的控制能够实现，借助于在第一轮轴和第二轮轴之间的轮轴角（dα）不对称地分布在不同的第一轮轴的水平角（α1）和第二轮轴的水平角（α2）上，有针对性地调整所述横向位移。
2.根据权利要求1所述的具有可变轮轴几何结构的轨道车辆(S)，其特征在于，所述横向位移(dy)和所述轮轴角(dα)借助于基于模型的方法来确定。
3.根据权利要求1或者2所述的具有可变轮轴几何结构的轨道车辆(S)，其特征在于，所述轮轴构造为独立轮组。
4.根据权利要求1或者2所述的具有可变轮轴几何结构的轨道车辆(S)，其特征在于，所述轮轴构造为轮组。
5.根据权利要求1或者2所述的具有可变轮轴几何结构的轨道车辆(S)，其特征在于，两个相继的轮轴(A1、A2)的致动器(AKT)安装在所述轮轴的分别对置的侧面上。
6.一种用于具有至少两个轮轴(A1、A2)的轨道车辆(S)的具有可变轮轴几何结构的转向架，其特征在于，每个轮轴的角位置在轨道车辆运行时连续调整，以达到轮轴的预先规定的横向位移(dy)和预先规定的轮轴角(dα)，其中轮轴的不对称的控制能够实现，借助于在第一轮轴和第二轮轴之间的轮轴角（dα）不对称地分布在不同的第一轮轴的水平角（α1）和第二轮轴的水平角（α2）上，有针对性地调整所述横向位移。
7.根据权利要求6所述的具有可变轮轴几何结构的转向架，其特征在于，所述横向位移(dy)和所述轮轴角(dα)借助于基于模型的方法来确定。
8.根据权利要求6或者7所述的具有可变轮轴几何结构的转向架，其特征在于，所述轮轴构造为独立轮组。
9.根据权利要求6或者7所述的具有可变轮轴几何结构的转向架，其特征在于，所述轮轴构造为轮组。
10.根据权利要求6或者7所述的具有可变轮轴几何结构的转向架，其特征在于，两个相继的轮轴(A1、A2)的致动器(AKT)安装在所述轮轴的分别对置的侧面上。
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| PB01 | Publication | ||
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