РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК B61F5/38 A63G7/00 

Предлагаемые изобретения относятся к рельсовым транспортным средствам со сложной пространственной трассой рельсового пути.

Изобретение также может использоваться в ходовых частях тележек горок для катания с неподвижными рельсами.

Известна ходовая часть рельсового транспортного средства, содержащая корпус и не менее чем два несущих колеса (колесные опоры) (см., например, патенты Великобритании N 1245647, 1245645).

Недостаток этих ходовых частей заключается в том, что их нельзя применить для рельсового пути при достаточно крутых пространственных поворотах последнего вследствие того, что колеса этой ходовой части установлены без возможности поворота и пересекают рельс под некоторым углом к рельсу на каждом вираже.

Наиболее близким из известных по технической сущности и достигаемому результату к первому изобретению является рельсовое транспортное средство, содержащее корпус, посредством поворотных в плане колесных опор опертый по крайней мере на одну направляющую, и по крайней мере две пары боковых упоров, закрепленных на корпусе с возможностью взаимодействия с боковыми поверхностями направляющей (см. , например, патент США N 3006286, НКЛ 104-63, 1969).

Ходовая часть рельсового транспортного средства, описанного в этом патенте, имеет несущие колеса, шарнирно связанные с корпусом, благодаря чему они имеют возможность самоустанавливаться относительно рельса. Однако вследствие того, что оси цилиндрических шарниров в проекции в плане размещены два внутри многоугольника, а два снаружи, одно из несущих колес может быть ориентировано по касательной к оси рельса, другое при этом будет пересекать ось рельса под некоторым углом, что будет вызывать боковое проскальзывание колеса, повышенный износ колеса или рельса и дополнительное сопротивление движению или подтормаживание транспортного средства.

Технической задачей первого изобретения является повышение надежности транспортного средства за счет уменьшения износа колеса и рельсового пути.

Указанная задача решается за счет того, что в рельсовом транспортном средстве, содержащем корпус, посредством поворотных в плане колесных опор опертый по крайней мере на одну направляющую, и по крайней мере две пары боковых упоров, закрепленных на корпусе с возможностью взаимодействия с боковыми поверхностями направляющей, оси всех поворотных колесных опор расположены с внешней стороны боковых упоров в продольном направлении корпуса относительно его центра, каждое из несущих колес может быть выполнено составным из двух дисков, размешенных под острым углом друг к другу, при этом оси каждого диска совмещены друг с другом, в случае двухрельсового пути боковые упоры выполнены с внешней стороны каждого рельса; боковые упоры выполнены с внутренней стороны каждого рельса; боковые упоры одних колесных опор размещены с наружной стороны рельса, а боковые упоры других колесных опор - с внутренней стороны; боковые упоры колесных опор одного рельса размещены по обе стороны от последнего и боковые упоры колесных опор второго рельса - с одной стороны последнего; боковые упоры одной из колесных опор на каждом из рельсов размещены по обе стороны от последнего, а боковые упоры второй из колесных опор - по одной стороне от рельса; в случае трехрельсового пути упоры размешены по обе стороны каждого из рельсов; упоры вокруг колесной опоры, размещаемой на среднем рельсе, установлены по обе стороны от последнего, а упоры двух других колесных опор - по одной стороне каждого из рельсов; упоры вокруг колесных опор на двух рельсах размешены по обе стороны от последних, а упоры относительно рельса - с одной его стороны, к корпусу прикреплены дополнительные упорные элементы, установленные со стороны рельса, противоположной несущим колесам.

Наиболее близким к устройству по второму варианту является устройство по патенту США N 5545860 от 19.11.92, содержащее корпус, опертый на направляющие посредством опор, каждая из которых включает в себя силовой узел, несущий по крайней мере по одному опорному и упорному колесу, которые расположены с противоположных сторон направляющей, и пару несущих колес.

Недостатком известного рельсового транспортного средства являются повышенный износ колес и направляющих (рельса) и дополнительное сопротивление движению транспортного средства.

Техническая задача, решаемая вторым изобретением, совпадает с технической задачей, решаемой первым изобретением.

Указанная задача в устройстве по второму варианту решается за счет того, что в рельсовом транспортном средстве, содержащем корпус, опертый на направляющие посредством опор, каждая из которых включает в себя силовой узел, несущий по крайней мере по одному опорному и упорному колесу, которые расположены с противоположных сторон направляющей, и пару направляющих колес, силовой узел упруго связан с корпусом с возможностью вертикального и углового перемещения и выполнен с возможностью поворота колес в плане относительно корпуса, для чего он может содержать несущий элемент с возможностью поворота, закрепленный на промежуточном элементе, упруго соединенном с корпусом.

Сам несущий элемент может содержать две шарнирно соединенные между собой части, на одной из которых установлены направляющие колеса и по крайней мере одно упорное колесо, которое для упрощения конструкции целесообразно закрепить на оси, соединяющей между собой части несущего элемента, поперечное перемещение которых может быть упруго ограничено относительно корпуса.

Ось упорного колеса может быть закреплена на рычаге, шарнирно и упруго соединенном с несущим элементом.

В случае использования двух опорных колес они могут быть связаны между собой балансиром.

Упругое ограничение перемещения несущего элемента может быть осуществлено за счет использования упругого элемента, расположенного между несущим элементом и защитным элементом, посредством стяжных болтов связанным с корпусом.

В другом варианте несущие элементы, расположенные с противоположных сторон корпуса, соединены между собой поперечной штангой и охватывающими ее концы упругими элементами, поджатыми относительно штанги к соответствующим несущим элементам в направлении центра корпуса, при этом между несущими элементами и корпусом размещены дополнительные упругие элементы.

Сущность изобретений поясняется чертежами:
на фиг. 1 представлена схема рельсового транспортного средства;
на фиг. 2 - вид А на фиг.1;
на фиг. 3 - вид Б на фиг.1;
на фиг. 4 - вариант фиг. 3 с колесной опорой в виде 2-х дисков;
на фиг. 5 показан вариант колесной опоры с балансированной связью между колесами;
на фиг. 6 показан вариант выполнения транспортного средства;
на фиг. 7 - вариант выполнения транспортного средства для двухрельсового пути;
на фиг. 8 - вид В на фиг.7;
на фиг. 9 - вид Г на фиг.8;
на фиг. 10 - варианты двухрельсового транспортного средства с внутренним расположением боковых упоров;
на фиг. 11 - то же, что и на фиг. 10, но с продольным расположением связывающего части корпуса;
на фиг. 12 - то же, что и на фиг. 10, но с внешним расположением боковых упоров;
на фиг. 13 - вариант транспортного средства с упругой поперечной связью частей корпуса;
на фиг. 14 - то же, что и на фиг. 13, но с иным расположением боковых упоров;
на фиг. 15 - вариант с треугольным расположением боковых упоров;
на фиг. 16 - то же, что и на фиг. 15, но с другим расположением боковых упоров;
на фиг. 17 - транспортное средство для трехрельсового пути;
на фиг. 18 - то же, что и на фиг. 17, но с иным расположением боковых упоров;
на фиг. 19 - вариант с расположением боковых упоров с двух сторон двух рельсов;
на фиг. 20 - то же, что и на фиг. 19, но с иным расположением боковых упоров;
на фиг. 21 - вариант с охватом всех направляющих боковыми упорами с двух сторон;
на фиг. 22 - вид сбоку на рельсовое транспортное средство по второму варианту;
на фиг. 23 - то же, вид спереди;
на фиг. 24 - вариант выполнения транспортного средства с поперечной связью между несущими элементами.

Рельсовое транспортное средство по первому варианту содержит корпус 1, не менее чем две колесные опоры 2, каждая из которых закреплена на поворотном кронштейне 3, связанном с корпусом 1 вертикальным цилиндрическим шарниром 4, и не менее трех боковых упоров 5, соединенных с корпусом 1, расположенных для упора в рельсовый путь 6 с боковой стороны последнего (фиг. 1), причем проекции мест контакта 7 боковых упоров 5 с рельсовым путем 6 в плане представляют собой вершины многоугольника 8 (в наиболее частом случае - четырехугольника). Оси цилиндрических шарниров 4 в проекции в плане размешены вне многоугольника 8 (фиг. 2), т.е. с противоположной стороны боковых упоров относительно центра корпуса.

Каждый из боковых упоров 5 соединен с элементом 9 принудительного прижатия его к рельсовому пути 6 (фиг. 3), последний может состоять из 1, 2 и 3-х рельсов. Боковые упоры 5 могут быть выполнены в виде роликов 10.

Каждое из колесных опор 2 может быть выполнено составным из нескольких, например двух, дисков 11, 12, размещенных, например, под острым углом друг к другу на рельсовом пути 6 на оси (фиг. 4), или из системы дисков 11, 12, расположенных по обе стороны от оси шарнира 4 вдоль рельсового пути 6, связь шарнира 4 с корпусом 1 может быть выполнена в виде дополнительного шарнира 13 (фиг. 5).

В том случае, когда корпус выполнен из последовательно соединенных между собой шаровыми шарнирами 14 частей, только первая по ходу движения часть требует постановки 2-х колесных опор; следующие по ходу части могут иметь только по колесной опоре. Это возможно вследствие того, что колесную опору (показанную пунктиром) заменяет шарнирный узел 14. При этом многоугольник 8 образуется не только проекциями мест контакта 7 реальных упоров, но и мнимых.

К корпусу 1 могут быть прикреплены на специальных кронштейнах 15 дополнительные упоры 16 (фиг. 7).

Устройство работает следующим образом.

Корпус 1 с описываемой ходовой частью представляет собой рельсовое транспортное средство, предназначенное для движения по моно-, двух-, трех- и более рельсовым путям, при этом путь может представлять собой сложную пространственную кривую, что особенно характерно для аттракционов, например, типа "Катальная горка".

При движении корпуса вдоль рельса 6 упоры 5 предотвращают смещение корпуса 1 относительно рельса 6 и благодаря шарнирному креплению колес 2 обеспечивают постоянный контакт колес с рельсом 6, при этом расположение осей шарнира 4 вне многоугольника 8 обеспечивает самоустановку колес 2 на рельсе 6 таким образом, что условия взаимодействия колес и рельса становятся наиболее благоприятными, т. к. несущие колеса 2 устанавливаются по касательной к рельсу 6. На фиг. 4 изображен также корпус 1 с такой же ходовой частью, но с колесом 2, выполненным в виде двух дисков 11, 12, что позволяет осуществлять контакт с рельсом 6 по двум линиям. Такое выполнение колес 2 в виде двух дисков 11 и 12 позволяет значительно уменьшить контактные напряжения между ободом колеса 2 и рельсом 6, повысить долговечность дисков колес 11, 12 и рельса 6, уменьшить нагрузки на элементы ходовой части.

Транспортное средство, изображенное на фиг. 5, состоит из корпуса и двух колесных опор с балансирной связью колес. Каждая колесная опора устроена так, что оси 4 несущих колес 2 попарно совмещены друг с другом и каждая группа колес 2 соединяется с корпусом 1 с помощью дополнительного шарнира 13, при этом появляется возможность смещения колес 2 относительно корпуса 1 не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной. Это увеличение подвижности ходовой части позволяет использовать тележки с такой ходовой частью при движении по рельсовым путям сложной конфигурации. Боковые упоры 5, как и раньше, располагаются так, чтобы оси шарниров в проекции в плане размещались вне многоугольника 8, образованного проекциями мест контакта 7 боковых упоров 5, что обеспечивает самоустановку колес и на рельсе 6.

Рельсовые транспортные средства, как правило, соединяются в поезда. В нашем случае это соединение осуществляется с помощью шарового шарнира 14 (фиг. 6). При этом возможна установка корпуса 1 второй и последующих тележек на одну колесную опору. Многоугольник 8 для этих тележек образуется не только проекциями мест контакта 7 реальных упоров 5, но и "мнимых" отсутствующих, показанных пунктиром. В составе такого поезда каждая колесная опора сохраняет все особенности и преимущества движения одиночной тележки с описанной выше ходовой частью.

На фиг. 7-16 показаны транспортные средства для тележки с ходовыми частями для движения по двухрельсовым путям.

На фиг. 7 корпус 1 имеет специальные кронштейны 15 для крепления дополнительных упоров 16. Эти упоры 16 играют роль страхующих устройств в случае возникновения при движении корпуса 1 по сложной трассе сил, отрывающих колеса 2 от рельсов 6.

На фиг. 8 хорошо виден один из возможных вариантов расположения упоров 5 относительно рельсов 6. Упоры 5 установлены с внешней стороны каждого рельса и обе колесные опоры соединены с корпусом 1 дополнительным шарниром 13. Проекции мест контакта 7 упоров 5 с рельсами 6 образуют прямоугольник 8, а оси 4 кронштейнов 3 колес 2 расположены вне этого прямоугольника.

Вид по стрелке Г на такую тележку (фиг. 9) показывает, что если колесная опора связана с корпусом 1 дополнительным шарниром 13, транспортное средство приобретает способность двигаться по рельсовым путям не только значительной кривизны, но и имеющим поперечную крутку.

На фиг. 10 предлагается вариант расположения всех упоров 5 с внутренней стороны рельсов 6, при этом проекции мест контакта 7 упоров 5 с рельсами 6 также образуют прямоугольник 8, а оси 4 кронштейнов 3 колес расположены вне этого прямоугольника.

Транспортное средство, изображенное на фиг. 11, отличается исполнением дополнительного кронштейна 13.

Боковые упоры 5 могут быть расположены у одного транспортного средства как изнутри рельсов 6, так и снаружи. На фиг. 12 снаружи упоры 5 расположены у ведущих колес 2 и изнутри - у задних. Проекции мест контакта 7 упоров 5 с рельсами 6 в этом случае образуют трапецию 8. Оси 4 кронштейнов 3 колес 2 и в этом случае расположены вне этого многоугольника.

Упоры 5 колес 2 одного рельса 6 могут быть размешены по обе стороны от последнего, а упоры колес другого рельса - с его внутренней стороны, как на фиг. 13, или снаружи, как на фиг. 14. Парными упорами 5 могут быть снабжены оба ведущих колеса 2, как на фиг. 15, или оба задних, как на фиг. 16. При этом во всех случаях проекции мест контакта 7 упоров 5 с рельсами образуют прямоугольник и оси 4 кронштейнов 3 колес 2 расположены вне его.

В случае трехрельсового пути и упоры 5 ведущего колеса 2 размещены, как правило, по обе стороны рельса 6, упоры 5 других колес 2 могут быть одиночными или парными, располагаться снаружи рельсов 6, изнутри или по обе стороны, как видно на фиг. 17, 18, 19, 20 и 21, во всех этих случаях проекции мест контакта оси 4 кронштейнов 3 колес 2 расположены вне этой трапеции.

Таким образом, благодаря тому, что оси цилиндрических шарниров 4 размещены вне многоугольника 8, удалось в каждый момент времени добиться при фиксированных конструктивных размерах элементов установки несущих колес так, что ось рельса в достаточной степени близка к касательной к плоскости вращения колеса для любой кривизны рельса, сравнимой с геометрическим размером тележки, т.е. достичь цели изобретения: повысить долговечность транспортного средства за счет уменьшения износа дисков колес и износа рельсового пути, при различных вариантах взаимного расположения колес 2, боковых упоров 5 и рельсов 6.

Выполнение отличительных признаков из дополнительных пунктов позволяет оптимально реализовать возможности отличительных признаков ходовой части для различных вариантов тележек с вышеописанной ходовой частью.

По сравнению с базовым образцом, в качестве которого принят прототип, предложенное устройство позволяет в каждый момент времени устанавливать ведущие колеса по касательной к оси рельса, что снижает износ как колес, так и рельсов, уменьшает сопротивление качению. Это положение было подтверждено математическим моделированием и при экспериментальной эксплуатации опытного образца.

Транспортное средство по второму варианту содержит корпус 1, колесные опоры, каждая из которых состоит из силового узла, несущего опорные колеса 17, упорные колеса 18 и направляющие колеса 19 (боковые упоры).

Силовой узел включает в себя несущий элемент 20, который может быть выполнен из двух шарнирно связанных между собой частей 21 и 22, промежуточный элемент 23, соединенный с корпусом 1 упругими элементами 24.

Несущий элемент 20 и промежуточный элемент связаны между собой с возможностью относительного поворота.

Опорные колеса 17 связаны между собой балансиром 25, а упорные колеса 18 закреплены на рычаге 26, шарнирно соединенном с элементом 22 и подпружиненном относительно него упругим элементом 27.

Поперечное смещение несущего элемента 20 упруго ограничено. В одном из вариантов упругое ограничение осуществляется за счет упругого элемента 28, размещенного между несущим элементом и защитным элементом 29, который стяжными болтами 30 соединен с корпусом 1.

В другом варианте используется поперечная штанга 31, связывающая между собой расположенные с противоположных сторон корпуса 1 несущие элементы 20. Концы штанги 31 охвачены пружинами 32, поджатыми гайками 33 к элементам 20, между которыми и корпусом размещены упругие элементы 34.

Работает рельсовое транспортное средство по второму варианту следующим образом.

В процессе движения по направляющим 6 (рельсовому пути) при возникновении каких-либо вертикальных возмущений происходит деформация упругих элементов 24 и 27 и гашение указанных возмущений, что увеличивает комфорт пассажиров.

При возникновении поперечных возмущений происходит угловое упругое отклонение несущих элементов 20, которое ограничено или упругими элементами 28 или поперечной штангой 31 и упругими элементами 32, 34.

При вписывании в кривые участки пути происходит поворот несущего элемента 20 относительно промежуточного элемента 23.

Область использования: изобретение относится к ходовым частям транспортных средств, предназначенных для движения по моно-, двух-, трех- и более рельсовым путям, в том числе и со сложной пространственной трассой. Сущность изобретения: транспортное средство по первому варианту содержит корпус 1, не менее чем две колесные опоры 2, каждая из которых закреплена на поворотном кронштейне 3, связанном с корпусом цилиндрическим шарниром 4, и не менее двух пар боковых упоров 5, соединенных с корпусом 1, причем оси цилиндрических шарниров расположены с внешней стороны корпуса относительно боковых упоров, что позволяет эффективно вписываться транспортному средству в кривые. В транспортном средстве по второму варианту колесная опора содержит силовой узел, несущий опорные, упорные и направляющие колеса, при этом силовой узел упруго связан с корпусом 1 с возможностью вертикального и углового перемещений и выполнен с возможностью поворота колес в плане относительно корпуса. Изобретения позволяют повысить надежность транспортного средства за счет уменьшения износа колеса и рельсового пути. 2 с. и 18 з.п. ф-лы, 24 ил.

1. Рельсовое транспортное средство, содержащее корпус, посредством поворотных в плане колесных опор опертый на по крайней мере одну направляющую, по крайней мере две пары боковых упоров, закрепленных на корпусе с возможностью взаимодействия с боковыми поверхностями направляющей, отличающееся тем, что оси всех поворотных колесных опор расположены с внешней стороны боковых упоров в продольном направлении корпуса относительно его центра. 2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что каждая колесная опора выполнена из расположенных под углом друг к другу дисков, закрепленных на V-образной оси. 3. Транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что колесные опоры смонтированы на корпусе с возможностью поворота в продольной вертикальной плоскости. 4. Транспортное средство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что корпус выполнен из по крайней мере двух частей, каждая из которых оперта через колесные опоры на соответствующую направляющую, при этом части корпуса связаны между собой поперечной осью. 5. Транспортное средство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что корпус выполнен из по крайней мере двух последовательно сцепленных между собой частей, каждая из которых оперта на колесные опоры и зафиксирована относительно направляющей боковыми упорами. 6. Транспортное средство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что одна пара боковых упоров расположена с внутренней стороны направляющих, а другая - с наружной. 7. Транспортное средство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что боковые упоры расположены с двух сторон одной направляющей и с одной из сторон другой направляющей, а части корпуса подпружинены относительно друг друга в поперечном направлении. 8. Транспортное средство по п.4 или 5, отличающееся тем, что каждая часть корпуса зафиксирована относительно соответствующей направляющей тремя боковыми упорами. 9. Транспортное средство по п.4 или 5, отличающееся тем, что корпус выполнен из трех частей, боковые упоры каждой из которых расположены по обе стороны соответствующей направляющей. 10. Транспортное средство по п.4 или 5, отличающееся тем, что корпус выполнен из трех частей, при этом боковые упоры средней части расположены с двух сторон соответствующей направляющей, а боковые упоры двух других частей - с одной из сторон других направляющих. 11. Транспортное средство по п.4 или 5, отличающееся тем, что боковые упоры двух частей корпуса расположены по обеим сторонам соответствующих направляющих, а боковые упоры третьей части - с одной стороны направляющей. 12. Рельсовое транспортное средство, содержащее корпус, опертый на направляющие посредством колесных опор, каждая из которых включает в себя силовой узел, несущий по крайней мере по одному опорному и упорному колесу, которые расположены с противоположных сторон направляющей, и пару направляющих колес, отличающееся тем, что силовой узел упруго связан с корпусом с возможностью вертикального и углового перемещений и выполнен с возможностью поворота колес в плане относительно корпуса. 13. Транспортное средство по п.12, отличающееся тем, что силовой узел включает в себя несущий элемент, с возможностью поворота закрепленный на промежуточном элементе, упруго соединенном с корпусом. 14. Транспортное средство по п.13, отличающееся тем, что несущий элемент выполнен из двух шарнирно связанных между собой частей, на одной из которых установлены направляющие колеса и по крайней мере одно упорное колесо. 15. Транспортное средство по п.14, отличающееся тем, что по крайней мере одно опорное колесо закреплено на оси, соединяющей между собой части несущего элемента. 16. Транспортное средство по любому и пп.12 - 15, отличающееся тем, что ось упорного колеса закреплена на рычаге, шарнирно и упруго соединенном с несущим элементом. 17. Транспортное средство по любому из пп.12 - 16, отличающееся тем, что каждая опора включает два опорных колеса, связанных между собой балансиром. 18. Транспортное средство по любому из пп.12 - 17, отличающееся тем, что поперечное смещение несущего элемента упруго ограничено относительно корпуса. 19. Транспортное средство по п.18, отличающееся тем, что упругий элемент расположен между несущим элементом и защитным элементом, посредством стяжных болтов связанным с корпусом. 20. Транспортное средство по п.18, отличающееся тем, что несущие элементы, расположенные с противоположных сторон корпуса, соединены между собой поперечной штангой и охватывающими ее концы упругими элементами, поджатыми относительно штанги к соответствующим несущим элементам в направлении центра корпуса, при этом между несущими элементами и корпусом размещены дополнительные упругие элементы.