Кузов вагона Советский патент 1992 года по МПК B61D17/02 

Изобретение относится к транспортным средствам с обтекателями, в частности к кузовам вагонов скоростных поездов.

Известны кузова вагонов, содержащие крышку, пол, боковые, торцовые стены и обтекатели. Последние снижают аэродинамическое сопротивление, что уменьшает энергозатраты, однако не снижают динамических воздейс гвий на кузов вагона в основ- ном и тормозном режимах движения. Динамические воздействия в основном режиме движения передастся на кузов от неровностей пути через колеса и рессорное подвешивание, а в тормозном - от сил инерции кузова при замедлении вращения колес колодочными, дисковыми или электромагнитными тормозами.

При движении вагонов реализуются высокочастотные и низкочастотные кблебания кузовов. Вследствие этого динамическое воздействие в основном и тормозном режимах движения ухудшают плавность хода вагонов, повышают повреждаемость оборудования транспортных средств и пути, снижают комфортность проезда и безопасность движения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является транспортное средство, на крыше которого смонтированы обтекатели, выполненные в виде овальных цилиндров, большая ось которых параллельна продольной оси транспортного средства, и расположены симметрично относительно продольной оси и с постоянным зазором один относительно другого. Обтекатели прикрывают крышевое оборудование, поэтому избегающий поток воздуха при движении транспор- тного средства не образует отрывных течений и вихреобразований как при наличии бокового ветра, так и без него. Снижается воздушное сопротивление при движении транспортного средства в обе стороны и, следовательно, снижаются энергозатраты.

Однако при движении вагона в результате взаимодействия колес и рельсов возникают динамические воздействия, которые через колеса и рессорное подвешивание передаются на кузов, В тормозном режиме, когда за счет сил трения колодочного, дискового или электромагнитного тормозов замедляется вращение колес, инерционные силы интенсивно воздействуют на кузов, пассажиров и грузы. При этом снижается плавность хода вагонов, повышается динамическая нагруженность кузова, повреждаемость оборудования вагона и пути, ухудшаются комфортность и безопасность проезда пассажиров.

Таким образом, основным недостатком известного технического решения является то, что выполненные обтекатели не уменьшают динамических воздействий на вагон в

движении и при торможении, а следовательно, не повышают плавность хода вагонов.

Цель изобретения - повышение плавности хода вагона путем снижения динамических воздействий в основном и тормозном

0 режимах движения.

Повышение плавности хода улучшает комфортность и безопасность проезда пассажиров, снижает повреждаемость оборудования вагонов и пути.

5 Поставленная цель достигается тем, что у кузова вагона, содержащего крышу, пол, боковые и торцовые стены и обтекатели симметричной формы, смонтированные по меньшей мере в два ряда, обтекатели смон0 тированы на боковых стенках, с возможностью noi орота в вертикальной поперечной плоскости приводом и выполнены со сквозными дроссельными отверстиями, направленными перпендикулярно к нижней

5 стороне. Обтекатели выполнены в виде треугольной равнобедренной призмы, нижняя грань которой выполнена в виде прямоугольника. Обтекатели каждого ряда связаны с приводом синхронного поворота.

0 Указанный привод синхронного образован силовым цилиндром, соединенным тягами с зубчатыми рейками, зацепленными с шестернями, посаженными на поворотные валы обтекателей, установленные в продольных

5 балках боковой стены кузова, а тяги установлены в направляющих, которые выполнены в вертикальных стойках боковой стены.

При движении вагона обтекатели за

0 счет аэродинамических сил воспринимают часть веса кузова, фиксируя его в верхнем положении относительно ходовых частей. Вследствие частичной обезгрузки рессорного подвешивания снижаются динамиче5 ские воздействия на кузов от пути, передаваемые через ходовые части. При этом особенно уменьшаются возмущения, передаваемые на кузов, Энергия низкочастотных вертикальных и боковых колебаний

0 кузова рассей вается за счет сил вязкого трения при дросселировании воздуха через сквозные отверстия в обтекателях. Вследствие симметричности формы обтекателей положительный эффект от их использования

5 сохраняется при изменении направления движения вагона.

В режиме торможения приводом синхронного поворота обтекатели поворачиваются в вертикальной поперечной плоскости. При этом возникают аэродинамические силы сопротивления поступательному движению вагонов, которые увеличивают эффективность торможения в совокупности с традиционными устройствами, действующими на колеса. В результате снижаются продольные динамические силы, которые весьма велики при торможении вагонов в скоростном движении

Снижение динамической нагруженно- сти вагонов в основном и тормозном режимах движения по закону взаимодействия уменьшают адекватно воздействие на путь от подвижного состава. Частичная обезг- рузка ходовых частей снижает сопротивле- ние движению ходовых частей, что уменьшает тяговые энергозатраты.

Предлагаемый кузов целесообразно использовать для вагонов высокоскоростных поездов на скоростных линиях, учитывающих габарит подвижного состава с обтекателями.

На фиг.1а показан кузов с обтекателями, вид сбоку: а - обтекатели находятся в положении для основного режима движе- ния;б обтекатели находятся в положении для основного режима движения ; в - обтекатели находятся в тормозном режиме движения (повернуты на 90°); на фиг.2 а, б - эпюра давления и спектр обтекания воздухом обтекателя в основном режиме движения транспортного средства, где Ry - подъемная сила, Ra - полная аэродинамическая сила, RX - сила лобового сопротивления; на фиг.З - расчетная схема для определения подъемной силы обтекателя, где b, I - ширина и длина обтекателя, а- угол атаки.

Кузов вагона содержит обтекатель 1, сквозные отверстия 2 в обтекателях, поворотный вал 3, подшипник 4, продольные балки 5 кузова, шестерню 6, зубчатую рейку 7, тягу 8, силовой цилиндр 9 и направляющие 10.

Кузов вагона содержит пол, крышу, торцовые и боковые стены. На боковых стенах смонтированы с возможностью поворота в вертикальной поперечной плоскости обтекатели 1 симметричной поперечной формы. Обтекатели смонтированы в два ряда, выполнены в виде треугольной равнобедренной призмы, нижняя грань которой выполнена в виде прямоугольника, и имеют сквозные дроссельные отверстия 2, направленные перпендикулярно к нижней стороне. Каждый обтекатель снабжен поворотным валом 3, размещенным в подшипнике 4, установленном в продольной балке 5 кузова. На другом конце поворотных валов жестко закреплены шестерни 6, которые находятся в зацеплении с зубчатыми рейками 7, Эти рейки соединены тягами 8 с силовым цилиндром 9, тяги проходят через направляющие 10, установленные в вертикальных стойках боковой стены кузова. Питание силового цилиндра может производиться от тормозной пневмосистемы поезда или от автономной пневмо- или гидростанции.

При движении вагона воздух обтекает

0 нижнюю и верхнюю поверхность обтекателей со скоростью значительно меньшей

сверхзвуковой, т.е. число М - 0,3 где

3

V - скорость движения вагона, а-скорость

5 звука на высоте вагона. При набегании воздушного потока на профиль обтекателя на верхней поверхности за счет несимметричности профиля снижается статическое давление. Под обтекателем скорость потока

0 меньше, статическое давление повышено относительно давления в невозмущенном слое. В пограничном слое на нижней плоскости обтекателя проявляются также силы вязкого трения, направленные в сторону,

5 противоположную движению. В результате неравномерного распределения давления по поверхностям обтекателя и сил трения в пограничном слое возникает полная аэродинамическая сила, которая приложена ч

0 центре давления обтекателя и направлена в сторону пониженного давления. Проекция этой силы на вертикальную ось составляет подъемную силу, которая приподнимает кузов вагона над ходовыми частями, обезгру5 живая частично рессорное подвешивание.

Вследствие сочетания подъемной силы и диссипации в отверстиях обтекателем стабилизируется положение кузова в приподнятом положении. В этом состоянии

0 снижаются динамические воздействия от пути на кузов. Наряду с низкочастотными снижаются высокочастотные воздействия, Низкочастотные вертикальные колебания кузова ограничиваются как рессорным под5 вешивзнием (упругими и демпфирующими элементами), так и силами трения воздуха, проходящего через сквозные отверстия в обтекателях при вертикальных и боковых колебаниях вагона. В результате снижаются

0 динамические воздействия на кузов в основном режиме движения, а следовательно, повышается плавность хода вагонов.

В тормозном режиме движения включается силовой цилиндр 9. При этом тяги 8

5 перемещаются в направляющих 10 и перемещают зубчатые рейки 7. Находящиеся в зацеплении с ними шестерни 5 поворачивают на 90° в подшипниках 4 поворотные вали 3 и вместе с ними обтекатели 1. При этом увеличивается аэродинамическое сопротивление кузова, что эффективно способствует основным тормозным устройствам затормозить вагон. При дополнительном аэродинамическом торможении снижается действие продольных инерционных нагрузок. Это повышает плавность хода вагона в тормозном режиме движения,

Вследствие уменьшения нагрузки на рельсы в основном режиме движения вагона снижается сопротивление движению ходовых частей, что позволяет снизить расходы энергии на тяговые усилия локомотива.

Изобретение может быть использовано в пассажирских вагонах, вагонах электропоездов и на автомобильном транспорте в высокоскоростном движении.

Технико-экономический и социальный эффект образуется за счет снижения динамических нагрузок на транспортное средство и на путь в скоростном движении. Повышается плавность хода вагонов, снижаются износы и повреждения агрегатов вагонов и деталей пути. Повышается безопасность движения и комфортность проезда пассажиров.

Формула изобретения

1. Кузов вагона, содержащий крышу, пол, боковые и торцовые обтекатели симметричной формы, смонтированные вдоль кузова по меньшей мере в два ряда, отличающийся тем, что, с целью повышения плавности хода вагона путем снижения динамических воздействий в основном и тормозном режимах движения, обтекатели смонтированы на боковых стенах с возможностью поворота в вертикальной продольной плоскости приводом и выполнены со

сквозными дроссельными отверстиями, ориентированными перпендикулярно нижней стороне.

2.Кузов по п.1,отличающийся тем, что обтекатели выполнены в виде треугольной равнобедренной призмы, нижняя грань которой выполнена в виде прямоугольника.

3.Кузов по п. 1,отличающийся тем, что обтекатели каждого ряда связаны с приводом синхронного поворота.

4.Кузов по п.1, отличающийся тем, что указанный привод образован силовым цилиндром, соединенным тягами с зубчатыми рейками, зацепленными с шестернями,

посаженными на валы обтекателей, установленные в продольных балках боковой стены кузова, а тяги установлены в направляющих, которые выполнены в вертикальных стойках боковой стены.

Использование: относится к кузовам транспортных средств с обтекателями. Сущность изобретения: обтекатели 1 смонтированы с возможностью поворота в вертикальной поперечной полости на боковых стенах кузова по меньшей мере в два Пют s f ряда. Обтекатели выполнены в виде треугольной равнобедренной призмы, нижняя грань которой имеет форму прямоугольника. В призме выполнены сквозные дроссельные отверстия, направленные перпендикулярно нижней стороне. Обтекатели каждого ряда связаны с приводом синхронного поворота, который содержит силовой цилиндр 9, соединенный тягами 8 с зубчатыми роликами 7, зацепленными с шестернями б, посаженными на поворотные валы 3 обтекателей. Поворотные валы 3 установлены в продольных балках боковой стены кузова, а тяги 8 установлены в направляющих 10, которые выполнены в вертикальных стойках боковой стены. 3 з.п.ф-лы, Зил. (Л С f ( . С vi сл N5 О СЛ

Р«А.2

Я/г. J