Schemat konstrukcji tramwaju z wózkami wyposażonymi w zestawy o niezależnie obracających się kołach (IRW)

Wózki z niezależnie obracającymi się kołami (z ang. independently rotating wheels, czyli IRW) wyposażone są w zestawy kołowe, w których koła połączone są łamaną osią (rys. 3.8).

41

Rys. 3.8. Schemat konstrukcji zestawu typu IRW (z niezależnie obracającymi się kołami ang.

independently rotating wheels) z układem odniesienia dla tab. 3.4.

Przyjmujemy, że zestaw kołowy ma pionową wzdłużną i pionową poprzeczną płaszczyznę symetrii. Środek układu współrzędnych względem którego podajemy położenie środka masy zestawu leży na krawędzi wspólnej tych płaszczyzn na wysokości ustalonej wspólną płaszczyzną główek szyn. W zestawach kołowych typu IRW koła ułożyskowane są na osi, przez co każde może obracać się z różną prędkością. Podczas jazdy po łuku, gdy różnica prędkości obrotowych wynikająca z jego krzywizny jest znaczna, koło znajdujące się po zewnętrznej stronie łuku może poruszać się z większą prędkością od koła znajdującego się po wewnętrznej stronie. Dzięki temu zestawy ustawiają się w pozycji radialnej i kąt nabiegania tych zestawów podczas jazdy po krzywej jest mały. Ponadto, kształt osi łączącej koła umożliwia obniżenie położenia nadwozia względem toru. W pojazdach z wózkami typu IRW podłoga nadwozia nie ma wzniesień w okolicach wózków, przez co we wnętrzu kabiny pasażerskiej podłoga jest całkowicie płaska. Zwiększa to komfort pasażerów poruszających się po pojeździe, a znajdująca się niżej niż w klasycznym wózku podłoga usprawnia wsiadanie i wysiadanie podróżnych.

Obniżenie osi zestawu kołowego oraz kabiny pojazdu względem toru zmienia położenie ich środków mas zestawu oraz momentów bezwładności. Inaczej są też położone względem układu centralnych głównych osi bezwładności elementy zawieszenia.

W tabeli 3.4 zestawiono wartości charakterystycznych wielkości geometrycznych dla zestawu kołowego. Założono, że do masy zestawu kołowego zalicza się wał, koła oraz maźnice, zaś do masy koła oprócz tarczy koła i wieńca zalicza się tarcze hamulcowe.

Przyjęto, że współrzędne środka masy podane są względem układu odniesienia, którego początek znajduje się na przecięciu wzdłużnej i pionowej płaszczyzny symetrii, w płaszczyźnie wyznaczonej przez punkty kontaktu kół z główkami szyny w położeniu centralnym względem linii środkowej toru.

42

Tab. 3.4. Zestawienie wartości wielkości geometrycznych dla zestawu kołowego typu IRW.

Nazwa Oznaczenie Wartość Jedn.

Średnica nominalna okręgu tocznego koła zestawu d_o 0.660 m Rozstaw okręgów tocznych kół zestawu w położeniu

środkowym względem toru 2a 1.44 m

Masa koła mk 146 kg

Główne centralne momenty bezwładności koła

I1x

I1y

I1z

4.69 9.18 4.69

kgm²

Masa zestawu kołowego m1w 848 kg

Współrzędne środka masy zestawu kołowego względem zdefiniowanego układu odniesienia (rys. 3.8)

x1C

y1C

z1C

0 0 0.2532

m

Główne centralne momenty bezwładności zestawu kołowego

I1x

I_1y I1z

420.02 38.82 413.63

kgm²

Już na rys. 3.3 pokazano charakterystyczne dla wózków klasycznych wzniosy podłogi występujące w bliskości układu jezdnego. Na rys. 3.9 pokazano, że podłoga wpisuje się między koła wózka dzięki zastosowaniu osi łamanej i w tramwaju może zostać utrzymana na całej długości pojazdu 100% niska podłoga.

Rys. 3.9. Schemat konstrukcji wagonu z zestawami typu IRW.

43

Rys. 3.10. Schemat konstrukcji wózka z zestawami z niezależnie obracającymi się kołami, układ odniesienia dla tab. 3.5 i 3.6.

Zakładamy, że rama wózka ma pionową wzdłużną i pionową poprzeczną płaszczyznę symetrii. Środek układu współrzędnych, względem którego podane jest położenie środka masy ramy leży na krawędzi wspólnej tych płaszczyzn, czyli w połowie długości ramy, na wysokości wyznaczonej przez płaszczyznę zdefiniowaną punkty kontaktu główek szyn z kołami w położeniu centralnym wózka (układ pokazany na rys. 3.10).

Na rys. 3.10 są podane oznaczenia, które opisują rodzaje elementów zawieszenia łączące zestawy kołowe z ramą (1) i ramę z nadwoziem.

Na pierwszy stopień zawieszenia składają się

2) Zwojowe sprężyny pionowe, umieszczone między gniazdem korpusu maźnicy i podłużnicą ramy wózka. Na każdą maźnicę przypada po dwie sprężyny ustawione symetrycznie względem osi koła pojazdu.

3) Podkładki metalowo – gumowe, umieszczone pod każdą sprężyną w gniazdach maźnicy.

Podkładka i sprężyna zwojowa tworzą szeregowe połączenie sprężysto – tłumiące.

Drugi stopień zawieszenia zawiera:

4) Cztery amortyzatory poprzeczne na każdy wózek, rozstawione symetrycznie względem pionowej podłużnej i pionowej poprzecznej płaszczyzny symetrii ramy wózka (napędnego i tocznego).

44

5) Cztery amortyzatory pionowe na każdy wózek, rozstawione symetrycznie względem pionowej podłużnej i pionowej poprzecznej płaszczyzny symetrii ramy wózka (napędnego i tocznego).

6) Podkładki metalowo – gumowe umieszczone w parach w czterech pozycjach.

7) Sprężyny pneumatyczne, po dwie na wózek, rozstawione symetrycznie względem pionowej podłużnej płaszczyzny symetrii wózka.

8) Prowadnik przenoszący siłę podłużną miedzy ramą wózka a odpowiednim członem nadwozia.

Na rys. 3.11 – 3.13 pokazano główne wymiary i odległości pomiędzy charakterystycznymi elementami wózka. Przyjęto, że odległości te nie różnią się między wózkiem tocznym a napędowym, analogicznie jak w wózku klasycznym z rys. 3.3 - 3.5.

Rys. 3.11. Rzut czołowy wózka z zestawami IRW.

Rys. 3.12. Rzut boczny wózka z zestawami IRW.

45

Rys. 3.13. Rzut z góry wózka z zestawami IRW.

W tabeli 3.5 zestawiono wartości charakterystycznych wielkości geometrycznych dla wózka napędnego IRW. Przyjęto, że współrzędne środka masy podane są względem układu odniesienia, którego początek znajduje się na przecięciu wzdłużnej i pionowej płaszczyzny symetrii oraz płaszczyzny wyznaczonej przez punkty kontaktu kół z główkami szyny w położeniu centralnym względem linii środkowej toru.

Tab. 3.5. Zestawienie wartości wielkości geometrycznych dla ramy wózka napędnego IRW

Nazwa Oznaczenie Wartość Jedn.

Długość ramy wózka lw 2.942 m

Masa ramy wózka napędnego mn 3450 kg

Współrzędne środka masy ramy względem zdefiniowanego układu odniesienia (rys. 3.12)

x_nC y_nC znC

0 0 0.388

m

Główne centralne momenty bezwładności ramy wózka I_nx Iny

Inz

2087.0 1745.2 3649.3

kgm² W tabeli 3.6 zestawiono wartości charakterystycznych wielkości geometrycznych dla wózka tocznego typu IRW.

46

Tabela 3.6. Zestawienie wartości wielkości geometrycznych dla ramy wózka tocznego IRW

Nazwa Oznaczenie Wartość Jedn.

Długość ramy wózka l_w 2.942 m

Masa ramy wózka tocznego m_t 1704 kg

Współrzędne środka masy ramy względem zdefiniowanego układu odniesienia (rys. 3.12)

xtC

ytC

z_tC

0 0 0.388

m

Główne centralne momenty bezwładności ramy Itx

I_ty I_tz

1030.8 861.9 1802.45

kgm² Powyższe wartości posłużą jako punkt odniesienia do przeprowadzenia symulacji ruchu pojazdu w środowisku MATLAB.

3.3. Schemat konstrukcji wózków tramwaju z niezależnymi kołami (FIW)