Gépjárművek felépítése - A vasúti forgóváz
Elhangzott: 2010. március 9., Óbudai Egyetem BGK Mechatronikai és Autótechnikai Intézet
|
A forgóváz a vasúti jármű futó- és hordművének legfejlettebb formája. A kéttengelyű és nagy tengelytávú járművekkel szemben forgóvázas kialakítás esetén a járműnek csökken a pályaívben az ellenállása, valamint a kerekek könnyen be tudnak állni közel radiális helyzetbe. Ezen kívül az ún. Pullman-elv szerint a forgóvázas kialakítás esetén 50%kan csökken az utasokat érő függőleges (áthaladás illesztésen, "zakatolás") és vízszintes erőhatás (ívbe történő behaladás). A forgóváz lényegében egy kis tengelytávú alváz, ami a kocsiszekrény alatt képes elfordulni két irányba.
Forgóvázas vasúti
jármű. Pullman-elv. Történet, kialakulás Az első forgóvázak már a vasút nagyon korai időszakában megjelentek. Létrejöttük annak köszönhető, hogy a vasúti kocsik méretének növekedésével növekedett a járművek tömege is, melyet két tengelyen már nem lehetett elhelyezni. Kettőnél több, az alvázba mereven beágyazott tengely azonban megnehezítette, hogy a járművek a pályaívekben közlekedjenek: megszorulhattak és fokozottabb kerék- és sínkopás volt az eredmény. Ezért a kocsik két végére egy-egy kéttengelyes, rövid tengelytávolságú alvázat terveztek, melyek a jármű alvázához képest egy forgótányér körül elfordulhattak. A forgóvázas vasúti kocsik kezdetben az Amerikai Egyesült Államokban terjedtek el, de például a Magyarországon először megnyílt Pest-Vác vasútvonalon is forgóvázas kocsik közlekedtek. A XIX. század második felében Európában mégis inkább a két- és háromtengelyes kocsik terjedtek el, majd a századfordulótól a minél nagyobb sebességre alkalmas és minél kényelmesebb kocsik iránti igény végül - először a fővonali gyorsvonati forgalomban - általánossá tette a két kéttengelyes forgóvázzal rendelkező személyszállító kocsikat.
MÁV 301 sorozatú,
2'C1' jellegű, elöl kéttengelyes forgózsámollyal, hátul egy beálló tengellyel. Mozdonyokon szintén viszonylag korán megjelentek a forgóvázak a mozdonyok tömegének növekedése miatt. A mind nagyobb sebességre törekvés a gyorsvonati mozdonyoknál szinte kizárólagossá tette a hajtott (kapcsolt) kerékpárok előtt kéttengelyes futó forgóváz alkalmazását, mely a mozdony jó megvezetését, kedvezőbb ívbeállását tette lehetővé. A mozdonyok további sebességnövekedése során fokozatosan a kapcsolt kerékcsoport mögött is kéttengelyes futó forgóvázak jelentek meg és ez a szimmetrikus elrendezés végül is a legkedvezőbbnek bizonyult. Ez utóbbi megoldást a korai gyorsvonati villamos mozdonyokhoz is átvették.
Segédkerekes
forgóvázas motorkocsi (1900 körül) Forgóvázas
villamos pótkocsi (PXII típus) A villamosok esetében sokáig a forgóváz nélküli, kéttengelyes konstrukciók uralták a választékot. Elég korán megjelentek a forgóvázak, tisztán kényelmi okokból, de idővel eltűntek. Újabb alkalmazásukat a befogadóképesség növelése és az utaskényelmi szempontok okolták. Különleges vonalakra készült villamoskocsiknak általában forgóvázas szerkezetük lett, kihasználva annak előnyeit. Így történt a világ első alacsonypadlós villamosa esetében is, a budapesti földalatti első motorkocsijai esetében is.
A földalatti villamos
első járműtípusa. Forgóvázcsere
után, 1950-es években. Tengelyképlet fogalma A Nemzetközi Vasútegylet (UIC, Union Internationale des
Chemins de fer) döntvénye szerint minden vasúti jármű jellege leírható a
tengelyképlettel. Ez mutatja, hogy az adott jármű milyen módon rendelkezik
hajtott, vagy futó tengelyekkel, illetve forgóvázzal. Ezzel a módszerrel
röviden leírható a járművek hajtott-futó tengelyeinek elhelyezkedése nem csak a
vasúti ágazatban. A egy, ..., F hat hajtott tengely egy
csoportban
Szerkezet Forgóváztípusok Hajtott, futó
Hajtott forgóváz. A
kocsiszekrényre függesztett villamos motor kardántengely segítségével hajtja
meg.
Lengőkaros futó
forgóváz háromfokozatú rugózással. A forgóvázak alapvetően kettéoszthatók a hajtottak és szabadon futók csoportjára. A hajtott forgóvázban lévő tengelyeket beépített vagy a kocsiszekrény alvázára függesztett motorokból hajtják meg rudazattal, fogaskerekes- vagy kardántengellyel. Ha a motor a forgóvázban van, akkor hosszirányba, keresztirányba, marokcsapágyasan, vagy tengelyre ágyazva helyezik el a villanymotort. Zárt keretes, nyitott keretes
("H"), lengőkaros
Zárt keretes forgóváz.
(Ganz-MÁVAG TM típus) Nyitott
keretes forgóváz (ČKD T5C5 típus)
Lengőkaros forgóváz
(Ganz-MÁVAG MDmot) A forgóváz kerete sík és hajlított lemezekből, acélöntvény darabokból összehegesztett (régebben összeszegecselt) szekrénytartó szerkezet. Mindig minimum két hossztartóból és az ezeket összekötő kereszttartóból, kereszttartókból áll. Ezek elhelyezkedése szerint kétféle forgóváz létezik: a H alakú és a zártkeretes. Támos, gömbágyas Gömbágyas kialakítás esetén a járműszekrény a félgömb alakú királycsapnál kapcsolódik csak a forgóvázzal, így ott történik a keletkező erők átadása. A csúszótámos kapcsolódás esetén a főkeret csúszótámon vagy támgombán támaszkodik a forgóvázra. A támok biztosítják a függőleges erőátadást, a vonó- és fékerő átvitelét a hengeres királycsap-szerkezet biztosítja. A támok kialakítása olyan, hogy a forgóváz el tud fordulni királycsap körül és a vágányok függőleges íveiben is.
Gömbágyas hajtott
forgóváz Csúszótámos
hajtott forgóváz kiszerelt motorokkal és
hajtásházakkal. (FVV-Füzesi FAV típusú forgóváz)
Támgombás hajtott forgóváz (Ganz-MÁVAG CsMG2) Egyes kialakítások esetén a vágányperemek kopásának mérséklése és a vízszintes kígyózás csökkentése érdekében visszatérítő laprugókat is beépítenek. Az erőkarok miatt a központi feltámasztású forgóvázaknál kisebb kitérítő erővel tud a forgóváz elfordulni az ívekben, mint az oldalcsúszós kialakítás esetén. Viszont a kisebb erő miatt könnyen elkezd a forgóváz kígyózni a jármű alatt, így a központi gömbágyas kialakítású járművek futása kedvezőtlen, de a nyomkarima kopás kisebb. A gömbágyas forgóvázak kapcsolatánál biztonsági oldal-alátámasztást kell kialakítani, amelyre a kocsiszekrény az ívekben történő haladáskor feltámaszkodik. Az oldalcsúszós feltámasztás esetén a függőleges erők a csapágyazás közelében adódnak át, ezért lényegesen kisebb keresztmetszetű kereszttartók alkalmazhatók, mint a súlyerőket a kereszttartó középen átadó középponti gömbágyazás esetén.
Robosztus felépítésű
csavar- és laprugós forgóváz 1930-ból (Ganz-Danubius LVI típus) Jól látszódik az
oldalt elhelyezkedő csúszótám.
Lég- és gumirugós metróforgóváz
1986-ból (Ganz-MÁVAG G-2 típus) Ez is oldaltámos
szerkezet, de itt már a légrugó tölti be a csúszótám szerepét. Magas-, félmagas-,
alacsonyszerkezetes Magasszerkezetes forgóvázak jellemzője a hagyományos alátámasztó szerkezet alkalmazása. Félmagas szerkezetnél az elérhető padlómagasság jóval alacsonyabb, itt még hagyományos forgóvázzal rendelkezik a jármű, csak a keretszerkezet a tengelyek alatt helyezkedik el. Alacsonyszerkezetes forgóvázak esetén az elérhető padlómagasság akár 30-35 cm a sínkorona szintjétől mérve. Itt nem mindig beszélhetünk hagyományos értelemben vett forgóvázról, mivel a középen a padlóátvezetés miatt gyakran „kettévágják” a tengelyeket és a keretszerkezetet is.
Magasépítésű hajtott
forgóváz (Ganz-Danubius L VI) Félmagas
építésű futó forgóváz (Ganz-Hunslet
KCsV6)
Alacsonyszerkezetes
hajtott forgóvázak (Siemens Combino 1000 mm és Combino Supra 1435 mm)
"H" keretes
alacsonyépítésű forgóváz (Bombardier Eurotram Milano) Jacobs Jacobs-forgóváz tulajdonképpen egy hagyományos forgóváz, amit a csuklós jármű csuklóalagútja alá helyeznek el úgy, hogy mindkét szekrényváz fel tudjon rá támaszkodni csonkok segítségével. Általában csak futó kivitelben létezik, ám különleges esetekben hajtott forgóvázat is alkalmaznak csuklószerkezetek alátámasztására. Hajtott Jacobs-forgóvázra ideális példa a Ganz-MÁVAG Földalatti vasúti járműve, ahol a hajtott egységet kénytelenek voltak a csukló alá elhelyezni, mivel a vezetőállás alá a futó forgóváz is alig fért be.
Hajtott Jacobs-forgóváz
(Ganz-MÁVAG FAV) Futó Jacobs-forgóvázat szereltek a Ganz csuklós villamosok alá (CsMG2 típus). Magyarországon ezen a típuson sikerült először megoldani ezt a típusú elhelyezést. Itt oldaltámos, méghozzá a ritka támgombás konstrukciót alakították ki, szolenoidárammal működtetett tárcsafékkel. Itt tulajdonképpen a Jacobs-forgóvázra van gumirugók közbeiktatásával a csuklóalagút felerősítve, erre támaszkodik a két kocsiszekrény.
Futó Jacobs-forgóváz
elhelyezkedése a járműszekrények alatt és kibontva. (Ganz-MÁVAG CsMG2) Egyelőre nem sikerült megoldani az alacsonypadlós Jacobs-forgóvázat, még szabadonfutó kivitelben sem, mivel a csuklószerkezet alá már nem fér be úgy, hogy a forgóváz és a két szekrényváz is el tudjon fordulni. Terepjáró
Ganz-MÁVAG CsMG2
típusú villamos terepjáró felépítésű hajtott forgóváza Az 1960-as években felmerült egy olyan forgóváz-konstrukció kifejlesztése, amelyik a rendkívül rossz vágányokon is biztonsággal tud felfeküdni. Ha a vágány két sínje nem párhuzamos egymással, hanem függőleges irányban kitérnek (sülyedések), akkor az addigi merev szerkezeteknél az összes kerék nem érte el a sínt, ezzel a sínhibán áthaladáskor megnövelve a keréknyomást, tovább rontva a pályaállapotokat. Az akkor tervezett csuklós villamosokban alkalmazták ezt a technikát először Magyarországon. Azóta bevált szerkezet kényelmesebb utazási komfortot nyújtott az addig alkalmazott merevkeretes forgóvázas típusú motorkocsikkal szemben. Az ötlet lényeg, hogy a gumilapokkal beépített csapágytokok és a középen beépített elforduló összekötő tengely segítségével a forgóváz két oldala egymáshoz képest el tud csavarodni.
A forgóváz rajzán az
"5"-ös tétel az elforduló tengely (Ganz CsMG2) Felfüggesztés A forgóváz-keret kialakításától függően külső, illetve belső csapágyazású szerkezeteket különböztethetünk meg. Ezek közül általában azt építik be, amelyik a járműszekrény kialakítása és a szabványos vasúti űrszelvény megenged. Régebben laprugóval, ma inkább duplex csavarrugóval, légrugóval oldják meg a jármű rugózását. A legtöbb esetben primer, szekunder és további rugókat is beépítenek. Ha a tengelyágyak lényegesen el tudnak mozdulni a forgóvázkerethez képest, akkor függőleges irányban működő lengéscsillapítót is beépítenek alacsonyabb sebességű konstrukcióknál is.
Jól látszódnak a
lengéscsillapítók a forgóváz és a duplex csavarrugókkal felfüggesztett
tengelyek között (MÁVAG DVM-2; BHÉV DL XVI; MÁV M44) Fék A fékező elemeket is a forgóvázba építik be. A súrlódásos fékeket elektromágneses úton, vagy levegős túlnyomásos légvezetékkel működtetik. Tuskós fékek esetén a kerekek túlzott felmágneseződését elkerülendő az elektromágneses féktörzsek mindig a sínre hatnak, a levegős működtetésűek viszont mindig a kerékabroncsra, általában mindkét oldalról, mivel ott kell az ellenkező irányú megtámasztás. Dobfékeket a vasúti vontatásban a fékezett nagy tömegek miatt csak megállító féknek használják, a lassítás nagy hányadát generátoros vagy motorfékes úton valósítják meg. Tárcsafékeket szinte minden esetben a futótengelyekre szerelik fel, és a hajtómotor által fékezéskor termelt szolenoidárammal működtetik.
Ganz csuklós
szolenoidárammal működtett ČKD
T5C5 típusú villamos forgóváza alulról. tárcsás fékrendszere a
futó forgóvázon. Két
oldalon az elektromágneses sínfékek, középen a
motor előtt a külső tuskós megállító dobfék. Különleges forgóvázas
vasúti járművek Mallet-rendszerű mozdony: Ezeket a főleg Észak-Amerikában elterjedtek vontató járműveket tekinthetjük ez első komoly hajtott forgóvázas mozdonyoknak, ez a forgóváz még tulajdonképpen egy csapszeg mentén elfordulni képes segédkeretnek nevezhető. Problémás ez a megoldás, hogy a forgóvázra is szereltek gőzhengereket, ugyanis így nehezen megoldható a túlhevített, 15 bar nyomású gőz megfelelő rugalmasságú átvezetése. Ezért is általában ún. kompaund-gépezet került kialakításra, ahol a fix kereten elhelyezett nagynyomású hengerekből munkavégzés után a csökkent nyomású gőz a kisnyomású hengerekben újra hasznosult. Ennek az az oka, hogy a nagynyomású gőzt vezető csöveket célszerűbb inkább mereven rögzíteni, és így azokat jobban tömíteni, míg az átömlőcsőnél kevésbé kritikus az elmozduló cső tömítése.
MÁVAG 601-es sorozatú,
(1'C)'C jellegű, Mallet rendszerű kompaund gépezetű gőzmozdony A rendszer legnagyobb hátránya, hogy ha a hengerek méretei nem megfelelőek, akkor az egyikhez tartozó kerekek megperdülnek. Ekkor az átömlőcsövön keresztül a hatás továbbterjed a másik gépezet által hajtott tengelyekre. E problémákat Magyarországon sikerült először kiküszöbölni. Európában sokáig a MÁVAG (Magyar Királyi Állami Vasgyárak) 601-es sorozata tartotta a legerősebb mozdony címet. Ez jól láthatóan Mallet-rendszerű volt, (1'C)'C tengelyelrendezéssel. 5000 kalóriás szén eltüzelésekor 1550 lóerő vonóerőt szolgáltatott, ezzel 5950 tonnányi terhet is el tudott vontatni.
ALCO "Big Boy"
becenevű, Union Pacific 4000 Az
elfordulni és elmozdulni is képes gigantikus sorozatú, (2'D)D2'
jellegű Mallet rendszerű mozdony forgóváz,
külön gőzhengerekkel meghajtva. A legkiforrottabb Mallet-típus a Big Boy nevű
mozdonysorozat. A mozdonyt 1941-44 között gyártotta az ALCO (American Locomotive
Company), az USA-beli Union Pacific vasúttársaságnak különlegesen nehéz
tehervonatok vontatására. A pálya emelkedései és a szállítandó elegy tömege megkövetelte
a 6290 lóerős, (2'D)D2' tengelyelrendezésű mozdonyt. A 40,5 méteres teljes
alvázhossz megkövetelte, hogy az első 6 tengelyt forgóvázba építsék, ami el tud
fordulni, és el is tud csúszni oldalirányba. Garrat-rendszerű mozdony: A brit gyarmatbirodalom területén elterjed különleges megoldás. A tárolt vízkészlet növelésére fejlesztették ki, mivel a gyarmatokon ritka a jó vízminőségű kút. A mozdony főkerete tulajdonképpen a két forgóváz közé van befüggesztve, a hátsó a tüzelőanyagot és a víztartályt, az első a második víztartályt hordozza. Ugyanolyan nehézségekbe ütközik az elfordulási helyeken a nagynyomású csövek megoldása, mint a Mallet-rendszerű mozdonyokon.
Garrat-rendszerű
mozdony A forgóvázra
épült kiegészítő víztartály és a mozdony kazánja. Shay-rendszerű mozdony: Az Amerikai Egyesült Államok nagy emelkedésű erdei vasútjain használták, mivel a sűrű, kis sugarú ívek miatt csak így tudták elérni a megfelelő vonóerőt biztosító gőzgép és hengerszám elhelyezését. Tulajdonképpen ez az első kardántengelyes mozdony, külön előremutató jellemző a függőlegesen elhelyezett gőzhengerek és a forgattyústengely használata.
A világ első
forgattyús tengelyes, kardánhajtású nagyjárműve: Shay-rendszerű gőzmozdony Transzformátorszállító bölcsőkocsi: végül egy magyar gyártású példa, a Ganz Villamossági Gyár transzformátorszállító bölcsőkocsija. Ez a forgóváz a forgóvázban esete. Két háromtengelyes forgóvázat kapcsol össze a főforgóváz, és két főforgóvázon nyugszik a kocsi szerkezete. A 12 tengely miatt rendkívül nagy a szállítható tömeg.
12 tengelyes
transzformátorszállító bölcsőkocsi emeletes forgóváz-szerkezettel, (3'3')(3'3')
jelleggel. Forrásjegyzék
|
