PŘEPRACOVÁNÍ NORMÁLNĚ ROZCHODNÉHO STOPROCENTNĚ NÍZKOPODLAŽNÍHO, PLNĚ OTOČNÉHO PODVOZKU EVO NA ROZCHOD 1000mm SVOČ FST 2015 Bc. Jakub Kalčík Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, 306 14 Plzeň Česká republika ABSTRAKT Tato práce je zaměřena na přepracování normálně rozchodného podvozku tramvaje EVO na úzký rozchod. Jedním z úkolů bylo navrhnout sekundární vypružení podvozku. Hlavním úkolem bylo vyřešit trakční systém. Proto byl zhotoven návrh převodovky, vlastní výpočet ozubení byl proveden v programu Autodesk Inventor 2011. Obal navržené převodovky byl vypočítán metodou MKP. KLÍČOVÁ SLOVA Převodovka, rám podvozku, vypružení,zubová spojka, MKP ÚVOD Trendem v konstrukci vozidel pro městskou hromadnou dopravu je neustálé zvyšování komfortu přepravy. Jedním z hlavních faktorů který ovlivňuje komfort je snadný nástup a výstup. Proto se stále častěji setkáváme s nízkopodlažnímy tramvajemi. Nízká nástupní hrana umožňuje snadnější nástup a výstup ale také se tím tramvaj stává bezbariérovou. Hlavním úkolem práce bylo přepracování rozchodu podvozku na 1000mm. V České republice je rozchod 1435mm,který je dán normou. Vyjímkou je tramvajová trať v Liberci a Jablonci nad Nisou která má rozchod 1000mm. S úzkým rozchodem se setkáme také ve světě například v Německu, Rakousku, Rusku nebo v Bratislavě. Konstrukce nízkopodlažního úzkorozchodného podvozku je jedna z nejsložitějších a to z důvodu kombinace dvou jmenovaných konstrukčních požadavků. Hlavním problémem je malá zástavbová plocha na rámu podvozku. CÍLE Cílem je přepracování normálně rozchodného podvozku na úzký rozchod 1000mm s tím že konstrukce je založena na stávajícím rámu normálně rozchodného podvozku. Obrázek 1 : Normálně rozchodný podvozek tramvaje EVO
NAVRŽENÁ KONSTRUKCE Podvozek byl navržen s vnějším rámem. Umístění pohonného systému bylo z důvodu nízké podlahy umístěno z vnějšku rámu. Podvozek je osazen dvěma motory s integrovanými kotoučovými brzdami od firmy Traktionssysteme, motory disponují výkonem 80kW. Pro přenos kroutivého momentu z motoru na převodovku zajišťuje zubová spojka od firmy KWD. Tato spojka je schopna díky soudečkovému ozubení přenášet krouticí moment mimoběžných hřídelí při maximální vyosení o 3. Převodovka byl navržena vlastní. Jedná se o dvoustupňovou převodovku s celkovým převodovým poměrem 8,6. Podvozek je osazen koly o průměru 610mm. Tento rozměr kol je typický pro nízkopodlažní tramvaje. Rozměr kol a převodový poměr nám zajišťují maximální rychlost tramvaje 65km/h. Obrázek 2 : Vlastní konstrukční návrh PŘEVODOVKA Převodovka byla navržena dvoustupňová. Primární stupeň je tvořen kuželovým ozubením, úhel os 90. Sekundární převod je tvořen čelním válcovým ozubením se šikmými zuby. Převodovka je nalisována na nápravě a v místě domečku šikmého ozubení je podepřena závěskou. Závěska plní dvě funkce kde první je že zajišťuje maximální mimoosost 3 při maximálním vypružení dvojkolí. Druhá funkce je zachycovat reakční síly od ozubení které působí na obal převodovky. Pro uložení hřídelů byly použity kuželíková ložiska která zachycují jak radiální tak axiální síly od ozubení.
Obrázek 3 : Řez převodovkou v dělicí rovině VÝPOČET VYPRUŽENÍ Vypružení podvozku ve velké míře ovlivňuje komfort jízdy kdy tlumí rázy od nerovností kolejí a přenáší statické i dynamické zatížení ze skříně na rám podvozku. Při výpočtu se vycházelo z reálných hodnot tramvaje EVO. Z důvodu velkých zatěžovacích sil byly navrženy duplexní šroubovité pružiny. Tabulka 1 : Parametry šroubovitých pružin Pružina 1 Pružina 2 [mm] 26 18 [mm] 162 110 [mm] 6,23 6,1 [MPa] 482,2 500 Obrázek 4 : Sekundární vypružení v řezu
VÝPOČET MKP Pro výpočet MKP byl zvolen obal převodovky. Byla použita síť tetrahedral s meziuzlovými prvrky CTETRA(10) o velikosti elementu 12mm. Obrázek 5 : Zobrazení sítě Zatěžovací stav Pomocí rigidových prvků jsou přenášeny síly od ozubených kol na hřídele. Pro nasimulování zatěžovacího stavu byly vymodelovány vnější kroužky ložisek. Jednotlivé kroužky byly spojeny s hřídelí pomocí funkce manual-coupling. Tento krok byl proveden z důvodu že zde nastává stav kdy v jednom místě je jak vazební podmínka tak i zatížení od ozubení. Obrázek 6 : Zvýraznění kroužků reprezentujících ložiska
Obrázek 7 : Redukované napětí dle hypotézy HMH v obalu převodovky [MPa ZÁVĚR A DOPORUČENÍ Bylo provedeno přepracování normálně rozchodného podvozku na úzký rozchod. Hlavním úkolem byl návrh trakčního systému který byl naplněn v plné míře. Byla navržena vlastní převodovka,obal navržené převodovky byl vypočítán metodou MKP. LITERATURA DOSTÁL JOSEF; HELLER PETR Kolejová vozidla I. V Plzni: Západočeská univerzita, 2007 DOSTÁL JOSEF; HELLER PETR Kolejová vozidla II. V Plzni: Západočeská univerzita, 2009 DOSTÁL JOSEF; HELLER PETR Kolejová vozidla III. V Plzni: Západočeská univerzita, 2011 LATA MICHAEL Konstrukce kolejových vozidel II. Pardubice: Univerzita Pardubice, 2004 Podkladový materiál, výkresy, katalogy, apod. poskytnuté zadavatelem úkolu.