Potřeba zvyšování délky a únosnosti železničních vozů si vyžádala použití podvozků. U rámových vozidel je možné provést snížení nápravového tlaku podepřením vozu další nápravou (obr. 1 nahoře). v oblouku mnohem příznivější. Na obrázku 2 je vidět srovnání posunu těžiště při přejezdu nerovnosti koleje rámovým a podvozkovým vozidlem. Neexistuje konstrukce podvozku, která by vyhovovala všem většinu protichůdným požadavkům, vyplývajícím z různého použití vozidel v železničním provozu.
Požadavky na vlastnosti podvozků u různých typů vozidel
Jaké jsou tedy požadavky na vlastnosti podvozků u různých typů vozidel? Podvozky s jednoduchým vypružením, jednoduchá levná konstrukce nosných částí s maximálním počtem unifikovaných dílů pro snadnou vyměnitelnost. Rozvor dvojkolí se pohybuje v rozmezí 1800 mm až 2000 mm, brzda je i u nových konstrukcí až na výjimky špalíková. postačuje nejvyšší konstrukční rychlost mezi 100 až 120 km/h, vyjímečně až 160 km/h. Podvozky s dvojitým vypružením o rozvoru 2300 až 2500 mm. Konstrukce podvozku je dimenzována pro zatížení až 30 tun na jeden podvozek.
Od poloviny 80. let 20. století u podvozků vozů pro vyšší rychlosti (160 až 250 km/h) existuje z důvodu zachování stabilního chodu při vyšších rychlostech velmi tuhá konstrukce, která se přizpůsobuje obloukům menších poloměrů jen za cenu většího opotřebení podvozku i trati. Jakobsovy podvozky jsou označovány podvozky různých konstrukcí, kdy jeden podvozek nese čela dvou sousedních vozových skříní, které takto tvoří v provozu nedělitenou vozovou jednotku.
Rozdělení a typy podvozků
Většina lokomotiv se skládá ze skříně, hlavního rámu a podvozků. Podvozky jsou obyčejně dva a nejčastěji jsou dvou až třínápravové. Výjimku v počtu podvozků tvoří lokomotivní řada 184.5, která má tři dvounápravové podvozky. Ovšem ne každá lokomotiva má podvozky. Tzv. rámové lokomotivy mají jednotlivá dvojkolí připojena přímo k rámu lokomotivy. To se týká zejména dvounápravových lokomotiv, u kterých se dva jednonápravové podvozky nepoužívají.
Motorový vůz řady 810 představuje výjimku v podobě motorového vozu opatřeného dvojicí jednonápravových podvozků. Motorový vůz má ale s lokomotivou společné jen to, že v obou případech se jedná o kolejová vozidla. Podvozky jsou připojeny k hlavnímu rámu zpravidla otočnými čepy, pevně zalisovanými v podvozku nebo v rámu skříně. Tento způsob spojení skříně a podvozku je zdaleka nejrozšířenější, používají jej prakticky všechny elektrické lokomotivy, jednotky a většina motorových lokomotiv i vozů.
Cílem inženýrů je umístit otočný čep co nejníže, a co nejvíce se tak přiblížit mechanickému optimu. Některé podvozky jsou ale koncipovány bez otočného čepu. Tento způsob je využit např.. Základ podvozku tvoří tzv. rám podvozku, tvořený zpravidla dvěma podélníky, střední příčkou a eventuálně i dvěma čelníky. Existuje několik způsobů přichycení dvojkolí k rámu podvozku; v minulosti často používané rozsochové vedení se vyznačovalo odpružením listovými pružinami, dnes se nejčastěji používají tzv. kyvná ramena (principiálně shodná s kyvnou vidlicí zadního kola motocyklu) nebo svislé trny (vodicí čepy).
Podvozky se dají dělit na hnací (trakční) a běžné. Hnací podvozky mají daleko složitější konstrukci a vyšší hmotnost oproti podvozkům běžným, neboť oproti nim musí být hnací podvozky osazeny nápravovou převodovkou, případně i elektromotory u elektrických lokomotiv a lokomotiv s elektrickým přenosem výkonu. Lokomotiva, jejíž všechny nápravy jsou poháněné, se nazývá plně adhezní lokomotiva. Platí, že čím více poháněných náprav připadá na běžné nápravy, tím lepších adhezních vlastností stroj dosahuje. I běžné podvozky je ale možné využít - např. motorový vůz 830 má v běžném podvozku uloženo motorgenerátorové soustrojí.
V podvozku se dále nachází řada dalších zařízení, jako jsou brzdová zařízení (válce, pákoví, špalíky, kotouče), zařízení pro mazání okolků, řetězy ruční brzdy, hadice od pískojemů. Zejména ze železničních vozů je známý tzv. kolébkový podvozek, vyskytující se i na vozech 460, 560 a 850-854. Naopak u lokomotiv se tento typ podvozku nepoužívá. Kolébkový podvozek má na pružinách sekundárního vypružení uloženu kolébku, jejímž středním příčníkem prochází otočný čep.
Každá lokomotiva musí být vypružena, aby byly rázy vznikající při jízdě na nerovném traťovém svršku co nejúčinněji tlumeny. Existují dva typy odpružení: primární a sekundární. Pokud má lokomotiva tzv. dvoustupňové nebo dvojité vypružení, znamená to, že vedle primárního odpružení je vybavena i sekundárním vypružením. Primární vypružení zajišťuje odpružení dvojkolí vzhledem k rámu podvozku, zatímco sekundární vypružení je mezi rámem podvozku a lokomotivní skříní.
Dříve se v primárním vypružení používaly prakticky výhradně listové pružnice s nepříliš vysokou absorpční schopností, které byly postupně nahrazovány vinutými (šroubovými) pružinami, používanými dodnes. Některé lokomotivy mají prvotní vypružení provedeno pryžokovovými silentbloky (lokomotivní řady 110 až 114.5). V sekundárním vypružení byly v minulosti nejpoužívanější opět listové pružiny, vytlačené dnes šroubovými pružinami zpravidla v uspořádání flexicoil (tento systém umožňuje natáčení podvozků zároveň s deformací pružiny). Systém flexicoil je použit např. u lokomotiv 169, 184.5 nebo 759.
Trendem v oblasti hnacích vozů jsou nyní vzdušné pružiny, tvořené pryžovými měchy a vybavené systémem zajišťujícím konstantní výšku podlahy nad temenem kolejnice. Tento způsob zároveň zajišťuje odpružení v příčném směru. Novější vozidla mají pružiny doplněné i hydraulickými (kapalinovými) tlumiči, zařazenými zpravidla paralelně k pružině. Výjimkou jsou příčné tlumiče, přichycené jedním koncem k lokomotivní skříni a druhým koncem k rámu podvozku.
Plzeňská lokomotivka ŠKODA vyvinula počátkem sedmdesátých let unifikovaný podvozek, který byl v roce 1972 testován na stroji E 469.3030 (124.601) až do rychlosti 224 km/h. Tento podvozek byl určen pro všechny traťové lokomotivy ŠKODA II. generace. Byl použit u řad 130, 150, 163, 184.5, 263, 363 a 372 a samozřejmě i v odvozených nebo rekonstruovaných řadách 151, 162, 362 a 371.
Jedná se o dvounápravový podvozek o rozvoru 3 200 mm s dvojitým vypružením, s dvojkolími vedenými svislými vodicími čepy a odpruženými šroubovými pružinami doplněnými kapalinovými tlumiči. Kola jsou hvězdicovitá, neopotřebovaná kola mají průměr 1 250 mm. Sekundární vypružení je provedeno tímto způsobem: pod rámem podvozku prochází nízkopoloženým otočným čepem podvlečený příčník, na němž spočívá lokomotivní skříň, a který je odpružený celkem čtyřmi vinutými pružinami s paralelními hydraulickými tlumiči.
Krom toho je sekundární odpružení doplněno příčnými tlumiči. V rámu podvozku jsou pevně uloženy dva trakční elektromotory, zapojené trvale do série. Jsou chlazeny ventilátory přes tunely vedoucími od střechy lokomotivy až k rámu, propojení s podvozkem je provedeno pryžovými měchy.
Unifikované podvozky modernizovaných lokomotiv (151, některé 162, 362, 371) dostávají nově podélný tlumič vrtivých pohybů podvozku. Konstrukce tohoto typu podvozku spadá na počátek šedesátých let. Jedná se o dvounápravový jednostupňově odpružený podvozek s plnými dvojkolími vedenými kyvnými rameny, která jsou vypružena vinutými pružinami s kapalinovými tlumiči. Rozvor podvozku je pouze 2 400 mm, průměr neopotřebovaných dvojkolí činí 1 000 mm. V podvozku jsou uloženy dva tlapové trakční motory.
Nyní je shrnutí kontaktu s podvozkem moderních vozů: dvou- až třínápravové konfigurace, vyplastované a unifikované díly pro snadnější výměnu, s důrazem na adhezní vlastnosti a tlumení rázy.
Specifika rámových vozidel a kolébkový podvozek
Podvozky také souvisejí s konstrukcí rámů vozidel: rámové lokomotivy mají dvojkolí připojena přímo k rámu, zatímco u jiných vozidel bývají podvozky oddělené a propojené do vozových jednotek. Kolébkový podvozek, známý z vozů 460, 560 a 850-854, využívá kolébku uloženou na pružinách sekundárního vypružení a středního příčníku s otočným čepem.
Každá lokomotiva se snaží mít co nejnižší otočný čep pro lepší mechanický optim a snížení rázy při jízdě. Primární vypružení zajišťuje odpružení dvojkolí vůči rámu podvozku, sekundární vypružení mezi rámem podvozku a lokomotivní skříní. Dříve se používaly listové pružiny v primárním vypružení, dnes se častěji používají vinuté pružiny a kapalinové tlumiče.
Demonstrace 68 NE!
Specifické konstrukce a příklady
V klasifikaci existují různé druhy podvozků: rámové, kolébkové, dvou- a třínápravové, s různým rozvorem. U některých moderních lokomotiv jsou použity unifikované podvozky s kompletním systémem tlumení a řízení pohybů.
Unifikované podvozky modernizovaných lokomotiv (např. řady 151, 162, 362, 371) dostávají podélný tlumič vrtivých pohybů, který zlepšuje stabilitu při jízdě vysokou rychlostí. Rozvor dvounápravových podvozků bývá kolem 2 400 mm až 3 200 mm, podle konstrukce a určení pro daný typ vozidla.
Uváděné rozvory a parametry slouží k pochopení kompromisů mezi únosností, průjezností oblouky, adhezí a cenovou náročností, přičemž skutečné řešení se volí podle konkrétních provozních podmínek a typu vozidla.