Podvozky kolejových vozidel: Konstrukce, vývoj a technologie

Podvozek představuje klíčovou součást každého kolejového vozidla, ovlivňující jeho jízdní vlastnosti, bezpečnost a komfort. Tato komplexní část pojezdu, opatřená dvojkolím(-i), je pohyblivě spojena s rámem nebo samonosnou skříní vozidla a v naprosté většině případů je vůči nim otočná kolem svislé osy.

Účel a funkce podvozků

Montážní podvozky nacházejí své uplatnění především ve výrobních a opravárenských provozech kolejových vozidel. Slouží k jejich efektivní přepravě v situacích, kdy vozidlo není ještě vybaveno vlastním pojezdem, nebo je jeho podvozek poškozen či vyžaduje údržbu a nemůže zůstat integrován ve vozidle. Tyto podvozky tak umožňují přesun vozidel bez nutnosti jejich odstavení na koleji a efektivní využití výrobních či servisních kapacit.

Jejich provedení je plně přizpůsobeno specifickým požadavkům zákazníka, a to jak z hlediska tvaru, tak i nosnosti. Podvozky lze dále vybavit různými konzolami a přípravky, což umožňuje na jednom typu podvozku přepravovat i několik různých typů kolejových vozidel. To je obzvláště užitečné v provozech, kde se vyrábějí nebo opravují vozidla s odlišným rozchodem kolejí.

Použití podvozků umožňuje pro zadaný poloměr oblouku stavbu delších vozidel, než při použití rámových pojezdů.

Ideální vlastnosti podvozku

Ideální podvozek by měl splňovat řadu náročných kritérií:

• Zajištění klidného chodu vozidla až do maximální povolené rychlosti a při mezním opotřebení částí podvozku i koleje.
• Bezproblémový průjezd obloukem s minimálním opotřebením kol i kolejnic.
• Minimalizace vlastní hmotnosti pro dosažení co nejvyššího poměru nosnosti k vlastní hmotnosti, což je klíčové zejména u vozidel pro osobní dopravu.
• Měkčí vypružení a udržování konstantní výšky podlahy vozidla bez ohledu na obsazenost (u osobních vozidel).
• Minimální výška podvozku a zároveň minimální kontaktní tlaky ve styku kolo - kolej.
• Jednoduchá a cenově dostupná konstrukce.

Konstrukční prvky podvozku

Základním dílem podvozku je rám. Podle technologie výroby se rozlišují rámy nýtované, svařované, odlévané nebo kombinované. Z hlediska tvaru mohou být rámy uzavřené (obdélníkové) nebo otevřené (H nebo dvojité H). Podle umístění podélníků vůči kolům dělíme rámy na vnější a vnitřní.

Dvojkolí, skládající se z kol a náprav, je základní součástí podvozku. Náprava obvykle slouží jako dutý hřídel spojující dvě kola a přenáší trakční síly. Kola zahrnují náboje, ráfky a paprsky. Obvyklejší než obručová kola s plnými kotouči nebo paprskovými jsou monobloková kola, zejména u osobních vozů.

Co se týče počtu náprav, nejčastější jsou dvounápravové podvozky, méně často se vyskytují jedno- a třínápravové.

Nápravová ložiska se dělí na dva základní druhy: kluzná a valivá. Valivá ložiska se obvykle používají ve variantách válečkových, kuželíkových nebo soudečkových, jednořadá nebo dvouřadá.

Vedení dvojkolí

Z hlediska konstrukce se vedení dvojkolí historicky dělí na dvě základní skupiny:

• Starší rozsochové vedení: Ložisková skříň se ve svislém směru pohybuje mezi dvěma deskami, rozsochami. Toto řešení je vhodné spíše pro nižší rychlosti, podléhá opotřebení a při vyšších rychlostech vyžaduje pečlivé sledování vůlí a včasnou výměnu kluzných částí, aby se předešlo nestabilnímu chodu vozidla. Příklady zahrnují podvozky řady 26.2, pensylvánské podvozky osobních vozů a elektrických jednotek řady ET a modifikované rozsochové vedení u nákladních podvozků řady Y25.
• Novější bezrozsochové vedení: Jedná se o široký pojem zahrnující různé konstrukce, které se snaží eliminovat nevýhody rozsochového vedení.

Příklady bezrozsochového vedení zahrnují použití ojniček Alsthom, které byly použity u francouzských lokomotiv řady CC 7100 a později u řady BB 16500 a BB 17000.

Vypružení podvozku

Vypružení podvozku se dělí na:

• Primární vypružení: Mezi dvojkolím a rámem podvozku.
• Sekundární vypružení: Mezi rámem podvozku a skříní/rámem vozidla.

Některé podvozky disponují pouze jednostupňovým vypružením, ať už primárním (např. řady 26.2, Y 25) nebo sekundárním (např. Diamond, Bettendorf). Primitivní konstrukce na úzkokolejných drážkách se někdy obejdou bez vypružení zcela.

Mezi používané prvky primárního vypružení patří listové pružnice (např. u typu Rybák), šroubové pružiny (např. u podvozku Minden-Deutz MD-50) nebo pryžokovové prvky Megi (např. u lokomotiv řad Rb a Rc).

Sekundární vypružení je často realizováno pomocí vinutých pružin, listových pružnic nebo modernějších pryžových prvků. Technologie elastického odpružení, která izoluje vibrace a nárazy, je klíčová pro zlepšení jízdního komfortu.

Brzdové systémy

Brzda v podvozku bývá obvykle řešena jako špalíková (s oboustranným nebo jednostranným obrzděním kol) nebo kotoučová. Moderní konstrukce často využívají kotoučové brzdy, které nabízejí vyšší účinnost a odolnost.

Historický vývoj a klíčové konstrukce

Vývoj podvozků v Americe, zejména ve Spojených státech a Kanadě, předběhl Evropu, což bylo dáno požadavky na přepravu velkých objemů na dlouhé vzdálenosti. V Evropě dominovaly menší národní státy s potřebou únosnosti dvounápravových vozů.

Americké konstrukce

• Podvozek Diamond: Objevil se v USA kolem poloviny 19. století. Pro svou jednoduchost a spolehlivost se rychle rozšířil a stal se dominantním typem u nových nákladních vozů. Starší verze měly ještě některé dřevěné díly. V roce 1941 byly ve Spojených státech vyloučeny z celosíťové dopravy.
• Podvozek Bettendorf: Patentován v roce 1903, navazuje na konstrukci Diamond. Jedná se o tzv. "Three pieces bogie" (podvozek ze tří částí: dvě bočnice a odpružený příčník). Bočnice jsou odlévané a nejsou pevně spojené.

Evropské konstrukce

První podvozkové vozy se na evropských železnicích objevují kolem roku 1860. Zpočátku šlo o jednoduché rámy, často ještě dřevěné, s rozsochami z ocelových pásů. Podvozky s plechovými bočnicemi se začaly objevovat v 70. letech 19. století.

• Podvozek Ringhoffer (1885): Firma Ringhoffer z Prahy na Smíchově přišla s typem podvozku, který se stal základem evropské konstrukční školy. Typické prvky zahrnovaly rozsochové vedení dvojkolí a jednostupňové vypružení listovými pružnicemi.
• Podvozek 26-2.8: V Československu byly a stále jsou rozšířeny tyto podvozky, zavedené v roce 1968 (8. modifikace podvozku 26-2). Byly vyráběny jako zastaralé ještě v roce 1987.
• Podvozek typu Rybák: Poprvé použit firmou Ringhoffer v letech 1910-1917. Vyznačuje se neotočným rámem vedeným vůči skříni čtyřmi čepy uvnitř vinutých pružin.
• Podvozek 8-807.8: Vagónka Studénka jej použila v letech 1973-1984 u motorových vozů ř. 810 a přípojných ř. Blm. Má pouze primární vypružení vinutými pružinami a dvojkolí je vedeno trny.
• Podvozek Talgo: Vyznačuje se individuální nápravou pro každé kolo, což umožňuje změnu rozchodu a eliminuje sinusový pohyb dvojkolí v přímé koleji. Dvojkolí jsou nuceně stavěna do radiální polohy pomocí paralelogramového mechanismu. Koncepce Talgo Pendular přidává uložení pružin na vysokých sloupech pro náklon vozové skříně v oblouku.
• Podvozek Minden-Deutz (MD-50, MD-52): Zkonstruován v roce 1949, stal se typickým pro osobní vozy DB. Má obdélníkový rám, kolébku a vypružení vinutými pružinami. Typické jsou vedení dvojkolí ocelovými pásy a šikmé tlumiče sekundárního vypružení. Typ MD-52 z poloviny 70. let zjednodušil rám na dvojité H a zavedl kotoučové brzdy.
• Podvozek Görlitz V a VI: Görlitz V (konec 50. let) je kolébkového provedení s uzavřeným svařovaným rámem, vedením dvojkolí trny a vypružením vinutými pružinami. Görlitz VI (začátek 70. let) se liší vedením dvojkolí laminátovými pasy.
• Podvozek GP 200 (Görlitz - Praha): Vyvinut ve spolupráci zhořelecké vagonky a VÚKV v 80. letech pro rychlost 200 km/h. Má rám ve tvaru dvojitého H, vedení dvojkolí laminátovými pasy a kotoučovou brzdu.

Podvozky lokomotiv

Vývoj podvozků lokomotiv byl často hnán potřebou dosáhnout vyšších rychlostí a zlepšit jízdní stabilitu.

• Švýcarské lokomotivy (Ae 4/4, Re 4/4II): Švýcarský průmysl vyvinul inovativní konstrukce, včetně čtyřnápravových podvozkových lokomotiv pro rychlost 120 km/h. Využity byly trny pro vedení dvojkolí, šroubové a listové pružiny, podvlečený příčník a otočný čep. Lokomotiva Re 4/4II z roku 1964 představila zavěšení pružin na šikmých závěskách a přenos kroutícího momentu pomocí "Federtopfantrieb".
• Francouzské lokomotivy (CC 7100, BB 9003/9004, BB 16500): Francouzské konstrukce zahrnují šestinápravovou lokomotivu CC 7100 s podvozkem uloženým na svislých sloupkách a individuálním pohonem dvojkolí. Podvozek Jacquemin (později BB 9003/9004) využíval jho spojující ložiskové komory a ojničkové zavěšení. Řada BB 16500 a 17000 měla extrémně krátký rozvor a jednoválcový pohon.
• Německé lokomotivy (E 10, E 40, E 41, E 50): Tyto stroje se vyznačují vedením dvojkolí dvěma trny a vypružením šroubovými pružinami nebo pryžovými prvky.
• Švédské lokomotivy (Rb, Rc): Podvozky s podvlečeným příčníkem, podobně jako u švýcarských lokomotiv, s příčným vypružením skříně pomocí deformace sekundárního vypružení. Vypružení Megi a kloubový hřídel ASEA pro přenos kroutícího momentu.
• ČKD lokomotivy (T 434.0, T 436.0, T 435.0, T 444.0): Českomoravská-Kolben-Daněk vyvinula podvozky pensylvánského typu s jednostupňovým vypružením a později kývačkový podvozek s typickým H rámem.

Moderní trendy a technologie

Současný vývoj podvozků směřuje k:

• Lehké konstrukci: S rostoucím environmentálním povědomím je kladen důraz na snižování hmotnosti podvozků.
• Technologii elastického odpružení: Pro zlepšení stability a jízdního komfortu izolací vibrací a nárazů.
• Technologii aktivního řízení: Využití pokročilých senzorů a řídicích systémů pro další zvýšení výkonu a stability podvozku.
• Pokročilé převodovky: Dvoustupňové řaditelné převodovky (např. ZF Get2) se uplatňují u individuálního pohonu kol pro snížení energetické náročnosti.

Společnost Kolejové pohony má zkušenosti s konstrukcí a výrobou hnacích kolejových vozidel a tahačů pro posun. Pro zrychlení schvalovacího procesu se často využívají podvozky osvědčených lokomotiv, které procházejí kompletní repasí a úpravou pro nové využití.

tags: #prevodovka #podvozek #kolejova