Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Суцільнокатане залізничне колесо, що містить обід (1) з ребордою (гребенем) (2) і поверхнею кочення (3), криволінійний диск (4) хвильової S-подібної форми, утворений радіусними кривими (дугами) радіусами (R1) і (R2), і маточину (5), у якому місце (6) переходу криволінійного диска (4) в обід (1) і місце (7) переходу криволінійного диска (4) в маточину (5) утворені радіусними кривими (дугами) радіусами (R3,R4) і (R5,R6), а лінія (АВ) є середньою лінією радіального перерізу криволінійного диска (4), при цьому точка (А) розташована в місці (6) переходу криволінійного диска (4) в обід (1), а точка (В) розташована в місці (7) переходу криволінійного диска (4) в маточину (5), причому точки (А) і (В) середньої лінії (АВ) криволінійного диска (4) знаходяться на протилежних сторонах від середньохвильової площини (О-О), яка розташована перпендикулярно осі (Х-Х) обертання і перетинає обід (1) по поверхні кочення (3), а середню лінію (АВ) криволінійного диска (4) перетинає в точці перегину (Y), при цьому перша точка (А) і реборда (гребінь) (2) обода (1) знаходяться з одного і того ж боку від середньохвильової площини (О-О), яке відрізняється тим, що криволінійний диск (4) виконаний так, що відношення відстані (H2) від другої точки (В) до середньохвильової площини (О-О) до відстані (H1) від першої точки (А) до середньохвильової площини (О-О) складає Н2/Н1=2,0-2,5, відношення радіуса (R1) ділянки (AY) середньої лінії (АВ) криволінійного диска (4) до радіуса (R2) ділянки (ВY) середньої лінії (АВ) криволінійного диска (4) складає R1/R2=0,4-0,5, площина (Р1), що проходить через середину ширини (f) маточини (5), зміщена щодо площини (Р2), що проходить через середину ширини (h) обода (1), у бік внутрішньої поверхні колеса на величину S=(0,15-0,25) h ширини (h) обода (1), а відношення відстані (Н3) від площини (Р1), що проходить через середину ширини (f) маточини (5), до середньохвильової площини (О-О) до відстані (Н4) від площини (Р2), що проходить через середину ширини (h) обода (1), до середньохвильової площини (О-О) складає Н3/Н4=1,35-1,45.

Текст

Реферат: Суцільнокатане залізничне колесо містить обід (1) з ребордою (гребенем) (2) і поверхнею кочення (3), криволінійний диск (4) хвильової S-подібної форми, утворений радіусними кривими (дугами) радіусами (R1) і (R2), і маточину (5), у якому місце (6) переходу криволінійного диска (4) в обід (1) і місце (7) переходу криволінійного диска (4) в маточину (5) утворені радіусними кривими (дугами) радіусами (R3, R4) і (R5, R6), а лінія (АВ) є середньою лінією радіального перерізу криволінійного диска (4). При цьому точка (А) розташована в місці (6) переходу криволінійного диска (4) в обід (1), а точка (В) розташована в місці (7) переходу криволінійного диска (4) в маточину (5), причому точки (А) і (В) середньої лінії (АВ) криволінійного диска (4) знаходяться на протилежних сторонах від середньохвильової площини (О-О), яка розташована перпендикулярно осі (Х-Х) обертання і перетинає обід (1) по поверхні кочення (3), а середню лінію (АВ) криволінійного диска (4) перетинає в точці перегину (Y). При цьому перша точка (А) і реборда (гребінь) (2) обода (1) знаходяться з одного і того ж боку від середньохвильової площини (О-О). Для збільшення терміну служби колеса криволінійний диск (4) виконаний так, що відношення відстані (H2) від другої точки (В) до середньохвильової площини (О-О) до відстані (H1) від першої точки (А) до середньохвильової площини (О-О) складає Н2/Н1=2,0-2,5. Відношення радіуса (R1) ділянки (AY) середньої лінії (АВ) криволінійного диска (4) до радіуса (R2) ділянки (ВY) середньої лінії (АВ) криволінійного диска (4) складає R 1/R2=0,4-0,5. Площина (Р1), що проходить через середину ширини (f) маточини (5), зміщена щодо площини (Р 2), що проходить через середину ширини (h) обода (1), у бік внутрішньої поверхні колеса на величину UA 106933 C2 (12) UA 106933 C2 S=(0,15-0,25)h ширини (h) обода (1). Відношення відстані (Н3) від площини (Р1), що проходить через середину ширини (f) маточини (5), до середньохвильової площини (О-О) до відстані (Н4) від площини (Р2), що проходить через середину ширини (h) обода (1), до середньохвильової площини (О-О) складає Н3/Н4=1,35-1,45. UA 106933 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до області виробництва дискових коліс залізничних транспортних засобів з диском, виконаним як одне ціле з ободом, і що мають елементи, що зачіпляють рейку. Останнім часом відбувається суттєва зміна умов експлуатації рухомого складу залізничного транспорту, обумовлена зростанням швидкостей руху, що, у свою чергу, приводить до збільшення термомеханічних навантажень в процесі гальмування. В процесі експлуатації суцільнокатане залізничне колесо піддається дії широкого спектра як зовнішніх навантажень з боку колії і з боку елементів рухомого складу, так і дії температурних напруг, що виникають в колесі в процесі гальмування. Фактичні напруги, що виникають внаслідок цього, і переміщення диска колеса, викликані в результаті температурного розширення матеріалу (металу або сплаву), багато в чому визначають стійкість коліс до пошкоджень і, кінець кінцем, термін їх служби. Одним з найважливіших чинників, що впливають на термін служби суцільнокатаного залізничного колеса, є значення сумарних внутрішніх напруг, які виникають при його експлуатації, а також характер розподілу напруг за об'ємом колеса. Виникнення в суцільнокатаному залізничному колесі значних по величині сумарних напруг обумовлено сумісною дією на нього, як нормальних статичних і знакозмінних динамічних навантажень, що діють в радіальному і осьовому напрямах, так і температурних напруг, викликаних тертям гальмівних колодок об обід колеса в процесі гальмування рухомого складу. У разі, коли значення сумарних напруг близькі або тривалий час перевищують межу витривалості матеріалу, з якого виготовлено колесо, в ньому відбувається утворення втомних тріщин, що, у свою чергу, призводить до передчасного руйнування колеса. За несприятливих умов вантаження в суцільнокатаному залізничному колесі спостерігається концентрація діючих напруг від зовнішніх навантажень і температурної дії, при цьому сумарне значення внутрішніх напруг можуть перевищувати межу текучості матеріалу, з якого виготовлено колесо. В цьому випадку в колесі виникають залишкові деформації, які призводять до зміни його експлуатаційних властивостей, що також веде до скорочення терміну його служби. Досвід експлуатації суцільнокатаних залізничних коліс показує, що більшість випадків виходу коліс з ладу унаслідок руйнування диска пов'язана з виникненням значних втомних напруг, при цьому руйнування, як правило, відбувається в місці сполучення диска з ободом. Традиційним шляхом зниження сумарних внутрішніх напруг і їх оптимального розподілу за об'ємом колеса є вибір раціональної конструкції диска суцільнокатаного залізничного колеса, а також взаємного розташування його конструктивних елементів. З рівня техніки відоме суцільнокатане залізничне колесо, що містить обід з ребордою (гребенем), маточину і диск, утворений внутрішньою і зовнішньою поверхнями ["Цельнокатаное колесо для железнодорожного транспорта" RU2085403 (С1), B60B3/02; 27.07.1997] [1]. У відомому суцільнокатаному залізничному колесі [1] зовнішня і внутрішня поверхні, які утворюють диск колеса, виконані прямолінійними і розташованими під кутом 71-75° до осі колеса. Недоліками відомого суцільнокатаного залізничного колеса є нерівномірний розподіл сумарної внутрішньої напруги за об'ємом колеса і значне осьове переміщення обода колеса щодо маточини, що, у свою чергу, призводить до скорочення його терміну служби. Ці недоліки обумовлені високими значеннями внутрішніх напруг на внутрішній поверхні диска в місці його сполучення з ободом, які викликані дією зовнішніх навантажень, і високими значеннями внутрішніх напруг на зовнішній поверхні диска в місці його сполучення з маточиною, які, у свою чергу, обумовлені сумісною дією значних температурних напруг, викликаних тертям гальмівних колодок об обід колеса в процесі гальмування, і бічними навантаженнями на реборду (гребінь) колеса при проходженні рухомим складом кривих ділянок залізничної колії. З рівня техніки відоме суцільнокатане залізничне колесо, що містить обід з ребордою (гребенем), маточину і диск, утворений зовнішньою і внутрішньою криволінійними поверхнями ["Цельнокатаное колесо для железнодорожного транспорта" SU1139647 (А1) B60B17/00; 15.02.1985] [2]. У відомому колесі центральна лінія осьового перерізу диска в місці його сполучення з ободом співпадає в осьовому напрямі з центральною лінією осьового перерізу диска в місці його сполучення з маточиною. Таке виконання суцільнокатаного залізничного колеса дозволяє понизити значення напруг в місці сполучення диска колеса з ободом в порівнянні з попередньою конструкцією. Недоліками відомого колеса є нерівномірний розподіл сумарних внутрішніх напруг за об'ємом колеса, а також велике значення осьового зміщення обода колеса. 1 UA 106933 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ці недоліки обумовлені високими значеннями внутрішньої напруги на внутрішній поверхні в центральній частині диска, викликаних дією зовнішніх навантажень при нагріванні в процесі гальмування або при проходженні рухомим складом кривих ділянок рейкової колії (при підвищених бічних навантаженнях на гребінь), що, у свою чергу, призводить до зменшення терміну служби колеса. З рівня техніки відоме суцільнокатане залізничне колесо, що містить обід з ребордою (гребенем), маточину і диск, утворений зовнішньою і внутрішньою криволінійними поверхнями ["Цельнокатаное железнодорожное колесо и способ его изготовления" RU2259279 (С1), B60B3/02; 27.08.2005] [3]. У відомому колесі [3] зміщення центральної лінії осьового перерізу диска в місці його сполучення з ободом щодо центральної лінії осьового перерізу диска в місці його сполучення з маточиною знаходиться в інтервалі від 10 до 25 мм. Таке виконання суцільнокатаного залізничного колеса дозволяє понизити значення напруг на внутрішній поверхні в центральній частині диска, а також понизити значення осьового зміщення обода колеса при нагріванні в процесі гальмування або при проходженні рухомим складом кривих ділянок рейкової колії в порівнянні з попередньою конструкцією. Недоліком відомого колеса є нерівномірний розподіл сумарних внутрішніх напруг за об'ємом колеса. Цей недолік обумовлений великим значенням вигину центральної частини диска колеса, що, у свою чергу, обумовлює значні температурні напруги на внутрішній поверхні в центральній частині диска колеса. Це створює передумови для розвитку втомних тріщин і призводить, у свою чергу, до зменшення терміну служби колеса. З рівня техніки відоме суцільнокатане залізничне колесо, що містить обід з ребордою (гребенем) і поверхнею кочення, криволінійний диск хвильової S-подібної форми, утворений радіусними кривими (дугами), і маточину, у якому місце переходу криволінійного диска в обід і місце переходу криволінійного диска в маточину утворені радіусними кривими (дугами), а лінія (АВ) є середньою лінією радіального перерізу криволінійного диска, при цьому точка (А) розташована в місці переходу криволінійного диска в обід, а точка (В) розташована в місці переходу криволінійного диска в маточину, причому точки (А) і (В) середньої лінії (АВ) криволінійного диска знаходяться на протилежних сторонах від середньохвильової площини (ОО), яка розташована перпендикулярно осі (Х-Х) обертання і перетинає обід по поверхні кочення, а середню лінію (АВ) криволінійного диска перетинає в точці перегину (Y), при цьому перша точка (А) і реборда (гребінь) обода знаходяться з одного і того ж боку від середньохвильової площини (О-О) ["Bending resistant railway vehicle wheel of steel" EP 0 798 136 (B2) 01.10.1997; B60B17/00] [4]. У відомому колесі [4] центральна лінія осьового перерізу диска має хвильову S-подібну форму великої кривизни і розташована симетрично щодо точки її перегину (Y). Таке виконання суцільнокатаного залізничного колеса дозволяє декілька понизити значення напруг при нагріванні в процесі гальмування. Недоліком відомого колеса є значні осьові переміщення обода колеса, які виникають від статичних і динамічних навантажень, що діють в радіальному і осьовому напрямах, а також від температурних напруг, викликаних тертям гальмівних колодок об обід колеса в процесі гальмування рухомого складу. Через це створюються передумови для інтенсивного зносу колії і поверхні кочення обода, що призводить, у свою чергу, до зменшення терміну служби колеса. З рівня техніки відоме найбільш близьке за призначенням, технічній суті, кількості загальних ознак і технічному результату, що досягається, - суцільнокатане залізничне колесо, що містить обід з ребордою (гребенем) і поверхнею кочення, криволінійний диск хвильової S-подібної форми, утворений радіусними кривими (дугами), і маточину, у якому місце переходу криволінійного диска в обід і місце переходу криволінійного диска в маточину утворені радіусними кривими (дугами), а лінія (АВ) є середньою лінією радіального перерізу криволінійного диска, при цьому точка (А) розташована в місці переходу криволінійного диска в обід, а точка (В) розташована в місці переходу криволінійного диска в маточину, причому точки (А) і (В) середньої лінії (АВ) криволінійного диска знаходяться на протилежних сторонах від середньохвильової площини (О-О), яка розташована перпендикулярно осі (Х-Х) обертання і перетинає обід по поверхні кочення, а середню лінію (АВ) криволінійного диска перетинає в точці перегину (Y), при цьому перша точка (А) і реборда (гребінь) обода знаходяться з одного і того ж боку від середньохвильової площини (О-О) ["Zelezncni kolo" CZ8688 (U1) (ZDB A.S.) (Bonatrans AS) (CZ), B60B3/00: B60B3/02; 25.05.1999] [5]. 2 UA 106933 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У відомому колесі [5] центральна лінія осьового перерізу диска хвильової S-подібної форми розташована несиметрично щодо точки її перегину (Y), яка зміщена у бік обода, центральна лінія осьового перерізу в приобідній частині від точки перегину має велику кривизну, а відношення між відстанню по вертикалі другої точки (В) від середньохвильової площини (О-О) і відстанню по вертикалі першої точки (А) від середньої площини (О) більше одиниці. Таке виконання суцільнокатаного залізничного колеса дозволяє понизити значення осьових переміщень обода колеса при нагріванні в процесі гальмування, але недостатньо описує співвідношення між кривизною приобідної і приматочинної частинами. Недоліком відомого колеса є значні напруги в диску колеса при нагріванні в процесі гальмування. Цей недолік обумовлений невеликою площею конвекції і великою кривизною приобідної частини диска колеса, що створює передумови для виникнення значних термічних напруг в диску при нагріванні в процесі гальмування і призводить, у свою чергу, до зменшення терміну служби колеса. Крім того, у зв'язку з тим, що відношення між відстанню по вертикалі другої точки (В) від середньохвильової площини (О-О) і відстанню по вертикалі першої точки (А) від середньохвильової площини (О-О) більше одиниці, спричиняє за собою технічну невизначеність вибору цього співвідношення для досягнення згаданого технічного результату. Згадана технічна невизначеність вибору цього співвідношення полягає в тому, що невідоме чи досягається вказаний технічний результат у випадках, коли це співвідношення рівне, наприклад, 0,5, або 1,5, або 5, або 10, або 50, що веде до того, що промислова придатність відомого суцільнокатаного залізничного колеса [5] неможлива повною мірою, і фактично повинно було бути обмежено оптимальним діапазоном значень. Технічною задачею, на вирішення якої направлений винахід, є удосконалення конструкції суцільнокатаного залізничного колеса шляхом оптимізації форми і геометричних параметрів його обода так, щоб було досягнуте зниження величини осьових поперечних переміщень обода за рахунок оптимального розподілу сумарної внутрішньої напруги за об'ємом колеса, які виникають від статичних і динамічних навантажень, що діють в радіальному і осьовому напрямах, а також від температурних напруг, викликаних тертям гальмівних колодок об обід колеса в процесі гальмування рухомого складу. Технічний результат, який досягається при рішенні поставленої технічної задачі, полягає в збільшенні терміну служби колеса, а також в зниженні інтенсивності зносу залізничної колії. Поставлена технічна задача вирішується, а технічний результат досягається тим, що в суцільнокатаному залізничному колесі, що містить обід з ребордою (гребенем) і поверхнею кочення, криволінійний диск хвильової S-подібної форми, утворений радіусними кривими (дугами), і маточину, у якому місце переходу криволінійного диска в обід і місце переходу криволінійного диска в маточину утворені радіусними кривими (дугами), а лінія (АВ) є середньою лінією радіального перерізу криволінійного диска, при цьому точка (А) розташована в місці переходу криволінійного диска в обід, а точка (В) розташована в місці переходу криволінійного диска в маточину, причому точки (А) і (В) середньої лінії (АВ) криволінійного диска знаходяться на протилежних сторонах від середньохвильової площини (О-О), яка розташована перпендикулярно осі (Х-Х) обертання і перетинає обід по поверхні кочення, а середню лінію (АВ) криволінійного диска перетинає в точці перегину (Y), при цьому перша точка (А) і реборда (гребінь) обода знаходяться з одного і того ж боку від середньохвильової площини (О-О), згідно з винаходом, криволінійний диск виконаний так, що відношення відстані (H 2) від другої точки (В) до середньохвильової площини (О-О) до відстані (H1) від першої точки (А) до середньохвильової площини (О-О) складає Н2/Н1=2,0-2,5, відношення радіуса (R1) ділянки (AY) середньої лінії (АВ) криволінійного диска до радіусу (R 2) ділянки (ВY) середньої лінії (АВ) криволінійного диска складає R1/R2=0,4-0,5, площина (Р1), що проходить через середину ширини (f) маточини, зміщена щодо площини (Р2), що проходить через середину ширини (h) обода, у бік внутрішньої поверхні колеса на величину S=(0,15-0,25) h ширини (h) обода, а відношення відстані (Н3) від площини (Р1), що проходить через середину ширини (f) маточини, до середньохвильової площини (О-О) до відстані (Н4) від площини (Р2), що проходить через середину ширини (h) обода, до середньохвильової площини (О-О) складає Н3/Н4=1,35-1,45. При такому виконанні і оптимізації форми і геометричних параметрів диска, метал суцільнокатаного залізничного колеса має велику провідність тепла в приобідній частині, велику теплоємність і велику площу конвекції приматочинної частини. За рахунок невеликої кривизни приматочинної частини диска, точка перегину (Y) центральної лінії (АВ) осьового перерізу диска зміщена у бік обода. 3 UA 106933 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В результаті цього досягається зниження величини осьових поперечних переміщень обода за рахунок оптимального розподілу сумарних внутрішніх напруг за об'ємом колеса, які виникають від статичних і динамічних навантажень, що діють в радіальному і осьовому напрямах, а також від температурних напруг, викликаних тертям гальмівних колодок об обід колеса в процесі гальмування рухомого складу, що забезпечує збільшення терміну служби колеса, а також зниження інтенсивності зносу залізничної колії. Дослідним шляхом встановлено, що збільшення відношення відстані (H 1) до відстані (H2) більше вказаного діапазону (Н2/Н1>2,5) приводить до великих зміщень в приобідній частині диска колеса в осьовому напрямі, що створює передумови для значних осьових переміщень обода колеса при нагріванні в процесі гальмування. Дослідним шляхом також встановлено, що зменшення відношення відстані (H2) до відстані (H1) менше вказаного діапазону (Н2/Н10,5) приводить до збільшення напруг в приматочинній частині диска від поперечних (осьових) силових і термічних навантажень, що виникають в процесі гальмування. Дослідним шляхом також встановлено, що зменшення співвідношення радіуса (R1) до радіуса (R2) менше вказаного діапазону (R1/R2 0,25h) призводить до інтенсивнішого зносу реборди (гребеня) колеса і залізничної колії. Дослідним шляхом також встановлено, що навіть незначне зменшення зміщення площини (Р1), що проходить через середину ширини (f) маточини, щодо площини (Р 2), що проходить через середину ширини (h) обода, чим у вказаному діапазоні (S 1,45) призводить до великих зміщень в приобідній частині диска колеса в осьовому напрямі від поперечних (осьових) силових навантажень, що створює передумови для інтенсивнішого зносу поверхні кочення колеса і залізничної колії. Дослідним шляхом також встановлено, що зменшення відношення відстані (H 3) до відстані (H4) менше вказаного діапазону (Н3/Н4

Дивитися

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: B60B 17/00, B60B 3/00

Мітки: залізничне, колесо, суцільнокатане

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/10-106933-sucilnokatane-zaliznichne-koleso.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Суцільнокатане залізничне колесо</a>

Подібні патенти