Залізничне колесо

Реферат: Залізничне колесо з тілом (1) колеса і прикріпленими до нього з двох сторін, кріпильними елементами, гальмовими дисками (2), крім того, принаймні на відповідних ділянках прилягання гальмових дисків (2) до тіла (1) колеса розміщена здатна витримувати високі механічні і термічні навантаження прокладка (7). UA 100875 C2 (12) UA 100875 C2 UA 100875 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Даний винахід стосується залізничного колеса з тілом колеса і прикріпленими до нього з двох сторін кріпильними елементами гальмівними дисками. На відомих залізничних колесах гальмівні диски кріпляться на тілі колеса з двох боків за допомогою множини розподілених по колу кріпильних елементів, котрими, як правило, є наскрізні болти. У такому колесі гальмівні диски, разом зі сформованими на них ребрами охолодження, центрувальними та кріпильними проймами, прилягають безпосередньо до тіла колеса, а саме до його широкої перемикальної частини, що з'єднує маточину колеса з його ободом. Але внаслідок безпосереднього прилягання гальмівних дисків до тіла колеса виникають значні проблеми у процесі його експлуатації. Так, під час гальмування утворюється осьовий температурний градієнт, який зумовлює появу значних перевищень тиску на одиницю поверхні по радіусу назовні гальмівного диска між перемичкою колеса і ділянками прилягання. (Якщо б гальмівні диски не були згвинченими з тілом колеса, то вони приймали б форму тарілчастих пружин). Крім того, кільцеподібні гальмівні диски є схильними під дією внутрішніх напружень розтягування на поверхнях тертя, які виникають внаслідок високих термічних навантажень, приймати тарілчасту форму, протилежну вищезгаданій. Далі, у холодному стані виникають перевищення тиску навантаження на одиницю поверхні у середній по радіусу частині ділянок прилягання. Таким чином, внаслідок зумовленого такими термічними ефектами явища "дихання" гальмівного диску, тобто його періодичного радіального стискання і розтягування, у результаті багатократного гальмування виникає так зване тертя ковзання на ділянках прилягання. Внаслідок вищезгаданих перевищень тиску на одиницю поверхні виникає, передусім при високих зусиллях гальмування, роз'їдання між гальмівним диском та тілом колеса на ділянці його прилягання, тобто локальні пластичні деформації в перемичці колеса, що з бігом часу може призводити до появи в колесі ушкоджень, наприклад утворення тріщин. ЕР 0 360 435 А1 описує залізничне колесо, в якому між колесом та гальмівними дисками колеса розташовані сегментні підкладки, за допомогою яких здійснюється перерозподіл сил гальмування колеса між гальмівними дисками та колесом, де ці підкладки кріпляться до гальмівних дисків з одного боку та з іншого боку прикріплені до колеса, де таким з'єднанням також вирішується проблема, пов'язана з тепловим радіальним розширенням гальмівних дисків. Публікація DE 296 04 157 U1 описує залізничне колесо, в якому між центром колеса та поверхнею опору гальмівних дисків колеса розміщено теплоізоляційні елементи, що наразі не вирішують проблеми, що з'являється перед винаходом. Публікація ЕР 0 429 211 А1 не містить жодних посилань на радіально орієнтовні розсувні елементи, які розташовані у канавках гальмівних дисків колеса, що мають форму хвоста ластівки, та уможливлюють радіальне розширення гальмівних дисків колеса. Метою даного винаходу є вдосконалення залізничного колеса описаного вище типу таким чином, щоб за допомогою найпростіших конструктивних засобів запобігти виникненню в ньому зумовлених експлуатацією перенапружень і тим самим у цілому збільшити його довговічність. Поставлена мета досягається в залізничному колесі з тілом колеса і прикріпленими до нього з двох сторін кріпильними елементами гальмівними дисками, в якому принаймні на відповідних ділянках прилягання гальмівних дисків до тіла колеса розміщена здатна витримувати високі механічні і термічні навантаження прокладка. Використання прокладки, здатної працювати в умовах високих механічних та термічних навантажень, принаймні на відповідній ділянці прилягання між гальмівним диском і тілом колеса запобігає виникненню роз'їдання і разом з цим - ушкодженню колеса. Зумовлені термічними ефектами радіальні деформації гальмівного диска, що виникають під час гальмування і є відомими в рівні техніки під назвою "дихання" гальмівного диска, не викликають при наявності зазначеної прокладки будь-яких наслідків, оскільки така прокладка працює як ковзний шар, по котрому відповідним чином ковзає гальмівний диск, коли прокладка утримується нерухомо в радіальному напрямку на тілі колеса, або ця прокладка разом зі скріпленим з нею гальмівним диском переміщується ковзанням відносно тіла колеса. При цьому є доцільним, щоб площинні виміри прокладки були принаймні не меншими відповідних вимірів ділянки прилягання гальмівного диска, що дозволяє знизити тиск на одиницю поверхні. Разом з цим відвертається явище роз'їдання або пластичної деформації в перемичці колеса, що дозволяє ефективно запобігати утворенню тріщин, зумовленому зазначеним явищем. 1 UA 100875 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Цілком природно, що запропоноване рішення дозволяє значно збільшити довговічність у цілому залізничного колеса, а також значно поліпшити його експлуатаційну надійність. Крім того, є доцільним виконувати зазначену прокладку із листового металу, твердість якого набагато перевищує твердість чи міцність перемички колеса. Було встановлено, що даній цілі ідеальним чином відповідає листова нержавіюча сталь з полірованими поверхнями, яка зазвичай постачається у формі прокату завтовшки приблизно 1 2 мм з міцністю при розтяганні >1000 Н/мм . Цілком зрозуміло, що це не обмежує застосування листової сталі іншої товщини. В одному із варіантів здійснення винаходу запропоновані прокладки складаються із сегментів кільця, що прилягають один до одного, вишукуючись по колу. При цьому сегменти кільця можуть мати кутовий розмір, наприклад, 30°, 60°, 120° або 180°. Цілком зрозуміло, що в принципі прокладка може бути виконана у формі суцільного кільця із листового металу. Фіксація сегментів кільця у радіальному напрямку може здійснюватися за допомогою фасонних або фрикційних замків. Фасонний замок може розташовуватися на перемичці колеса або на стороні прилягання гальмівного диска. Фрикційний ключ, напроти, реалізується шляхом відповідного надмірного затискання за допомогою болтового сполучення, яким гальмівні диски закріплюються на перемичці або тілі колеса. При фіксації фасонним замком у перемичці колеса створюють уступи, в котрі поміщують прокладки і котрі, таким чином, забезпечують їхнє нерухоме положення в радіальному напрямку. В кращому варіанті здійснення даного винаходу для пропускання болтів крізь прокладки в останніх передбачені відповідні отвори, в яких утримуються втулки, які виступають з обох боків із перемички колеса. При цьому зовнішній діаметр втулок приблизно відповідає діаметру в світлі отворів у прокладках. В іншому варіанті здійснення даного винаходу прокладки на ділянках перекриття з отворами мають загини кромок у формі комірців, які виступають усередину отворів настільки, що своїм зовнішній діаметром приблизно відповідають діаметру в світлі отворів. У ще одному варіанті здійснення даного винаходу гальмівні диски на їхній повернутій убік перемички колеса ділянці прилягання мають уступи, в котрі закладається і ними утримується нерухомо в радіальному напрямку одна з прокладок. В іншому варіанті здійснення винаходу прокладки виконані у формі сегментів кільця, кожний з яких має на зовнішньому колі сегмент прилягання, що утворює відповідну кінцеву ділянку, а на внутрішньому колі - розташований по центру сегмент прилягання. При цьому зазначені сегменти прилягання прилягають до уступів гальмівних дисків. В ще кращому варіанті здійснення даного винаходу в прокладках на ділянках перекриття ними ковзних виступів, розташованих між перемичкою колеса і гальмівними дисками, шляхом штампування сформовані вирізки, розміри яких у плані відповідають розмірам ковзних виступів. При цьому ковзні виступи входять у відповідні їм вирізки, забезпечуючи, таким чином, фасонну фіксацію їхнього положення на перемичці колеса. Нижче описані деякі приклади здійснення винаходу з поясненнями на доданих фігурах креслення, де показані: - на Фіг. 1 - частковий бічний розріз залізничного колеса згідно з одним із прикладів здійснення даного винаходу; - на Фіг. 2 і 3 - часткові розрізи у збільшеному вигляді (аналогічні Фіг. 1) згідно з іншими прикладами здійснення даного винаходу; - на Фіг. 4 - вигляд зверху частини залізничного колеса згідно з даним винаходом; - на Фіг. 5 - частковий бічний розріз у збільшеному вигляді згідно з ще одним прикладом здійснення даного винаходу. На Фіг. 1 показана в розрізі частина залізничного колеса, в котрій на тілі 1 колеса закріплені гальмівні диски 2. На цьому розрізі показані перемичка 3 тіла 1 колеса, яка має дві широкі поверхні прилягання, що простягаються по радіусу, отвір 14 з введеним у нього болтом 6, котрим гальмівні диски 2 закріплюються на тілі 1 колеса. Кожний із болтів 6, розташованих по колу з однаковими кутовими інтервалами, є введеним у кріпильну пройму 5 відповідного гальмівного диска 2, яка на лобовій стороні так само, як ребра 4 охолодження гальмівного диска, утворює ділянку прилягання до перемички 3 колеса. Між ділянками прилягання кріпильної пройми 5 і ребер 4 охолодження з одного боку та перемички 3 колеса з іншого боку розміщена додана відповідному гальмівному диску 2 2 UA 100875 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 прокладка 7, до котрої, таким чином, з одного боку прилягає перемичка 3 колеса, а з іншого ділянка прилягання гальмівного диска 2. Прокладка 7 виконується із матеріалу, здатного працювати в умовах великих механічних і термічних навантажень. Таким матеріалом у кращому варіанті є холоднокатана сталь з твердістю або міцністю, більшою, ніж у перемички 3 колеса. Як можна добре бачити на Фіг. 4, прокладки 7 виконані у формі рівномірно розподілених по колу сегментів кільця. Кількість їх може бути різною. Наприклад, у тому випадку, коли колесо має дванадцять болтів 6, такою ж може бути кількість і сегментів кільця, величина кожного з котрих, таким чином, у кутовому вимірі складає 30°. Для забезпечення нерухомого положення прокладок 7 по радіусу в кращому варіанті використовують фіксацію фасонним замком, для чого у прикладі, ілюстрованому на Фіг. 1, у перемичці 3 колеса створюють уступи 8, в котрі поміщують прокладки 7 і котрі, таким чином, забезпечують їхнє нерухоме положення в радіальному напрямку. Для перепускання болтів 6 крізь прокладки 7 в останніх передбачені відповідні отвори. У прикладі здійснення винаходу, ілюстрованому на Фіг. 2, де так само, як на Фіг. 3 і Фіг. 5, у збільшеному вигляді відображена ділянка прилягання прокладок 7, фіксація прокладок по радіусу в обох напрямках, тобто назовні та усередину, забезпечується втулкою 9, яка вкладається в отвір 14 і утримується в ньому нерухомо по осі. При цьому втулка 9 виступає з обох боків перемички 3 колеса принаймні на товщину прокладки 7. Зовнішній діаметр втулки 9 відповідає діаметру у світлі центрального отвору прокладки 7, завдяки чому з одного боку є можливість прокладку вільно насаджувати, а з іншого - утримувати від пересування в бічному напрямку. У варіантах здійснення винаходу, ілюстрованих на Фіг. 1 і 2, це забезпечує фіксацію прокладок 7 на перемичці 3 колеса. Завдяки приляганню на великій поверхні прокладок 7 до перемички 3 колеса, зовнішній радіус якої визначається радіальним розміром ребер 4 охолодження, котрі по суті утворюють собою зовнішню частину ділянки прилягання, відвертається виникнення більш-менш суттєвої різниці температури, між прокладкою і перемичкою колеса, а разом з цим - і зумовленого термічним впливом надмірного притискання листових прокладок до колеса. Ковзання листових прокладок по перемичці колеса не відбувається. З іншого боку, гальмівний диск 2, що спирається на відповідну прокладку, ковзає під дією зумовлених термічними ефектами деформацій в радіальному напрямку по прокладці 7, завдяки чому явище роз'їдання або ушкодження перемички колеса тут виключається. У місці, аналогічному розглянутому вище, забезпечується фіксація прокладок 7 на перемичці 3 колеса також у прикладі здійснення винаходу, ілюстрованому на Фіг. 5. Для цього прокладки 7 на ділянці отворів 14 перемички 3 колеса мають загини кромок 13 на зразок комірців і виступають усередину отвору 14 настільки, що своїм зовнішнім діаметром вони приблизно відповідають діаметру у світлі отвору 14. Завдяки цьому забезпечується нерухомість прокладок по радіусу в обох напрямках. На Фіг. 3 показаний ще один приклад фіксації прокладок 7. У цьому варіанті гальмівні диски 2 на їхній повернутій убік перемички 3 колеса ділянці прилягання мають уступи 10, в котрі закладається і ними утримуються нерухомо в радіальному напрямку прокладки 7. При зумовлених температурою розтягуванні та стисканні гальмівних дисків 2 у радіальному напрямку разом з ними в такій самій мірі переміщуються також відповідні прокладки 7, внаслідок чого прокладки 7 практично ковзають по перемичці 3 колеса. На Фіг. 4 показаний ще один спосіб радіальної фіксації прокладок 7, який полягає в тому, що в цих прокладках на ділянках перекриття ними ковзних виступів 11, розташованих між перемичкою 3 колеса і гальмівними дисками 2, шляхом штампування сформовані вирізки, розміри яких у плані відповідають розмірам ковзних виступів 11 При цьому ковзні виступи 11 входять у відповідні їм вирізки, забезпечуючи, таким чином, фасонну фіксацію їхнього положення на перемичці 3 колеса. Оскільки між гальмівним диском 2 і прокладкою 7 при гальмуванні виникає різниця температур, прокладці 7 надається така форма, щоб різниці у кривині не призводили до будьякого надмірного стискання. Таким чином, форма прокладки 7 передбачає наявність на її зовнішній і внутрішній крайках сегментів 12 прилягання до відповідних ступінчастих кантів уступів 8 і 10 (Фіг. 4). У принципі прокладка може являти собою одну деталь у формі суцільного кільця. Проте у зв'язку з великими діаметрами гальмівних дисків 2 у залізничних колесах є значно дешевше 3 UA 100875 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 укладати її сегментами кільця, сформованими за допомогою процесів штампування, лазерного або водно-струминного різання. У прикладі здійснення винаходу, ілюстрованому на Фіг. 4, прокладка 7 складається із 60° сегментів кільця з двома сегментами 12 прилягання по зовнішній крайці та одним сегментом 12 прилягання по внутрішній крайці, який розміщується по центру, в той час зовнішні сегменти прилягання розміщені на зовнішніх по довжині ділянках крайки, забезпечуючи, таким чином, триточкове прилягання, котре дозволяє запобігати вищезгаданому надмірному стисканню від різниці у кривині. Позначення на кресленнях 1 Тіло колеса 2 Гальмівний диск 3 Перемичка колеса 4 Ребра охолодження 5 Кріпильна пройма 6 Болти 7 Прокладка 8 Уступ 9 Втулка 10 Уступ 11 Ковзний виступ 12 Сегмент прилягання 13 Загин кромки 14 Отвір ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Залізничне колесо з тілом (1) колеса і прикріпленими до нього з двох сторін, кріпильними елементами, гальмівними дисками (2), яке відрізняється тим, що принаймні на відповідних ділянках прилягання гальмівних дисків (2) до тіла (1) колеса розміщена прокладка (7), що здатна витримувати високі механічні і термічні навантаження, при цьому прокладка (7) виконана із листового металу нержавіючої сталі, яка має міцність, вищу, ніж у тіла (1) колеса або у перемички (3) колеса і має поліровану поверхню. 2. Залізничне колесо за п. 1, яке відрізняється тим, що листовий метал має міцність при 2 розтяганні >1000 Н/мм . 3. Залізничне колесо за п. 1 або 2, яке відрізняється тим, що кожна прокладка (7) виконана у формі кільця. 4. Залізничне колесо за п. 3, яке відрізняється тим, що прокладки (7) виконані у формі сегментів кільця. 5. Залізничне колесо за п. 4, яке відрізняється тим, що сегменти кільця мають однакову величину. 6. Залізничне колесо за п. 5, яке відрізняється тим, що сегменти кільця заключають у собі однаковий кут. 7. Залізничне колесо за п. 4, яке відрізняється тим, що сегменти кільця, в разі потреби, заключають у собі кут 30°, 60°, 120° або 180°. 8. Залізничне колесо за одним із попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що радіальний розмір прокладок (7) відповідає принаймні максимальному радіальному розміру ділянки прилягання гальмівного диска. 9. Залізничне колесо за одним із попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що прокладки (7) утримуються на тілі (1) колеса нерухомо в радіальному напрямку. 10. Залізничне колесо за одним із попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що прокладки (7) утримуються на відповідних гальмівних дисках (2) нерухомо в радіальному напрямку. 11. Залізничне колесо за одним із попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що прокладки (7) входять в уступи (8) тіла (1) колеса або перемички (3) колеса. 12. Залізничне колесо за одним із попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що в перемичці (3) колеса, в отворах (14) для пропускання болтів (6) для кріплення гальмівних дисків (2) утримуються втулки (9), які виступають з обох боків із перемички (3) колеса і проходять в отвори прокладок (7), причому зовнішній діаметр втулок (9) приблизно відповідає діаметру в світлі отворів у прокладках (7). 13. Залізничне колесо за одним із попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що прокладки (7) на ділянках перекриття з отворами (14) мають загини (13) у формі комірців, які виступають в 4 UA 100875 C2 5 10 отвори (14), причому зовнішній діаметр загинів (13) приблизно відповідає діаметру в світлі отворів (14). 14. Залізничне колесо за одним із попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що прокладка (7) для радіальної фіксації входить в уступи (10) ділянок прилягання гальмівних дисків (2). 15. Залізничне колесо за п. 4, яке відрізняється тим, що кожний сегмент кільця має на зовнішньому колі сегмент (12) прилягання, що утворює відповідну кінцеву ділянку, а на внутрішньому колі - розташований по центру сегмент (12) прилягання, причому зазначені сегменти (12) прилягання прилягають до меж уступів (8, 10). 16. Залізничне колесо за одним із попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що містить ковзні виступи (11), які розташовані між гальмівними дисками (2) з одного боку і перемичкою (3) колеса з іншого боку, при цьому прокладки (7) на ділянці перекриття з ковзними виступами (11) мають, виконані шляхом штампування, вирізки, з якими входять у зчеплення ковзні виступи (11), причому розміри в плані ковзних виступів (11) приблизно відповідають розмірам у плані відповідних штампованих вирізок. 5 UA 100875 C2 6 UA 100875 C2 7 UA 100875 C2 8 UA 100875 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9