Колесо вантажного залізничного вагона

Реферат: Колесо вантажного залізничного вагона характеризується гладко спряженими твірними поверхні гребеня, поверхні викружки та поверхні катання. Для плавного переміщення плями контакту з конічної частини поверхні катання на гребінь, зокрема при русі вагонів на кривих ділянках колії з малими радіусами кривизни, профіль обода колеса окреслений дугами кіл радіусів R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 та спряженими з ними відрізками прямих з різним ухилом. При цьому положення центрів кіл, до яких належать зазначені дуги, відносно точки О, розташованої на пересіченні кола катання з твірною поверхні катання, і порядок спряження окремих частин профілю обрані залежно від фактичної товщини гребеня Δ, що знаходиться в інтервалі від 29 до 33. UA 84375 U (12) UA 84375 U UA 84375 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до конструкції коліс рухомого складу залізничного транспорту, а конкретніше - до форм профілю ободів коліс вантажних залізничних вагонів. Тут і далі терміном "профіль ободу" позначена складена твірна, яка задає гладко спряжені неробочу й робочу поверхні гребеня, поверхню викружки та поверхню катання залізничного колеса, терміном "викружка" позначена така частина ободу, що забезпечує гладке спряження робочої поверхні гребеня й поверхні катання залізничного колеса, а застосовуваний для спрощення опису термін "вагон" слід розуміти як будь-який вантажний залізничний екіпаж, включаючи піввагони, хопери, платформи тощо. Добре відомо, що знос залізничних коліс і головок рейок істотно залежить від досконалості форм їх контактних поверхонь. Але зміна профілю головок стандартних рейок Р65 потребує значних витрат на переоснащення рейкопрокатних станів, виготовлення нових рейок і перешивання десятків тисяч кілометрів магістральних і станційних колій. Тому актуальну для країн СНД проблему зниження зносу коліс і головок рейок доцільно вирішувати насамперед оптимізацією профілю ободу коліс. Також відомо, що під час руху обід стандартного колеса залізничного вагона (ГОСТ 9036-88. Колёса цельнокатаные. Конструкции и размеры, черт.2) контактує з бічною гранню головки рейки робочою поверхнею гребеня, а викружка практично не взаємодіє з рейкою. Це обумовлює значний і, звичайно, нерівномірний знос коліс і головок рейок, підріз і гострокінцевий накат гребенів, підвищену динамічну дію коліс на колію, а по мірі зносу коліс - різке погіршення динамічних якостей вагонів і відповідне зниження критичної швидкості їх руху. У деяких випадках (у першу чергу, для порожніх вантажних вагонів на візках моделі 18-100) вона стає нижче 70 км/год. З урахуванням форми рейок типу Р65 і даних про середньо-мережний знос гребенів коліс вже давно був запропонований дещо вдосконалений профіль ободу коліс для вагонів [Голутвина Т.К. Новый профиль вагонного колеса / Железнодорожный транспорт, 1979. - № 3. С. 47-49]. Однак колеса з таким профілем ободу не знайшли широкого застосування. Більш ефективними виявилися залізничні колеса, профілі ободів яких задані послідовно ускладнюваними нелінійними рівняннями (SU 1240637; SU 1695601 і SU 1794694). Підчас руху ці колеса контактують з рейками конічною частиною поверхні катання, середньою частиною викружки або робочою поверхнею гребеня, а плями контакту розташовуються ближче до бічної поверхні головок рейок, тоді як верхні частини цих головок практично не працюють. Ці колеса дотепер використовують у СНД в локомотивних візках, де навантаження на кожну вісь стабільно значне. Але їх застосування у візках вантажних вагонів, для яких характерне перемінне навантаження на вісь, небажане через погіршення динамічних характеристик цих вагонів. Дослідження умов взаємодії в зонах контакту коліс і рейок дозволило створити залізничне колесо з досконалішим профілем ободу (UA1182 U). Згаданий профіль - це твірна, що складається зі спряжених відрізків прямих і дуг кіл радіусів R1 = 13,5 мм, R2 = 17,7 мм та R3 = 38 мм. Було зазначено, що положення центрів кіл цих дуг щодо точки 0, розташованої на пересіченні середнього радіуса кола катання з твірною поверхні катання, і що координати точок спряження відрізків прямих профілю слід обирати залежно від фактичної товщини Δi гребеня, яка знаходиться в інтервалі від 30 до 34 мм. Зокрема для ремонтних та нових коліс, що мають фактичну товщину гребеня відповідно Δmin = 30 мм та Δmах = 34 мм, були детально задані координати центрів кіл зазначених дуг, умови їх спряження відрізками прямих і геометричні параметри цих відрізків та координати граничних точок твірної профілю. Також було вказано, що для довільної фактичної товщини Δ гребеня в зазначеному інтервалі значення координат і профілі ободу знаходять інтерполяцією в проміжку між вказаними граничними значеннями координат і крайніми профілями. Як нові, так і ремонтні колеса з конкретним профілем, вибраним у зазначених вище межах, характеризуються більш гладким спряженням поверхні катання з робочою поверхнею гребеня. Тому знижується імовірність силового контакту гребенів таких коліс із бічними гранями головок рейок навіть на дільницях колії з малими (< 350 м) радіусами кривизни. Експериментально було встановлено, що це уповільнює знос гребенів (і коліс в цілому) і збільшує їх пробіг до переточування. Але тоді ж була виявлена потреба в ще більш гладкому спряженні поверхні катання з робочою поверхнею гребеня колеса. Тому було створене залізничне колесо з більш довершеним профілем ободу, складеним з гладко спряжених твірних поверхонь гребеня, викружки й катання (UA61310 U). Це колесо є прототипом запропонованого далі колеса. Профіль поверхні колеса-прототипа окреслений дугами кіл радіусів R1, R2, R3, R4 та спряженими відрізками прямих з різним ухилом, при цьому: 1 UA 84375 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 а) положення центрів кіл цих дуг щодо точки 0, розташованої на пересіченні круга катання з твірною поверхні катання, і координати точок спряження відрізків прямих профілю вибрані залежно від фактичної товщини Δ гребеня, що знаходиться в інтервалі від 29 до 33 мм і охоплює як ремонтні, так і нові профілі коліс, у такий спосіб: для мінімальної товщини гребеня Δmin = 29 мм координати центрів і радіуси кіл зазначених дуг дорівнюють: x1 = -52,1 мм і у1 = -13,3 мм для R1 = 18,0 мм, x2 = -57,7 мм і у2 = -14,5 мм для R2 = 13,5 мм, х3 = -26,6 мм і у3 = -20,4 мм для R3 = 17,7 мм; х4 = -18,1 мм і у4 = -38,9 мм для R4 = 38,0 мм; дуга кола радіуса R1 і спряжена з нею дуга кола радіуса R2 є складовими твірної головки гребеня; дуга кола радіуса R2 відрізком прямої з кутом нахилу 70° до горизонталі спряжена з дугою кола радіуса R3, яка є першою частиною твірної викружки; дуга кола радіуса R3 спряжена з дугою кола радіуса R4, яка є другою частиною твірної викружки; дуга кола радіуса R4 спряжена з відрізком прямої з ухилом 1:20 (-20