цельнокатаное колесо для железнодорожного транспорта
Классы МПК: | B60B3/02 с диском, выполненным как одно целое с ободом |
Автор(ы): | Цюренко В.Н., Иванов С.Г., Валетов М.С., Королев С.А., Парышев Ю.М., Флюменбаум С.Х. |
Патентообладатель(и): | Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-04-11 публикация патента:
27.07.1997 |
Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано при проектировании цельнокатаных железнодорожных вагонных колес при уменьшении рабочих напряжений в опасных сечениях. Сущность изобретения: колесо содержит обод 1, ступицу 3 и диск 2, который в радиальном направлении выполнен плоским с наклоном к оси 7 колеса под углом 71-75o, а участки перехода его в обод 1 и ступицу 3 выполнены соосными с диском 2 и выполнены кривыми одного радиуса. 3 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
Цельнокатаное колесо для железнодорожного транспорта, содержащее обод, ступицу и наклонный диск, снабженный участками его перехода по наружной и внутренней сторонам в обод и ступицу, выполненными по радиусу, отличающееся тем, что диск в радиальном направлении выполнен плоским, с прямолинейными образующими и с наклоном к оси колеса под углом 71 75o, а участки перехода диска в обод и ступицу расположены на единой оси, диск сопряжен с ободом кривыми одного радиуса по наружной и внутренней сторонам и со ступицей также кривыми одного радиуса по наружной и внутренней сторонам.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к конструкции вагонного колеса колесной пары рельсового транспортного средства. Известны конструкции колес, содержащие обод, ступицу и диск различной конфигурации прямой вертикальный, наклонный к оси колеса и изогнутый (S-образный, тороидальный и др.). При этом наклонные и изогнутые диски имеют переходные участки сопряжения с ободом и ступицей. (Бибик Г.А. и др. Производство железнодорожных колес. М. Металлургия, 1982, с. 9-13)Их эксплуатационные качества определяются способностью выдерживать циклические напряжения, вызываемые нормальными рабочими статическими и динамическими нагрузками и нагревом при торможении. Результаты ходовых испытаний и опыт эксплуатации свидетельствуют, что имеет место преждевременный выход колес из строя до истечения полного срока службы. Одна из основных причин появление микро- и макротрещин в местах перехода диска в обод и ступицу. Трещины образуются под действием растягивающих напряжений, возникающих в ходе эксплуатации и остаточных напряжений, если величина их достигает предела усталости. В колесах существующих конструкций не обеспечивается низкий уровень суммарных напряжений растяжения в диске при эксплуатации, что особенно важно при имеющейся тенденции увеличения грузоподъемности вагонов, а также повышения скоростей движения поездов. Опыт эксплуатации железнодорожных колес в нашей стране и за рубежом свидетельствует, что разрушения их происходят, главным образом (до 90%) по диску, причем в переходных его участках к ободу и ступице. Поэтому вопросам конструкции диска колес в этих местах уделяется весьма пристальное внимание. (Патент США N 3311403, B 60 B 17/00, 1967). Известна также конструкция вагонного колеса для колесной пары рельсового транспортного средства, содержащая обод, ступицу и наклонный к оси ступицы диск с участками перехода в обод и ступицу. Конический диск в этой конструкции расположен под углом 75,5-79,5o к оси колеса (ступицы), что способствует уменьшению напряжений от рабочих нагрузок по сравнению с вертикальным диском. (ГОСТ 9036-88). Колеса цельнокатанные. Конструкция и размеры). Форма диска и основные размеры вагонного колеса по ГОСТ 9036 были заложены еще в 30-х годах английской фирмой Дэви при строительстве в СССР колесопрокатного цеха на заводе им. Либкнехта. Особенностью такой конструкции является наличие перегибов диска в переходах его к ободу с наружной стороны и к ступице с внутренней стороны колеса. При этом ось переходного участка у обода совпадает с вертикальной осью (перпендикулярной оси колеса) обода и находится под углом 165,5-169,5o к диску, а ось переходного участка диска у ступицы с вертикальной осью ступицы и находится под тем же углом к диску. Такая конструкция диска колеса с его односторонними перегибами радиусами 57 и 100 мм у обода и ступицы была связана с несовершенством технологии и малыми технологическими возможностями оборудования для горячего деформирования заготовок при производстве колес. Многие фирмы, в том числе в Англии, от такой формы диска давно отказались, перейдя на диски изогнутые (S-образной) формы. Однако наклонный прямой диск имеет сам по себе ряд преимуществ перед другими формами, связанных с более устойчивым обеспечением расстояния между ободьями двух колес в колесной паре при прохождении кривых участков рельсового пути (при повышенных боковых нагрузках на гребень колеса). Как видно из фиг. 1 в известной конструкции образующие переходных участков 4 и 5 диска 2 у обода 1 и у ступицы 3 имеют вид кривых радиусом соответственно r и R. Эти участки, называемые односторонними перегибами диска у обода с наружной стороны и у ступицы с внутренней стороны колеса, являются концентраторами напряжений при усталостном нагружении от рабочих нагрузок, т. е. в этих местах диск колеса разрушается в эксплуатации под вагонами. В переходном участке диска у обода имеют место высокий уровень термических напряжений, возникающих при торможении поездов и разогреве при этом обода от трения тормозными колодками. Вследствие всего этого средний срок эксплуатации колес рассматриваемой конструкции равен 11,5 годам, что составляет 77% полного срока их службы. При наблюдающемся за последнее время увеличении нагрузок на колесную пару и повышении скоростей движения поездов срок службы колес в эксплуатации ожидается еще меньшим. С другой стороны, наличие указанных перегибов диска у обода и у ступицы, совпадение осей переходных участков диска с вертикальными осями 8 и 9 обода и ступицы и формирование угла между осями 8 и 9 переходных участков 4 и 5 с осью 6 диска приводит к повышенной податливости колес в осевом направлении при увеличенных боковых нагрузках, что приводит к мгновенному увеличению расстояния между ободьями двух колес одной колесной пары. Указанная податливость диска усугубляется также и тем, что диск сочленяется с ободом и ступицей двумя радиусами соответственно r и r1,R и R1. Наклон диска 75,5 и более градусов также уменьшает жесткость колеса. Наиболее близким аналогом является цельнокатаное колесо для железнодорожного транспорта, содержащее обод, ступицу и наклонный диск, снабженный участками его перехода по наружной и внутренней сторонами в обод и ступицу, выполненными по радиусу. (Авт.св. СССР N 1092053, B 60 B 3/02, 1984). Задача, решаемая изобретением, заключается в том, чтобы уменьшить рабочие напряжения в опасных сечениях диска переходных участках к ободу и ступице. Эта задача решается тем, что диск в радиальном направлении выполнен плоским с наклоном к оси колеса под углом 71-75o, а участки перехода его в обод и ступицу соосными с диском и сопряжены с ободом, ступицей и диском кривыми одного радиуса соответственно у обода и у ступицы. Отличительными признаками заявляемой конструкции является:
участки перехода диска в обод и ступицу выполнены соосными с диском;
участки перехода сопряжены с ободом, ступицей и диском кривыми одного радиуса соответственно у обода и у ступицы;
диск установлен с наклоном к оси колеса под углом 71-75o. Предварительные теоретические экспериментальные исследования конструкции и технологии, расчеты напряженного состояния колес от рабочих и технологических нагрузок показали возможность снижения напряжений в опасных участках диска на величину до 30% Это достигается устранением перегибов в диске у обода и ступицы при горячей штамповке и прокатке при сохранении стандартных размеров и массы колеса (см. таблицу). На фиг. 1 показана известная конструкция колеса по ГОСТ 9036; на фиг. 2
предлагаемое колесо; на фиг. 3 распределение напряжений в диске колеса от рабочих нагрузок, боковой на гребень (пунктиром в известной конструкции, сплошной линией в предлагаемой). В предлагаемой конструкции с ободом 1, диском 2 и ступицей 3 переходные участки 4 и 5 сопряжены с обеих сторон колеса (наружной и внутренней) кривыми одного радиуса соответственно у обода r и, и у ступицы R, участки 4 и 5 перехода диска 2 в обод 1 и ступицу 3 выполнены соосно с диском, т.е. участки перехода 4 и 5 и диск 2 имеют единую ось 6, установленную под углом


Класс B60B3/02 с диском, выполненным как одно целое с ободом
железнодорожное колесо - патент 2486063 (27.06.2013) | ![]() |
колесо транспортного средства - патент 2465149 (27.10.2012) | ![]() |
железнодорожное колесо - патент 2428319 (10.09.2011) | ![]() |
цельнокатаное железнодорожное колесо - патент 2408470 (10.01.2011) | ![]() |
цельнокатаное железнодорожное колесо - патент 2408469 (10.01.2011) | ![]() |
цельнокатаное железнодорожное колесо - патент 2408468 (10.01.2011) | ![]() |
цельнокатаное железнодорожное колесо - патент 2407653 (27.12.2010) | |
цельнокатаное железнодорожное колесо - патент 2386545 (20.04.2010) | ![]() |
колесо транспортного средства - патент 2270761 (27.02.2006) | ![]() |
колесо транспортного средства - патент 2268153 (20.01.2006) | ![]() |