крестовина
Классы МПК: | E01B7/10 крестовины |
Автор(ы): | Говоров Вадим Владимирович, Ларкин Александр Викторович, Шаройко Александр Владимирович, Шмельков Николай Анатольевич, Яковлев Всеволод Федорович |
Патентообладатель(и): | Говоров Вадим Владимирович, Ларкин Александр Викторович, Шаройко Александр Владимирович, Шмельков Николай Анатольевич, Яковлев Всеволод Федорович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-06-18 публикация патента:
20.06.1998 |
Изобретение к железнодорожному транспорту, конкретно к соединениям и пересечениям железнодорожных путей. Содержит сердечник, усовики, выполненные с отбойными ребордами на их наружных сторонах, и два равных желоба, образованных в месте расположения сердечника его боковыми стенками и боковыми стенками противолежащих усовиков, а в месте слияния желобов перед сердечником - горловине - боковыми стенками противолежащих усовиков. При этом ширина желоба определяется из математического выражения: C = t+(Bmax-Bmin)+
н+
в, где : C - ширина желоба; t - толщина реборды колеса; Bmax - максимальная ширина бандажа колеса подвижного состава; Bmin - минимальная ширина бандажа колеса подвижного состава;
н - минимально допустимый зазор между боковыми наружным кантом реборды колеса и стенкой желоба;
в - минимально допустимый зазор между боковым внутренним кантом реборды колеса и стенкой желоба, а ширина рабочей части усовика определяется из соотношения:
где K - ширина рабочей части усовика; H - максимальное отношение вертикальной нагрузки от колеса на крестовину к диаметру колеса; E - модуль продольной упругости стали; [
] - допустимое контактное напряжение при взаимодействии колес с крестовиной; d - ширина конусного в вплане сердечника в месте наката колеса на острие сердечника. Направлено на обеспечение пропуска по крестовине колес с разными размерами бандажей. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113577/2113577t.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113301/963.gif)
Формула изобретения
Крестовина, содержащая сердечник, усовики, выполненные с отбойными ребордами на их наружных сторонах, и два равных желоба, образованных в месте расположения сердечника его боковыми стенками и боковыми стенками противолежащих усовиков, а в месте слияния желобов перед сердечником - горловине - боковыми стенками противолежащих усовиков, отличающаяся тем, что для обеспечения пропуска по ней колес с разными размерами бандажей, в месте наката колеса на сердечник ширина желоба определяется из математического выраженияC = t + (Bmax-Bmin) +
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
где С - ширина желоба, мм;
t - толщина реборды колеса, м;
Bmax - максимальная ширина бандажа колеса подвижного состава, мм;
Bmin - минимальная ширина бандажа колеса подвижного состава, мм;
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
а ширина рабочей части усовика определяется из соотношения
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113577/2113577-9t.gif)
где K - ширина рабочей части усовика, мм;
H - максимальное отношение вертикальной нагрузки от колеса на крестовину к диаметру колеса, H/мм;
E - модуль продольной упругости стали, МПа;
[
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113301/963.gif)
d - ширина конусного в плане сердечника в месте наката колеса на острие сердечника, мм.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а более конкретно к соединениям и пересечениям железнодорожных путей. Из уровня техники в данной области известна крестовина, содержащая сердечник, усовики, выполненные с отбойными ребордами на их наружных сторонах, и два равных желоба, образованных в месте расположения сердечника его боковыми стенками и боковыми стенками противоположных усовиков, а в месте их слияния перед сердечником - горловине - боковыми стенками противолежащих усовиков [1]. К недостаткам известной крестовины можно отнести то, что она предназначена для пропуска колес только с одинаковой шириной бандажа, что существенно ограничивает область ее применения. Технический результата, на достижение которого направлено изобретение, заключается в расширении области применения крестовины путем обеспечения пропуска по ней колес с разными размерами бандажей. Указанный технический результат достигается тем, что в крестовине, содержащей сердечник, усовики, выполненные с отбойными ребордами на их наружных сторонах, и два равных желоба, образованных в месте расположения сердечника его боковыми стенками и боковыми стенками противолежащих усовиков, а в месте слияния желобов перед сердечником - горловине - боковыми стенками противолежащих усовиков, для обеспечения пропуска по ней колес с разными размерами бандажей, в месте колеса на сердечник (сечение А-А) ширина желоба определяется из математического выражения. C = t + (Bmax-Bmin) +![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
где C - ширина желоба, мм;
Bmax - максимальная ширина бандажа колеса подвижного состава, мм;
Bmin - минимальная ширина бандажа колеса подвижного состава, мм;
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
а ширина рабочей части усовика определяется из соотношения:
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113577/2113577-3t.gif)
где
K - ширина рабочей части усовика, мм;
H - максимальное отношение вертикальной нагрузки от колеса на крестовину к диаметру колеса, Н/мм;
E - модуль продольной упругости стали, МПа;
[
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113301/963.gif)
d - ширина конусного в плане сердечника в месте наката колеса ("практического центра") на острие сердечника, мм. На фиг. 1 показана крестовина, план; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1 в "практическом центре" крестовины; на фиг. 3 - сечение B-B на фиг. 1 в начале горловины крестовины. Крестовина содержит конусный в плане сердечник 1, два усовика 2, выполненных с отбойными ребордами 3 на их наружных сторонах, и два равных желоба 4, образованных в месте 5 расположения сердечника 1 ("практическом центре") его боковыми стенками и боковыми стенками противолежащих усовиков 2, а в месте их слияния перед сердечником - горловине 6 - боковыми стенками противолежащих усовиков 2. На фиг. 2 показаны профили двух колес: с минимальной Bmin и максимальной Bmax шириной бандажа. Оба колеса прижаты к отбойной реборде 3. Наружные боковые плоскости 7 совпадают и поэтому показаны одной линией. С противоположной стороны боковая плоскость 8 колеса с минимальной Bmin шириной бандажа показана сплошной линией, а с максимальной Bmax шириной бандажа боковая плоскость 9 - пунктирной линией. На фиг.2 видно, что наличие отбойной реборды 3 создает опасность заклинивания колеса с максимальной шириной Bmax бандажа между боковой рабочей стенкой 10 усовика 2 и рабочей стенкой 11 реборды 3. Чтобы избежать этого, расстояние между рабочими стенками 10 и 11 должно превышать размер самой широкой реборды колеса с максимальной шириной бандажа Bmax на величину конструктивного зазора
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
ly = Bmax +
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
С другой стороны, само назначение отбойной реборды 3 заключается в том, чтобы даже при проходе колеса с минимальной шириной бандажа Bmin предотвратить возможность удара реборды колеса в боковую стенку сердечника 1. Для этого расстояние lc между рабочими стенками сердечника 1 и реборды 3 должно обеспечить некоторый зазор
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
lc = Bmin- t -
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
где t - толщина реборды колеса. Согласно указанным условиям минимальная ширина C желоба в рассмотренном сечении А-А должна быть равна:
C = ly - lc, (5)
а максимальная ширина рабочей части усовика Kmax, т.е. максимально допустимое расстояние от боковой рабочей стенки усовика 2 до рабочей боковой стенки 11 отбойной реборды должно быть равно:
Kmax = lc - d - C, (6)
где d - ширина конусного в плане сердечника в месте наката колеса на острие сердечника ("практического центра"). Подставив (3) и (4) в (5), приходим к математическому выражению (1). После подставки (4) в (6) получаем:
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113577/2113577-4t.gif)
Минимальное значение ширины рабочей части усовика 2 определяется из условия прочности материала колеса в месте их контакта:
[
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113301/963.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113005/8805.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113301/963.gif)
где [
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113301/963.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113301/963.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113577/2113577-5t.gif)
(см. Н.М.Беляев. Сопротивление материалов. Гостехиздат, 1951 г, гл. IX, 46, c. 155).
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113577/2113577-6t.gif)
где P - вертикальная нагрузка от колеса на крестовину;
D - диаметр колеса по поверхности катания;
E - модуль продольной упругости стали;
L - длина линии контакта колеса с крестовиной. Максимальные контактные напряжения возникают тогда, когда длина линии контакта минимальна. Это соответствует положению колеса перед входом в желоб крестовины, когда еще не опирается на сердечник, а вся нагрузка передается только на усовик, как это показано на фиг.3. Причем, если колесо имеет минимальную ширину бандажа Bmin и идет по крестовине, прижавшись ребордой к рабочей стенке 10 усовика 2, то линия контакта l короче расстояния K между стенками усовика 2 и отбойной реборды 3:
l = K - (Bmax - Bmin) +
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
Подставив в (11) в условие прочности (10), получаем:
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113577/2113577-7t.gif)
После решения неравенства (12) относительно K получаем:
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113577/2113577-8t.gif)
где H - максимальное отношение вертикальной нагрузки от колеса на крестовину к диаметру колеса. Объединив (7) и (13) в общее неравенство, получаем выражение (2). Чтобы обеспечить нормальную работу крестовины при ее эксплуатации, конструктивные зазоры
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)
![крестовина, патент № 2113577](/images/patents/358/2113004/948.gif)