CS218562B2 - Odpružené kolo pro kolejová vozidla - Google Patents

Description

Vynález se týká odpružených kol pro kolejová vozidla a může být uplatněn u železnic, pouličních, podzemních drah apod.

Konstrukce kol železničních soukolí, u nichž obruče a tělesa kol jsou vůči sobě odpružena, jsou všeobecně známé. Za tímto účelem se používají např. pryžové vložky připevněné k tělesům kol a k obručím prostřednictvím přivulkanizovaných kovových obložení.

Řešení uplatněná v praxi mohou být z konstrukčního hlediska rozdělena do následujících dvou základních skupin:

U první skupiny jsou pryžové prvky vlivem vertikální složky tíže vagónu vystaveny hlavně namáhání smykem, přičemž vodorovná síla se projevuje v pryžových prvcích zvýšeným tlakem. U této skupiny sestává těleso kola nejméně ze dvou kotoučů, nlezi něž je vložen kotouč o průřezu T přilisovaný k obruči kola. Prostor mezi kotouči je vyplněn pryžovými prvky, které jsou vytvořeny buď jako souvislý, nebo jako dělený prstenec. Uvedená kotoučová konstrukce zajišťuje měkké pérování pouze v^!e svislém směru. V ostatních směrech je pérování podstatně tužší.

U druhé skupiny jsou pryžové prvky, které tvoří buď souvislý prstenec, anebo dělený prstenec sestávající ze špalíků, uspoS řádány přímo mezi tělesem kola a obručí v radiálním směru, tj. v obvodové dutině mezi vnějším povrchem tělesa kola a vnitřním povrchem obruče. U těchto tzv. jednoprstencových konstrukcí je pérování ve svislém směru tužší, než v ostatních směrech. Tíže se zde projevuje především tlakem a pryžové prvky jsou kromě toho namáhány na smyk.

Kromě uvedených skupin jsou známy ještě jiné konstrukce odpružených kol, z nichž používanější jsou v podstatě odvozeny od těchto základních skupin. Řešení, u něhož prstenec sestávající z pryžových špalíků se bezprostředně nedotýká vnějšího povrchu tělesa kola, nýbrž pryžové špalíky jsou pro usnadnění jejich montáže uloženy na ocelových segmentech, které jsou sedlovitě nasazeny na těleso kola, se principiálně neliší od shora uvedených řešení. Právě tak se nejedná o principiální rozdíl u kol, u nichž pro zamezení kmitání v příčných směrech jsou vytvořena vychylovací ramena.

Vzhledem k tomu, že kola první základní skupiny jsou konstrukčně složitá, sestávají z nákladných součástí a zamontování pryžových prvků vyžaduje u nich velkou přesnost provedení, jsou více používána kola druhé základní skupiny, jejichž zdokonalení sleduje vynález.

218 56 2

Nedostatek známých kol druhé základní skupiny opatřených dělenými prstenci, sestávajícími z pryžových špalíků, spočívá v tom, že během provozu kola, tj. při jeho dynamickém zatížení, může dojít k posunutí špalíků v obvodové dutině mezi tělesem kola a obručí. Toto může nastat i v tom případě, kdy předpětí působící na špalíky je tak velké, že tangenciální síly při statickém zatížení vyvolávají jen pružnou deformaci a nikoli trvalé posunutí špalíků. Při delším provozu se elementární posuny špalíků během každé otáčky, které jsou způsobeny dynamickým zatížením, sčítají a může dojít k nepřípustným změnám vzájemné polohy obruče a tělesa kola. Sebemenší odchylka v rozměrových a jakostních parametrech špalíků a k nim přiléhajících součástí zvyšuje nebezpečí tohoto „cestování” špalíků a prokluzů obruče vůči tělesu kola, které zapříčiňují provozní poruchy.

Vynález si klade za úkol odstranit shora uvedené nedostatky, přičemž vychází z poznatku, že tento úkol je splnitelný jen tehdy, kdy každý špalík je uložen v takovém ohraničujícím prostoru, který zajišťuje v požadované poloze špalíku vůči obruči a tělesu kola energetické minimum. Podle všeobecně platné zákonitosti se totiž každý pružný systém snaží zaujmout vždy polohu odpovídající energetickému minimu, tj. nejmenší deformaci. Upraví-li se tudíž povrchy tělesa kola a obruče, přivrácené k obvodové dutině mezi nimi a vymezující prostory, v nichž jsou uloženy špalíky, tak, že se deformace špalíků zvyšuje ve směru k jejich okrajům, tj. tak, že u okrajů špalíků je předpětí pryže největší, pak se špalíky i během provozu snaží zůstat na původním místě,případně i po vysunutí z původního místa se snaží opět na toto místo vrátit. Tohoto lze dosáhnout tím, že se ohraničující prostor špalíků směrem k jeho okrajům zmenšuje.

Podstata odpruženého kola podle vynálezu, u kterého je tato nutná podmínka bezporuchového provozu splněna, spočívá v tom, že podél obvodu kola jsou výšky obvodové dutiny mezi tělesem kola a obručí u obou okrajů každého pryžového špalíku menší, než mezi okraji tohoto špalíku. Na okraje špalíku působí tudíž větší předpětí, než po celé jeho délce mezi okraji. Následkem tohoto opatření je snížení nebezpečí posunutí špalíků během provozu a tím stabilizace polohy obruče vůči tělesu kola.

V doporučovaném provedení na straně přivrácené k obvodové dutině je vnější povrch tělesa kola a/nebo vnitřní povrch obruče tvořen uspořádanými za sebou rovinnými ploškami, přičemž sousední rovinné plošky svírají mezi sebou tupý úhel, přičemž požadovaného účinku se dosáhne i v tom případě, kdy na straně přivrácené k obvodové dutině je vnější povrch tělesa kola a/nebo vnitřní povrch obruče tvořen uspořádanými za sebou vydutými ploškami.

Pokud jsou povrchy hraničící s pryžovými špalíky tvořeny po obou stranách dutiny rovinnými ploškami, pak podle vynálezu rovinné plošky na vnějším povrchu tělesa kola jsou uspořádány přesazené vůči rovinným ploškám na vnitřním povrchu obruče.

Předmět vynálezu je patrný z popisu a schematického výkresu, na němž jsou znázorněny:

na obr. 1 — detail jednoho příkladného provedení kola podle vynálezu v čelním pohledu s částečným řezem;

na obr. 2 — detail kola podle obr. 1 v radiálním řezu;

na obr. 3 — prostorový pohled na pryžový špalík z obr. 1 a 2 zamontovaný mezi obruč a těleso kola, které na tomto obrázku nejsou znázorněny;

na obr. 4 — tentýž pryžový špalík zdeformovaný jednostranně působením dynamického zatížení během provozu;

na obr. 5, 6 a 7 — detaily druhého, třetího a čtvrtého příkladného provedení kola podle vynálezu v čelním pohledu s částečným řezem;

na obr. 8 — detail kola podle obr. 1, 5, 6 nebo 7 v radiálním řezu s pryžovým špalíkem, tělesem kola a obručí v jiném provedení, než na obr. 2.

Ze znázornění (obr. 1, 2, 5, 6, 7, 8] je zřejmé, že mezi vnějším povrchem 6 tělesa 1 kola a vnitřním povrchem 7 jeho obruče je vytvořena obvodová dutina 11, v níž jsou umístěny pryžové špalíky 3. V nezdeformovaném stavu, tj. mimo dutinu 11, mají špalíky 3 obdélníkový podélný průřez. Vzhledem k tomu, že podél obvodu kola (obr. 1, 5, 6, 7} jsou výšky obvodové dutiny 11 u obou okrajů každého pryžového špalíku 3 menší, než mezi okraji tohoto špalíku 3, je největší předpětí špalíků 3, tj. největší jejich deformace při statickém zatížení právě na jejich okrajích. Z obr. 3, na němž je znázorněn samostatně pryžový špalík z obr. 1 a 2 zatížený staticky, je zřejmé, že předpětí, tj. i deformace špalíku 3 se od okrajů směrem k rovině 8 souměrnosti postupně zmenšuje a v rovmě 8 souměrnosti je nejmenší. Je to dáno tvarem obvodové dutiny 11, resp. tvarem obruče 2 a tělesa 1 kola podél jejich obvodů na straně přivrácené k dutině 11.

Ohraničující prostory pro špalíky 3, které odpovídají shora uvedeným parametrům, jsou u znázorněných příkladných provedení kola podle vynálezu vytvořeny takto:

V provedení podle obr. 1 má vnitřní povrch 7 obruče 2 válcový tvar, zatímco vnější povrch 6 tělesa 1 kola je tvořen rovinnými ploškami uspořádanými za sebou. Sousední rovinné plošky svírají mezi sebou tupý úhel.

V provedení podle obr. 5 má vnitřní povrch 7 obruče 2 rovněž válcový tvar, avšak vnější povrch 6 tělesa 1 kola je na rozdíl od provedení podle obr. 1 tvořen uspořádanými za sebou vydutými ploškami.

V provedení podle obr. 6 je jak vnitřní povrch 7 obruče 2, tak i vnější povrch 6 tělesa 1 kola tvořen uspořádanými za sebou vydutými ploškami. Aby bylo dosaženo účinku sledovaného vynálezem, je každá vydutá ploška obruče 2 umístěna přesně naproti vyduté plošce tělesa 1 kola. Při porovnání tohoto provedení podle obr. 6 s provedeními podle obr. 1 a 5 je na první pohled jasné? že rozdíly předpětí/deformace pryžových špalíků mezi jejich okraji a rovinami souměrnostl· jsou u provedení podle obr. 6 největší. Toto provedení vykazuje tudíž vyšší účinek, než provedení podle obr. 1 a 5.

V provedení podle oibr. 7 je jak vnitřní povrch 7 obruče 2, tak i vnější povrch 6 tělesa 1 kola tvořen uspořádanými za sebou rovinnými ploškami. Aby bylo dosaženo účinku sledovaného vynálezem, jsou rovinné plošky na vnějším povrchu 6 tělesa 1 kola uspořádány přesazené vůči rovinným ploškám na vnitřním, povrchu 7 obruče 2.

Je samozřejmé, že účinku sledovaného vynálezem! se dosáhne i při jiné kombinaci tvarů povrchů po obou stranách obvodové dutiny 11. Tak např. proti rovinným ploškám tělesa 1 kola nebo obruče 2 mohou být vyduté plošky obruče 2 nebo tělesa 1 kola. Přípustná jsou všechna provedení, u nichž je splněna podmínka, že výšky obvodové dutiny 11 u okrajů špalíků 3 jsou menší, než podél špalíků 3 mezi okraji, takže předpětí — deformace špalíků je největší u jejich okrajů.

Jak je zřejmé z obr. 2 a 8, na nichž jsou znázorněny radiální řezy kol, jejichž pryžové špalíky 3, obruče 2 a tělesa 1 mají u těchto obou provedení odlišné tvary, je obvodová dutina 11 vymezena obvodovou drážkou v obruči 2 a proti ní ležící obvodovou drážkou v tělese 1 kola. Drážka na vnějším povrchu tělesa 1 kola má jak podle obr. 2, tak i podle obr. 8 obdélníkový příčný průřez a po stranách je ohraničena rovným spodním výčnělkem 4a a tvarovým spodním výčnělkem 4b tělesa 1 kola. Drážka na vnitřním povrchu obruče 2 má v provedení podle obr. 2 rovněž obdélníkový příčný průřez, zatímco v provedení podle obr. 8 má příčný průřez tvaru Μ. V obou případech je tato drážka ohraničena po* stranách rovným horním výčnělkem 5a a tvarovým výčnělkem 5b. Takovéto vytvoření obvodové dutiny 11 mezi výčnělky 4a, 4b, 5a, 5b omezuje relativní axiální pohyby tělesa 1 kola a obruče 2 vůči sobě a za spolupůsobení pryžových špalíků dosáhne se tím odpérování kola ve všech směrech.

Rozměry pryžového špalíku 3, tělesa 1 a obruče 2 kola se účelně volí tak, aby deformace špalíku 3 činila v rovině 8 souměrnosti přibližně 10 až 12 % a na okrajích přibližně 20 %. Posune-li se pryžový špalík 3 ze své původní polohy, znázorněné na obr. 3, podél obvodu kola směrem doprava, vytvoří se deformační poměry podle obr. 4. V této změněné poloze není již deformace v rovině souměrnosti 8 nejmenší. Místo nejmenší deformace se posouvá do střední roviny 9 levé části špalíku 3. V této levé části jsou deformace vlevo* od střední roviny 9 menší a v úseku mezi střední rovinou 9 a rovinou 8 souměrnosti jsou v blízkosti střední roviny 9 menší deformace a v blízkosti roviny souměrnosti 8 větší deformace. V celé pravé části špalíku 3 jsou deformace větší

Při rozboru deformačních poměrů v obou částech špalíku 3 (obr. 4), tj. po obou stranách roviny 8 souměrnosti, lze zjistit, že úbytek deformační energie v levé části je menší, než přírůstek deformační energie v pravé části. Výsledná deformace pryžového špalíku 3 v poloze podle obr. 4 je v důsledku toho větší, než v původní poloze podle obr. 3, takže se více zdeformovaný špalík 3, znázorněný na obr. 4, snaží vrátit do méně zdeformované původní polohy podle obr. 3, což se děje samočinně.

Kromě toho pryžové špalíky 3, které v důsledku nepřesnosti montáže nejsou v rovnovážné poloze, zaujmou vlivem dynamického zatížení při provozu samočinně rovnovážnou polohu. Při uplatnění vynálezu není tudíž nutné dodržovat tak přesné tolerance jako u doposud známých řešení odpružených kol.

Další výhoda vynálezu spočívá v tom, že požadovaného účinku se dosáhne při menším předpětí pryžových špalíků, než doposud, čímž se prodlouží jejich životnost.

Claims (4)

1. Odpružené kolo pro kolejová vozidla, u kterého v obvodové dutině mezi vnějším povrchem tělesa kola a vnitřním povrchem obruče jsou umístěny pryžové špalíky, vyznačené tím, že podél obvodu kola jsou výšky obvodové dutiny (11) mezi tělesem (1) kola a obručí (2) u obou okrajů každého pryžového špalíku (3) menší, než mezi okraji tohoto špalíku (3).

2. Odpružené kolo podle bodu 1, vyznačené tím, že na straně přivrácené k obvodové dutině (11) je vnější povrch (6) tělesa (1) kola a/nebo vnitřní povrch (7) obruče (2) tvořen uspořádanými za sebou rovinvynálezu nými ploškami, přičemž sousední rovinné plošky svírají mezi sebou tupý úhel.

3. Odpružené kolo podle bodu 1 nebo 2, vyznačené tím, že na straně přivrácené k obvodové dutině (11) je vnější povrch (6) tělesa (1) kola a/nebo vnitřní povrch (7) obruče (2) tvořen uspořádanými za sebou vydutými ploškami.

4. Odpružené kolo podle bodu 2, vyznačené tím, že rovinné plošky na vnějším povrchu (6) tělesa (1) kola jsou uspořádány přesazené vůči rovinným ploškám na vnitřním povrchu (7) obruče (2).