CZ16405U1 - Železniční kolo - Google Patents

Description

Železniční kolo

Oblast techniky

Technické řešení se týká konstrukce železničního kola.

Dosavadní stav techniky

Dosavadní železniční kola obsahují přídavné pasivní tlumicí členy, jež pohlcují mechanickou energii a zvyšují vlastní útlum kola a nebo se do konstrukce kola vkládají akustické clony, jež brání pronikání vzniklé akustické energie do okolí. Tím dochází k potlačení vibrací a/nebo vyzařovaného hluku železničního kola, buzeného zejména interakcí kola s kolejnicí třením kola o kolejnice při jízdě v obloucích, vyhybkách, bržděním či při odvalováním po nerovnostech.

Některá dosavadní celokovová, tj. monobloková, železniční kola jsou, pro zvýšení odolnosti proti mechanickému tepelnému namáhání mezi věncem a diskem, opatřena nerovinným prohnutým či vypouklým geometrickým tvarem desky kola. Vznikající hlučnost se někdy snižuje zabudovanou akustickou clonou.

Některá dosavadní železniční kola mají pasivní tlumicí členy zabudovány přímo do konstrukce kola jako vibro-izolační vrstva.

Některá dosavadní železniční kola obsahují pasivní tlumicí člen řešený tak, že mezi věncem a nábojem je mechanické zatížení přenášeno tlumicími vrstvami šroubově staženými deskami kola nebo věnec a desky kola jsou odděleny souvislou, nebo segmentově složenou, obvodovou vrstvou pryže. Takto vzniklé tlumení je frekvenčně širokopásmové. Některá dosavadní železniční kola obsahují pasivní tlumicí členy ve formě diskrétních tlumičů, jež se uchycují na vnitřním poloměru věnce kola a působí zde jako rezonanční laděné tlumiče s cílem potlačit dominantní vlastní kmity kola.

Některá dosavadní železniční kola, pro potlačení vibrací kola, využívají suchého tření, které vzniká vzájemnými obvodovými pohyby tenké obruče a věnce kola, do kterého je obruč ze spodní strany věnce vsazena s předpětím. Tyto tlumiče působí zejména pro vyšší frekvenční pásmo vibrací jako rezonanční tlumič.

Nevýhodou dosavadních složených kol a kol s obvodovou vibro-izolační vrstvou je jejich krátká životnost a nebezpečí destrukce při používání. Proto se používají tyto typy kol zejména v městské a příměstské dopravě s nižšími dopravními rychlostmi.

Nevýhodou dosavadních celoocelových, tj. monoblokových, železničních kol, je jejich hlučnost. Nevýhodou jsou i vznikající vibrace nepříznivě působící na kolejové těleso i na vozidlo, na němž jsou umístěna.

Nevýhodou dosavadních železničních kol s rezonačními tlumiči je, že aplikací rezonančních tlumičů není výrobce schopen zajistit stejné vlastnosti jednotlivých kusů vyráběných železnič35 nich kol. I když rezonanční tlumiče jsou teoreticky odvozeny pro jednoduché mechanické systémy s několika stupni volnosti, kdy je možné přesné frekvenční naladění na potlačované vlastní frekvenci, tak dosavadní železniční kolo s rezonačním tlumičem představuje složité rotující těleso se špatně definovanými okrajovými podmínkami, neboť vlastní frekvence jednotlivých kol se, díky výrobním odchylkám, opotřebení, nalisování, kontaktu kola s kolejnicí, natolik odlišují, že výrobce není schopen zajistit stejnou kvalitu vyráběných železničních kol. Navíc, díky rozštěpení některých vlastních frekvencí, vznikají běžící vlny po obvodě kola, což komplikuje ladění kola a výrazně snižuje účinnost zabudovaných rezonančních tlumičů.

Existují železniční kola, kde deska kola obsahuje pryžové tlumiče, jejichž nevýhodou je však to, že pryž přenáší tíhu působící na hřídel a současně přenáší i kroutící moment kola. Taková kola někdy obsahují šrouby, aby kroutící moment nebyl přenášen jen pryží. Používají se i železniční kola, kde jedno kolo obsahuje vedle kovové desky kola s věncem i souose uloženou další kon-1 CZ 16405 Ul strukci s pneumatikou, přičemž na širokou kolejnici doléhá vedle sebe jak pryž pneumatiky, tak kovový věnec kola. Takové řešení je výrobně drahé, zbytečně složité a nelze ho použít při vyšších rychlostech železničních vozidel. U tohoto typu železničního kola je zřejmá snaha výrobců odstranit nevýhodu všech dosavadních železničních kol, která spočívá v tom, že kroutící moment v kole a tíha vozidla působící na hřídel kola jsou, přenášeny jedním konstrukčním prvkem, jenž musí mít takové vlastnosti, aby oba druhy namáhání současně unesl.

Podstata technického řešení

Vpředu uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny železničním kolem podle technického řešení jehož podstata spočívá v tom, že mezi náboj a obruč je neotočně souose s diskem ulo10 žen pružně plastický člen, tvořený alespoň dvěma souosými nosnými deskami vzájemně pružně spojenými alespoň jedním tlumicím prvkem, přičemž alespoň jedna nosná deska je pevně spojena s nábojem a jiná nosná deska je pevně spojena s obručí. Disk může být ve tvaru vypouklého vrchlíku. Náboj a obruč mohou s diskem tvořit jeden celokovový prvek, uložený na hřídeli.

Jedna nosná deska může býti tvořena přímo obručí a druhá nosná deska je pak pevně spojena s nábojem, přičemž obruč a druhá nosná deska jsou vzájemně pružně spojeny tlumicím prvkem, nebo je jedna nosná deska tvořena přímo nábojem a druhá nosná deska je pak pevně spojena s obručí, přičemž náboj a druhá nosná deska jsou vzájemně pružně spojeny tlumicím prvkem.

Pružně plastický člen a/nebo nosné desky mohou býti kruhového tvaru a/nebo mohou být tvořeny kruhovými výsečemi. Tlumicí prvky lze utvořit z visko-elasticko-plastických materiálů buď z kompaktních a/nebo fyzicky oddělených kusů materiálu.

Výhodou takto řešeného železničního kola je podstatné omezení vzniku nežádoucí mechanické energie, vznikající vibracemi kola při jízdě, oproti dosavadním železničním kolům.

Výhodou je i pohlcování nežádoucí mechanické energie, vzniklé vibracemi kola při jízdě.

Je výhodou takto řešeného železničního kola, že nežádoucí mechanickou energii vzniklou vibra25 cemi kola při jízdě, néní nutno složitě či jednoduše clonit, či jinak ji složitými výrobními postupy a konstrukcemi eliminovat.

Železniční kolo podle technického řešení je výrobně podstatně jednodušší než dosavadní železniční kola a vykazuje příznivější parametry v oblasti nežádoucích účinků železničních kol při jízdě.

Železniční kolo podle technického řešení se podstatně liší i od těch dosavadních železničních kol, které bývají opatřeny prvky, pouze na pohled podobnými pružně plastickému členu jenž je součástí technického řešení, které ale u dosavadních železničních kol plní jen funkci akustické clony.

Výhodou technického řešení železničního kola je i možnost vnést montáží statické předpětí do pružně plastického členu, přičemž pozdější ztráta takového předpětí může signalizovat jednoduše identifikovatelný konec životnosti železničního kola. Pružně plastický člen, který je součástí technického řešení, lze zabudovat do některých stávajících, zejména monoblokových, kol.

Technické řešení železničního kola má příznivější vibro-akustické vlastnosti než železniční kola v současnosti známá, zejména je železniční kolo výrobně jednoduší, proto levnější, mnohem spolehlivější tedy bezpečnější, má delší životnost, je lépe demontovatelné a lépe opravitelné, přičemž jeho údržba a oprava je jednoduchá výměnou či opravou nosných desek, či tlumicích prvků. Možnost dělit nosné desky a tlumicí prvky na segmenty je velikou montážní výhodou.

Je výhodou železničního kola podle technického řešení, že pružně plastický člen lze vyrobit odděleně od disku a zamontovat ho vtlačením mezi obruč a náboj se ziskem předpětí v pružně plas45 tickěm členu.

Je výhodou, že výrobce železničního kola podle technického řešení může volbou nestejné tloušťky materiálu disku ve tvaru vypuklého vrchlíku a/nebo volbou počtu nosných desek a počtu

-2CZ 16405 Ul tlumicích členů, jednoduše dosahovat parametrů železničního kola, které z různých důvodů potřebuje, či považuje za optimální.

Železniční kolo podle technického řešení je zcela novým železničním kolem a má současně výhody gumo-odpružených kol i kol monoblokových. í

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je blíže objasněno pomocí obrázků na výkresech, kde na obrázku 1 je železniční kolo uložené na hřídeli znázorněné v schematickém řezu, kde celá osa hřídele je v rovině řezu. Pružně plastický člen je v dolní části obrázku zobrazen bez rozlišení své struktury a v horní části obrázku je tentýž pružně plastický člen zobrazen s rozlišením na nosné desky a tlumicí prvek.

ío Na obrázku 2 je železniční kolo z obrázku 1, kde pružně plastický člen sestává ze tří nosných desek s dvěma tlumicími prvky. Pružně plastický člen je v dolní části obrázku zobrazen v řezu bez rozlišení své struktury a v horní části obrázku je tentýž pružně plastický člen zobrazen s rozlišením na nosné desky a tlumicí prvky.

Na obrázku 3 je železniční kolo znázorněné v řezu, kde je jedna nosná deska tvořena obručí podle nároku 4. Rovina řezu je v ose hřídele.

Na obrázku 4 je schematický řez železničním kolem provedený v rovině kolmé na osu hřídele, kde pružně plastický člen sestává ze čtyř stejných segmentů, přičemž na obrázku 5 je nakreslen principiální podhled na j eden takový segment.

Příklady provedení technického řešení A

Na obrázku 1 je schematický řez železničním kolem s kovovým diskem 3 ve tvaru vypouklého vrchlíku, kde je tlumicí prvek 6 vyroben z kompaktní pryžové vrstvy o tvaru mezikruží. K pryžové vrstvě jsou přilepeny z obou stran železné nosné desky 5 tak, že jedna strana pryžové vrstvy je přilepena k nosné desce 5 pevně, s předpětím vtlačené do obruče 2, a opačná strana vrstvy pryže je přilepena k druhé nosné desce 5 pevně s předpětím vtlačené do náboje i. Předpětí se realizuje v pryži. Kolo je neotočně uloženo na hřídeli 7. Funkce železničního kola spočívá v tom, že tíha vozidla se z náboje i na kolejnici přenáší z části prostřednictvím předpjaté pryže vlepené mezi železné nosné desky 5 a zčásti diskem 3, který přenáší kroutící moment. Pružně plastický člen 4, jenž sestává ze dvou kovových desek 5, mezi nimiž je vlepena pryž, plní funkci smykového tlumiče přenášejícího relativní pohyby mezi nábojem I a obručí 2. Tento pružně plastický člen 4 plní úlohu jednak širokopásmového pohlcovaěe vibrací ve všech směrech kmitání, jež se do kola dostávají z kolejnice přes obruč 2 a zároveň plní i funkci nosné části kola a lze jím naladit radiální tuhost železničního kola. Pružně plastický člen 4 uzavírá vnitřní plochu kola a je díky vzduchové neprůzvučnosti i akustickou clonou. Disk 3, který přenáší kroutící moment, je s výhodou zvolen ve tvaru vypouklého vrchlíku z důvodu dominantního kmitání předmětu tohoto tvaru v radiálním směru pro optimální využití funkce pružně plastického členu 4 jako radiálního smykového tlumiče.

Na obrázku 2 je železniční kolo s diskem 3 ve tvaru vypouklého vrchlíku, kde je pružně plastický člen 4 tvořen dvěma tlumicími prvky 6 vyrobenými z kompaktních pryžových vrstev o tvaru mezikruží, adhezně připojených z obou stran k dotykovým plochám tří kovových nosných desek

5, přičemž střední nosná deska 5 je pevně spojena s nábojem i a dvě vnější nosné desky 5 jsou spojeny s obručí 2. Kolo je otočně uloženo na hřídeli 2· Předpětí se realizuje v pryži. Funkce železničního kola spočívá v tom, že tíha vozidla se na obruč 2 a na kolejnici přenáší z hřídele 2 prostřednictvím předpjaté pryže vlepené mezi železné nosné desky 5. Disk 3 přenáší kroutící moment.

Průmyslová využitelnost

Železniční kolo podle technického řešení je využitelné při výrobě kolejových vozidel.

Claims (9)

1. Železniční kolo, vyznačené tím, že mezi náboj (1) a obruč (2) je neotočně souose s diskem (3) uložen pružně plastický člen (4), tvořený alespoň dvěma souosými nosnými deskami (5) vzájemně pružně spojenými alespoň jedním tlumicím prvkem (6), přičemž alespoň

5 jedna nosná deska (5) je pevně spojena s nábojem (1) a jiná nosná deska (5) je pevně spojena s obručí (2).

2. Železniční kolo podle nároku 1, vyznačené tím, že disk (3) je ve tvaru vypouklého vrchlíku.

3. Železniční kolo podle nároků 1,2, vyznačené tím, že náboj (1) a obruč (2) tvoří s ío diskem (3) jeden celokovový prvek, uložený na hřídeli (7).

4. Železniční kolo podle nároků 1,2, 3, vyznačené tím, že jedna nosná deska (5) je tvořena obručí (2) a druhá nosná deska (5) je pevně spojena s nábojem (1), přičemž obruč (2) a druhá nosná deska (5) jsou vzájemně pružně spojeny tlumicím prvkem (6).

5. Železniční kolo podle nároků 1, 2, 3, vyznačené tím, že jedna nosná deska (5) je 15 tvořena nábojem (2) a druhá nosná deska (5) je pevně spojena s obručí (2), přičemž náboj (1) a druhá nosná deska (5) jsou vzájemně pružně spojeny tlumicím prvkem (6).

6. Železniční kolo podle nároků 1,2, 3, 4 nebo 5, vyznačené tím, že pružně plastický člen (4) má kruhový tvar a/nebo je tvořen kruhovými výsečemi.

7. Železniční kolo podle nároků 1,2, 3, vyznačené tím, že nosné desky (4) mají kru20 hový tvar, a/nebo jsou tvořeny kruhovými výsečemi.

8. Železniční kolo podle nároků 1, 2, 3, 4 nebo 5, 6, 7, vyznačené tím, že tlumicí prvek (6) je utvořen z visko-elasticko-plastických materiálů.

9. Železniční kolo podle nároků 1, 2, 3, 4 nebo 5, 6, 7, 8, vyznačené tím, že tlumicí prvek (6) je utvořen z kompaktních a/nebo fyzicky oddělených kusů materiálu.