CZ202324A3 - Železniční kolo - Google Patents

Abstract

Železniční kolo má příčný profil desky (4) kola se umístěn podél teoretické střednice (K), probíhající mezi bodem (A) ležícím v oblasti přechodu (6) desky (4) kola do věnce (1) kola, bodem (D) ležícím v oblasti přechodu (7) desky (4) do náboje (5) kola. Bod (A) a bod (D) leží na jedné rovině (T), kde rovina (T) je vzdálena od střední roviny (S) o vzdálenost H1 ve směru od okolku (3). Teoretická střednice (K) dále prochází inflexním bodem (B), jež je umístěn mezi obloukem (O1) o poloměru R1 a obloukem (O2) s poloměrem R2. Dále prochází bodem M, který je definován maximálním axiálním vybočením desky (4) kola o vzdálenost H2 od roviny (T) a dotykovým bodem (C), kde teoretická střednice (K) přechází tečně do úsečky, která prochází bodem (D), kde teoretická střednice (K) svírá s rovinou (T) úhel α, přičemž body (B) (M) a (C) leží ve směru od okolku (3) od roviny (T).

Description

Oblast techniky

Technické reseni se tÿka konstrukce zeleznicmho kola, které je pri brzdeni spalikem trvale mime deformovano vlivem znacného tepelného namahani a nasledného ochlazeni v kombinaci se zatizenim kolovÿmi silami.

Dosavadni stav techniky

Zeleznicni kola se skladaji ze tri hlavnich casti, a to z naboje kola, z vence kola a z desky kola, ktera zajist’uje prechod mezi nabojem kola a jeho vencem. Jsou znama kola, ktera maji rovnÿ tvar desky kola napr. dle patentu c. EP 1389539, ktera se pouzivaji ve dvojkolich brzdenÿch kotoucovÿmi brzdami na naprave.

Pro dvojkoli, ktera jsou brzdena na jizdni plose se pouzivaji kola s rûzne prohnutÿmi a tvarovanÿmi deskami, pricemz tvar desky kola ma vliv na odolnost kola proti mechanickému a tepelnému zatizeni.

Znamÿm pouzivanÿm zeleznicnim kolem je zvonové kolo dle patentu DE 3117572, kde strednice desky kola, to znamena jeji osa, je tvorena pravidelnou krivkou definovanou kosinovou funkci, ktera je casto v praxi aproximovana tremi shodnÿmi polomery zakriveni. U tohoto kola je vÿhoda nizsi hmotnost kola a nizsi residualni napeti ve venci po ochlazeni po brzdeni. Zasadni nevÿhodou je vsak, ze konstrukce kola vykazuje vysoké napeti v desce kola pri provoznim namahani kola.

Dalsi kola s podobnÿm provedenim desky, jako zvonové kolo, jsou kola dle patentû c. EP 1470006, c. EP 1225065, c. EP 2792502, c. a c. RU 2722782, ktera maji podobné provedeni desky kola, ktera je konstruovana symetricky k polomeru centralniho bodu vyboceni desky. Nevÿhodou této konstrukce dle uvedenÿch patentû je, ze se v kritickém miste desky kola vyskytuji lokalni maximalni ohybova napeti s vysokÿmi hodnotami.

Dalsim znamÿm resenim je kolo dle patentu c. EP 1440817, kde deska kola je tvorena definovanÿmi rovnÿmi ùseky na sebe navazujicimi. Uvedena konstrukce je vhodna pro narocné provozni podminky a hmotnost kola je cca o 25 kg vyssi hmotnost nez zvonové kolo.

Dalsi pouzivané kolo dle patentu EP 2046585 je kolo s vysokou brzdnou kapacitou a dobrÿm ùtlumem hluku. Vyznacuje se velkou sirkou vencové casti na ùkor vysoké hmotnosti a tim i vyssimi vÿrobnimi naklady. Dalsi nevÿhodou této konstrukce je, ze se v kritickém miste desky kola vyskytuji lokalni maximalni ohybova napeti s vysokÿmi hodnotami.

Podstata vynalezu

Uvedené nevÿhody odstranuje zeleznicni kolo podle tohoto vynalezu, kde stredni rovina je kolma na osu otaceni kola a které se sestâvâ z vence kola tvoreného jizdni plochou a okolkem, z desky kola a z naboje kola, jehoz podstata spociva v tom, ze pricnÿ profil desky kola se nachazi podél teoretické strednice, ktera probiha mezi prvnim bodem lezicim v oblasti prechodu desky kola do vence kola, a druhÿm bodem lezicim v oblasti prechodu desky do naboje kola, pricemz oba tyto body lezi na jedné rovine, kde tato rovina je vzdalena od stredni roviny o vzdalenost H1 ve smeru od okolku a zaroven teoreticka strednice dale prochazi inflexnim bodem, jez je umisten mezi prvnim obloukem o polomeru R1 a druhÿm obloukem o polomeru R2. Teoreticka strednice dale prochazi bodem, kterÿ je definovan maximalnim axialnim vybocenim desky kola o vzdalenost H2 od roviny, obsahujici prvni a druhÿ bod. Teoreticka strednice dale prochazi dotykovÿm bodem,

- 1 CZ 2023 - 24 A3 kde teoreticka strednice prechazi tecne do ùsecky, ktera prochazi druhÿm bodem. Teoreticka strednice svira s rovinou, obsahujici prvni a druhÿ bod ùhel α, pricemz inflexni bod, bod definovanÿ maximalnim axialnim vybocenim desky kola a dotykovÿ bod lezi ve smeru od okolku od roviny obsahujici prvni a druhÿ bod.

Je vÿhodné, aby polomer R2 druhého oblouku teoretické strednice byl vetsi nebo roven polomeru R1 prvniho oblouku teoretické strednice.

Dale je vÿhodné, aby prvni a druhÿ oblouk teoretické strednice desky mezi prvnim bodem a dotykovÿm bodem byly upraveny jako kruhy a/nebo krivky druhého nebo tretiho stupne.

Vÿhodou zvolené konstrukce desky je, ze pri zatizeni od kolovÿch sil, dojde k rovnomernému rozsireni oblasti s maximalnim ohybovÿm napetim v kritickém miste desky kola a tim i ke snizeni hodnoty tohoto napeti.

Dalsi vÿhoda tohoto zeleznicniho kola je v tom, ze pri termomechanickém zatizeni vykazuje velmi nizké hodnoty tangencialniho napeti ve venci kola, a predevsim nizké hodnoty trvalÿch plastickÿch deformaci pri dodrzeni optimalni hmotnosti vlastniho kola, rovnez ma jednoduchÿ tvar na vÿrobu a tim nizké vÿrobni naklady. To umoznuje pouziti kola nejenom pro nakladni vozy, ale pro vsechny typy kolejovÿch vozidel se spalikovou brzdou na jizdni plose, vcetne hnacich vozidel a lokomotiv.

Pri brzdeni spalikovou brzdou je kolo schopno opakovane absorbovat brzdné cykly s vÿkonem 50 kW po dobu 45 minut bez negativnich dûsledkû deformace vence kola a nârûstu tahovÿch tangencialnich napeti ve venci kola pri ochlazeni vence kola po ohrevu od brzdeni. Dochazi tak pouze k mimé zmene rozchodu, respektive rozkoli u zeleznicniho dvojkoli, které je v dovoleném rozsahu, definovaném v evropskÿch normach a tim se zvysuje bezpecnost pri projizdeni vÿhybkami a krizenimi a omezuje se moznost vykolejeni zeleznicnich vozû.

Objasneni vÿkresû

Na obrazku c. 1 je v pricném rezu znazornena polovina zeleznicniho kola.

Priklad uskutecneni vynalezu

Zeleznicni kolo, dle predlozeného vynalezu, o vnejsim polomeru R, se sestâvâ z vence 1, kterÿ je opatren jizdni plochou 2 a okolkem 3, z desky 4 kola a z naboje 5 kola, pricemz mezi vencem 1 a deskou 4 kola je vytvorena prechodova oblast 6 a mezi deskou 4 kola a nabojem 5 je vytvorena oblast prechodu 7. Velikost polomeru R je v rozmezi 300-625 mm, v nejvÿhodnejsim provedeni je polomer kola 460 mm.

Kolo je vyrobeno z jakékoliv jakosti oceli pouzivanÿch na zeleznici dle znamÿch technickÿch norem, a to valcovanim a kovanim.

Sirka vence 1 kola H, jez je definovana jeho vnejsi hranou 8 a vnitrni hranou 9 je 110-150 mm, v nejbeznejsim nejvÿhodnejsim provedeni je 135 mm.

Zeleznicnim kolem prochazi stredni rovina S, v miste tzv. stycné kruznice, kde se teoreticky stÿka jizdni plocha kola se stredem hlavy kolejnice. Stredni rovina S je kolma na osu otaceni kola Z.

Dale zeleznicnim kolem prochazi rovina T, ktera je umistena od stredni roviny S ve vzdalenosti H1 ve smeru od okolku 3, pricemz velikost H1 je definovana vztahem H1=max 0,25H, prikladne je H1=0,2H.

- 2 CZ 2023 - 24 A3

V rovine T ve vzdalenosti RA, jez je vymezen prechodovou oblasti 6, je definovan bod A. Vzdalenost RA je definovana vztahem (0,7-0,85)R, prikladne je vzdalenost RA 0,83R a ve vzdalenosti RD, jez je vymezena prechodovou oblasti 7, je definovan bod D, pricemz vzdalenost RD je definovana vztahem (0,25-0,35)R, prikladne je RA rovno 0,33R, pricemz tyto body A, D vymezuji teoretickou strednici K.

Na teoretické strednici K pricného profilu desky 4 kola je definovan bod B, jez je bodem inflexnim a je umisten mezi obloukem O1 o polomeru R1 a obloukem O2 s polomerem R2.

Na teoretické strednici K pricného profilu desky 4 kola je dale definovan bod M lezici na polomeru RM, jehoz poloha je dana maximalnim axialnim vybocenim desky 4 kola o vzdalenost H2 od roviny T, pricemz vzdalenost H2 je definovana vztahem (2-5)H1 prikladne je vzdalenost H2 3xH1.

S ohledem na konstrukci podvozku zeleznicniho vozu a na vedeni a bocni vùle dvojkoli v podvozku je maximalni axialni vyboceni desky 4 kola prednostne voleno tak, aby povrch desky 4 kola nepresahoval vnejsi hranu 8 vence 1 kola.

Na teoretické strednici K pricného profilu desky 4 kola je dale definovan bod C, jenz je dotykovÿm bodem, kde teoreticka strednice K prechazi tecne do ùsecky.

Teoreticka strednice K desky se sestava z ùseku mezi body AB, kterÿ je tvoren kruhovÿm obloukem O1 s polomerem R1, z ùseku mezi body BC, kterÿ je tvoren kruhovÿm obloukem O2 s polomerem R2 a tretim ùsekem mezi body CD, kterÿ je tvoren ùseckou U1, ktera v bode C tecne navazuje na obloukovou cast teoretické strednice K desky a svira v bode D s rovinou T ùhel α. Ùhel α je v rozmezi (10-20)°, prikladne je 17°.

V casti mezi body AC je vnejsi a vnitrni obrys desky 4 kola tvoren oblouky, pricemz v bode A ma deska 4 kola tlousfku T1 v bode B tlousfku T2 a v bode M tlousfku T3, kde T1=T2=T3 nebo T1<T2<T3. Velikost tloustek T1, T2, T3 je v rozmezi 16-22 mm, prikladne jsou tlousfky T1=16 mm, T2=17 mm a T3=22 mm.

Jednotlivé casti teoretické strednice K desky kola mezi prvnimi ctyrmi body A, B, M, C jsou pritom tvoreny oblouky kruhù tak, ze ùsek od A do B sestava ze zakriveni o prvnim polomeru krivosti R1 a dale od B do M sestava ze zakriveni o druhém polomeru krivosti R2, kdy prvni polomer R1 je mensi nez druhÿ polomer R2 nebo jsou oba polomery shodné.

V casti mezi body CD, tzv. ùseckové casti desky 4 kola, tvori vnejsi obrys desky 4 kola ùsecka U2, ktera prochazi body E a F pod ùhlem α1 od ùsecky U1, pricemz ùhel α1 je v rozmezi (1-5)°, prikladne je 1,5° a ùsecka U3, ktera prochazejici body F a G pod ùhlem α od ùsecky U1. Ùhel α je stejnÿ jako mezi U1 a T·

Bod E je tecnÿ bod mezi obloukovou a ùseckovou casti desky 4 kola a lezi na jeji vnejsi strane.

Vnejsi obrys desky 4 kola je tvoren prechodovÿm radiusem O3, o polomeru R3, kterÿ je s ùseckami U2 a U3 tecne spojen. Bod F lezi na polomeru RF a je spolecnÿm bodem ùsecek U2 a U3.

Vnitrni obrys desky 4 kola tvori ùsecka U4, ktera prochazi body H a I pod ùhlem α2 od ùsecky U1, pricemz ùhel α2 je v rozmezi (1-5)°, prikladne je 2,5° a ùsecka U5, ktera prochazi body I a J pod ùhlem α3 od ùsecky U1, pricemz ùhel α3 je v rozmezi (4-9)°, prikladne je 6°.

Bod H je tecnÿ bod mezi obloukovou a ùseckovou casti desky 4 kola a lezi na jeji vnitrni strane.

Vnejsi obrys desky 4 kola je tvoren prechodovÿm radiusem O4, o polomeru R4, kterÿ je s ùseckami U4 a U5 tecne spojen. Bod I lezi na polomeru RI a je spolecnÿm bodem ùsecek U4 a U5. Velikosti ùhlù α1 aα2 jsou v tomto pripade shodné.

- 3 CZ 2023 - 24 A3

Vnej si a vnitrni obrys desky 4 kola Ize vytvorit rovnez také jednim obloukem nebo krivkou druhého nebo tretiho druhu.

V nejvÿhodnejsim provedeni, je zeleznicni kolo konstruovano tak, aby vzdalenost prvniho bodu A teoretické strednice K desky 4 kola od osy otaceni Z kola byla v rozmezi 0,7 az 0,85nasobku vnejsiho polomeru R zeleznicniho kola a vzdalenost ctvrtého bodu M teoretické strednice K desky 4 kola od osy otaceni Z kola byla v rozmezi 0,6 az 0,7nasobku vnejsiho polomeru R kola a vzdalenost druhého bodu D teoretické strednice K desky 4 kola od osy otaceni Z kola v rozmezi 0,25 az 0,35nasobku vnejsiho polomeru R kola.

V nejvÿhodnejsim provedeni je zeleznicni kolo konstruovano tak, aby bod zlomu F u vnejsi lomené cary desky 4 kola byl umisten ve vzdalenosti 0,35 az 0,45nasobku vnejsiho polomeru R kola a bod zlomu I u vnitrni lomené cary desky 4 kola umisten ve vzdalenosti 0,45 az 0,5nasobku vnejsiho polomeru R kola.

Prùmyslova vyuzitelnost

Zeleznicni kolo s nizkou ùrovni napeti a deformaci lze vyuzit pro vsechny typy kolejovÿch vozidel brzdenÿch spalikem na jizdni plose, zejména pak u nakladnich zeleznicnich vozù, hnacich vozidel a lokomotiv. S ohledem na dobrou radialni poddajnost s dostatecnou ùnavovou pevnosti v kritickém miste kola, to je v prechodu desky kola do naboje kola, je mozno tuto konstrukci kola pouzivat i pro zeleznicni vozidla, kde neni aplikovana spalikova brzda, ale jsou pouzity samotné brzdové kotouce, coz je pripad zeleznicnich vozù pro osobni dopravu.

Claims (7)

1. Zeleznicni kolo se stredni rovinou (S), kterâ je kolmâ na osu otaceni (Z) kola, sestâvajici z vence (1) kola tvoreného jizdni plochou (2) a okolkem (3), z desky (4) kola a z nâboje (5) kola, vyznacujici se tim, ze pncnÿ profil desky (4) kola se je umisten podél teoretické strednice (K), ktera probihâ mezi bodem (A) lezicim v oblasti prechodu (6) desky (4) kola do vence (1) kola, bodem (D) lezicim v oblasti prechodu (7) desky (4) do naboje (5) kola, pricemz bod (A) a bod (D) lezi na jedné rovine (T), kde rovina (T) je vzdalena od stredni roviny (S) o vzdalenost H1 ve smeru od okolku (3), a teoreticka strednice (K) dale prochâzi inflexnim bodem (B), jez je umisten mezi obloukem (O1) o polomeru R1 a obloukem (O2) s polomerem R2, a dale prochazi bodem M, kterÿ je definovân maximalnim axialnim vybocenim desky (4) kola o vzdalenost H2 od roviny (T) a dotykovÿm bodem (C), kde teoreticka strednice (K) prechazi tecne do ùsecky, ktera prochazi bodem (D), kde teoreticka strednice (K) svira s rovinou (T) ùhel α, pricemz body (B) (M) a (C) lezi ve smeru od okolku (3) od roviny (T).

2. Zeleznicni kolo podle naroku 1, vyznacujici se tim, ze polomer R2 oblouku (O2) teoretické strednice (K) je vetsi nebo roven polomeru R1 oblouku (O1) teoretické strednice (K).

3. Zeleznicni kolo podle nekterého z nârokû 1 a/nebo 2, vyznacujici se tim, ze, oblouky (O1) a (O2) teoretické strednice (K) desky (4) mezi body (A) az (C) jsou upraveny jako kruhy a/nebo krivky druhého nebo tretiho stupne.

4. Zeleznicni kolo podle nekterého z nârokû 1 az 3, vyznacujici se tim, ze, polomer RA je definovân (0,7-0,85)R.

5. Zeleznicni kolo podle nekterého z nârokû 1 az 4, vyznacujici se tim, ze, polomer RD je definovân (0,25-0,35)R.

6. Zeleznicni kolo podle nekterého z nârokû 1 az 5, vyznacujici se tim, ze, polomer RM je definovân (0,6-0,7)R.

7. Zeleznicni kolo podle nekterého z nârokû 1 az 6, vyznacujici se tim, ze, ùseky teoretické strednice (K) desky kola mezi prvnimi ctyrmi body (A), (B), (M), (C) jsou tvoreny oblouky kruhû, pricemz ùsek od (A) do (B) sestâvâ ze zakriveni o prvnim polomeru krivosti R1 a ùsek od (B) do (M) sestâvâ ze zakriveni o druhém polomeru krivosti R2, kdy prvni polomer R1 je mensi nez druhÿ polomer R2 nebo jsou oba polomery shodné.