CZ287174B6

CZ287174B6 - Railway vehicle wheel with wheel disk joining wheel head and wheel rim

Info

Publication number: CZ287174B6
Application number: CZ19971767A
Authority: CZ
Inventors: Franz Ing Murawa; Juergen Dr Ing Schneider; Wilfried Bittner
Original assignee: Vsg Verkehrstechnik Gmbh
Priority date: 1994-12-10
Filing date: 1995-11-20
Publication date: 2000-10-11
Also published as: US5899517A; DE4444077A1; WO1996018512A1; DE4444077C2; EP0794872A1; EP0794872B1; ATE177373T1; ES2130683T3; CZ176797A3

Description

Oblast techniky

Vynález se týká kolejového kola s kotoučem kola spojujícím hlavu kola a věnec kola, přičemž kotouč kola má od hlavy kola k věnci kola ubývající tloušťku a jeho vnější strany jako radiálně probíhající tvořící křivky přecházející tangenciálně do sousedních vnějších stran hlavy kola a věnce kola prostřednictvím oválných oblouků, přičemž obě vnější strany kotouče kola jsou 10 v radiální centrální oblasti geometricky stanoveny radiálně probíhajícími tvořícími přímkami.

Dosavadní stav techniky

Hlavní namáhání kolejových kol s brzděnými kotouči v úvodu uvedeného typu nastává v přechodových oblastech z kotouče kola do věnce kola a do hlavy kola v důsledku sil působících mezi kolem a kolejnicí při jízdě. Tato napětí se koncentrují pouze na malou oblast a potom velmi rychle klesají. Typický průběh napětí u známého kola je znázorněn na obr. 1 (ERRI/OREBericht B136/RP9 Úřad pro výzkum a zkoušení evropských železnic). Těmito koncentracemi 20 napětí na malé oblasti se zatěžuje materiál až na mez únavy, přičemž v sousedních oblastech dochází pouze k malému zatěžování. V těchto málo zatěžovaných oblastech je tedy kolo předimenzováno.

Ze spisu DE-A-2 346 144 je známé lehké dvojkolí pro kolejová vozidla, které má kotouče kola 25 provedeny z lehkého kovu a z ocelových bandáží, přičemž kotouče kola jsou nasazením za tepla a smrštěním upevněny na náboji neboli hlavě kola a ocelové bandáže jsou stejným způsobem upevněny na kotouči kola. Na tomto lehkém dvojkolí je pro zmenšení napětí mimo jiné upravena mezi kotoučem kola a hřídelem, jakož i mezi ocelovou bandáží a kotoučem kola, kovová spojovací vrstva. Dále je kotouč kola proveden s přímým žebrem, aby se zabránilo napěťovým 30 špičkám vznikajícím u zkřiveného kotouče kola.

Úkolem vynálezu je vytvořit kolejové kolo výše uvedeného druhu, u něhož budou odstraněny místní koncentrace napětí ve srovnání s dosavadním kolejovým kolem.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje kolejové kolo s kotoučem kola spojujícím hlavu kola a věnec kola, přičemž kotouč kola má od hlavy kola k věnci kola ubývající tloušťku a jeho vnější strany jako 40 radiálně probíhající tvořící křivky přecházejí tangenciálně do sousedních vnějších stran hlavy kola a věnce kola prostřednictvím oválných oblouků, přičemž obě vnější strany kotouče kola jsou v radiální centrální oblasti geometricky stanoveny radiálně probíhajícími tvořícími přímkami, podle vynálezu, jehož podstatou je, že prodloužení tvořících přímek se protínají v oblasti mezi oválnými oblouky na věnci kola.

Takovým provedením kolejového kola nevznikají v místně úzce vymezených oblastech žádné napěťové špičky. Napětí jsou rozložena na větší oblasti a jejich špičky jsou menší. Provedením podle vynálezu se proto dosáhne optimálně lehké konstrukce.

Podle výhodného provedení vynálezu má kotouč kola centrální rovinu, která je kolmá k ose kola.

Kotouč kola má s výhodou centrální rovinu, která svírá s osou kola úhel o maximální hodnotě 5°.

/ /

/ z

Při kování a válcování kola je z výrobních důvodů výhodné, když podle dalšího výhodného provedení vynálezu jsou vnější strany hlavy kola, sousedící s kotoučem kola, kuželové, přičemž patní průsečík jejich tvořících přímek je i patním průsečíkem kotouče kola na hlavě kola.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu jsou vnější strany věnce kola, sousedící s kotoučem kola, kuželové, přičemž patní průsečík jejich tvořících přímek je i patním průsečíkem kotouče kola na věnci kola.

Pro odstranění napěťových špiček se ukázalo jako výhodné, když kotouč kola má svou nejmenší 10 tloušťku ve vzdálenosti od patního průsečíku kotouče kola na hlavě kola, nacházející se v oblasti 2/3 až 4/5 vzdálenosti patních průsečíků.

Optimální je, když vzdálenost nejmenší tloušťky kotouče kola od patního průsečíku na hlavě kola je rovna 1,67 . D/LD . B, přičemž D je vzdálenost patního průsečíku kotouče kola na věnci 15 kola od osy kola a B je vzdálenost patních průsečíků a LD je průměr oběžné kružnice.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu mají tvořící přímky vnějších stran kotouče kola v místě patního průsečíku hlavy kola axiální vzdálenost, která je rovna 15 + 8,5 . (f_D + fp), kde pro korekční činitel f_D pro průměr oběžné kružnice platí f_D = LD : 920 a pro korekční činitel f_F20 pro sílu, neboli axiální zatížení, zatěžující nápravu, a pro sílu, neboli axiální sílu, zatěžující okolek, platí f_F= Q : 500 + Y : 120.

Přechody jsou zpravidla složeny z různých oblastí. Podle dalšího výhodného provedení vynálezu má z hlavy kola a/nebo z věnce kola do kotouče kola přecházející přechodová oblast, počínaje od 25 příslušného patního průsečíku kotouče kola, radiální šířku, která je rovna 0,35 . B, kde B je vzdálenost patních průsečíků kotouče kola.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu má přechodová oblast z kotouče kola do hlavy kola zakřivení o poloměru, jenž je roven 1,25 až 2,5 . A, kde A je vzdálenost tvořících přímek v místě 30 patního průsečíku.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu má přechodová oblast z kotouče kola do věnce kola zakřivení o poloměru, jenž je roven 0,75 až 2,0 . A, kde A je vzdálenost tvořících přímek v místě patního průsečíku.

Přitom přechodová oblast na straně kotouče kola z kotouče kola do hlavy kola vyhovuje funkci

Y, = E(2,292.1O’^loX⁵ _l -4,229.10¾ + 2,930.10’⁶X³] - 8,646.10¾ + 1,070.10¾.

Přechodová oblast na straně kotouče kola z kotouče kola do věnce kola vyhovuje funkci

Y₂ = F(4,87O.’^1oX⁵ ₂ - 9,292.10¾ + 6,229.10¾ - 1,561.10¾ + 1,656.10¾.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladu provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je znázorněno kolejové kolo v polovičním axiálním řezu s diagramy pnutí pro radiální 50 pnutí a pro obvodové pnutí, to je tangenciální pnutí, pro obě strany kotouče kola. Na obr. 2 je znázorněno kolejové kolo podle obr. 1 ve větším měřítku v polovičním řezu.

Na obr. 3 je znázorněna hlava kola a věnec kolejového kola podle obr. 1 a obr. 2 pro různé sklony centrální roviny kotouče kola.

-2CZ 287174 B6

Na obr. 4 je ve větším měřítku znázorněna přechodová oblast z hlavy kola do kotouče kola u kolejového kola podle obr. 1 a obr. 2.

Na obr. 5 je ve větším měřítku znázorněna přechodová oblast od věnce kola do kotouče kola u kolejového kola podle obr. 1 a obr. 2.

Příklad provedení vynálezu

Kolejové kolo je vytvořeno jako plné kolo a sestává z hlavy ]_kola, věnce 2 kola a kotouče 3 kola. Kotouč 3 kola je upraven svou centrální rovinou M kolmo na osu RA kola. Z hlediska této centrální roviny M jsou jeho vnější strany souměrné a přecházejí prostřednictvím oválných oblouků tangenciálně do vnějších stran hlavy 1 kola a věnce 2 kola. Podle obr. 2 může však být také centrální rovina M skloněna o úhel a o hodnotě +/-5°.

Na straně kotouče 3 kola upravené vnější strany hlavy 1 kola a věnce 2 kola jsou kuželové. Jejich tvořící přímky Zl*. Zl**. Z2*. Z2** se protínají v patním průsečíku P_b P₇ na centrální rovině M, který tvoří odpovídající patní bod kotouče 3 kola na hlavě 1 kola a věnci 2 kola. Vnější strany kotouče 3 kola jsou dány v oblasti radiální šířky E radiálně upravenými tvořícími přímkami Z3*. Z3**, které mají v na straně hlavy 1 kola upraveném patním průsečíku P| axiální vzdálenost A a protínají se na straně věnce 2 kola mezi přechodovými oblastmi, zejména v na straně věnce 2 kola upraveném patním průsečíku FY

Kotouč 3 kola má ve vzdálenosti C od na straně hlavy J kola upraveného patního průsečíku P! nejmenší tloušťku. Vzdálenost C má hodnotu 2/3 až 4/5 vzdálenosti B patních průsečíku Ei, L·· S výhodou má vzdálenost C hodnotu

D

C« 1,67---. B,

LD přičemž vzdálenost D je odstup patního průsečíku P, od osy RA kola a průměr LD je průměr oběžné kružnice kola.

Radiální centrální oblast I s radiálními tvořícími přímkami Z3*. Z3** kotouče 3 kola je upravena od radiální šířky

E « 0,35 . B od patního průsečíku Pi až k radiální šířce

F « 0,35 . B od patního průsečíku P2. Vzdálenost B patních průsečíku P_b P-, je volně volitelná v určitých mezích se zřetelem na pravidla konstrukce hlavy 1 kola, věnce 2 kola a průměru LD oběžné kružnice.

Oválné oblouky pro přechody kotouče 3 kola do hlavy 1 kola a do věnce 2 kola sestávají ze dvou přechodových oblastí s různými funkcemi. Přechodová oblast z kotouče 3 kola do hlavy 1 kola má zakřivení o poloměru G, pro který platí

G = 1,25 až 2,5 . A,

-3/ zatímco přechodová oblast z kotouče 3 kola do věnce 2 kola má zakřivení o poloměru H, pro který platí

H = 0,75 až 2,0 . A.

Na ně navazují radiální šířky E, F, které odpovídají funkcím

Yi = E(2,292.10-¹⁰X⁵! -4,229.10^ +2,930.10‘⁶X³! -8,646.10’⁵X²] + 1,070.10¾)

Y₂ = F(4,87O.1O'^ioX⁵2 - 9,292.10'⁸X⁴2 + 6,229.10¾ - 1,561.10¾ + 1,656.10'³X₂).

Ačkoli byl vynález popsán na příkladu provedení plného kola s věncem 2 kola provedeným jako jeden díl, může být s výhodou rovněž použit u jiných kolejových kol, jako například u plných 15 kol, která lze opětovně opatřit věnci kol, nebo u kol odpružených prostřednictvím pryže.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Kolejové kolo s kotoučem (3) kola spojujícím hlavu (1) kola a věnce (2) kola, přičemž kotouč (3) kola má od hlavy (1) kola k věnci (2) kola ubývající tloušťku a jeho vnější strany jako

25 radiálně probíhající tvořící křivky přecházejí tangenciálně do sousedních vnějších stran hlavy (1) kola a věnce (2) kola prostřednictvím oválných oblouků, přičemž obě vnější strany kotouče (3) kola jsou v radiální centrální oblasti (I) geometricky stanoveny radiálně probíhajícími tvořícími přímkami (Z3*, Z3**), vyznačující se tím, že prodloužení tvořících přímek (Z3*, Z3**) se protínají v oblasti mezi oválnými oblouky na věnci (2) kola.
2. Kolejové kolo podle nároku 1, vyznačující se tím, že kotouč (3) kola má centrální rovinu (M), která je kolmá k ose (RA) kola.
3. Kolejové kolo podle nároku 1, vyznačující se tím, že kotouč (3) kola má 35 centrální rovinu (M), která svírá s osou (RA) kola úhel (a) o maximální hodnotě 5°.
4. Kolejové kolo podle jednoho z nároků laž3, vyznačující se tím, že vnější strany hlavy (1) kola, sousedící s kotoučem (3) kola, jsou kuželové, přičemž patní průsečík (Pi) jejich tvořících přímek (Zl*, Zl**) je i patním průsečíkem (Pi) kotouče (3) kola na hlavě (1)

40 kola.
5. Kolejové kolo podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že vnější strany věnce (2) kola, sousedící s kotoučem (3) kola, jsou kuželové, přičemž patní průsečík (P₂) jejich tvořících přímek (Z2*, Z2**) je i patním průsečíkem (P₂) kotouče (3) kola na věnci (2)

45 kola.
6. Kolejové kolo podle jednoho z nároků laž5, vyznačující se tím, že kotouč (3) kola má svou nejmenší tloušťku ve vzdálenosti (C) od patního průsečíku (Pi) kotouče (3) kola na hlavě (1) kola, nacházející se v oblasti 2/3 až 4/5 vzdálenosti (B) patních průsečíků (P_b P₂).
7. Kolejové kolo podle nároku 6, vyznačující se tím, že vzdálenost (C) nejmenší tloušťky kotouče (3) kola od patního průsečíku (P]) na hlavě (1) kola je rovna 1,67 . D/LD . B,

-4CZ 287174 B6 přičemž D je vzdálenost patního průsečíku (P₂) kotouče (3) kola na věnci (2) kola od osy (RA) kola a B je vzdálenost patních průsečíků (P_b P₂) a LD je průměr oběžné kružnice.
8. Kolejové kolo podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že tvořící přímky (Z3*, Z3**) vnějších stran kotouče (3) kola mají v místě patního průsečíku (Pi) hlavy (1) kola axiální vzdálenost (A), která je rovna 15 + 8,5 . (fo + Ef), kde pro korekční činitel f_D pro průměr (LD) oběžné kružnice platí f_D = LD : 920 a pro korekční činitel f_F pro sílu (Q), neboli axiální zatížení, zatěžující nápravu, a pro sílu (Y), neboli axiální sílu, zatěžující okolek, platí f_F = Q:500 + Y:120.
9. Kolejové kolo podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se t í m , že z hlavy (1) kola a/nebo z věnce (2) kola do kotouče (3) kola přecházející přechodová oblast má, počínaje od příslušného patního průsečíku (P_b P₂) kotouče (3) kola, radiální šířku (E, F), která je rovna 0,35 . B, kde B je vzdálenost patních průsečíků (P_b P₂) kotouče (3) kola.
10. Kolejové kolo podle nároku 9, vyznačující se tím, že přechodová oblast z kotouče (3) kola do hlavy (1) kola má zakřivení o poloměru (G), jenž je roven 1,25 až 2,5 . A, kde A je vzdálenost tvořících přímek (Z3*, Z3**) v místě patního průsečíku (Pi).
11. Kolejové kolo podle nároku 9, vyznačující se tím, že přechodová oblast z kotouče (3) kola do věnce (2) kola má zakřivení o poloměru (H), jenž je roven 0,75 až 2,0 . A, kde A je vzdálenost tvořících přímek (Z3*, Z3**) v místě patního průsečíku (Pj).