CZ292087B6 - Železniční kolo - Google Patents

Abstract

P° n² profil desky (4) kola se nach z kolem st°ednice s definovan²mi body (A, B, C), p°i em prvn bod (A) a druh² bod (B) le v jedn rovin (P2), kter je kolm na osu (Z) ot en kola a je v i st°edn rovin (P1) posunuta sm rem k vn jÜ hran (8) v nce (1) kola. Vzd lenost (H3) mezi st°edn m bodem (C) st°ednice desky (4) kola a rovinou (P2) je maxim ln rovna 0,5 n sobku Ü °ky (H1) v nce (1) kola. Jednotliv d l ·seky st°ednice desky (4) kola jsou tvo°eny oblouky kruh nebo stmi k°ivek t°et ho stupn , nebo kombinacemi oblouk kruh nebo k°ivek t°et ho stupn a p° mkov²ch ·sek . Vnit°n polom ry (R6, R7) k°ivosti desky (4) obou ·sek AC, BC st°ednice jsou v tÜ ne vn jÜ polom ry (R5, R8) k°ivosti desky (4) v ·sec ch AC, BC.\

Description

Železniční kolo

Oblast techniky

Vynález se týká konstrukce železničního kola, které je při brzdění špalíkem trvale mírně deformováno vlivem značného tepelného namáhání a následného ochlazení v kombinaci se zatížením kolovými silami.

Dosavadní stav techniky

Železniční kola se skládají ze tří hlavních částí, a to z náboje kola, z věnce kola a z desky kola, která zajišťuje přechod mezi nábojem kola a jeho věncem. Jsou známa kola, která mají rovný tvar desky kola, nej častěji se však používá odlehčená kola s různě prohnutými a tvarovanými deskami, přičemž tvar desky kola má vliv na odolnost kola proti mechanickému a tepelnému zatížení.

Standardní stále nejrozšířenější konstrukcí v provozu na železnicích je kolo s deskou tvořenou tangenciálním profilem, takzvané kolo UIC-ORE. Toto kolo dokáže odolávat vysokým teplotám na věnci kola, nedostatkem je však vysoké pnutí ve věnci kola po ochlazení a vznik plastických deformací z důvodů malé pružnosti, které značně omezují použití vyšších tlaků na nápravu, které pak zejména u kol pro nákladní železniční vozy nejsou dostatečné.

Dalším známým a často používaným železničním kolem je řešení zvonového kola dle patentu DE 3117572, kde střednice příčného profilu desky kola je tvořena pravidelnou křivkou definovanou cosinovou funkcí, která je často v praxi aproximována třemi shodnými poloměry zakřivení. U tohoto kola je výhoda nižší hmotnost kola a nižší residuální napětí ve věnci po ochlazení z brždění. Pro použití na vyšší nápravové tlaky však takováto konstrukce kola musí mít zesilovanou desku kola, čímž se ztrácí výhoda nižší hmotnosti a navíc se zhoršuje úroveň residuálních napětí ve věnci kola současně s vyššími deformacemi věnce kola vůči jeho náboji.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje železniční kolo, které sestává z věnce kola tvořeného jízdní plochou a okolkem, z desky kola a z náboje kola, přičemž příčný profil desky kola se nachází podél střednice, která probíhá mezi prvním bodem ležícím v místě přechodu desky kola do věnce kola, středním bodem, který leží na opačné straně střední roviny než okolek v místě maximálního axiálního vybočení desky kola a druhým bodem ležícím v místě přechodu desky kola do náboje kola, jehož podstata spočívá v tom, že první a druhý bod střednice desky kola se nacházejí v jedné rovině, která je kolmá na osu otáčení kola, je od střední roviny posunuta směrem k vnější hraně věnce kola a kde vzdálenost mezi touto rovinou a středním bodem střednice desky kola je maximálně 0,5 šířky věnce kola. Jednotlivé dílčí úseky střednice desky kola jsou přitom tvořeny křivkami třetího stupně nebo jsou tvořeny oblouky kruhů tak, že úsek od prvního bodu ke střednímu bodu sestává ze zakřivení o prvním vnějším poloměru křivosti a z dalšího zakřivení o prvním vnitřním poloměru křivosti, kdy v tomto úseku je vnitřní poloměr větší než vnější poloměr, a že úsek od druhého bodu ke střednímu bodu sestává ze zakřivení o druhém vnějším poloměru křivosti a ze zakřivení o druhém vnitřním poloměru křivosti, kdy vnitřní poloměr je v tomto úseku větší než vnější poloměr.

Střední rovina přitom probíhá věncem kola v místě takzvané styčné kružnice, kde se teoreticky stýká jízdní plocha kola se středem hlavy kolejnice. Zakřivení střednice desky kola s prvním vnějším poloměrem se nachází blíže věnci kola než zakřivení s prvním vnitřním poloměrem a zakřivení s druhým vnějším poloměrem se nachází blíže náboji kola než zakřivení s druhým vnitřním poloměrem.

-1 CZ 292087 B6

S ohledem na konstrukci podvozku železničního vozu a na vedení a boční vůle dvojkolí v podvozku je maximální axiální vybočení desky kola přednostně voleno tak, aby povrch desky kola nepřesahoval vnější hranu věnce kola. Doporučuje se konstrukce kola, kdy vzdálenost prvního 5 bodu střednice desky kola od osy otáčení kola se pohybuje v rozmezí 0,7 až 0,85 násobku vnějšího poloměru železničního kola a vzdálenost druhého bodu střednice desky kola od osy otáčení kola se pohybuje v rozmezí 0,3 až 0,45 násobku vnějšího poloměru kola.

Pro dosažení nej výhodnějších výsledků z pohledu minimalizace deformací se rovněž doporučuje, ío aby střednice desky kola byla tvořena dvěma dvojicemi rozměrově shodných části křivek třetího stupně nebo kruhových oblouků, to je aby oba vnitřní poloměry měly stejnou velikost a oba vnější poloměry rovněž stejnou velikost, přičemž v každém z obou úseků střednice desky kola velikost vnitřních poloměrů dosahuje 1,5 až 3,5 násobku velikosti vnějších poloměrů daného úseku.

Výhodné je rovněž provedení železničního kola, kdy je střednice desky kola tvořena kombinací oblouků kruhů nebo křivek třetího stupně a rovných přímkových úseků. Krátké přímkové úseky mohou být umístěny v jednom nebo obou místech vzájemných přechodů mezi vnitřním a vnějším zakřivením oblouků nebo křivek třetího stupně.

Rovněž je výhodné provedení železničního kola, když tloušťka příčného profilu desky kola podél střednice je konstantní nebo se rovnoměrně, případně podle křivky druhého nebo třetího stupně, zmenšuje počínaje druhým bodem až k prvnímu bodu.

Jako výhodné se osvědčuje i provedení železničního kola, když se tloušťka příčného profilu desky kola podél střednice desky kola rovnoměrně nebo podle křivky druhého či třetího stupně zmenšuje od druhého bodu ke střednímu bodu, od kterého je potom až k prvnímu bodu konstantní.

Výhoda tohoto železničního kola je v tom, že vykazuje velmi nízké hodnoty tangenciálního napětí ve věnci kola a především nízké hodnoty trvalých plastických deformací při dodržení optimální hmotnosti vlastního kola. To umožňuje použití kola nejenom pro nákladní vozy, ale pro všechny typy kolejových vozidel se špalíkovou brzdou na jízdní ploše, včetně hnacích vozidel a lokomotiv, neboť je možné zatížení svislou kolovou silou až do 15 tun najedno kolo, 35 což je výrazně vyšší hodnota než u doposud používaných kol. Kolo může být vyrobeno v jakékoliv jakosti oceli používaných na železnici dle známých technických norem, a to válcováním a kováním, případně odléváním. Při brždění špalíkovou brzdou je kolo schopno opakovaně absorbovat brzdné cykly s výkonem 55 KW po dobu 45 minut bez negativních důsledků deformace věnce kola a nárůstu tahových tangenciálních napětí ve věnci kola při chlazení věnce kola 40 po ohřevu od brždění. Nedochází tak ke změně rozchodu respektive rozkolí u železničního dvojkolí a tím se zvyšuje bezpečnost při projíždění výhybkami a kříženími a omezuje se možnost vykolejení železničních vozů.

Přehled obrázku na výkrese

Na připojeném výkrese je v příčném řezu znázorněna polovina železničního kola podle vynálezu.

Příklad provedení vynálezu

Železniční kolo (obr. 1) má vnější poloměr R1 a sestává z věnce 1 kola sjízdní plochou 2 a okolkem 3, z desky 4 kola, z náboje 5 kola, z přechodu 6 desky 4 kola do věnce 1 kola a z přechodu 7 desky 4 kola do náboje 5 kola. Věnec 1 kola je ohraničen vnější hranou 8, vnitřní 55 hranou 9 a má šířku Hl. Na střednici příčného profilu desky 4 kola se nachází první bod A

-2CZ 292087 B6 o poloměru R2. střední bod C o poloměru R3 a druhý bod B o poloměru R4. Střednice desky 4 kola sestává z úseku AC, který je tvořen kruhovým obloukem o prvním vnějším poloměru R5 a kruhovým obloukem o prvním vnitřním poloměru R6 a z úseku CB, který je tvořen kruhovým obloukem o druhém vnitřním poloměru R7 a kruhovým obloukem o druhém vnějším poloměru R8. přičemž vnitřní poloměry R6, R7 mají stejnou velikost a jsou větší než shodné vnější poloměry R5. R8. Rovina P2 je kolmá k ose Z otáčení kola a je posunuta od střední roviny Pl, která se nachází ve vzdálenosti H5 od vnitřní hrany 9 věnce i kola, směrem k vnější hraně 8 věnce 1 kola, o vzdálenost H2. V rovině P2 se nachází jak první bod A střednice desky 4 kola, tak i její druhý bod B. Vzdálenost H4 mezi prvním bodem A a druhým bodem B střednice desky 4 kola v rovině P2 je daná rozdílem poloměrů R4ie 0,4 násobkem vnějšího poloměru Rl. Vzdálenost H3 mezi rovinou P2 a středním bodem C střednice desky 4 kola je navržena tak, že povrch desky 4 kola nepřesahuje vnější hranu 8 věnce 1 kola. Deska 4 kola má v místě druhého bodu B tloušťku T2 a rovnoměrně se zmenšuje přes střední bod C, kde má tloušťku T3 až do prvního bodu A o tloušťce TI.

Průmyslová využitelnost

Železniční kolo s nízkou úrovní napětí a deformací lze využít pro všechny typy kolejových vozidel bržděných špalíkem na jízdní ploše, zejména pak u nákladních železničních vozů, hnacích vozidel a lokomotiv. S ohledem na dobrou radiální poddajnost s dostatečnou únavovou pevností v kritickém místě kola, to je v přechodu desky kola do náboje kola, je možno tuto konstrukci kola používat i pro železniční vozidla, kde není aplikována špalíkové brzda, ale jsou použity samotné brzdové kotouče, což je případ železničních vozů pro osobní dopravu;

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (5)

1. Železniční kolo, sestávající z věnce (1) kola, tvořeného jízdní plochou (2) a okolkem (3), z náboje (5) kola, a z desky (4) kola, jejíž příčný profil se nachází podél střednice, která probíhá mezi prvním bodem (A) ležícím v místě přechodu (6) desky (4) kola do věnce (1) kola, středním bodem (C) ležícím na opačné straně střední roviny (Pl) kola než okolek (3) v místě maximálního axiálního vybočení desky (4) kola a druhým bodem (B) ležícím v místě přechodu (7) desky (4) kola do náboje (5) kola, vyznačující se tím,že první bod (A) a druhý bod (B) střednice příčného profilu desky (4) kola jsou uspořádány v jedné rovině (P2), která je kolmá na osu (Z) otáčení kola a je od střední roviny (Pl) kola posunuta směrem k vnější hraně (8) věnce (1) kola, a že kolmá vzdálenost (H3) mezi rovinou (P2) a středním bodem (C) střednice příčného profilu desky (4) kola je maximálně rovna 0,5 násobku šířky (Hl) věnce (1) kola, přičemž jednotlivé dílčí úseky střednice příčného profilu desky (4) kola jsou tvořeny křivkami třetího stupně nebo oblouky kruhů tak, že úsek od prvního bodu (A) ke střednímu bodu (C) sestává z vnějšího zakřivení o prvním vnějším poloměru (R5) křivosti a z vnitřního zakřivení o prvním vnitřním poloměru (R6) křivosti, který je větší než první vnější poloměr (R5) křivosti a úsek od druhého bodu (B) ke střednímu bodu (C) sestává z vnějšího zakřivení o druhém vnějším poloměru (R8) křivosti a z vnitřního zakřivení o druhém vnitřním poloměru (R7) křivosti, který je větší než druhý vnější poloměr (R8) křivosti.

2. Železniční kolo podle nároku 1,vyznačující se tím, že střednice příčného profilu desky (4) kola je tvořena kombinací oblouků kruhů nebo křivek třetího stupně a přímkových úseků, nacházejících se mezi vnitřním a vnějším zakřivením desky (4) kola.

-3CZ 292087 B6

3. Železniční kolo podle nároků 1 až 2, vyznačující se tím, že deska (

4) kola má tloušťku svého příčného profilu konstantní nebo je rovnoměrně nebo podle křivky druhého či třetího stupně, zmenšující od druhého bodu (B) až k prvnímu bodu (A).

5 4. Železniční kolo podle nároků 1 až 2, vyznačující se tím, že deska (4) kola má tloušťku svého příčného profilu rovnoměrně nebo podle křivky druhého či třetího stupně se zmenšující od druhého bodu (B) ke střednímu bodu (C), od kterého má tloušťku svého příčného profilu až k prvnímu bodu (A) konstantní.