ES2969718T3

ES2969718T3 - Rueda para vehículo ferroviario

Info

Publication number: ES2969718T3
Application number: ES20815263T
Authority: ES
Inventors: Takanori Kato; Yoshinari Yamamura; Shingo Abe; Jun Noguchi; La Prida Caballero Ruben De
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2024-05-22
Anticipated expiration: 2040-05-20
Also published as: BR112021023588A2; EP3978265B1; JP7197004B2; WO2020241401A1; EA202193259A1; CA3138465C; AU2020282847A1; CN113891806B; AU2020282847B2; CA3138465A1; JPWO2020241401A1; US20220212494A1; EP3978265A1; CN113891806A; US11897281B2; EP3978265A4

Abstract

Una rueda (100) comprende una parte saliente (10), una parte de llanta (20) y una parte de placa (30). La porción de llanta (20) incluye una banda de rodadura (21) y una pestaña (22). La porción de placa (30) conecta la porción de saliente (10) y la porción de borde (20). En la vista en sección transversal longitudinal de la rueda (100), la porción de placa (30) tiene una línea central (A) de espesor de placa recta que está inclinada para acercarse al lado de la pestaña (22) hacia el lado exterior en la dirección radial. dirección. En la vista en sección transversal longitudinal de la rueda (100), el extremo exterior (Aa) de la línea central (A) del espesor de la placa está entre la pestaña (22) y un centro (211) de la banda de rodadura (21) en la dirección axial de la rueda (100). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Rueda para vehículo ferroviario

Campo técnico

La presente invención se refiere a una rueda utilizada en un vehículo ferroviario. Dicha rueda se conoce por el documento US3311403A.

Antecedentes de la técnica

Una rueda de un vehículo ferroviario incluye un cubo, una llanta y una placa. En el cubo se debe introducir un eje del vehículo ferroviario. La llanta forma una porción circunferencial exterior de la rueda e incluye una superficie de rodadura y un reborde. La superficie de rodadura es una superficie que va a entrar en contacto con la superficie superior de un carril. El reborde sobresale de la superficie de rodadura hacia fuera en una dirección radial de la rueda. La placa conecta el borde y el cubo.

Ha habido diversas formas de ruedas para vehículos ferroviarios. Por ejemplo, la publicación de patente 1 da a conocer una rueda en donde está doblada una placa que conecta una llanta y un cubo. En la publicación de patente 1, la placa tiene una línea central de espesor de placa que es curvilínea cuando se ve la rueda en su sección longitudinal. La línea central de espesor de placa tiene un centro que es un punto de inflexión de la línea central de espesor de placa y simétrico con respecto al centro.

Las publicaciones de patentes 2 y 3 también dan a conocer ruedas que incluyen una placa que está doblada. En las publicaciones de patentes 2 y 3, una línea central de la placa con espesor de placa tiene una forma que es convexa en un lado opuesto a un reborde cuando se ve la rueda en su sección longitudinal. En otras palabras, la línea central de espesor de placa es una curva con ambas extremidades que están más cerca del reborde que lo que está cerca un centro de la línea central de espesor de placa.

La publicación de patente 4 se refiere a un disco de rueda para un vehículo ferroviario con un buje de rueda que rodea un eje giratorio; una llanta; y una placa que conecta el buje de la rueda con la llanta de la rueda. La invención se caracteriza porque en al menos un lado axial de cada plano de sección radial está formada una transición entre la placa y el buje de la rueda y/o una transición entre la placa y la llanta de la rueda, de tal manera que la transición se forma mediante una función tangente, la función tangente se fusiona con el contorno de la placa con una tangente constante; y la función tangente se fusiona con una tangente constante en el contorno del buje de la rueda o de la llanta de la rueda.

Lista de citaciones

Publicación de patentes

Publicación de patente 1: Publicación de solicitud de patente japonesa N° 10-29401

Publicación de patentes 2: T raducción japonesa de la publicación de solicitud internacional PCT N° 2009-545484 Publicación de patentes 3: Traducción japonesa de la publicación de solicitud internacional PCT N° 2015-500177 Publicación de patentes 4: DE 102011 121785 A1

Compendio de la invención

Problema técnico

Como tipo de dispositivo de frenado para una rueda de un vehículo ferroviario, se conoce un freno de superficie de rodadura. En un freno de superficie de rodadura, se presiona una zapata de freno contra una superficie de rodadura de una rueda para aplicar un freno a un vehículo ferroviario. Durante el frenado del vehículo ferroviario, se produce calor por fricción entre la superficie de rodadura y la zapata de freno. Como resultado, la temperatura de la rueda, particularmente la temperatura de una llanta que forma una porción circunferencial exterior de la rueda, aumenta, provocando la deformación por calor de la llanta. Cuando se produce un desplazamiento en la llanta debido a la deformación por calor, la estabilidad de marcha de un vehículo ferroviario se ve afectada. En particular, el desplazamiento de la llanta en una dirección axial de la rueda puede provocar meandros o descarrilamiento del vehículo ferroviario. Además, la deformación por calor de la llanta y la aparición de tensión térmica en la placa durante el frenado del vehículo ferroviario pueden provocar una fractura por fatiga de la rueda. Por tanto, es necesario reducir el desplazamiento de la llanta en la dirección axial de la rueda y reducir la tensión térmica que se produce en la placa durante el frenado del vehículo ferroviario con el freno de superficie de rodadura. Sin embargo, con ruedas convencionales, como se ejemplifica en las publicaciones de patentes 1 a 3, es difícil reducir al mismo tiempo tanto el desplazamiento de una llanta como la tensión térmica en una placa que se produce durante el frenado.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar una rueda para un vehículo ferroviario que pueda reducir un desplazamiento de su llanta en una dirección axial de la rueda y una tensión térmica que se produce en su placa al mismo tiempo durante el frenado del vehículo ferroviario con un freno de superficie de rodadura.

Solución al problema

Se ha de utilizar una rueda según la presente invención en un vehículo ferroviario. La rueda incluye las características de la reivindicación 1.

Efecto ventajoso de la invención

Con una rueda para un vehículo ferroviario según la presente invención, es posible reducir un desplazamiento de su llanta en una dirección axial de la rueda y una tensión térmica que se produce en su placa al mismo tiempo durante el frenado del vehículo ferroviario con un freno de superficie de rodadura.

Breve descripción de los dibujos

La fig. 1 es una vista en sección longitudinal de una rueda para un vehículo ferroviario según una realización.

La fig. 2 es un diagrama que ejemplifica de forma exagerada una deformación que se produce en una rueda durante el frenado con un freno de superficie de rodadura.

La fig. 3 es un diagrama que ilustra formas de rueda de modelos analíticos de ejemplos.

La fig. 4 es un diagrama que ilustra formas de rueda de modelos analíticos de ejemplos comparativos.

Descripción de las realizaciones

Según una realización se utiliza una rueda en un vehículo ferroviario. La rueda incluye un cubo, una llanta y una placa. El cubo forma una porción circunferencial interior de la rueda. En el cubo se ha de introducir un eje del vehículo ferroviario. La llanta forma una porción circunferencial exterior de la rueda. La llanta incluye una superficie de rodadura y un reborde. La superficie de rodadura ha de entrar en contacto con una superficie superior de un carril sobre el que circula el vehículo ferroviario. El reborde sobresale de la superficie de rodadura hacia fuera en una dirección radial de la rueda, estando la llanta colocada de manera que quede hacia fuera del cubo en una dirección a lo ancho de la vía. La placa tiene forma anular y conecta la llanta y el cubo. Cuando se ve la rueda en su sección longitudinal, la placa tiene una línea central de espesor de placa lineal que está inclinada de tal manera que la línea central de espesor de placa se acerca al lado del reborde a medida que se extiende hacia fuera en la dirección radial. Cuando la rueda se ve en su sección longitudinal, una extremidad exterior de la línea central de espesor de placa está situada entre el reborde y un centro de la superficie de rodadura en una dirección axial de la rueda. La extremidad exterior es una de ambas extremidades de la línea central de espesor de placa que está colocada más hacia fuera en la dirección radial (primera configuración).

Cuando una zapata de freno de un freno de superficie de rodadura se presiona contra la superficie de rodadura de una rueda, produciendo calor por fricción, una llanta se deforma por calor y se desplaza en una dirección axial de la rueda. En la dirección axial de la rueda, cuando una dirección hacia un lado en donde está dispuesto el reborde se denomina dirección de reborde, y la dirección opuesta se denomina dirección de contra reborde, la llanta generalmente tiende a desplazarse en la dirección del reborde. Por el contrario, en la rueda de la primera configuración, la línea central de espesor de placa de la placa es lineal y está inclinada de tal manera que la línea central de espesor de placa se acerca al lado del reborde a medida que se extiende hacia fuera en la dirección radial de la rueda cuando se ve la rueda en su sección longitudinal. Cuando la llanta se ha de desplazar en la dirección del reborde, la placa que tiene dicha línea central de espesor de placa resiste el desplazamiento de la llanta, de manera que se puede inhibir el desplazamiento. Por tanto, es posible reducir el desplazamiento de la llanta en la dirección axial durante el frenado de un vehículo ferroviario con un freno de superficie de rodadura. Además, dado que la línea central de espesor de placa no tiene punto de inflexión, es poco probable que se produzca concentración de tensiones en la placa. Por tanto, es posible reducir la tensión térmica que se produce en la placa durante el frenado de un vehículo ferroviario con un freno de superficie de rodadura.

Con la primera configuración, se reduce el desplazamiento de la llanta en dirección axial, de manera que la llanta resiste el balanceo con respecto a la placa. Por lo tanto, es posible reducir la tensión que se produce en una porción de raíz de la llanta en la placa. Además, colocando la extremidad exterior de la línea central de espesor de placa entre el reborde y el centro de la superficie de rodadura, es posible reducir la tensión térmica que se produce en la placa durante el frenado de un vehículo ferroviario.

Una distancia en la dirección axial desde una cara lateral de la llanta en el lado del reborde hasta la extremidad exterior de la línea central de espesor de placa es preferiblemente 0,3 veces o más la longitud de la llanta en la dirección axial (segunda configuración).

Un ángulo que forma la línea central de espesor de placa con la dirección axial en el lado del reborde es preferiblemente de 87° o menos (tercera configuración).

La placa tiene preferiblemente un espesor de placa que disminuye a medida que la placa se extiende hacia fuera en la dirección radial hasta un punto hacia dentro desde la extremidad exterior de la línea central de espesor de placa y tiene un espesor de placa mínimo en el punto (cuarta configuración).

A continuación, se describirá una realización de la presente invención con referencia a los dibujos. En los dibujos, los componentes iguales o equivalentes se indicarán con los mismos caracteres de referencia y no se realizarán descripciones repetitivas de los mismos.

La fig. 1 es una vista en sección longitudinal de una rueda 100 según la presente realización. La sección longitudinal se refiere a una sección transversal de la rueda 100 tomada a lo largo de un plano que incluye un eje X central de la rueda 100. La sección longitudinal de la rueda 100 es simétrica con respecto al eje X central, y así, tanto la fig. 1 ilustra la rueda 100 en un lado del eje X central únicamente. En la presente realización, una dirección en donde se extiende el eje X central de la rueda 100 se denominará dirección axial, y una dirección radial de la rueda 100 se denominará simplemente dirección radial.

Con referencia a la fig. 1, la rueda 100 se utiliza en un vehículo ferroviario. La rueda 100 incluye un cubo 10, una llanta 20 y una placa 30.

El cubo 10 forma una porción circunferencial interior de la rueda 100. El cubo 10 tiene una forma sustancialmente cilíndrica cuya línea central axial es el eje X central. Un eje del vehículo ferroviario (no ilustrado) ha de insertarse en el cubo 10.

La llanta 20 forma una porción circunferencial exterior de la rueda 100. La llanta 20 está dispuesta fuera del cubo 10 en la dirección radial. Además, la llanta 20 está colocada de manera que quede hacia fuera del cubo 10 en la dirección del ancho de la vía. En otras palabras, un centro C<20>del ancho de la llanta ilustrado por una línea de cadena de dos puntos en la fig. 1 está colocado hacia fuera desde el centro C<10>del ancho del cubo ilustrado de manera similar por una línea de cadena de dos puntos en una vía.

La llanta 20 incluye una superficie 21 de rodadura y un reborde 22. La superficie 21 de rodadura mira hacia fuera en la dirección radial. La superficie 21 de rodadura ha de entrar en contacto con una superficie superior de un carril sobre el que circula el vehículo ferroviario. El diámetro de la superficie 21 de rodadura aumenta gradualmente hacia el reborde 22. La forma de la superficie 21 de rodadura no se limita a una forma particular. Por ejemplo, la superficie 21 de rodadura puede ser una superficie de rodadura cónica o puede ser una superficie de rodadura en arco.

El reborde 22 está previsto en una extremidad de la llanta 20 en dirección axial. En la dirección axial de la rueda 100, una dirección hacia un lado sobre el que está dispuesto el reborde 22 se denominará dirección de reborde, y la dirección opuesta se denominará dirección de contra reborde. El reborde 22 sobresale de la superficie 21 de rodadura hacia fuera en dirección radial. Cuando el vehículo ferroviario se desplaza sobre carriles derecho e izquierdo, el reborde 22 está colocado hacia dentro de los carriles. El reborde 22 incluye caras 221 y 222 laterales. Cuando se ve la rueda 100 en su sección longitudinal, cada una de las caras 221 y 222 laterales tiene una forma curva que incluye uno o más tipos de arcos.

La cara 221 lateral está dispuesta en un lado cercano a la superficie 21 de rodadura en la dirección axial. La cara 221 lateral está conectada a la superficie 21 de rodadura mediante una garganta 23. Cuando la rueda 100 se ve en su sección longitudinal, la garganta 23 tiene una forma curva que incluye uno o más tipos de arcos y conecta la cara 221 lateral a la superficie 21 de rodadura suavemente. Una curvatura de una superficie de la llanta 20 cambia en un límite 24 entre la garganta 23 y la superficie 21 de rodadura. Una porción de la superficie 21 de rodadura adyacente al límite 24 tiene una curvatura cuyo valor absoluto es significativamente menor que los valores absolutos de las curvaturas de la cara 221 lateral del reborde 22 y la garganta 23.

La cara 222 lateral está dispuesta en un lado opuesto a la cara 221 lateral en la dirección axial. La cara 222 lateral está conectada a una cara 25 lateral, que es una de ambas caras 25 y 26 laterales de la llanta 20.

La placa 30 tiene forma anular. La placa 30 conecta el cubo 10 y la llanta 20. La placa 30 tiene un espesor de placa que es menor en su conjunto que los espesores del cubo 10 y de la llanta 20. Los espesores del cubo 10 y de la llanta 20 se refieren a longitudes del cubo 10 y de la llanta 20 en la dirección axial, respectivamente. El espesor de la placa de la placa 30 es una longitud de la placa 30 en la dirección axial. El espesor de la placa de la placa 30 es grande en su lado de cubo 10 y pequeño en su lado de la llanta 20.

La placa 30 incluye caras 31 y 32 laterales. La cara 31 lateral es una cara dispuesta en un lado del reborde 22 en la dirección axial. La cara 32 lateral está colocada en un lado opuesto a la cara 31 lateral en la dirección axial. Cuando se ve la rueda 100 en su sección longitudinal, las caras 31 y 32 laterales están conectadas a la llanta 20 mediante arcos 41 y 42, respectivamente. Las caras 31 y 32 laterales están conectadas al cubo 10 mediante arcos 43 y 44, respectivamente.

En la presente realización, una de una extremidad 411 del arco 41 en el lado de la placa 30 y una extremidad 421 del arco 42 en el lado de la placa 30 que está colocado más hacia dentro que el otro en la dirección radial se define como una extremidad circunferencial exterior de la placa 30. Además, uno de una extremidad 431 del arco 43 en el lado de la placa 30 y una extremidad 441 del arco 44 en el lado de la placa 30 que está colocado más hacia fuera que el otro en la dirección radial es definido como una extremidad circunferencial interior de la placa 30. La extremidad circunferencial exterior de la placa 30 puede considerarse como una raíz de la llanta 20 para la placa 30. La extremidad circunferencial interior de la placa 30 puede considerarse como una raíz del cubo 10 para la placa 30. En la presente realización, la extremidad 421 del arco 42 y la extremidad 441 del arco 44 son la extremidad circunferencial exterior y la extremidad circunferencial interior de la placa 30, respectivamente.

El espesor de la placa de la placa 30 disminuye a medida que la placa 30 se extiende hacia fuera en la dirección radial hasta una posición hacia dentro desde la extremidad 421 circunferencial exterior y se minimiza en esa posición. En otras palabras, la placa 30 tiene su espesor de placa mínimo en una porción hacia dentro desde la extremidad 421 circunferencial exterior en la dirección radial y en las proximidades de la extremidad 421 circunferencial exterior. Una posición en donde se minimiza el espesor de la placa de la placa 30 coincide sustancialmente con una posición en donde se minimiza una tensión de flexión producida en la placa 30 por una carga de flexión recibida por la rueda 100 desde un carril cuando el vehículo ferroviario pasa una curva. Por ejemplo, el espesor de placa de la placa 30 se puede minimizar en una posición que está de 5 mm a 30 mm hacia dentro desde la extremidad 421 circunferencial exterior en la dirección radial.

La placa 30 tiene una línea central A de espesor de placa. La línea central A de espesor de placa es una línea que pasa por puntos medios entre las caras 31 y 32 laterales y se extiende desde el lado del cubo 10 hasta el lado de la llanta 20. Cuando se ve la rueda 100 en su sección longitudinal, la línea central A de espesor de placa tiene una forma lineal. Una forma lineal aquí incluye no sólo una línea recta perfecta sino también un arco muy suave que tiene un radio de curvatura de, por ejemplo, 1000 mm o más, o incluso una cadena poligonal. En otras palabras, la línea central A de espesor de placa es cualquier línea que pueda reconocerse como una línea sustancialmente recta cuando se ve la rueda 100 en su sección longitudinal. Dado que la línea central A de espesor de placa tiene una forma lineal cuando se ve la rueda 100 en su sección longitudinal, la placa 30 tiene una forma de disco sustancialmente plana y no está doblada en la dirección axial.

Cuando se ve la rueda 100 en su sección longitudinal, la línea central A de espesor de placa está inclinada con respecto a la dirección radial de manera que la línea central A de espesor de placa se aproxima al lado del reborde 22 a medida que se extiende hacia fuera en la dirección radial. De ambas extremidades Aa y Ab de la línea central A de espesor de placa, la extremidad Aa, que está colocada hacia fuera en la dirección radial, se denominará extremidad exterior de la línea central A de espesor de placa, y la extremidad Ab, que está colocada hacia dentro en la dirección radial, se denominará extremidad interior de la línea central A de espesor de placa. La extremidad Aa exterior de la línea central A de espesor de placa es un punto en donde la línea central A de espesor de placa está conectada a una línea recta que pasa por la extremidad 421 de la circunferencia exterior de la placa 30 y se extiende en la dirección axial. La extremidad Ab interior de la línea central A de espesor de placa es un punto en donde la línea central A de espesor de placa está conectada a una línea recta que pasa por la extremidad 441 circunferencial interior de la placa 30 y se extiende en la dirección axial.

En la dirección axial, la extremidad Aa exterior de la línea central A de espesor de placa está colocada dentro de un rango R entre el reborde 22 y un centro 211 de la superficie 21 de rodadura. En otras palabras, la extremidad Aa exterior está dispuesta en el lado en la dirección del contra reborde con respecto a la cara 221 lateral del reborde 22. Además, la extremidad Aa exterior está dispuesta en el lado en la dirección del reborde con respecto al centro 211 de la superficie 21 de rodadura. El centro 211 de la superficie 21 de rodadura se refiere a un posición media en la dirección axial entre el límite 24 entre la superficie 21 de rodadura y la garganta 23 y la cara lateral 26 de la llanta 20.

Disponiendo la extremidad Aa exterior de la línea central A de espesor de placa entre el reborde 22 y el centro 211 de la superficie 21 de rodadura, se mantiene una distancia en la dirección axial entre la placa 30 y la cara 25 lateral de la llanta 20 en el reborde 22. Supongamos que una distancia en la dirección axial desde la cara 25 lateral de la llanta 20 hasta la extremidad Aa exterior de la línea central A de espesor de placa se indica mediante una posición Pw de la placa. La posición Pw de la placa se determina como apropiada según las especificaciones de un freno de superficie de rodadura utilizado para la rueda 100 o similar. Por ejemplo, la posición Pw [mm] de la placa es preferiblemente 0,3 veces o más la anchura Wr [mm] de la llanta 20 (Pw/Wr > 0,3). La posición Pw [mm] de la placa es preferiblemente 0,6 veces o menos la anchura Wr [mm] de la llanta 20 (Pw/Wr < 0,6). La anchura Wr de la llanta 20 es una longitud de la llanta 20 en la dirección axial, y es una distancia máxima desde la cara 25 lateral en el lado del reborde 22 hasta la cara 26 lateral en el lado opuesto en la dirección axial.

Cuando se ve la rueda 100 en su sección longitudinal, la línea central A de espesor de placa forma un ángulo 0 con la dirección axial en el lado 22 del reborde. En el caso donde la línea central A de espesor de placa sea una curva muy suave, se determina que el ángulo 0 es un ángulo formado por una línea tangencial en el centro de la línea central A de espesor de placa (punto medio entre la extremidad Aa exterior y la extremidad Ab interior) con la dirección axial. En un caso donde la línea central A de espesor de placa es una cadena poligonal, se determina que el ángulo 0 es un ángulo formado por el segmento más largo entre los segmentos incluidos en la línea central A de espesor de placa con la dirección axial.

El ángulo 0 es menor de 90°. El ángulo 0 es preferiblemente de 87° o menos, lo que sin embargo depende de las especificaciones de un freno de superficie de rodadura utilizado para la rueda 100 o similar. El ángulo 0 es preferiblemente de 75° o más.

[Efectos ventajosos de la realización]

La fig. 2 es un diagrama que ilustra sólo una sección de la rueda 100 ilustrada en la fig. 1 y que ejemplifica una deformación que se produce en la rueda 100 durante el frenado con un freno de superficie de rodadura de manera exagerada. Con referencia a la fig. 2, cuando una zapata de freno del freno de superficie de rodadura se presiona contra la superficie 21 de rodadura de la rueda 100, la llanta 20 se somete a deformación por calor mediante fricción y tiende a desplazarse hacia el lado 22 del reborde en la dirección axial (en la dirección del reborde). Sin embargo, en la rueda 100 según la presente realización, es posible reducir dicho desplazamiento de la llanta 20. En la rueda 100, la línea central A de espesor de placa de la placa 30 tiene una forma lineal cuando se ve la rueda 100 en su sección longitudinal. Además, la línea central A de espesor de placa está inclinada de tal manera que la línea central A de espesor de placa se aproxima al lado 22 del reborde a medida que se extiende hacia fuera en la dirección radial. Como resultado, incluso aunque la llanta 20 haya de desplazarse en la dirección del reborde durante el frenado de un vehículo ferroviario con frenos de superficie de rodadura, la placa 30 resiste el desplazamiento de la llanta 20, de manera que se puede inhibir el desplazamiento. Por tanto, es posible reducir el desplazamiento de la llanta 20 en dirección axial.

En la rueda 100 según la presente realización, dado que la línea central A de espesor de placa es lineal cuando se ve la rueda 100 en su sección longitudinal, la placa 30 no tiene sustancialmente ningún punto de inflexión. Como resultado, es poco probable que se produzca concentración de tensión en la placa 30 durante el frenado del vehículo ferroviario con un freno de superficie de rodadura. Por lo tanto, es posible reducir no sólo el desplazamiento de la llanta 20 en la dirección axial sino también la tensión por calor que se produce en la placa 30.

En la presente realización, la posición Pw de la placa es preferiblemente 0,3 veces o más la anchura Wr de la llanta 20. De este modo es posible reducir aún más el desplazamiento de la llanta 20 en la dirección axial.

En la presente realización, el ángulo 0 que forma la línea central A de espesor de placa con la dirección axial en el lado 22 del reborde se establece preferiblemente en 87° o menos. De este modo es posible reducir de forma más fiable el desplazamiento de la llanta 20 en dirección axial y la tensión por calor que se produce en la placa 30.

En la presente realización, el espesor de placa de la placa 30 disminuye a medida que la placa 30 se extiende hacia fuera en la dirección radial hasta un punto hacia dentro desde la extremidad Aa exterior de la línea central A de espesor de placa y se minimiza en ese punto. Más específicamente, en la placa 30, la posición en donde la tensión de flexión producida por una carga de flexión recibida de un carril cuando el vehículo ferroviario pasa una curva se hace coincidir sustancialmente con la posición en donde se minimiza el espesor de placa. Con esta configuración, es posible impedir la fractura por fatiga de la placa 30, aumentando la vida útil de la rueda 100.

Una realización según la presente descripción se ha descrito anteriormente, pero la presente descripción no se limita a la realización anterior, y se pueden realizar diversas modificaciones sin desviarse de la esencia y el alcance de la presente descripción.

Ejemplo

La presente invención se describirá a continuación con más detalle con referencia al ejemplo. Sin embargo, no debería interpretarse que la presente descripción se limita al ejemplo que se describe a continuación.

Para evaluar los efectos que produce una rueda para un vehículo ferroviario según la presente descripción, se ha realizado un análisis numérico mediante el método de elementos finitos (análisis FEM). En el análisis FEM, se ha creado un modelo analítico que tiene la misma forma que la de la rueda 100 según la realización descrita anteriormente (fig. 1), y se ha realizado la evaluación en el modelo analítico mientras que se han cambiado el ángulo de la línea central A de espesor de placa (ángulo de la placa) 0 [°] y la posición Pw [mm] de la placa. A efectos de comparación, la evaluación se ha realizado en modelos analíticos, cada uno con una forma de rueda que se utiliza generalmente en Europa o América del Norte.

La fig. 3 es un diagrama que ilustra las formas de las ruedas (contornos en 1/2 sección) de los modelos analíticos de los ejemplos 1 a 4. Las formas de las ruedas de los modelos analíticos de los ejemplos 1 a 4 son todas tales que sus cubos están colocados más cerca de un centro de una vía (más cerca del centro de un juego de ruedas) que sus llantas. La fig. 4 es un diagrama que ilustra las formas de las ruedas (contornos en 1/2 sección) de modelos analíticos de los ejemplos comparativos 1 a 5. Con referencia a la fig. 3 y a la fig. 4, en los ejemplos 1 a 4 y en los ejemplos comparativos 1 a 3, sus líneas centrales A de espesor de placa han sido lineales. Sin embargo, en los ejemplos 1 a 4, sus ángulos 0 de placa han sido inferiores a 90°, pero en los ejemplos comparativos 1 a 3, sus ángulos 0 de placa han sido de 90° o más. Como se ilustra en la fig. 4, en el ejemplo comparativo 4 y en el ejemplo comparativo 5, sus líneas centrales A de espesor de placa se curvan a diferencia de los Ejemplos 1 a 4 y los ejemplos comparativos 1 a 3. El modelo analítico del ejemplo comparativo 4 tiene una forma de rueda que se utiliza generalmente en Europa. El modelo analítico del ejemplo comparativo 5 tiene una forma de rueda que se utiliza generalmente en Norteamérica. Los parámetros de forma de cada modelo analítico se muestran en la Tabla 1. [Tabla 1]

TABLA 1

El análisis FEM se ha realizado con un software de uso general (ABAQUS Ver.6.12, de Dassault Systemes SE). En el análisis, para simular el frenado de un vehículo ferroviario con un freno de superficie de rodadura, se ha proporcionado un flujo de calor a una zona de la superficie de rodadura de una rueda que ha de entrar en contacto con una zapata de freno del freno de superficie de rodadura. La duración del frenado se ha fijado en 1200 segundos y una porción circunferencial interior de una rueda ha quedado completamente restringida. Además, para evaluar la tensión que se produce en una rueda cuando un vehículo ferroviario viaja sobre un carril (tensión mecánica), se ha aplicado una carga a la superficie de rodadura de la rueda en una posición en donde la superficie de rodadura ha de entrar en contacto con el carril. En ese momento, la carga se ha fijado en 40 t para cada juego de ruedas.

Los resultados del análisis FEM se muestran en la Tabla 2. En la Tabla 2, el desplazamiento de la llanta [mm] indica un desplazamiento máximo de una llanta en la dirección axial durante el frenado, donde un desplazamiento en la dirección del reborde se indica como negativo, y un desplazamiento en la dirección del contra reborde se indica como positivo. El desplazamiento de la llanta se ha evaluado en una posición con un diámetro de 890 mm de una rueda en una cara lateral de una llanta en su lado de reborde. La tensión térmica de la placa indica una tensión máxima en una placa durante el frenado. La tensión mecánica de la red indica un valor máximo de la amplitud de tensión de una placa que se produce mientras una rueda realiza una revolución sobre un carril (1/2 del rango de tensión). La Tabla 2 muestra, para cada uno de los ejemplos y ejemplos comparativos, una tensión térmica de la placa, que se expresa en forma de su relación con una tensión térmica de la placa del ejemplo 1, y una tensión mecánica de la placa que se expresa en forma de su relación con una tensión mecánica de la placa del ejemplo 1.

[Tabla 2]

TABLA 2

En el ejemplo comparativo 5, su línea central A de espesor de placa se ha formado sustancialmente en forma de S, y en su placa, una porción de raíz de su cubo se ha separado de una porción de raíz de su llanta en la dirección axial (fig. 4). Con tal forma de rueda, se puede diseñar una reducción de la tensión térmica de la placa, pero no se puede reducir el desplazamiento de la llanta. En realidad, en el ejemplo comparativo 5, el desplazamiento de su llanta ha sido de -2,4 mm, y el resultado ha sido que su llanta está significativamente desplazada en la dirección del reborde. Por el contrario, en los ejemplos 1 a 4, en los que sus líneas centrales A de espesor de placa han sido lineales, sus desplazamientos de llanta han sido de -1,5 mm a -0,2 mm, que se ha reducido en comparación con el ejemplo Comparativo 5.

En los ejemplos comparativos 1 a 3, sus líneas centrales A de espesor de placa han sido lineales como en los ejemplos 1 a 4. Sin embargo, aunque los ángulos 0 de placa de los ejemplos 1 a 4 han sido menores de 90°, los ángulos 0 de placa de los ejemplos comparativos 1 a 3 han sido de 90° o más. En los ejemplos comparativos 1 a 3, sus desplazamientos de llanta han sido de -2,0 mm a -3,8 mm. Por el contrario, en los ejemplos 1 a 4, en donde sus ángulos 0 de placa han sido inferiores a 90°, sus desplazamientos de llanta han sido de -1,5 mm a -0,2 mm, que han sido pequeños en comparación con los ejemplos comparativos 1 a 3. En particular, en los ejemplos 2 a 4, en los que las relaciones entre sus posiciones Pw de placa [mm] y sus anchos Wr [mm] de llanta han sido de 0,3 o más, los resultados han sido que sus desplazamientos de llanta han estado dentro de un rango tolerado según las normas europeas EN 13979-1 (- 1,0 mm a 3,0 mm).

En el ejemplo comparativo 4, su placa ha estado provista de dos puntos de inflexión (fig. 4). Con tal forma de rueda, se puede diseñar una reducción en el desplazamiento de la llanta, pero no se puede reducir la tensión térmica de la placa. En realidad, en el ejemplo comparativo 4, la relación entre la tensión térmica de su placa (con respecto a la del ejemplo 1) ha sido tan alta como 1,29. Por el contrario, en los ejemplos 1 a 4, en los que las líneas centrales A de espesor de placa han sido lineales, las relaciones de sus tensiones térmicas de la placa (con respecto a las del ejemplo 1) se han reducido de 0,75 a 1,00. En los ejemplos 2 a 4, en los que sus posiciones Pw de placa han sido relativamente grandes, sus tensiones térmicas de la placa se han reducido aún más.

Las tensiones térmicas de la placa de los ejemplos comparativos 1 a 3 también se han reducido en comparación con el ejemplo comparativo 4. En particular, la tensión térmica de la placa del ejemplo comparativo 1, en el que su ángulo 0 de placa ha sido de 90°, ha sido menor que las tensiones térmicas de la placa de los ejemplos. 1 a 3. Sin embargo, en el ejemplo comparativo 1, la tensión mecánica de su placa ha sido grande en comparación con los ejemplos. Por lo tanto, considerando la tensión mecánica de placa, el ángulo 0 de placa ha de ser inferior a 90°. Así, se ha confirmado que, en una rueda para un vehículo ferroviario, al hacer lineal su línea central A de espesor de placa, inclinando la línea central A de espesor de placa de tal manera que la línea central A de espesor de placa se acerque a un lado del reborde cuando la línea central A de espesor de placa se extiende hacia fuera en una dirección radial, y al hacer que su ángulo 0 de placa sea menor que 90°, es posible reducir el desplazamiento de la llanta y la tensión térmica de la placa al mismo tiempo. Según los resultados del análisis de los ejemplos 1 a 4, al hacer que el ángulo 0 de placa sea de 87° o menos, es posible reducir el desplazamiento de la llanta y la tensión térmica de la placa de manera más fiable. Además, según los resultados del análisis de los ejemplos 2 a 4, cuando la relación entre la posición Pw de la placa y el ancho Wr de la llanta es 0,3 o más, es posible reducir aún más el desplazamiento de la llanta.

Lista de signos de referencia

100: rueda

10: cubo

20: llanta

21: superficie de rodadura

22: reborde

30: placa

A: línea central de espesor de placa

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una rueda (100) para ser utilizada en un vehículo ferroviario, comprendiendo la rueda (100):

un cubo (10) que forma una porción circunferencial interior de la rueda (100) y en el que se ha a insertar un eje del vehículo ferroviario;

una llanta (20) que forma una porción circunferencial exterior de la rueda (100) e incluye una superficie (21) de rodadura para entrar en contacto con una superficie superior de un carril sobre el que viaja el vehículo ferroviario y un reborde (22) que sobresale hacia fuera de la superficie (21) de rodadura en una dirección radial de la rueda (100), la llanta (20) colocada de manera que quede hacia fuera del cubo (10) en una dirección a lo ancho de la vía; y

una placa (30) que tiene una forma anular y conecta el cubo (10) y la llanta (20), en donde

cuando se ve la rueda (100) en una sección longitudinal,

la placa (30) tiene una línea central (A) de espesor de placa que tiene una forma lineal, la línea central (A) de espesor de placa está inclinada y caracterizado por que la línea central (A) de espesor de placa está inclinada de tal manera que la línea central (A) de espesor de placa se acerca al lado del reborde a medida que la línea central (A) de espesor de placa se extiende hacia fuera en la dirección radial, y

de ambas extremidades de la línea central (A) de espesor de placa, una extremidad (Aa) exterior que está colocada más hacia fuera en la dirección radial se coloca entre el reborde (22) y un centro (211) de la superficie (21) de rodadura en una dirección axial de la rueda (100).

2. La rueda (100) según la reivindicación 1, en donde una distancia (Pw) en la dirección axial desde una cara (25) lateral de la llanta (20) en el lado del reborde hasta la extremidad (Aa) exterior de la línea central (A) de espesor de place es 0,3 veces o más una longitud (Wr) de la llanta (20) en la dirección axial.

3. La rueda (100) según la reivindicación 1 ó 2, en donde el ángulo (0) que forma la línea central (A) de espesor de placa con la dirección axial en el lado del reborde es de 87° o menos.

4. La rueda (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la placa (30) tiene un espesor de placa que disminuye a medida que la placa (30) se extiende hacia fuera en la dirección radial hasta un punto hacia dentro desde la extremidad (Aa) exterior de la línea central (A) de espesor de placa y tiene un espesor de placa mínimo en el punto.