RU2407653C1 - Цельнокатаное железнодорожное колесо - Google Patents
Цельнокатаное железнодорожное колесо Download PDFInfo
- Publication number
- RU2407653C1 RU2407653C1 RU2009135961/11A RU2009135961A RU2407653C1 RU 2407653 C1 RU2407653 C1 RU 2407653C1 RU 2009135961/11 A RU2009135961/11 A RU 2009135961/11A RU 2009135961 A RU2009135961 A RU 2009135961A RU 2407653 C1 RU2407653 C1 RU 2407653C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- disk
- hub
- rim
- fillets
- wheel
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Abstract
Изобретение относится к колесам для железнодорожного подвижного состава. Цельнокатаное железнодорожное колесо содержит обод, ступицу и соединяющий их диск. В радиальном сечении диск выполнен криволинейным с выгибом в центральной части. При этом размер «b» - смещение центральной линии диска в месте его сопряжения с галтелями ступицы от ее середины равно 8-19 мм в направлении внешней поверхности колеса, а размер «а» - смещение центральной линии диска в месте его сопряжения с галтелями обода от места сопряжения центральной линии диска с галтелями ступицы равно 27-38 мм в направлении внешней поверхности колеса. Кроме того, толщина диска без учета галтелей в местах его сопряжения с ободом и ступицей выполнена переменной на всем его протяжении или части этого протяжения. Предлагаемое колесо позволяет повысить ресурс и надежность работы за счет выбора рациональной формы и размеров колеса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.
Description
Изобретение относится к транспортным, дисковым колесам диаметром 957 мм и может быть использовано в качестве железнодорожного цельнокатаного колеса подвижного состава на Российских железных дорогах.
Известно железнодорожное колесо диаметром 957 мм, см. ГОСТ 9036-88, которое состоит из обода, ступицы и соединяющего их диска, имеющего коническую форму. Главными недостатками данного аналога являются недостаточно высокий ресурс и надежность. Причина этих недостатков заключается в низкой усталостной прочности конического диска колеса. Поэтому проводятся исследования усталостных явлений, возникающих в диске колеса при эксплуатации, и ищется рациональная форма диска колеса, позволяющая повысить ресурс и надежность колеса за счет повышения усталостной прочности диска. Для этого, в первую очередь, надо снижать растягивающие напряжения, приводящие к образованию трещин.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является цельнокатаное железнодорожное колесо диаметром 957 мм (фиг.2), см. патент РФ №2 259 279 (БИ №24, 2005 г.), которое выбрано в качестве прототипа. В устройстве-прототипе диск выполнен в радиальном сечении колеса криволинейным с выгибом в центральной части в сторону наружной поверхности колеса. При этом в радиальном сечении колеса центральная линия диска в месте его сопряжения с галтелями ступицы смещена от середины ступицы в сторону внешней поверхности колеса на 25-45 мм (b=25-45 мм, см. фиг.2), а центральная линия диска в месте его сопряжения с галтелями обода смещена в сторону внешней поверхности колеса относительно места сопряжения центральной линии диска с галтелями ступицы на 10-25 мм (а=10-25 мм, см. фиг.2).
Недостатками устройства-прототипа являются недостаточно высокий ресурс и надежность из-за высоких растягивающих напряжений в зонах выгиба диска и сопряжения диска со ступицей. Кроме этого в этих зонах при эксплуатационном нагружении возникают пластические деформации, накопление которых при повторных циклических нагружениях приводит к возникновению трещин и разрушению. Указанные недостатки негативным образом отражаются на безопасности движения на железных дорогах.
Кроме того, указанные выше смещения центральной линии диска в радиальном сечении имеют большие диапазоны, а именно они существенно влияют на напряженно-деформированное состояние колес в эксплуатации.
Целью изобретения является повышение ресурса и надежности колес предлагаемой конструкции, а следовательно, эксплуатационной стойкости этих колес за счет снижения растягивающих напряжений в зонах концентрации и максимального снижения величины пластических деформаций в этих зонах, что приводит к снижению вероятности появления трещин в течение всего срока службы колеса при нагрузке на ось до 30 тс.
Поставленная цель достигается тем, что толщина диска без учета галтелей в местах его сопряжения с ободом и ступицей выполнена переменной на всем его протяжении или части этого протяжения. Причем смещение центральной линии диска в месте его сопряжения с галтелями ступицы от ее середины равно 8-19 мм в направлении внешней поверхности колеса, а смещение центральной линии диска в месте его сопряжения с галтелями обода от места сопряжения центральной линии диска с галтелями ступицы равно 27-38 мм в направлении внешней поверхности колеса.
Возможно исполнение колеса, при котором толщина диска на его протяжении вдоль центральной линии от места сопряжения диска с галтелями обода до середины криволинейного выгиба постоянна, а на остальном указанном протяжении диска его толщина переменна и постепенно увеличивается. Причем увеличение толщины диска в месте сопряжения диска с галтелями ступицы может составлять от 10% до 95% от величины постоянной толщины диска.
Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где:
- на фиг.1 показано радиальное сечение цельнокатаного железнодорожного колеса предлагаемой конструкции;
- на фиг.2 показано радиальное сечение цельнокатаного железнодорожного колеса-прототипа;
- на фиг.3 для сравнительного расчета выделены следующие зоны в радиальном сечении расчетной модели колеса: 1 - верхняя внутренняя радиусная поверхность диска; 2 - внутренняя поверхность выгиба диска; 3 - нижняя внутренняя радиусная поверхность диска; 4 - верхняя наружная радиусная поверхность диска; 5 - наружная поверхность выгиба диска; 6 - нижняя наружная радиусная поверхность диска.
В описании изобретения даны 3 таблицы. В таблицах для указанных зон, см. фиг.3, представлены следующие компоненты напряженно-деформированного состояния:
- σr, σо и σθ - соответственно радиальные, осевые и окружные напряжения, МПа (компонента напряжений σо в таблицах не приводится ввиду ее малости по сравнению с другими компонентами напряжений);
Цельнокатаное железнодорожное колеса предлагаемой конструкции, см. фиг.1, в радиальном сечении можно условно разделить на обод I с гребнем II и поверхностью катания III, номинальный диаметр которой 957 мм, диск IV с выгибом V и ступицу VI. Диск IV соединяет обод I и ступицу VI.
В местах сопряжения с ободом и ступицей диск имеет с двух сторон галтели. На фиг.1 показана центральная линия диска «А - Б». Точка «А» находится в месте сопряжения центральной линии диска с галтелями обода, а точка «Б» находится в месте сопряжения центральной линии диска с галтелями ступицы. Линия «В» является средней линией обода, а линия «Г» - средней линией ступицы. При этом смещение «b» (фиг.1) центральной линии диска в месте его сопряжения с галтелями ступицы (точки «Б») от ее середины (линии «Г») равно 8-19 мм в направлении внешней поверхности колеса, а смещение «а» (фиг.1) центральной линии диска в месте его сопряжения с галтелями обода (точки «А») от места сопряжения центральной линии диска с галтелями ступицы (точки «Б») равно 27-38 мм в направлении внешней поверхности колеса.
Толщина диска вдоль средней линии «А-Б», см. фиг.1, от места его сопряжения с галтелями обода (от точки «А») до середины криволинейного выгиба постоянна и равна «h». Толщина диска вдоль средней линии «А-Б», см. фиг.1, от середины криволинейного выгиба до места его сопряжения с галтелями ступицы (до точки «Б») переменна и постепенно увеличивается. Причем увеличение толщины диска в месте сопряжения диска с галтелями ступицы (в точке «Б») может составлять от 10% до 95% от постоянной толщины диска «h».
Методами имитационного компьютерного моделирования были выполнены сравнительные расчеты параметров напряженно-деформированного состояния и интенсивности пластических деформаций предлагаемого колеса и колеса-прототипа, результаты которых представлены в таблицах 1-3.
В предлагаемом варианте сравнение нового колеса с прототипом осуществлялось на основе анализа напряжений, возникающих как при механических, так и тепловых эксплуатационных воздействиях при максимальной и минимально допустимой толщине обода 74 и 22 мм по следующим вариантам:
1. Вертикальная нагрузка Рверт с учетом коэффициента динамика принималась равной 65 тс с приложением по поверхности катания при смещении от круга катания на 44 мм в сторону наружной поверхности колеса.
2. Реализации двухточечного контакта при вертикальной нагрузке, равной с учетом коэффициента динамика Рверт=65 тс, и горизонтальной силе, равной 0,4 от Рверт.
3. Длительное торможение 1200 с при использовании композиционных колодок.
Данные, представленные в таблицах, получены на основе решения нелинейных нестационарных задач теплопроводности и термовязкоупругопластичности, а также разработанного соответствующего программного обеспечения, прошедшего необходимую сертификацию и верификацию.
Таблица 1. | |||
Значения компонентов напряжений и интенсивности пластических деформаций в момент окончания длительного торможения для различных вариантов геометрии цельнокатаных колес с криволинейными дисками и толщиной обода 74 мм, МПа | |||
Расчетный параметр | Номер зоны (фиг.3) | Для прототипа (фиг.2) | Для заявляемого устройства (фиг.1) |
компонента напряженийσr | 1 | 236 | 184 |
2 | 714 | 694 | |
3 | -690 | -443 | |
4 | 365 | 134 | |
5 | -451 | -253 | |
6 | 737 | 708 | |
компонента напряжений σθ | 1 | 128 | 97 |
2 | 424 | 345 | |
3 | -269 | -241 | |
4 | 175 | 120 | |
5 | 256 | 300 | |
6 | 471 | 474 | |
интенсивность пластических деформаций % | 1 | - | - |
2 | 0,003 | 0,001 | |
3 | 0,0003 | - | |
4 | - | - | |
5 | - | - | |
6 | 0,0052 | 0,0032 |
Таблица 2. | |||
Значение компонентов напряжений для различных вариантов геометрии цельнокатаных колес с криволинейными дисками при вертикальной нагрузке 65 тс, горизонтальной нагрузке 26 тс и толщине обода 74 мм, МПа | |||
Компонента напряжений | Номер зоны (фиг.3) | Для прототипа (фиг.2) | Для заявляемого устройства (фиг.1) |
σr | 1 | 255 | 116 |
2 | -506 | -455 | |
3 | -545 | -162 | |
4 | -520 | -381 | |
5 | 216 | 177 | |
6 | 285 | 45 | |
σθ | 1 | 128 | 88 |
2 | -120 | -133 | |
3 | -230 | -67 | |
4 | -71 | -34 | |
5 | 304 | 187 | |
6 | 132 | 33 |
Таблица 3. | |||
Значения компонентов напряжений для различных вариантов геометрии цельнокатаных колес с криволинейными дисками при вертикальной нагрузке 65 тс, смещении точки контакта от круга катания на 44 мм в сторону наружной поверхности колеса и толщины обода 22 мм, МПа | |||
Компонента напряжений | Номер зоны(фиг.3) | Для прототипа (фиг.2) | Для заявляемого устройства (фиг.1) |
σr | 1 | 274 | 209 |
2 | -122 | -29 | |
3 | 300 | 163 | |
4 | -683 | -561 | |
5 | -80 | -163 | |
6 | -417 | -325 | |
σθ | 1 | 232 | 196 |
2 | 15 | 58 | |
3 | 184 | 138 | |
4 | -210 | -174 | |
5 | -41 | -47 | |
6 | -102 | -70 |
Сравнивая величины параметров, приведенные в таблицах 1-3, можно сделать вывод о том, что предлагаемая конструкция колеса по сравнению с прототипом позволяет снизить в среднем на несколько десятков процентов наибольшие растягивающие напряжения в зонах концентрации и существенно (в 1,5 и более раз) снизить величины пластических деформаций в этих зонах.
Следовательно, повышается эксплуатационная стойкость предложенной конструкции колеса и снижается вероятность появления трещин в течение всего срока службы колеса при нагрузке на ось до 30 тс, что позволяет достичь цели изобретения - повышения ресурса и надежности колес.
Claims (2)
1. Цельнокатаное железнодорожное колесо, состоящее из обода, ступицы и соединяющего их диска, переходящего с двух сторон в галтели в местах сопряжениях с ободом и ступицей, при этом диск в радиальном сечении выполнен с криволинейным выгибом в центральной части в сторону наружной поверхности колеса, центральная линия радиального сечения диска в месте его сопряжения с галтелями ступицы смещена от середины ступицы в сторону внешней поверхности колеса, а центральная линия диска в месте его сопряжения с галтелями обода смещена в сторону внешней поверхности колеса относительно места сопряжения центральной линии диска с галтелями ступицы, отличающееся тем, что указанное смещение центральной линии диска в месте его сопряжения с галтелями ступицы равно 8-19 мм от середины ступицы, а указанное смещение центральной линии диска в месте его сопряжения с галтелями обода равно 27-38 мм от места сопряжения центральной линии диска с галтелями ступицы.
2. Цельнокатаное железнодорожное колесо по п.1, отличающееся тем, что толщина диска на его протяжении вдоль центральной линии от места сопряжения диска с галтелями обода до середины криволинейного выгиба постоянна, а на остальном указанном протяжении диска его толщина переменна и постепенно увеличивается, причем увеличение толщины диска в месте сопряжения диска с галтелями ступицы может составлять от 10 до 95% от величины постоянной толщины диска.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009135961/11A RU2407653C1 (ru) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Цельнокатаное железнодорожное колесо |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009135961/11A RU2407653C1 (ru) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Цельнокатаное железнодорожное колесо |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2407653C1 true RU2407653C1 (ru) | 2010-12-27 |
Family
ID=44055745
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009135961/11A RU2407653C1 (ru) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Цельнокатаное железнодорожное колесо |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2407653C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105252961A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-20 | 马鞍山市天钧机械制造有限公司 | 一种胶轮路轨用车轮及其加工方法 |
RU187467U1 (ru) * | 2018-02-08 | 2019-03-06 | РЕЙЛ 1520 АйПи ЛТД | Железнодорожное колесо |
RU2689642C1 (ru) * | 2017-12-28 | 2019-05-28 | РЕЙЛ 1520 АйПи ЛТД | Железнодорожное колесо |
RU2715826C1 (ru) * | 2019-07-29 | 2020-03-03 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Исследовательский Институт Транспортного Машиностроения" | Железнодорожное колесо |
CN114227182A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-03-25 | 太原重工轨道交通设备有限公司 | 一种火车轮热加工制造方法 |
-
2009
- 2009-09-28 RU RU2009135961/11A patent/RU2407653C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105252961A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-20 | 马鞍山市天钧机械制造有限公司 | 一种胶轮路轨用车轮及其加工方法 |
RU2689642C1 (ru) * | 2017-12-28 | 2019-05-28 | РЕЙЛ 1520 АйПи ЛТД | Железнодорожное колесо |
EA034345B1 (ru) * | 2017-12-28 | 2020-01-29 | РЕЙЛ 1520 АйПи ЛТД. | Железнодорожное колесо |
RU187467U1 (ru) * | 2018-02-08 | 2019-03-06 | РЕЙЛ 1520 АйПи ЛТД | Железнодорожное колесо |
RU2715826C1 (ru) * | 2019-07-29 | 2020-03-03 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Исследовательский Институт Транспортного Машиностроения" | Железнодорожное колесо |
CN114227182A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-03-25 | 太原重工轨道交通设备有限公司 | 一种火车轮热加工制造方法 |
CN114227182B (zh) * | 2021-11-25 | 2023-11-07 | 太原重工轨道交通设备有限公司 | 一种火车轮热加工制造方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2407653C1 (ru) | Цельнокатаное железнодорожное колесо | |
EP0798136B2 (fr) | Roue de chemin de fer à faible déjettement en acier | |
US1424203A (en) | Gear wheel | |
EP1470006B1 (en) | A disc for railway wheel | |
EP3978265A1 (en) | Wheel for railway vehicle | |
EP2801483A1 (en) | Solid-rolled railway wheel | |
RU2259279C1 (ru) | Цельнокатаное железнодорожное колесо и способ его изготовления | |
RU187467U1 (ru) | Железнодорожное колесо | |
CN203879923U (zh) | 铁路机车用止挡不易脱落的牵引球铰 | |
RU2589814C1 (ru) | Цельнокатаное железнодорожное колесо для использования с дисковыми тормозами | |
WO2017036655A3 (de) | Kettentrieb mit kombinationsschiene | |
EP4238781A1 (en) | Wheel for railway vehicle | |
RU2689642C1 (ru) | Железнодорожное колесо | |
WO2023074125A1 (ja) | 鉄道車両用車輪 | |
Stone et al. | Shattered rim wheel defects and the effect of lateral loads and brake heating on their growth | |
EA201991260A3 (ru) | Профиль поверхности обода железнодорожного колеса | |
RU2770044C1 (ru) | Колесо железнодорожного транспорта | |
RU206193U1 (ru) | Цельнокатаное колесо рельсового транспортного средства | |
RU2525354C1 (ru) | Цельнокатаное железнодорожное колесо | |
CN110239588B (zh) | 轮对踏面磨耗确定方法和装置 | |
RU39860U1 (ru) | Железнодорожное колесо | |
RU2715826C1 (ru) | Железнодорожное колесо | |
CN102431382A (zh) | 一种轨道交通车轮的轮幅 | |
JP5697560B2 (ja) | 金型駆動用の連結構造 | |
RU167110U1 (ru) | Колесо колёсной пары тягового подвижного состава |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130929 |