RU2408468C2 - All-rolled railroad wheel - Google Patents

All-rolled railroad wheel Download PDF

Info

Publication number
RU2408468C2
RU2408468C2 RU2007112468/11A RU2007112468A RU2408468C2 RU 2408468 C2 RU2408468 C2 RU 2408468C2 RU 2007112468/11 A RU2007112468/11 A RU 2007112468/11A RU 2007112468 A RU2007112468 A RU 2007112468A RU 2408468 C2 RU2408468 C2 RU 2408468C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wheel
transition section
equal
radius
external
Prior art date
Application number
RU2007112468/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007112468A (en
Inventor
Евгений Васильевич Горб (UA)
Евгений Васильевич Горб
Любовь Владимировна Чуприна (UA)
Любовь Владимировна Чуприна
Владимир Анатольевич Яровой (UA)
Владимир Анатольевич Яровой
Андрей Николаевич Тесло (UA)
Андрей Николаевич Тесло
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Интерпайп Нижнеднепровский Трубопрокатный Завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Интерпайп Нижнеднепровский Трубопрокатный Завод" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Интерпайп Нижнеднепровский Трубопрокатный Завод"
Publication of RU2007112468A publication Critical patent/RU2007112468A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2408468C2 publication Critical patent/RU2408468C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Braking Arrangements (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: proposed wheel comprises rim 1, hub 2 and disk 3 with outer 4 and inner 5 curvilinear surfaces. Central line 6 of radial rim cross section is displaced along wheel axis 7 relative to central line 8 of hub radial cross section toward outer curvilinear surface 4. Generatrix of outer curvilinear surface 4 consists of at least two connecting outer curves R1, R2 with opposed direction curvature. First outer curve Ri fairs with rim 1 by first outer transition section R4. Second outer curve R2 fairs with hub 2 by second outer transition section R5. Generatrix of inner curvilinear surface 5 consists of at least one of inner curves (R3) that fairs with rim 1 by first inner transition section R6 and, with hub 2, by second inner transition section R7. First outer curve R1 features radius r4 equal to 0.145-0.16 of diametre D of the wheel rolling circumference. First outer curve R2 features radius r2 equal to 0.245-0.26 of diametre D of the wheel rolling circumference. First outer curve R3 features radius r3 equal to 0.264-0.285 of diametre D of the wheel rolling circumference. First outer transition section R4 features radius r4 equal to 0.065-0.09 of diametre D of the wheel rolling circumference. Second outer transition section R5 features radius r5 equal to 0.035-0.06 of diametre D of the wheel rolling circumference. First outer transition section R4 features radius r4 equal to 0.05-0.06 of diametre D of the wheel rolling circumference. Second outer transition section R7 features radius r7 equal to 0.145-0.165 of diametre D of the wheel rolling circumference.
EFFECT: reduced wheel total inner strains.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области производства дисковых колес железнодорожных транспортных средств с диском, выполненным как одно целое с ободом, и имеющих рельсозацепляющие элементы.The invention relates to the production of disk wheels of railway vehicles with a disk made integrally with the rim, and having rail-engaging elements.

В последнее время происходит существенное изменение условий эксплуатации подвижного состава железнодорожного транспорта, обусловленное ростом скоростей движения и увеличением нагрузок до 30 тонн на ось.Recently, there has been a significant change in the operating conditions of the rolling stock of railway transport, due to the increase in speed and increase in loads of up to 30 tons per axle.

В процессе эксплуатации цельнокатаное железнодорожное колесо подвергается воздействию широкого спектра как внешних нагрузок со стороны пути и элементов подвижного состава, так и воздействия температурных напряжений, возникающих в колесе процесса торможения. Возникающие вследствие этого фактические суммарные напряжения во многом определяют стойкость колес к повреждениям и, в конечном счете, его срок службы.During operation, the solid-rolled railway wheel is exposed to a wide range of both external loads from the track and rolling stock elements, as well as the effects of temperature stresses arising in the wheel of the braking process. The actual total stresses resulting from this largely determine the resistance of the wheels to damage and, ultimately, its service life.

Одним из важнейших факторов, влияющих на срок службы цельнокатаного железнодорожного колеса, являются значения суммарных внутренних напряжений, которые возникают при его эксплуатации, а также характер распределения напряжений по объему колеса.One of the most important factors affecting the life of a solid-rolled railway wheel is the value of the total internal stresses that arise during its operation, as well as the nature of the distribution of stresses over the volume of the wheel.

Возникновение в цельнокатаном железнодорожном колесе значительных по величине суммарных напряжений обусловлено совместным воздействием на него как нормальных статических и знакопеременных динамических нагрузок, действующих в радиальном и осевом направлениях, так и температурных напряжений, вызванных трением тормозных колодок об обод колеса в процессе торможения подвижного состава.The occurrence of significant total stresses in a whole-rolled railway wheel is due to the combined action of normal static and alternating dynamic loads acting in the radial and axial directions, and temperature stresses caused by friction of the brake pads on the wheel rim during the braking of the rolling stock.

В случае, когда значения суммарных напряжений близки или длительное время превышают предел выносливости материала, из которого изготовлено колесо, в нем происходит образование усталостных трещин, что в свою очередь приводит к преждевременному разрушению колеса.In the case when the values of the total stresses are close or for a long time exceed the endurance limit of the material of which the wheel is made, the formation of fatigue cracks occurs in it, which in turn leads to premature failure of the wheel.

При неблагоприятных условиях нагружения в цельнокатаном железнодорожном колесе наблюдается концентрация напряжений от действующих внешних нагрузок и температурного воздействия, при этом суммарное значение внутренних напряжений может превышать предел текучести материала, из которого изготовлено колесо. В этом случае в колесе возникают остаточные деформации, которые приводят к изменению его эксплуатационных свойств, что также ведет к сокращению срока его эксплуатации.Under unfavorable loading conditions in a solid-rolled railway wheel, a concentration of stresses from acting external loads and temperature effects is observed, while the total value of internal stresses may exceed the yield strength of the material of which the wheel is made. In this case, residual deformations occur in the wheel, which lead to a change in its operational properties, which also leads to a reduction in its service life.

Опыт эксплуатации цельнокатаных железнодорожных колес показывает, что большинство случаев выхода колес из строя по причине разрушения диска связано с возникновением значительных усталостных напряжений.Operational experience of solid-rolled railway wheels shows that most cases of wheel failure due to disk failure are associated with the occurrence of significant fatigue stresses.

Традиционным путем снижения суммарных внутренних напряжений и их оптимального распределения по объему колеса является выбор рациональной конструкции диска цельнокатаного железнодорожного колеса, а также взаимного расположения его конструктивных элементов.The traditional way to reduce the total internal stresses and their optimal distribution over the volume of the wheel is to choose a rational design of the disk of a solid-rolled railway wheel, as well as the relative position of its structural elements.

Из уровня техники известно цельнокатаное железнодорожное колесо, содержащее обод, ступицу и диск, образованный внешней и внутренней криволинейными поверхностями, выполненный таким образом, что центральная линия радиального сечения обода смещена вдоль оси колеса относительно центральной линии радиального сечения ступицы в сторону внешней криволинейной поверхности, образующая внешней криволинейной поверхности состоит, по крайней мере, из двух сопряженных внешних кривых (R1, R2) с противоположной по направлению кривизной, при этом первая внешняя кривая (R1) сопряжена с ободом первым внешним переходным участком (R4), вторая внешняя кривая (R2) сопряжена со ступицей вторым внешним переходным участком (R5), а образующая внутренней криволинейной поверхности состоит, по крайней мере, из одной внутренней кривой (R3), которая сопряжена с ободом первым внутренним переходным участком (R3), а со ступицей вторым внутренним переходным участком (R7) /SU 885083 (Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт), 30.11.1981/.It is known from the prior art a solid-rolled railway wheel containing a rim, a hub and a disk formed by external and internal curved surfaces, made in such a way that the central line of the radial section of the rim is offset along the axis of the wheel relative to the central line of the radial section of the hub towards the external curved surface, forming an external a curved surface consists of at least two conjugate external curves (R 1 , R 2 ) with a curvature opposite in direction, while the first the outer external curve (R 1 ) is connected to the rim by the first external transition section (R 4 ), the second external curve (R 2 ) is connected to the hub by the second external transition section (R 5 ), and the generator of the internal curved surface consists of at least one internal curve (R 3 ), which is associated with the rim with the first internal transitional section (R 3 ), and with the hub with the second internal transitional section (R 7 ) / SU 885083 (Dnepropetrovsk Order of the Red Banner of Labor, Metallurgical Institute), 11/30/1981 /.

В известном колесе первая внешняя кривая R1 (в прототипе - R2) выполнена радиусом, равным 0,11-0,125 диаметра D круга катания, вторая внешняя кривая R2 (в прототипе - R3) выполнена радиусом, равным 0,2-0,25 диаметра D круга катания, внутренняя кривая R4 (в прототипе - R4) выполнена радиусом, равным 0,222-0,263 диаметра D круга катания, первый внешний переходной участок R4 (в прототипе - R5) выполнен радиусом, равным 0,04-0,042 диаметра D круга катания, второй внешний переходной участок R5 (в прототипе - R6) выполнен радиусом, равным 0,067-0,077 диаметра D круга катания, первый внутренний переходной участок R6 (в прототипе - R5) выполнен радиусом, равным 0,04-0,042 диаметра D круга катания, второй внутренний R7 (в прототипе - R6) переходной участок выполнен радиусом, равным 0,067-0,077 диаметра D круга катания.In the known wheel, the first external curve R 1 (in the prototype - R 2 ) is made with a radius equal to 0.11-0.125 diameter D of the skating circle, the second external curve R 2 (in the prototype - R 3 ) is made with a radius equal to 0.2-0 , 25 of the diameter D of the skating circle, the inner curve R 4 (in the prototype - R 4 ) is made with a radius equal to 0.222-0.263 of the diameter D of the skating circle, the first external transition section R 4 (in the prototype is R 5 ) is made with a radius of 0.04 -0.042 diameter D of the ski circle, the second outer transition section R 5 (in the prototype - R 6 ) is made with a radius equal to 0,067-0,077 diameter D of the ski circle, the first in the inner transition section R 6 (in the prototype - R 5 ) is made with a radius equal to 0.04-0.042 diameter D of the ski circle, the second inner R 7 (in the prototype - R 6 ) the transition section is made with a radius equal to 0.067-0.077 diameter D of the ski circle .

Недостатком известного цельнокатаного железнодорожного колеса является большое значение напряжений на внутренней и внешней поверхностях диска колеса в местах его сопряжения с ободом и ступицей. Этот недостаток обусловлен неравномерным распределением по объему колеса суммарных внутренних напряжений, возникающих в результате совместного действия термических напряжений, вызванных трением тормозных колодок об обод колеса в процессе торможения подвижного состава, и напряжением от внешних нагрузок.A disadvantage of the known solid-rolled railway wheels is the great importance of stresses on the inner and outer surfaces of the wheel disk in places of its interface with the rim and hub. This drawback is due to the uneven distribution of the total internal stresses in the volume of the wheel resulting from the combined action of thermal stresses caused by friction of the brake pads on the wheel rim during braking of the rolling stock, and the voltage from external loads.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания такой конструкции цельнокатаного железнодорожного колеса, использование которой позволило бы снизить величину суммарных внутренних напряжений в колесе за счет оптимального их распределения по объему колеса и, тем самым, увеличить срок его службы.The basis of the present invention is the task of creating such a design of a solid-rolled railway wheel, the use of which would reduce the total internal stresses in the wheel due to their optimal distribution over the volume of the wheel and, thereby, increase its service life.

Поставленная задача решается тем, что в цельнокатаном железнодорожном колесе, содержащее обод, ступицу и диск, образованный внешней и внутренней криволинейными поверхностями, выполненный таким образом, что центральная линия радиального сечения обода смещена вдоль оси колеса относительно центральной линии радиального сечения ступицы в сторону внешней криволинейной поверхности, образующая внешней криволинейной поверхности состоит, по крайней мере, из двух сопряженных внешних кривых (R1, R2) с противоположной по направлению кривизной, при этом первая внешняя кривая (R1) сопряжена с ободом первым внешним переходным участком (R4), вторая внешняя кривая (R2) сопряжена со ступицей вторым внешним переходным участком (R5), а образующая внутренней криволинейной поверхности состоит, по крайней мере, из одной внутренней кривой (R3), которая сопряжена с ободом первым внутренним переходным участком (R6), а со ступицей вторым внутренним переходным участком (R7), согласно изобретению первая внешняя кривая (R1) выполнена радиусом r1, равным 0,145-0,16 диаметра круга катания, вторая внешняя кривая (R2) радиусом r2, равным 0,245-0,26 диаметра круга катания, внутренняя кривая (R3) выполнена радиусом r3, равным 0,264-0,285 диаметра круга катания, первый внешний переходной участок (R4) выполнен радиусом r4, равным 0,065-0,09 диаметра круга катания, второй внешний переходной участок (R5) выполнен радиусом r5, равным 0,035-0,06 диаметра круга катания, первый внутренний переходной участок (R6) выполнен радиусом r6, равным 0,05-0,06 диаметра круга катания, второй внутренний переходной участок (R7) выполнен радиусом r7, равным 0,145-0,165 диаметра круга катания.The problem is solved in that in an all-rolled railway wheel containing a rim, a hub and a disk formed by external and internal curved surfaces, made in such a way that the center line of the radial section of the rim is offset along the axis of the wheel relative to the center line of the radial section of the hub towards the outer curved surface forming a curved external surface consists of at least two conjugated external curves (R 1, R 2) from the opposite direction of curvature, When this first outer curve (R 1) interfaced with the rim first outer transition section (R 4), the second outer curve (R 2) interfaced with the hub second outer transition section (R 5) and forming the inner curved surface composed of at least , from one internal curve (R 3 ), which is associated with the rim of the first internal transition section (R 6 ), and with the hub, the second internal transition section (R 7 ), according to the invention, the first external curve (R 1 ) is made with a radius r 1 equal to 0.145-0.16 of the diameter of the ski circle, the second outer cr -hand (R 2) of radius r 2 equal 0,245-0,26 rolling circle diameter, the inner curve (R 3) is a radius r 3 equal to the diameter of 0,264-0,285 rolling circle, first outer transition portion (R 4) is a radius of r 4 equal to 0.065-0.09 of the diameter of the ski circle, the second outer transition section (R 5 ) is made with a radius r 5 equal to 0.035-0.06 of the diameter of the ski circle, the first inner transition section (R 6 ) is made with a radius r 6 of 0, 05-0.06 of the diameter of the ski circle, the second inner transition section (R 7 ) is made with a radius r 7 equal to 0.145-0.165 of the diameter of the ski circle.

Выполнение цельнокатаного железнодорожного колеса таким образом, что первая внешняя кривая (R1) выполнена радиусом r1, равным 0,145-0,16 диаметра круга катания, вторая внешняя кривая (R2) радиусом r2, равным 0,245-0,26 диаметра круга катания, внутренняя кривая (R3) выполнена радиусом r3, равным 0,264-0,285 диаметра круга катания, первый внешний переходной участок (R4) выполнен радиусом r4, равным 0,065-0,09 диаметра круга катания, второй внешний переходной участок (R5) выполнен радиусом r5, равным 0,035-0,06 диаметра круга катания, первый внутренний переходной участок (R6) выполнен радиусом r6, равным 0,05-0,06 диаметра круга катания, второй внутренний переходной участок (R7) выполнен радиусом r7, равным 0,145-0,165 диаметра круга катания, является оптимальным, так как обеспечивает снижение значений суммарных напряжений от совместного влияния термических напряжений и внешних нагрузок в местах сопряжения диска со ступицей и ободом, что приводит, в конечном счете, к равномерному распределению суммарных напряжений в колесе и снижению величины их значений.The implementation of the solid-rolled railway wheels in such a way that the first external curve (R 1 ) is made with a radius r 1 equal to 0.145-0.16 of the diameter of the skating circle, the second external curve (R 2 ) with a radius of r 2 equal to 0.245-0.26 of the diameter of the skating circle , the inner curve (R 3 ) is made with a radius r 3 equal to 0.264-0.285 of the diameter of the skating circle, the first outer transition section (R 4 ) is made with a radius of r 4 equal to 0.065-0.09 of the diameter of the skating circle, the second outer transition section (R 5 ) is made with a radius r 5 equal to 0.035-0.06 of the diameter of the ski circle, the first internal transitional part the current (R 6 ) is made with a radius r 6 equal to 0.05-0.06 of the diameter of the skating circle, the second inner transition section (R 7 ) is made with a radius of r 7 equal to 0.145-0.165 of the diameter of the skating circle, it is optimal, as it reduces values of total stresses due to the combined influence of thermal stresses and external loads at the interface between the disk and the hub and rim, which ultimately leads to a uniform distribution of the total stresses in the wheel and a decrease in their values.

Дальнейшее увеличение радиуса r1 первой внешней кривой (R1) свыше 0,16 диаметра круга катания колеса, а также радиуса r4 первого внешнего переходного участка (R4) и радиуса r6 первого внутреннего переходного участка (R6) свыше заявляемого диапазона приводит к увеличению толщины колеса в месте сопряжения диска с ободом, что, в свою очередь, приводит к появлению значительных температурных напряжений в процессе торможения подвижного состава, вызванных трением тормозных колодок об обод колеса.A further increase in the radius r 1 of the first external curve (R 1 ) over 0.16 of the diameter of the wheel circle, as well as the radius r 4 of the first external transition section (R 4 ) and the radius r 6 of the first internal transition section (R 6 ) over the claimed range to increase the thickness of the wheel at the interface between the disk and the rim, which, in turn, leads to the appearance of significant temperature stresses during braking of the rolling stock caused by friction of the brake pads on the wheel rim.

Увеличение радиуса r2 второй внешней кривой (R2) и радиуса r3 внутренней кривой (R3) более заявляемого диапазона приводит к приближению формы диска к прямолинейной форме, что увеличивает жесткости колеса и, в свою очередь, приводит к сокращению срока службы цельнокатаного железнодорожного колеса.The increase in the radius r 2 of the second external curve (R 2 ) and the radius r 3 of the internal curve (R 3 ) more than the claimed range leads to the approximation of the disk shape to a rectilinear shape, which increases the stiffness of the wheel and, in turn, leads to a reduction in the service life of a solid-rolled railway wheels.

Уменьшение радиуса r2 второй внешней кривой (R2) и радиуса r3 внутренней кривой (R3) более заявляемого диапазона приводит к увеличению значений суммарных внутренних напряжений в точке сопряжения первой внешней кривой (R1) и второй внешней кривой (R2), что также приводит к сокращению срока службы цельнокатаного железнодорожного колеса. Кроме этого, такое уменьшение ведет к уменьшению смещения обода относительно ступицы, что в свою очередь приводит к увеличению значений температурных напряжений и значений осевых перемещения обода относительно ступицы при нагреве колеса в процессе торможения.The decrease in the radius r 2 of the second external curve (R 2 ) and the radius r 3 of the internal curve (R 3 ) more than the claimed range leads to an increase in the total internal stresses at the interface between the first external curve (R 1 ) and the second external curve (R 2 ), which also leads to a reduction in the service life of the solid-rolled railway wheel. In addition, such a decrease leads to a decrease in the displacement of the rim relative to the hub, which in turn leads to an increase in temperature stresses and axial displacement of the rim relative to the hub when the wheel is heated during braking.

Заявляемая совокупность признаков в целом позволяет снизить величину суммарных внутренних напряжений в колесе за счет их оптимального распределения по объему колеса, что снижает вероятность появления усталостных трещин в наиболее нагруженных зонах цельнокатаного железнодорожного колеса, что, в свою очередь, позволяет повысить эксплуатационную стойкость и надежность конструкции и, тем самым, позволяет увеличить срок службы колеса.The inventive combination of features as a whole allows to reduce the total internal stresses in the wheel due to their optimal distribution over the wheel volume, which reduces the likelihood of fatigue cracks in the most loaded areas of the solid-rolled railway wheel, which, in turn, allows to increase the operational stability and reliability of the design and , thereby, allows to increase the service life of the wheel.

В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием его выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображено:The invention is further explained in the detailed description of its implementation with reference to the drawings, which depict:

на фиг.1 - поперечный разрез цельнокатаного железнодорожного колеса;figure 1 is a cross section of a solid-rolled railway wheels;

на фиг.2 - поперечный разрез цельнокатаного железнодорожного колеса (схема расположения криволинейных участков колеса);figure 2 is a cross section of a solid-rolled railway wheels (arrangement of curved sections of the wheel);

на фиг.3 - схема определения места расположения центральной линии радиального сечения диска.figure 3 - diagram of determining the location of the center line of the radial section of the disk.

Цельнокатаное железнодорожное колесо (фиг.1-3) содержит обод 1 (фиг.1), ступицу 2 и диск 3, образованный внешней криволинейной поверхностью 4 и внутренней криволинейной поверхностью 5. Диск 3 выполнен таким образом, что центральная линия 6 радиального сечения обода 1 смещена вдоль оси 7 колеса относительно центральной линии 8 радиального сечения ступицы 2 в сторону внешней криволинейной поверхности 4 колеса. Образующая внешней криволинейной поверхности 4 состоит, по крайней мере, из двух сопряженных внешних кривых R1 и R2 (фиг.2) с противоположной кривизной, при этом первая внешняя кривая R1 сопряжена с ободом 1 (фиг.1) первым внешним переходным участком R2 (фиг.2), вторая внешняя кривая R2 сопряжена со ступицей 2 (фиг.1) вторым внешним переходным участком R5 (фиг.2), а образующая внутренней криволинейной поверхности 5 (фиг.1) состоит, по крайней мере, из одной внутренней кривой R3 (фиг.2), сопряженной с ободом 1 (фиг.1) первым внутренним переходным участком R6 (фиг.2), а со ступицей 2 (фиг.1) вторым внутренним переходным участком R7 (фиг.2).The seamless-rolled railway wheel (Figs. 1-3) contains a rim 1 (Fig. 1), a hub 2, and a disk 3 formed by an external curved surface 4 and an internal curved surface 5. The disk 3 is designed so that the center line 6 of the radial section of the rim 1 offset along the axis 7 of the wheel relative to the center line 8 of the radial section of the hub 2 in the direction of the outer curved surface 4 of the wheel. The generatrix of the external curved surface 4 consists of at least two conjugated external curves R 1 and R 2 (figure 2) with the opposite curvature, while the first external curve R 1 is associated with the rim 1 (figure 1) of the first external transition section R 2 (FIG. 2), the second external curve R 2 is coupled with the hub 2 (FIG. 1) by the second outer transition portion R 5 (FIG. 2), and the generatrix of the inner curved surface 5 (FIG. 1) consists of at least , from one internal curve R 3 (FIG. 2), paired with the rim 1 (FIG. 1) by the first inner transition portion R 6 (phi g.2), and with the hub 2 (Fig. 1), the second inner transition section R 7 (Fig. 2).

Первая внешняя кривая R1 выполнена радиусом r1, равным 0,145-0,16 диаметра D круга катания, вторая внешняя кривая R2 радиусом r2, равным 0,245-0,26 диаметра D круга катания, внутренняя кривая R3 выполнена радиусом r3, равным 0,264-0,285 диаметра D круга катания. Первый внешний переходной участок R4 выполнен радиусом r4, равным 0,065-0,09 диаметра D круга катания, второй внешний переходной участок R5 выполнен радиусом r5, равным 0,035-0,06 диаметра D круга катания, первый внутренний переходной участок R6 выполнен радиусом r6, равным 0,05-0,06 диаметра D круга катания, второй внутренний переходной участок R7 выполнен радиусом r7, равным 0,145-0,165 диаметра D круга катания.The first external curve R 1 is made with a radius r 1 equal to 0.145-0.16 of the diameter D of the skating circle, the second external curve R 2 with a radius of r 2 equal to 0.245-0.26 of the diameter D of the skating circle, the internal curve R 3 is made with a radius r 3 , equal to 0.264-0.285 of the diameter D of the skating circle. The first external transition section R 4 is made with a radius r 4 equal to 0,065-0,09 diameter D of the skating circle, the second external transition section R 5 is made with a radius r 5 equal to 0,035-0,06 the diameter D of the skating circle, the first internal transition section R 6 made with a radius r 6 equal to 0.05-0.06 diameter D of the skating circle, the second inner transition section R 7 made with a radius r 7 equal to 0.145-0.165 diameter D of the skating circle.

Центральная линия 9 радиального сечения диска 3 в месте его сопряжения со ступицей 2 смещена по оси 7 колеса относительно центральной линии 8 радиального сечения ступицы 2 в сторону внутренней криволинейной поверхности 5 на расстояние S1, равное от 10 до 25 мм.The central line 9 of the radial section of the disk 3 in the place of its interface with the hub 2 is shifted along the axis 7 of the wheel relative to the center line 8 of the radial section of the hub 2 towards the inner curved surface 5 by a distance S1 equal to from 10 to 25 mm.

Центральная линия 6 радиального сечения обода 1 смещена по оси 7 колеса относительно центральной линии 8 радиального сечения ступицы 2 в сторону внешней криволинейной поверхности 4 на расстояние S2, равное от 40 до 55 мм.The center line 6 of the radial section of the rim 1 is shifted along the axis 7 of the wheel relative to the center line 8 of the radial section of the hub 2 towards the outer curved surface 4 by a distance S2 equal to 40 to 55 mm.

Точка А (фиг.2) сопряжения первой внешней кривой R1 и второй внешней кривой R2 удалена от оси колеса 7 на расстояние L1, равное от 0,32 до 0,35 диаметра D круга катания колеса (L1=(0,32-0,35)D), а точка В сопряжения внутренней кривой R3 и первого внутреннего переходного участка R6 удалена от оси 7 колеса на расстояние L2, равное от 0,33 до 0, 36 диаметра D круга катания колеса (L2=(0,33-0,36)D).Point A (Fig. 2) of the conjugation of the first external curve R 1 and the second external curve R 2 is removed from the axis of the wheel 7 by a distance L1 equal to 0.32 to 0.35 of the diameter D of the wheel circle (L1 = (0.32- 0.35) D), and the point B of the interface between the inner curve R 3 and the first inner transition section R 6 is removed from the axis 7 of the wheel by a distance L2 equal to 0.33 to 0, 36 of the diameter D of the wheel circle (L2 = (0 , 33-0.36) D).

Место расположения центральной линии 9 радиального сечения диска 3 в месте его сопряжения со ступицей 2 определяется как середина отрезка CD (фиг.3). Отрезок CD образован пересечением продолжения второй внешней кривой R2 и внутренней кривой R3 с отрезком EF, который образован между точкой Е соединения внешней боковой поверхности ступицы 2 со вторым внешним переходным участком R5 и точкой F соединения внутренней боковой поверхности ступицы 2 со вторым внутренним переходным участком R7.The location of the center line 9 of the radial section of the disk 3 in the place of its interface with the hub 2 is determined as the middle of the segment CD (figure 3). The segment CD is formed by the intersection of the continuation of the second external curve R 2 and the internal curve R 3 with the segment EF, which is formed between the point E of the connection of the outer side surface of the hub 2 with the second external transition section R 5 and the point F of the connection of the inner side surface of the hub 2 with the second internal transition plot R 7 .

Проведенные исследования показали, что смещение центральной линии 6 радиального сечения обода 1 колеса по оси 7 колеса относительно центральной линии 8 радиального сечения ступицы 2 в сторону внешней криволинейной поверхности 4 колеса приводит к значительному снижению значений температурных напряжений, возникающих в цельнокатаном железнодорожном колесе в процессе торможения.Studies have shown that the shift of the center line 6 of the radial section of the wheel rim 1 along the axis 7 of the wheel relative to the center line 8 of the radial section of the hub 2 towards the outer curved surface 4 of the wheel leads to a significant decrease in the temperature stresses arising in the solid-rolled railway wheel during braking.

В то же время, чрезмерное увеличение указанного смещение приводит к росту значений внутренних напряжений от действия вертикальной и боковой нагрузки в местах сопряжения диска 3 с ободом 1 и диском 2. Поэтому, если значение указанного смещения превышает 90 мм, то увеличение в колесе напряжений от действия вертикальной и боковой нагрузки оказывается большим, чем снижение напряжений от действия температурного напряжения, которое обусловлено выполнением указанного смещения.At the same time, an excessive increase in the indicated displacement leads to an increase in the values of internal stresses from the action of vertical and lateral loads at the junctions of the disk 3 with the rim 1 and disk 2. Therefore, if the value of the indicated displacement exceeds 90 mm, then the increase in the wheel stress vertical and lateral load is greater than the decrease in stresses from the action of thermal stress, which is due to the implementation of the specified displacement.

Угол (фиг.3) α наклона касательной 11 к первой внешней кривой R1 и второй внешней кривой R2 в точке А их сопряжения к оси колеса 7 находится в интервале 40-55 градусов, а угол β наклона касательной 12 в точке В сопряжения внутренней криволинейной поверхности 5 с первым внешним переходным участком R6 к оси колеса 7 находится в интервале 40-55 градусов.The angle (Fig. 3) α of the inclination of the tangent 11 to the first external curve R 1 and the second external curve R 2 at the point A of their conjugation to the axis of the wheel 7 is in the range of 40-55 degrees, and the angle β of the inclination of the tangent 12 at the point B of the inner a curved surface 5 with a first outer transition section R 6 to the axis of the wheel 7 is in the range of 40-55 degrees.

Внутренняя криволинейная поверхность 5 может состоять, по крайней мере, из одной внешней кривой. В некоторых вариантах исполнения изобретения внутренняя криволинейная поверхность 5 состоит их двух сопряженных внутренних кривых с противоположной кривизной (не показано).The inner curved surface 5 may consist of at least one external curve. In some embodiments of the invention, the inner curved surface 5 consists of two conjugate internal curves with opposite curvature (not shown).

Работа заявляемой конструкции цельнокатаного железнодорожного колеса осуществляется следующим образом.The operation of the claimed design of the solid-rolled railway wheels is as follows.

При качении колеса по рельсу (не обозначен) нагрузка от вертикальной силы, действующей в плоскости круга катания, передается через обод 2 на диск 3 и на ступицу 2. При этом из-за кинематических колебаний и, особенно, при движении подвижного состава по кривым участкам пути возникает нагрузка от бокового давления гребня 10 обода 1 колеса на рельс, которая также передается на диск 3.When the wheel is rolling along the rail (not indicated), the load from the vertical force acting in the plane of the skating circle is transmitted through the rim 2 to the disk 3 and to the hub 2. Moreover, due to kinematic vibrations and, especially, when the rolling stock moves along curved sections the way there is a load from the lateral pressure of the ridge 10 of the wheel rim 1 per rail, which is also transmitted to the disk 3.

Максимальные значения динамических нагрузок, которые воспринимают колесо подвижного состава с нагрузкой на ось до 30 т в процессе эксплуатации, в два раза выше значения максимальной статической нагрузки и, как правило, не превышают 300 кН для вертикальной нагрузки и 147 кН для боковой нагрузки. При этом максимальное значение суммарных внутренних напряжений в колесе от действия приложенных к нему нагрузок не должно превышать предела текучести материала, из которого изготовлено цельнокатаное железнодорожное колесо, который составляет 800 МПа.The maximum values of dynamic loads that perceive a rolling stock wheel with an axle load of up to 30 tons during operation are two times higher than the maximum static load and, as a rule, do not exceed 300 kN for vertical load and 147 kN for lateral load. In this case, the maximum value of the total internal stresses in the wheel from the action of the loads applied to it should not exceed the yield strength of the material from which the solid-rolled railway wheel is made, which is 800 MPa.

В заявляемой конструкции цельнокатаного железнодорожного колеса выделяются две наиболее напряженные зоны: место сопряжения диска 3 с ободом 1 и место сопряжения диска 3 со ступицей 2.In the inventive design of a solid-rolled railway wheel, the two most stressed zones are distinguished: the place of mating of the disk 3 with the rim 1 and the place of the mating of the disk 3 with the hub 2.

Максимальные напряжения в диске 3 колеса в большинстве случаев нагружения возникают в вертикальном сечении (в том сечении, где приложены нагрузки).The maximum stresses in the 3-wheel drive in most cases of loading occur in a vertical section (in that section where loads are applied).

Вертикальная нагрузка вызывает возникновение в колесе преимущественно сжимающие напряжения, которые достигают максимального значения в месте сопряжения диска 3 со ступицей 2 во втором внешнем переходном участке R7. При этом значения напряжений в указанном месте не превышают 100 МПа, что значительно меньше допускаемого значения.The vertical load causes mainly compressive stresses in the wheel, which reach a maximum value at the interface between the disk 3 and the hub 2 in the second outer transition section R 7 . In this case, the stress values in the indicated place do not exceed 100 MPa, which is significantly less than the permissible value.

В то же время, боковая нагрузка, возникающая при прохождении подвижным составом криволинейных участков пути и действующая на гребень 10 колеса в направлении внутренней поверхности 5, в сочетании с сохраняющейся вертикальной нагрузкой, вызывает в диске 3 колеса изгибающий момент, нарастающий от обода 1 к ступице 2 колеса.At the same time, the lateral load that occurs when the rolling stock passes curved sections of the track and acts on the wheel ridge 10 in the direction of the inner surface 5, in combination with the remaining vertical load, causes a bending moment in the disk 3 of the wheel, increasing from rim 1 to hub 2 wheels.

В результате совместного воздействия вертикальной и боковой нагрузки наиболее напряженным участком колеса является место сопряжения диска 3 со ступицей 2 во втором внешнем переходном участке R7, при этом с наружной стороны диска 3 возникают растягивающие напряжения, а с внутренней стороны диска 3 - сжимающие напряжения.As a result of the combined effect of vertical and lateral loading, the most stressed section of the wheel is the interface between the disk 3 and the hub 2 in the second outer transition section R 7 , with tensile stresses arising from the outside of the disk 3 and compressive stresses from the inside of the disk 3.

В этом случае значения максимальных напряжений не превышают 120 МПа, что также значительно меньше допускаемого значения.In this case, the maximum stress values do not exceed 120 MPa, which is also significantly less than the permissible value.

Кроме этого, в процессе длительного торможения подвижного состава в колесе возникают значительные тепловые напряжения, которые вызваны интенсивным выделением тепла при контакте тормозных колодок (не показаны) с ободом 1 колеса.In addition, during prolonged braking of the rolling stock, significant thermal stresses occur in the wheel, which are caused by intense heat generation when brake pads (not shown) come in contact with the wheel rim 1.

В этом случае, при отсутствии приложенных к колесу внешних нагрузок, наибольшие значения напряжений возникают в местах сопряжения диска 3 с ободом 1 (в первом внутреннем переходном участке R6) и со ступицей 2 (во втором внешнем переходном участке R5), которые не превышают 550 и 560 кН соответственно, что ниже допускаемых значений.In this case, in the absence of external loads applied to the wheel, the highest stress values occur at the interface between the disk 3 and the rim 1 (in the first internal transition section R 6 ) and with the hub 2 (in the second external transition section R 5 ), which do not exceed 550 and 560 kN, respectively, which is below the permissible values.

При приложении к колесу вертикальных нагрузок в большинстве его участков наблюдается взаимная компенсация температурных напряжений и напряжений, вызванных воздействием приложенных внешних сил. Такая компенсация обусловлена тем, что внешние силы вызывают преимущественно сжимающие напряжения, которые компенсируются растягивающими тепловыми напряжениями.When vertical loads are applied to the wheel in most of its sections, mutual compensation of temperature stresses and stresses caused by the action of external forces is observed. Such compensation is due to the fact that external forces cause mainly compressive stresses, which are compensated by tensile thermal stresses.

Максимальные напряжения в колесе в случае совместного воздействия на него, с одной стороны, вертикальной и боковой нагрузок, а с другой - тепловых напряжений, возникают с внешней стороны колеса в месте сопряжения диска 3 со ступицей 2, которые близки к значению допускаемых значений. Повышенная концентрация напряжений в этом месте колеса обусловлена тем, что растягивающие тепловые напряжения, достигающие в этом месте своего максимального значения, складываются с растягивающими напряжениями, возникающими в этом же месте от действия приложенной к колесу боковой нагрузки.The maximum stresses in the wheel in the event of a combined impact on it, on the one hand, of vertical and lateral loads, and on the other hand, of thermal stresses, arise from the outside of the wheel at the interface between the disk 3 and the hub 2, which are close to the value of permissible values. The increased stress concentration in this place of the wheel is due to the fact that tensile thermal stresses, reaching their maximum value in this place, add up to tensile stresses arising in the same place from the action of the side load applied to the wheel.

Выполнение второго внешнего переходного участка R5 радиусом r5, меньшим по значению, чем радиус r7 второго внутреннего переходного участка R7 позволяет снизить концентрацию напряжений от действия тепловых напряжений за счет их равномерного распределения на этом участке сопряжения внешней криволинейной поверхности 4 диска 3 со ступицей 2.The implementation of the second external transition section R 5 with a radius r 5 less than the radius r 7 of the second internal transition section R 7 allows to reduce the stress concentration due to the action of thermal stresses due to their uniform distribution in this section of the interface of the outer curved surface 4 of the disk 3 with the hub 2.

Как показывают результаты исследований, напряженное состояние колеса в местах перехода диска 3 в обод 1 и ступицу 2, не превышают критического значения 800 МПа (предела текучести материала колеса).As the research results show, the stress state of the wheel at the transition points of the disk 3 to the rim 1 and hub 2 does not exceed the critical value of 800 MPa (yield strength of the wheel material).

Таким образом, предлагаемая конструкция колеса обеспечивает как равномерное распределение напряжений по всему объему колеса, так и позволяет снизить напряжения в наиболее нагруженных зонах и, таким образом, снизить вероятность появления усталостных трещин, что в свою очередь увеличивает эксплуатационный ресурс колес.Thus, the proposed wheel design provides both a uniform distribution of stresses over the entire volume of the wheel, and can reduce stresses in the most loaded areas and, thus, reduce the likelihood of fatigue cracks, which in turn increases the service life of the wheels.

Кроме этого, применение заявляемой конструкции колеса позволяет повысить его демпфирующие свойства, что в свою очередь позволяет улучшить эксплуатационные свойства колеса и, таким образом, повысить безопасность движения железнодорожного транспорта в целом.In addition, the use of the inventive design of the wheel allows to increase its damping properties, which in turn allows to improve the operational properties of the wheel and, thus, to improve the safety of railway traffic in general.

Заявляемое цельнокатаное железнодорожное колесо может быть изготовлено в условиях промышленного производства на стандартном оборудовании. Наибольший экономический эффект от использования заявляемого изобретения достигается при его использовании в грузовых вагонах с увеличенной нагрузкой на ось до 30 т.The inventive solid-rolled railway wheel can be manufactured in industrial production using standard equipment. The greatest economic effect from the use of the claimed invention is achieved when it is used in freight cars with an increased axle load of up to 30 tons.

Claims (1)

Цельнокатаное железнодорожное колесо, содержащее обод (1), ступицу (2) и диск (3), образованный внешней (4) и внутренней (5) криволинейными поверхностями, выполненный таким образом, что центральная линия (6) радиального сечения обода (1) смещена вдоль оси (7) колеса относительно центральной линии (8) радиального сечения ступицы (2) в сторону внешней криволинейной поверхности (4), образующая внешней криволинейной поверхности (4) состоит, по крайней мере, из двух сопряженных внешних кривых (R1, R2) с противоположной по направлению кривизной, при этом первая внешняя кривая (R1) сопряжена с ободом (1) первым внешним переходным участком (R4), вторая внешняя кривая (R2) сопряжена со ступицей (2) вторым внешним переходным участком (R5), а образующая внутренней криволинейной поверхности (5) состоит, по крайней мере, из одной внутренней кривой (R3), которая сопряжена с ободом (1) первым внутренним переходным участком (R6), а со ступицей (2) вторым внутренним переходным участком (R7), отличающееся тем, что первая внешняя кривая (R1) выполнена радиусом r1, равным 0,145-0,16 диаметра D круга катания колеса, вторая внешняя кривая (R2) выполнена радиусом r2, равным 0,245-0,26 диаметра D круга катания колеса, внутренняя кривая (R3) выполнена радиусом r3, равным 0,264-0,285 диаметра D круга катания колеса, первый внешний переходной участок (R4) выполнен радиусом r4, равным 0,065-0,09 диаметра D круга катания колеса, второй внешний переходной участок (R5) выполнен радиусом r5, равным 0,035-0,06 диаметра D круга катания колеса, первый внутренний переходной участок (R6) выполнен радиусом r6, равным 0,05-0,06 диаметра D круга катания колеса, второй внутренний переходной участок (R7) выполнен радиусом r7, равным 0,145-0,165 диаметра D круга катания колеса. An all-rolled railway wheel containing a rim (1), a hub (2) and a disk (3) formed by external (4) and internal (5) curved surfaces, made in such a way that the center line (6) of the radial section of the rim (1) is offset along the axis (7) of the wheel relative to the center line (8) of the radial section of the hub (2) towards the external curved surface (4), the generatrix of the external curved surface (4) consists of at least two conjugated external curves (R 1 , R 2 ) with a curvature opposite in direction, with the first I, the external curve (R 1 ) is connected with the rim (1) by the first external transition section (R 4 ), the second external curve (R 2 ) is connected with the hub (2) by the second external transition section (R 5 ), and the generatrix of the inner curved surface ( 5) consists of at least one internal curve (R 3 ), which is connected with the rim (1) by the first internal transition section (R 6 ), and with the hub (2) by the second internal transition section (R 7 ), characterized in that the first external curve (R 1 ) is made with a radius r 1 equal to 0.145-0.16 of the diameter D of the wheel, the second external the curved curve (R 2 ) is made with a radius r 2 equal to 0.245-0.26 of the diameter D of the wheel, the inner curve (R 3 ) is made with a radius r 3 equal to 0.264-0.285 of the diameter D of the wheel, the first outer transition section (R 4 ) is made with a radius r 4 equal to 0,065-0,09 diameter D of the wheel, the second outer transition section (R 5 ) is made with a radius r 5 equal to 0,035-0,06 diameter D of the wheel circle, the first inner transition section (R 6 ) is made with a radius r 6 equal to 0.05-0.06 of the diameter D of the wheel, the second inner transition section (R 7 ) is made p radius r 7 equal to 0.145-0.165 of the diameter D of the wheel.
RU2007112468/11A 2007-01-24 2007-04-04 All-rolled railroad wheel RU2408468C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA200700761 2007-01-24
UAA200700761A UA79226C2 (en) 2007-01-24 2007-01-24 Solid railroad wheel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007112468A RU2007112468A (en) 2008-10-10
RU2408468C2 true RU2408468C2 (en) 2011-01-10

Family

ID=38230483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007112468/11A RU2408468C2 (en) 2007-01-24 2007-04-04 All-rolled railroad wheel

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2408468C2 (en)
UA (1) UA79226C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
UA79226C2 (en) 2007-05-25
RU2007112468A (en) 2008-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5131999B2 (en) Freight railway wheels with high braking capacity
AU663992B2 (en) Railway wheel and method of manufacture
Sawley et al. The formation of hollow-worn wheels and their effect on wheel/rail interaction
US5957519A (en) Out of gauge resistant railroad wheel
US5407031A (en) Railroad brake shoe
RU2408469C2 (en) All-rolled railroad wheel
WO2013089596A1 (en) Railway wheel
RU2428319C1 (en) Railroad wheel
JP2006009862A (en) Brake disk for rolling stock
RU2408470C2 (en) All-rolled railroad wheel
RU2408468C2 (en) All-rolled railroad wheel
RU2376149C1 (en) All-rolled wheel for railway transport
RU2386545C2 (en) Solid-rolled railroad wheel
RU2722782C1 (en) Railway wheel
RU2728028C1 (en) Railway wheel
RU2788741C1 (en) Solid rolled railway wheel
RU2085403C1 (en) Seemless rolled wheel for railway vehicles
WO2013103327A1 (en) Solid-rolled railway wheel
JP3818212B2 (en) Fastening structure of railcar brake disc and railcar wheel and wheel axle
RU2715826C1 (en) Railway wheel
JP4600194B2 (en) Fastening structure of railcar brake disc and railcar wheel
RU2807770C1 (en) Solid wheel
RU2168660C2 (en) Connection of wheel with wheelset axle
Santos Jr et al. Theoretical and Experimental Comparison of the Heating From Shoe-Wheel and Pad-Disk Braking Systems for Railroad Freight Cars
Moosavi et al. on Minizing Mechanical Stresses of the Rail Way Wheels

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner