RU2525354C1 - Solid-rolled railway wheel - Google Patents
Solid-rolled railway wheel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2525354C1 RU2525354C1 RU2013130419/11A RU2013130419A RU2525354C1 RU 2525354 C1 RU2525354 C1 RU 2525354C1 RU 2013130419/11 A RU2013130419/11 A RU 2013130419/11A RU 2013130419 A RU2013130419 A RU 2013130419A RU 2525354 C1 RU2525354 C1 RU 2525354C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rim
- disk
- wheel
- plane
- hub
- Prior art date
Links
Landscapes
- Rolling Contact Bearings (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области производства дисковых колес железнодорожных транспортных средств с диском, выполненным как одно целое с ободом, имеющим зацепляющие рельс элементы.The invention relates to the field of production of disk wheels of railway vehicles with a disk made integrally with a rim having rail-engaging elements.
В последнее время происходит существенное изменение условий эксплуатации подвижного состава железнодорожного транспорта, обусловленное ростом скоростей движения, что, в свою очередь, приводит к увеличению термомеханических нагрузок в процессе торможения.Recently, there has been a significant change in the operating conditions of the rolling stock of railway transport, due to an increase in speeds, which, in turn, leads to an increase in thermomechanical loads during braking.
В процессе эксплуатации цельнокатаное железнодорожное колесо подвергается воздействию широкого спектра, как внешних нагрузок со стороны пути и со стороны элементов подвижного состава, так и воздействия температурных нагрузок (расширения), возникающих в колесе в процессе торможения.During operation, the solid-rolled railway wheel is exposed to a wide range of external loads from both the track and the rolling stock, as well as the effects of thermal loads (expansion) that occur in the wheel during braking.
Возникающие вследствие этого фактические напряжения и перемещения диска колеса, вызванные в результате температурного расширения материала (металла или сплава), во многом определяют стойкость колес к повреждениям и, в конечном счете, срок их службы.The actual stresses and displacements of the wheel disk resulting from this, caused by the thermal expansion of the material (metal or alloy), largely determine the resistance of the wheels to damage and, ultimately, their 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 appearance 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.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.
В этом случае в колесе возникают остаточные деформации, которые приводят к изменению его эксплуатационных свойств, что также ведет к сокращению срока его службы.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, при этом разрушение, как правило, происходит в месте сопряжения диска с ободом.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, while destruction, as a rule, occurs at the interface between the disk and the rim.
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 с ребордой (гребнем), ступицу и диск, образованный внутренней и внешней поверхностями [«Цельнокатаное колесо для железнодорожного транспорта» RU 2085403 (C1) (RU), B60B 3/02; 27.07.1997] [1].From the prior art it is known a solid-rolled railway wheel containing a rim with a flange (ridge), a hub and a disk formed by internal and external surfaces ["Solid-rolled wheel for railway transport" RU 2085403 (C1) (RU), B60B 3/02; July 27, 1997] [1].
В известном цельнокатаном железнодорожном колесе [1] наружная и внутренняя поверхности, которые образуют диск колеса, выполнены прямолинейными и расположенными под углом 71-75° к оси колеса.In the known solid-rolled railway wheel [1], the outer and inner surfaces that form the wheel disk are made rectilinear and located at an angle of 71-75 ° to the axis of the wheel.
Недостатками известного цельнокатаного железнодорожного колеса являются неравномерное распределение суммарных внутренних напряжений по объему колеса и значительное осевое перемещение обода колеса относительно ступицы, что, в свою очередь, приводит к сокращению его срока службы.The disadvantages of the known solid-rolled railway wheels are the uneven distribution of the total internal stresses over the volume of the wheel and the significant axial movement of the wheel rim relative to the hub, which, in turn, leads to a reduction in its service life.
Эти недостатки обусловлены высокими значениями внутренних напряжений на внутренней поверхности диска в месте его сопряжения с ободом, которые вызваны действием внешних нагрузок и высокими значениями внутренних напряжений на внешней поверхности диска в месте его сопряжения со ступицей, которые, в свою очередь, обусловлены совместным действием значительных температурных напряжений, вызванных трением тормозных колодок об обод колеса в процессе торможения, и боковыми нагрузками на реборду (гребень) колеса при прохождении подвижным составом кривых участков железнодорожной колеи.These disadvantages are due to high values of internal stresses on the inner surface of the disk at the place of its conjugation with the rim, which are caused by external loads and high values of internal stresses on the external surface of the disk at the place of its conjugation with the hub, which, in turn, are due to the combined action of significant temperature stresses caused by friction of the brake pads on the wheel rim during braking, and lateral loads on the flange (crest) of the wheel when moving tion curves of railway track sections.
Из уровня техники известно цельнокатаное железнодорожное колесо, содержащее обод с ребордой (гребнем), ступицу и диск, образованный наружной и внутренней криволинейными поверхностями [«Цельнокатаное колесо для железнодорожного транспорта» SU 1139647 (A1), B60B 17/00; 15.02.1985] [2].From the prior art it is known a solid-rolled railway wheel containing a rim with a flange (ridge), a hub and a disk formed by the outer and inner curved surfaces ["Solid-rolled wheel for railway transport" SU 1139647 (A1), B60B 17/00; 02/15/1985] [2].
В известном колесе центральная линия осевого сечения диска в месте его сопряжения с ободом совпадает в осевом направлении с центральной линией осевого сечения диска в месте его сопряжения со ступицей.In a known wheel, the center line of the axial section of the disk at its interface with the rim coincides in the axial direction with the center line of the axial section of the disk at its interface with the hub.
Такое выполнение цельнокатаного железнодорожного колеса позволяет снизить значения напряжений в месте сопряжения диска колеса с ободом по сравнению с предыдущей конструкцией.This embodiment of the solid-rolled railway wheel allows reducing stress values at the interface between the wheel disk and the rim in comparison with the previous design.
Недостатками известного колеса являются неравномерное распределение суммарных внутренних напряжений по объему колеса, а также большое значение осевого смещения обода колеса.The disadvantages of the known wheels are the uneven distribution of the total internal stresses over the volume of the wheel, as well as the great value of the axial displacement of the wheel rim.
Эти недостатки обусловлены высокими значениями внутренних напряжений на внутренней поверхности в центральной части диска, вызванных действием внешних нагрузок при нагреве в процессе торможения или при прохождении подвижным составом кривых участков рельсового пути (при повышенных боковых нагрузках на гребень), что, в свою очередь, приводит к уменьшению срока службы колеса.These shortcomings are caused by high values of internal stresses on the inner surface in the central part of the disk, caused by the action of external loads during heating during braking or when rolling stock passes curves of sections of the rail track (with increased lateral loads on the ridge), which, in turn, leads to reduced wheel life.
Из уровня техники известно цельнокатаное железнодорожное колесо, содержащее обод с ребордой (гребнем), ступицу и диск, образованный наружной и внутренней криволинейными поверхностями [«Цельнокатаное железнодорожное колесо и способ его изготовления» RU 2259279 (C1), B60B 3/02; 27.08.2005] [3].From the prior art it is known a solid-rolled railway wheel containing a rim with a flange (ridge), a hub and a disk formed by the outer and inner curved surfaces ["Solid-rolled railway wheel and method of its manufacture" RU 2259279 (C1), B60B 3/02; 08/27/2005] [3].
В известном колесе [3] смещение центральной линии осевого сечения диска в месте его сопряжения с ободом относительно центральной линии осевого сечения диска в месте его сопряжения со ступицей находится в интервале от 10 до 25 мм.In the known wheel [3], the displacement of the center line of the axial section of the disk at its interface with the rim relative to the center line of the axial section of the disk at its interface with the hub is in the range from 10 to 25 mm.
Такое выполнение цельнокатаного железнодорожного колеса позволяет снизить значения напряжений на внутренней поверхности в центральной части диска, а также снизить значение осевого смещения обода колеса при нагреве в процессе торможения или при прохождении подвижным составом кривых участков рельсового пути по сравнению с предыдущей конструкцией.This embodiment of the solid-rolled railway wheel allows to reduce stress values on the inner surface in the central part of the disk, as well as to reduce the value of the axial displacement of the wheel rim during heating during braking or when the rolling stock passes curves of sections of the rail track in comparison with the previous design.
Недостатком известного колеса являются неравномерное распределение суммарных внутренних напряжений по объему колеса.A disadvantage of the known wheels are the uneven distribution of the total internal stresses over the volume of the wheel.
Этот недостаток обусловлен большим значением выгиба центральной части диска колеса, что, в свою очередь, обуславливает значительные температурные напряжения на внутренней поверхности в центральной части диска колеса. Это создает предпосылки для развития усталостных трещин и приводит, в свою очередь, к уменьшению срока службы колеса.This disadvantage is due to the large value of the deflection of the Central part of the wheel disc, which, in turn, leads to significant temperature stresses on the inner surface in the Central part of the wheel disc. This creates the prerequisites for the development of fatigue cracks and, in turn, leads to a decrease in the service life of the wheel.
Из уровня техники известно цельнокатаное железнодорожное колесо, содержащее обод с ребордой (гребнем) и поверхностью катания, криволинейный диск волновой S-образной формы, образованный радиусными кривыми (дугами), и ступицу, у которого место перехода криволинейного диска в обод и место перехода криволинейного диска в ступицу образованы радиусными кривыми (дугами), а линия (AB) является средней линией радиального сечения криволинейного диска, при этом точка (A) расположена в месте перехода криволинейного диска в обод, а точка (B) расположена в месте перехода криволинейного диска в ступицу, причем точки (A) и (B) средней линии (AB) криволинейного диска находятся на противоположных сторонах от средневолновой плоскости (O-O), которая расположена перпендикулярно оси (X-X) вращения и пересекает обод по поверхности катания, а среднюю линию (AB) криволинейного диска пересекает в точке перегиба (Y), при этом первая точка (A) и реборда (гребень) обода находятся с одной и той же стороны от средневолновой плоскости (O-O) [«Bending resistant railway vehicle wheel of steel» EP 0798136 (B2), 01.10.1997; B60B 17/00] [4].It is known from the prior art a solid-rolled railway wheel containing a rim with a flange (ridge) and a rolling surface, a curved S-shaped wave disk formed by radius curves (arcs), and a hub at which a curved disk transitions into a rim and a transition point of a curved disk formed by radius curves (arcs), and the line (AB) is the middle line of the radial section of the curved disk, with point (A) located at the junction of the curved disk into the rim, and point (B) located at the transition point of the curved disk into the hub, with points (A) and (B) of the midline (AB) of the curved disk located on opposite sides of the mid-wave plane (OO), which is perpendicular to the axis of rotation (XX) and crosses the rim along the rolling surface, and the midline (AB) of the curved disk intersects at the inflection point (Y), while the first point (A) and the flange (ridge) of the rim are on the same side of the mid-wave plane (OO) ["Bending resistant railway vehicle wheel of steel "EP 0798136 (B2), 10/01/1997; B60B 17/00] [4].
В известном колесе [4] центральная линия осевого сечения диска имеет волновую S-образную форму большой кривизны и расположена симметрично относительно точки ее перегиба (Y).In the known wheel [4], the center line of the axial section of the disk has a S-shaped wave of large curvature and is located symmetrically with respect to its inflection point (Y).
Такое выполнение цельнокатаного железнодорожного колеса позволяет несколько снизить значения напряжений при нагреве в процессе торможения.This embodiment of the solid-rolled railway wheel allows you to slightly reduce the voltage values during heating during braking.
Недостатком известного колеса являются значительные осевые перемещения обода колеса, которые возникают от статических и динамических нагрузок, действующих в радиальном и осевом направлениях, а также от температурных напряжений, вызванных трением тормозных колодок об обод колеса в процессе торможения подвижного состава.A disadvantage of the known wheel is the significant axial displacements of the wheel rim, which arise from static and dynamic loads acting in the radial and axial directions, as well as from thermal stresses caused by friction of the brake pads on the wheel rim during braking of the rolling stock.
Из-за этого создаются предпосылки для интенсивного износа пути и поверхности катания обода, что приводит, в свою очередь, к уменьшению срока службы колеса.Because of this, prerequisites are created for intensive wear of the path and surface of the rim, which, in turn, leads to a decrease in the service life of the wheel.
Из уровня техники известно наиболее близкое по назначению, технической сути, количеству общих признаков и достигаемому техническому результату - цельнокатаное железнодорожное колесо, содержащее обод с ребордой (гребнем) и поверхностью катания, криволинейный диск волновой S-образной формы, образованный радиусными кривыми (дугами), и ступицу, у которого место перехода криволинейного диска в обод и место перехода криволинейного диска в ступицу образованы радиусными кривыми (дугами), а линия (AB) является средней линией радиального сечения криволинейного диска, при этом точка (A) расположена в месте перехода криволинейного диска в обод, а точка (B) расположена в месте перехода криволинейного диска в ступицу, причем точки (A) и (B) средней линии (AB) криволинейного диска находятся на противоположных сторонах от средневолновой плоскости (O-O), которая расположена перпендикулярно оси (X-X) вращения и пересекает обод по поверхности катания, а среднюю линию (AB) криволинейного диска пересекает в точке перегиба (Y), при этом первая точка (A) и реборда (гребень) обода находятся с одной и той же стороны от средневолновой плоскости (O-O) [«Železnčni kolo» CZ 8688 (U1) (ŽDB A.S.) (Bonatrans AS) (CZ), B60B 3/00: B60B 3/02; 25.05.1999] [5].From the prior art it is known the closest in purpose, technical essence, the number of common features and the technical result achieved - a seamless-rolled railway wheel containing a rim with a flange (ridge) and a rolling surface, a curved S-shaped wave disk formed by radius curves (arcs), and a hub where the transition point of the curved disk into the rim and the transition point of the curved disk into the hub are formed by radius curves (arcs), and the line (AB) is the middle line of the radial cross section a curved disk, wherein point (A) is located at the junction of the curved disk into the rim, and point (B) is located at the junction of the curved disk into the hub, with points (A) and (B) of the midline (AB) of the curved disk opposite sides of the mid-wave plane (OO), which is perpendicular to the axis of rotation (XX) and intersects the rim along the tread surface, and the middle line (AB) of the curved disk intersects at the inflection point (Y), while the first point (A) and the flange ( crest) of the rim are on the same side s medium wave from a plane (O-O) [ «Železnčni kolo» CZ 8688 (U1) (ŽDB A.S.) (Bonatrans AS) (CZ), B60B 3/00: B60B 3/02; 05/25/1999] [5].
В известном колесе [5] центральная линия осевого сечения диска волновой S-образной формы расположена несимметрично относительно точки ее перегиба (Y), которая сдвинута в сторону обода, центральная линия осевого сечения в приободной части от точки перегиба имеет большую кривизну, а отношение между расстоянием по вертикали второй точки (B) от средневолновой плоскости (O-O) и расстоянием по вертикали первой точки (A) от средневолновой плоскости (O-O) больше единицы.In the known wheel [5], the center line of the axial section of the wave disk of the S-shaped disk is located asymmetrically with respect to its inflection point (Y), which is shifted toward the rim, the center line of the axial section in the adjacent part from the inflection point has a large curvature, and the ratio between the distance the vertical distance of the second point (B) from the mid-wave plane (OO) and the vertical distance of the first point (A) from the medium-wave plane (OO) is greater than one.
Такое выполнение цельнокатаного железнодорожного колеса позволяет снизить значения осевых перемещений обода колеса при нагреве в процессе торможения, но недостаточно описывает соотношение между кривизной приободной и приступичной части.This embodiment of the solid-rolled railway wheel allows to reduce the axial displacement of the wheel rim during heating during braking, but does not adequately describe the relationship between the curvature of the near and frontal part.
Недостатком известного колеса являются значительные напряжения в диске колеса при нагреве в процессе торможения.A disadvantage of the known wheels are significant stresses in the wheel disk during heating during braking.
Этот недостаток обусловлен небольшой площадью конвекции и большой кривизной приободной части диска колеса, что создает предпосылки для возникновения значительных термических напряжений в диске при нагреве в процессе торможения и приводит, в свою очередь, к уменьшению срока службы колеса.This disadvantage is due to the small convection area and the large curvature of the near part of the wheel disk, which creates the prerequisites for the occurrence of significant thermal stresses in the disk during heating during braking and, in turn, leads to a decrease in the service life of the wheel.
Кроме того, в связи с тем, что отношение между расстоянием по вертикали второй точки (B) от средневолновой плоскости (O-O) и расстоянием по вертикали первой точки (A) от средневолновой плоскости (O-O) больше единицы, влечет за собой техническую неопределенность выбора этого соотношения для достижения упомянутого технического результата.In addition, due to the fact that the ratio between the vertical distance of the second point (B) from the mid-wave plane (OO) and the vertical distance of the first point (A) from the medium-wave plane (OO) is greater than unity, entails the technical uncertainty of this choice ratio to achieve the aforementioned technical result.
Упомянутая техническая неопределенность выбора этого соотношения состоит в том, что неизвестно достигается ли указанный технический результат в случаях, когда это соотношение равно, например, 0,5, или 1,5, или 5, или 10, или 50, что ведет к тому, что промышленное применение известного цельнокатаного железнодорожного колеса [5] невозможно в полной мере, и фактически должно было быть ограничено оптимальным диапазоном значений.The mentioned technical uncertainty of the choice of this ratio is that it is not known whether the specified technical result is achieved in cases where this ratio is, for example, 0.5, or 1.5, or 5, or 10, or 50, which leads to that the industrial application of the well-known solid-rolled railway wheel [5] is not fully possible, and in fact should have been limited to the optimal range of values.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является усовершенствование конструкции цельнокатаного железнодорожного колеса путем оптимизации формы и геометрических параметров его обода таким образом, чтобы было достигнуто снижение величины осевых поперечных перемещений обода за счет оптимального распределения суммарных внутренних напряжений по объему колеса, которые возникают от статических и динамических нагрузок, действующих в радиальном и осевом направлениях, а также от температурных напряжений, вызванных трением тормозных колодок об обод колеса в процессе торможения подвижного состава.The technical problem to which the invention is directed is to improve the design of a solid-rolled railway wheel by optimizing the shape and geometrical parameters of its rim in such a way that the axial lateral displacements of the rim are reduced due to the optimal distribution of the total internal stresses over the wheel volume that arise from static and dynamic loads acting in the radial and axial directions, as well as from temperature stresses caused by friction of brake pads on the wheel rim during braking of rolling stock.
Технический результат, который достигается при решении поставленной технической задачи состоит в увеличении срока службы колеса, а также в снижении интенсивности износа железнодорожного пути.The technical result that is achieved when solving the technical problem is to increase the service life of the wheel, as well as to reduce the intensity of wear of the railway track.
Поставленная техническая задача решается, а технический результат достигается тем, что в цельнокатаном железнодорожном колесе, содержащем обод с ребордой (гребнем) и поверхностью катания, криволинейный диск волновой S-образной формы, образованный радиусными кривыми (дугами), и ступицу, у которого место перехода криволинейного диска в обод и место перехода криволинейного диска в ступицу образованы радиусными кривыми (дугами), а линия (AB) является средней линией радиального сечения криволинейного диска, при этом точка (A) расположена в месте перехода криволинейного диска в обод, а точка (B) расположена в месте перехода криволинейного диска в ступицу, причем точки (A) и (B) средней линии (AB) криволинейного диска находятся на противоположных сторонах от средневолновой плоскости (O-O), которая расположена перпендикулярно оси (X-X) вращения и пересекает обод по поверхности катания, а среднюю линию (AB) криволинейного диска пересекает в точке перегиба (Y), при этом первая точка (A) и реборда (гребень) обода находятся с одной и той же стороны от средневолновой плоскости (O-O), согласно изобретению, криволинейный диск выполнен так, что отношение расстояния (H2) от второй точки (B) до средневолновой плоскости (O-O) к расстоянию (H1) от первой точки (A) до средневолновой плоскости (O-O) составляет H2/H1=2,0-2,5, отношение радиуса (R1) участка (AY) средней линии (AB) криволинейного диска к радиусу (R2) участка (BY) средней линии (AB) криволинейного диска составляет R1/R2=0,4-0,5, плоскость (P1), проходящая через середину ширины (f) ступицы, смещена относительно плоскости (P2), проходящей через середину ширины (h) обода, в сторону внутренней поверхности колеса на величину S=(0,15-0,25)h ширины (h) обода, а отношение расстояния (H3) от плоскости (P1), проходящей через середину ширины (f) ступицы, до средневолновой плоскости (O-O) к расстоянию (H4) от плоскости (P2), проходящей через середину ширины (h) обода, до средневолновой плоскости (O-O) составляет H3/H4=1,35-1,45.The stated technical problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in an all-rolled railway wheel containing a rim with a flange (ridge) and a rolling surface, a curved S-shaped wave disk formed by radius curves (arcs), and a hub at which the transition point curved disk in the rim and the place of transition of the curved disk into the hub are formed by radius curves (arcs), and the line (AB) is the middle line of the radial section of the curved disk, with the point (A) located the transition of the curved disk to the rim, and the point (B) is located at the transition point of the curved disk to the hub, and the points (A) and (B) of the midline (AB) of the curved disk are on opposite sides of the mid-wave plane (OO), which is perpendicular axis of rotation (XX) and crosses the rim along the tread surface, and the middle line (AB) of the curved disk crosses at the inflection point (Y), while the first point (A) and the flange (crest) of the rim are on the same side from the medium wave plane (OO), according to the invention, to the curvilinear disk is designed so that the ratio of the distance (H 2 ) from the second point (B) to the mid-wave plane (OO) to the distance (H 1 ) from the first point (A) to the mid-wave plane (OO) is H 2 / H 1 = 2 , 0-2.5, the ratio of the radius (R 1 ) of the section (AY) of the middle line (AB) of the curved disk to the radius (R 2 ) of the section (BY) of the section (BY) of the middle line (AB) of the curved disk is R 1 / R 2 = 0, 4-0.5, the plane (P 1 ) passing through the middle of the hub width (f) is offset from the plane (P 2 ) passing through the middle of the rim width (h) toward the inner surface of the wheel by well, S = (0.15-0.25) h of the width (h) of the rim, and the ratio of the distance (H 3 ) from the plane (P 1 ) passing through the middle of the width (f) of the hub to the medium-wave plane (OO) to the distance (H 4 ) from the plane (P 2 ) passing through the middle of the width (h) of the rim to the mid-wave plane (OO) is H 3 / H 4 = 1.35-1.45.
При таком выполнении и оптимизации формы и геометрических параметров диска, металл цельнокатаного железнодорожного колеса имеет большую проводимость тепла в приободной части, большую теплоемкость и большую площадь конвекции приступичной части.With this implementation and optimization of the shape and geometrical parameters of the disk, the metal of the solid-rolled railway wheel has a large heat conductivity in the near-side part, a large heat capacity and a large convection area of the inlet part.
За счет небольшой кривизны приступичной части диска, точка перегиба (Y) центральной линии (AB) осевого сечения диска сдвинута в сторону обода.Due to the small curvature of the inlet part of the disk, the inflection point (Y) of the center line (AB) of the axial section of the disk is shifted toward the rim.
В результате этого достигается снижение величины осевых поперечных перемещений обода за счет оптимального распределения суммарных внутренних напряжений по объему колеса, которые возникают от статических и динамических нагрузок, действующих в радиальном и осевом направлениях, а также от температурных напряжений, вызванных трением тормозных колодок об обод колеса в процессе торможения подвижного состава, что обеспечивает увеличение срока службы колеса, а также снижение интенсивности износа железнодорожного пути.As a result of this, a decrease in the axial lateral displacements of the rim is achieved due to the optimal distribution of the total internal stresses over the wheel volume, which arise from static and dynamic loads acting in the radial and axial directions, as well as from temperature stresses caused by friction of the brake pads on the wheel rim in the braking process of the rolling stock, which ensures an increase in the service life of the wheel, as well as a decrease in the wear rate of the railway track.
Опытным путем установлено, что увеличение отношения расстояния (H1) к расстоянию (H2) больше указанного диапазона (H2/H1>2,5) приводит к большим смещениям приободной части диска колеса в осевом направлении, что создает предпосылки для значительных осевых перемещений обода колеса при нагреве в процессе торможения.It has been experimentally established that increasing the ratio of the distance (H 1 ) to the distance (H 2 ) greater than the specified range (H 2 / H 1 > 2.5) leads to large displacements of the near-side part of the wheel disc in the axial direction, which creates the prerequisites for significant axial displacements of the wheel rim during heating during braking.
Опытным путем также установлено, что уменьшение отношения расстояния (H2) к расстоянию (H1) меньше указанного диапазона (H2/H1<2,2) приводит к увеличению напряжений в приободной части диска от вертикальных (радиальных) силовых и термических нагрузок, возникающих в процессе торможения.It was also experimentally established that a decrease in the ratio of the distance (H 2 ) to the distance (H 1 ) less than the specified range (H 2 / H 1 <2.2) leads to an increase in stresses in the near-side part of the disk from vertical (radial) power and thermal loads arising during braking.
Исходя из этого, следует, что указанный диапазон отношения расстояния (H2) к расстоянию (H1), выбранный больше единицы и составляющий величину H2/H1=2,0-2,5 является оптимальным.Based on this, it follows that the specified range of the ratio of distance (H 2 ) to distance (H 1 ), selected more than one and comprising a value of H 2 / H 1 = 2.0-2.5, is optimal.
Опытным путем установлено, что увеличение соотношения радиуса (R1) к радиусу (R2) больше указанного диапазона (R1/R2>0,5) приводит к увеличению напряжений в приступичной части диска от поперечных (осевых) силовых и термических нагрузок, возникающих в процессе торможения.It has been experimentally established that an increase in the ratio of radius (R 1 ) to radius (R 2 ) greater than the specified range (R 1 / R 2 > 0.5) leads to an increase in stresses in the front part of the disk from transverse (axial) power and thermal loads, arising during braking.
Опытным путем также путем установлено, что уменьшение соотношения радиуса (R1) к радиусу (R2) меньше указанного диапазона (R1/R2<0,4) приводит к сдвигу точки перегиба (Y) центральной линии (A-B) осевого сечения диска в сторону обода и к уменьшению площади конвекции приободной части диска колеса, что создает предпосылки для возникновения значительных термических напряжений в диске при нагреве в процессе торможения.It was also experimentally established that a decrease in the ratio of radius (R 1 ) to radius (R 2 ) less than the specified range (R 1 / R 2 <0.4) leads to a shift of the inflection point (Y) of the center line (AB) of the axial section of the disk towards the rim and to reduce the convection area of the near-side part of the wheel disc, which creates the prerequisites for the occurrence of significant thermal stresses in the disk during heating during braking.
Это свидетельствует о том, что указанный диапазон отношения радиуса (R1) к радиусу (R2) (R1/R2=0,4-0,5) является оптимальным.This indicates that the indicated range of the ratio of radius (R 1 ) to radius (R 2 ) (R 1 / R 2 = 0.4-0.5) is optimal.
Опытным путем установлено, что даже незначительное увеличение смещения плоскости (P1), проходящей через середину ширины (f) ступицы, относительно плоскости (P2), проходящей через середину ширины (h) обода, в сторону внутренней поверхности колеса на большую величину (S) ширины (h) обода, чем в указанном диапазоне (S>0,25h), приводит к более интенсивному износу реборды (гребня) колеса и железнодорожного пути.It has been experimentally established that even a slight increase in the displacement of the plane (P 1 ) passing through the middle of the width (f) of the hub relative to the plane (P 2 ) passing through the middle of the width (h) of the rim towards the inner surface of the wheel by a large amount (S ) the width (h) of the rim than in the indicated range (S> 0.25h), leads to more intensive wear of the flanges (flange) of the wheel and the railway track.
Опытным путем также установлено, что даже незначительное уменьшение смещения плоскости (P1), проходящей через середину ширины (f) ступицы, относительно плоскости (P2), проходящей через середину ширины (h) обода, чем в указанном диапазоне (S<0,15h), приводит к более интенсивному износу поверхности катания колеса и железнодорожного пути.It was also experimentally established that even a slight decrease in the displacement of the plane (P 1 ) passing through the middle of the hub width (f) relative to the plane (P 2 ) passing through the middle of the rim width (h) than in the indicated range (S <0, 15h), leads to more intensive wear of the wheel surface and railway track.
Исходя из этого, следует, что смещение плоскости (P1), проходящей через середину ширины (f) ступицы, относительно плоскости (P2), проходящей через середину ширины (h) обода, в сторону внутренней поверхности колеса на величину (S) ширины (h) в указанном диапазоне S=(0,15-0,25)h обода, является оптимальным.Based on this, it follows that the offset of the plane (P 1 ) passing through the middle of the width (f) of the hub, relative to the plane (P 2 ) passing through the middle of the width (h) of the rim, towards the inner surface of the wheel by the amount (S) of the width (h) in the indicated range S = (0.15-0.25) h of the rim is optimal.
Опытным путем установлено, что увеличение отношения расстояния (H3) к расстоянию (H4) больше указанного диапазона (H3/H4>1,45) приводит к большим смещениям приободной части диска колеса в осевом направлении от поперечных (осевых) силовых нагрузок, что создает предпосылки для более интенсивного износа поверхности катания колеса и железнодорожного пути.It was experimentally established that an increase in the ratio of the distance (H 3 ) to the distance (H 4 ) greater than the specified range (H 3 / H 4 > 1.45) leads to large displacements of the near-side part of the wheel disc in the axial direction from transverse (axial) power loads , which creates the preconditions for more intensive wear of the wheel surface and railway track.
Опытным путем также установлено, что уменьшение отношения расстояния (H3) к расстоянию (H4) меньше указанного диапазона (H3/H4<1,35) приводит к сдвигу точки перегиба (Y) центральной линии осевого сечения диска в сторону ступицы и к уменьшению теплоемкости приступичной части диска колеса, что создает предпосылки для возникновения значительных термических напряжений в диске при нагреве в процессе торможения.It was also experimentally established that a decrease in the ratio of the distance (H 3 ) to the distance (H 4 ) less than the specified range (H 3 / H 4 <1.35) leads to a shift of the inflection point (Y) of the center line of the axial section of the disk towards the hub and to reduce the heat capacity of the initial part of the wheel disk, which creates the prerequisites for the occurrence of significant thermal stresses in the disk during heating during braking.
Это свидетельствует о том, что указанный диапазон отношения расстояния (H3) к расстоянию (H4) (H3/H4=1,35-1,45) является оптимальным.This indicates that the specified range of the ratio of the distance (H 3 ) to the distance (H 4 ) (H 3 / H 4 = 1.35-1.45) is optimal.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием его выполнения со ссылками на чертеж (фиг.1), на котором изображено цельнокатаное железнодорожное колесо, поперечный разрез.The invention is further explained in the description of its implementation with reference to the drawing (Fig. 1), which shows a solid-rolled railway wheel, a cross section.
Предлагаемое цельнокатаное железнодорожное колесо содержит обод 1 с ребордой (гребнем) 2 и поверхностью катания 3, криволинейный диск 4 волновой S-образной формы, образованный радиусными кривыми (дугами) радиусами R1 и R2, и ступицу 5.The proposed solid-rolled railway wheel contains a rim 1 with a flange (ridge) 2 and a rolling surface 3, a curved disk 4 of a wave S-shape formed by radius curves (arcs) of radii R 1 and R 2 , and a hub 5.
Место 6 перехода криволинейного диска 4 в обод 1 и место 7 перехода криволинейного диска 4 в ступицу 5 образованы радиусными кривыми (дугами) радиусами R3, R4 и R5, R6.The place 6 of the transition of the curved disk 4 to the rim 1 and the place 7 of the transition of the curved disk 4 to the hub 5 are formed by radius curves (arcs) of radii R 3 , R 4 and R 5 , R 6 .
Линия AB является средней линией радиального сечения криволинейного диска 4.Line AB is the middle line of the radial section of the curved disk 4.
Точка A расположена в месте 6 перехода криволинейного диска 4 в обод 1.Point A is located at point 6 of the transition of the curved disk 4 to the rim 1.
Точка B расположена в месте 7 перехода криволинейного диска 4 в ступицу 5.Point B is located at the point 7 of the transition of the curved disk 4 to the hub 5.
Причем точки A и B средней линии AB криволинейного диска 4 находятся на противоположных сторонах от средневолновой плоскости O-O, которая расположена перпендикулярно оси X-X вращения и пересекает обод 1 по поверхности катания 3, а среднюю линию AB криволинейного диска 4 пересекает в точке перегиба Y.Moreover, points A and B of the middle line AB of the curved disk 4 are located on opposite sides of the mid-wave plane O-O, which is perpendicular to the axis X-X of rotation and intersects the rim 1 along the rolling surface 3, and the middle line AB of the curved disk 4 intersects at the inflection point Y.
При этом первая точка A и реборда (ребень) 2 обода 1 находятся с одной и той же стороны от средневолновой плоскости O-O.In this case, the first point A and the flange (rib) 2 of the rim 1 are located on the same side from the mid-wave plane O-O.
Главными особенностями конструкции предлагаемого цельнокатаного железнодорожного колеса является то, что криволинейный диск (4) выполнен так, что его геометрические параметры находятся в следующих соотношениях.The main design features of the proposed solid-rolled railway wheel is that the curved disk (4) is made so that its geometric parameters are in the following proportions.
Отношение расстояния H2 от второй точки B до средневолновой плоскости O-O к расстоянию H1 от первой точки A до средневолновой плоскости O-O составляет H2/H1=2,0-2,5.The ratio of the distance H 2 from the second point B to the mid-wave plane OO to the distance H 1 from the first point A to the mid-wave plane OO is H 2 / H 1 = 2.0-2.5.
Отношение радиуса R1 участка AY средней линии AB криволинейного диска 4 к радиусу R2 участка BY средней линии AB криволинейного диска 4 составляет R1/R2=0,4-0,5.The ratio of the radius R 1 of the section AY of the middle line AB of the curved disk 4 to the radius R 2 of the section BY of the middle line AB of the curved disk 4 is R 1 / R 2 = 0.4-0.5.
Плоскость P1, проходящая через середину ширины f ступицы 5, смещена относительно плоскости P2, проходящей через середину ширины h обода 1, в сторону внутренней поверхности колеса на величину S=(0,15-0,25)h ширины h обода 1. Отношение расстояния H3 от плоскости P1, проходящей через середину ширины f ступицы 5, до средневолновой плоскости O-O к расстоянию H4 от плоскости P2, проходящей через середину ширины h обода 1, до средневолновой плоскости O-O составляет H3/H4=1,35-1,45.The plane P 1 passing through the middle of the width f of the hub 5 is offset relative to the plane P 2 passing through the middle of the width h of the rim 1, towards the inner surface of the wheel by S = (0.15-0.25) h of the width h of the rim 1. The ratio of the distance H 3 from the plane P 1 passing through the middle of the width f of the hub 5 to the mid-wave plane OO to the distance H 4 from the plane P 2 passing through the middle of the width h of the rim 1 to the medium-wave plane OO is H 3 / H 4 = 1 , 35-1.45.
В примере конкретного выполнения опытный образец цельнокатаного железнодорожного колеса был изготовлен из стали марки 2 по ГОСТ 10791-2004 и выполнен со следующими геометрическими параметрами.In a specific embodiment, the prototype solid-rolled railway wheel was made of steel grade 2 according to GOST 10791-2004 and made with the following geometric parameters.
Криволинейный диск 4 был выполнен волновой S-образной формы со следующими основными геометрическими параметрами.Curvilinear disk 4 was made wave S-shaped with the following basic geometric parameters.
Расстояние H1 от первой точки A до средневолновой плоскости O-O составляет H1=14,24 мм;The distance H 1 from the first point A to the mid-wave plane OO is H 1 = 14.24 mm;
Расстояние H2 от второй точки B до средневолновой плоскости O-O составляет H2=32,76 мм.The distance H 2 from the second point B to the mid-wave plane OO is H 2 = 32.76 mm.
Отношение расстояния H2 от второй точки B до средневолновой плоскости O-O к расстоянию H1 от первой точки A до средневолновой плоскости O-O составляет H2/H1=32,76/14,24=2,30 и находится в заявленном диапазоне значений (H2/H1=2,0-2,5).The ratio of the distance H 2 from the second point B to the mid-wave plane OO to the distance H 1 from the first point A to the mid-wave plane OO is H 2 / H 1 = 32.76 / 14.24 = 2.30 and is in the claimed range of values (H 2 / H 1 = 2.0-2.5).
Криволинейный диск 4 волновой S-образной формы имеет радиус R1 участка AY средней линии AB криволинейного диска 4, равный R1=60 мм.The curved disk 4 of the wave S-shaped has a radius R 1 of the section AY of the midline AB of the curved disk 4, equal to R 1 = 60 mm.
Криволинейный диск 4 волновой S-образной формы имеет радиус R2 участка BY средней линии AB криволинейного диска 4, равный R2=138 мм.The curved disk 4 of the wave S-shaped has a radius R 2 of the section BY of the middle line AB of the curved disk 4 equal to R 2 = 138 mm.
Отношение радиуса R1 участка AY средней линии AB криволинейного диска 4 к радиусу R2 участка BY средней линии AB криволинейного диска 4 составляет R1/R2=60/138=0,43 и находится в заявленном диапазоне значений (R1/R2=0,4-0,5).The ratio of the radius R 1 of the section AY of the middle line AB of the curved disk 4 to the radius R 2 of the section BY of the middle line AB of the curved disk 4 is R 1 / R 2 = 60/138 = 0.43 and is in the declared range of values (R 1 / R 2 = 0.4-0.5).
Расстояние смещения плоскости P1, проходящей через середину ширины f ступицы 5, относительно плоскости P2, проходящей через середину ширины h обода 1, в сторону внутренней поверхности колеса в пределах величины S=(0,15-0,25)h ширины h обода 1 в сторону внутренней поверхности колеса равно 25,94 мм.The offset distance of the plane P 1 passing through the middle of the width f of the hub 5, relative to the plane P 2 passing through the middle of the width h of the rim 1, towards the inner surface of the wheel within the range S = (0.15-0.25) h of the width h of the rim 1 toward the inner surface of the wheel is 25.94 mm.
Ширина h обода 1 равна h=132 мм.The width h of the rim 1 is equal to h = 132 mm
Величина S смещения плоскости P1, проходящей через середину ширины f ступицы 5, относительно плоскости P2, проходящей через середину ширины h ≈ обода 1, в сторону внутренней поверхности колеса составляет S=(25,94/132)h≈0,20h ширины h обода 1 и находится в заявленном диапазоне значений S/h=(0,15-0,25) или S=(0,15-0,25)h.The value S of the displacement of the plane P 1 passing through the middle of the width f of the hub 5, relative to the plane P 2 passing through the middle of the width h ≈ rim 1, towards the inner surface of the wheel is S = (25.94 / 132) h≈0.20h of width h of the rim 1 and is in the claimed range of values of S / h = (0.15-0.25) or S = (0.15-0.25) h.
Расстояние H3 от плоскости P1, проходящей через середину ширины f ступицы 5, до средневолновой плоскости O-O составляет H3=15,06 мм;The distance H 3 from the plane P 1 passing through the middle of the width f of the hub 5 to the mid-wave plane OO is H 3 = 15.06 mm;
Расстояние H4 от плоскости P2, проходящей через середину ширины h обода 1, до средневолновой плоскости O-O составляет H2=10,88 мм.The distance H 4 from the plane P 2 passing through the middle of the width h of the rim 1 to the mid-wave plane OO is H 2 = 10.88 mm.
Отношение расстояния H3 от плоскости P1, проходящей через середину ширины f ступицы 5, до средневолновой плоскости O-O к расстоянию H4 от плоскости P2, проходящей через середину ширины h обода 1, до средневолновой плоскости O-O составляет H3/H4=15,06/10,88=1,38 и находится в заявленном диапазоне значений H3/H4=1,35-1,45.The ratio of the distance H 3 from the plane P 1 passing through the middle of the width f of the hub 5 to the mid-wave plane OO to the distance H 4 from the plane P 2 passing through the middle of the width h of the rim 1 to the medium-wave plane OO is H 3 / H 4 = 15 , 06 / 10.88 = 1.38 and is in the claimed range of values of H 3 / H 4 = 1.35-1.45.
Место 6 перехода криволинейного диска 4 в обод 1 со стороны реборды (гребня) 2 образовано радиусной кривой (дугой) радиусом R3=20 мм.The place 6 of the transition of the curved disk 4 to the rim 1 from the side of the flange (ridge) 2 is formed by a radius curve (arc) of radius R 3 = 20 mm.
Место 6 перехода криволинейного диска 4 в обод 1 со стороны, противоположной от реборды (гребня) 2, образовано радиусной кривой (дугой) радиусом R4=100 мм.The place 6 of the transition of the curved disk 4 to the rim 1 from the side opposite from the flange (ridge) 2 is formed by a radius curve (arc) of radius R 4 = 100 mm.
Место 7 перехода криволинейного диска 4 в ступицу 5 со стороны реборды (гребня) 2 образовано радиусной кривой (дугой) радиусом R5=60 мм.The place 7 of the transition of the curved disk 4 to the hub 5 from the side of the flange (ridge) 2 is formed by a radius curve (arc) of radius R 5 = 60 mm.
Место 7 перехода криволинейного диска 4 в ступицу 5 со стороны, противоположной от реборды (гребня) 2, образовано радиусной кривой (дугой) радиусом R6=35 мм.The place 7 of the transition of the curved disk 4 to the hub 5 from the side opposite from the flange (ridge) 2 is formed by a radius curve (arc) of radius R 6 = 35 mm.
Такое выполнение цельнокатаного железнодорожного колеса приводит к приближению формы диска колеса к несимметричной волновой S-образной форме, за счет чего достигается уменьшение жесткости колеса в радиальном направлении и увеличение жесткости колеса в осевом направлении.This embodiment of the solid-rolled railway wheel leads to the approximation of the shape of the wheel disk to an asymmetric wave S-shape, due to which a decrease in wheel stiffness in the radial direction and an increase in wheel stiffness in the axial direction are achieved.
Применение предлагаемой 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.The application of the proposed wheel design allows to increase its damping properties, which, in turn, allows to improve the operational properties of the wheel and, thus, improve the safety of railway traffic in general.
В заявляемой конструкции колеса достигается возможность свести до минимума выгиб диска колеса в осевом направлении при нагреве в процессе торможения, что, в свою очередь, позволяет свести до минимума осевые перемещения обода колеса при нагреве в процессе торможения и, тем самым, увеличить срок его службы, а также снизить интенсивность износа железнодорожного пути.In the inventive design of the wheel, it is possible to minimize the bending of the wheel disc in the axial direction during heating during braking, which, in turn, allows to minimize the axial movements of the wheel rim during heating during braking and thereby increase its service life, and also reduce the wear rate of the railway track.
Кроме этого, предлагаемая конструкция колеса обеспечивает как оптимальное 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.In addition, the proposed wheel design provides both an optimal stress distribution 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.
Работа цельнокатаного железнодорожного колеса осуществляется следующим образом.The operation of the solid-rolled railway wheels is as follows.
При движении колеса по рельсу (на чертеже не показано) нагрузка от вертикальной силы, действующей в плоскости круга катания, передается через обод 1 на диск 4 и на ступицу 5.When the wheel moves along the rail (not shown in the drawing), the load from the vertical force acting in the plane of the driving circle is transmitted through the rim 1 to the disk 4 and to the hub 5.
При движении подвижного состава по криволинейным участкам пути и по стрелочным переводам и пересечениям путей возникает нагрузка от бокового давления реборды (гребня)2 обода 1 колеса на рельс, которая также передается на диск 4 колеса.When the rolling stock moves along curved sections of the track and along turnouts and intersections of tracks, a load arises from the lateral pressure of the flange (ridge) 2 of the rim of 1 wheel per rail, which is also transmitted to the disk 4 of the wheel.
Максимальные значения динамических нагрузок, которые воспринимает колесо подвижного состава с нагрузкой на ось до 25 тс в процессе эксплуатации, в два раза выше значения максимальной статической нагрузки и, как правило, не превышают 306,5 кН для вертикальной нагрузки и 147,1 кН для боковой нагрузки.The maximum values of dynamic loads that a rolling stock wheel with an axle load of up to 25 tf takes during operation are two times higher than the maximum static load and, as a rule, do not exceed 306.5 kN for vertical load and 147.1 kN for lateral load.
При этом максимальное значение суммарных внутренних напряжений в колесе от действия приложенных к нему нагрузок не должно превышать ни условного предела пропорциональности материала (металла) колеса, который составляет 355 МПа, ни, тем более, предела текучести материала (металла), из которого изготовлено цельнокатаное железнодорожное колесо, который составляет 600 МПа.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 conditional proportionality limit of the wheel material (metal), which is 355 MPa, or, moreover, the yield stress of the material (metal) from which the whole-rolled railway is made a wheel that is 600 MPa.
В заявляемой конструкции цельнокатаного железнодорожного колеса выделяются две напряженные зоны - это место 6 перехода диска 4 в обод 1 и место 7 перехода диска 4 в ступицу 5.In the claimed design of the solid-rolled railway wheel, two stressed zones are distinguished - this is place 6 of the transition of the disk 4 to the rim 1 and place 7 of the transition of the disk 4 to the hub 5.
При движении колеса по прямым участкам пути вертикальная нагрузка вызывает наибольшие сжимающие напряжения на внешней поверхности диска 4 в месте 6 перехода диска 4 в обод 1, которые достигают значения -214,8 МПа, и наибольшие растягивающие напряжения на внутренней поверхности диска (4) в месте 7 перехода диска 4 в ступицу 5, которые достигают значения +135,2 МПа, причем наибольшие расчетные эквивалентные напряжения по фон-Мизесу (согласно IV-й, энергетической теории прочности) достигают значения 195,0 МПа и возникают на внешней поверхности диска 4 в месте 6 перехода диска 4 в обод 1.When the wheel moves along straight sections of the path, the vertical load causes the greatest compressive stresses on the outer surface of the disk 4 at the place 6 of the transition of the disk 4 to the rim 1, which reach a value of -214.8 MPa, and the greatest tensile stresses on the inner surface of the disk (4) in place 7, the transition of the disk 4 to the hub 5, which reach a value of +135.2 MPa, with the largest calculated equivalent stresses according to von Mises (according to the IVth energy theory of strength) reach a value of 195.0 MPa and occur on the outer surface of the disk 4 in me Step 6: Drive 4 to rim 1.
При движении колеса по криволинейным участкам пути боковая нагрузка, действующая в направлении внутрь колесной пары, в сочетании с сохраняющейся вертикальной нагрузкой вызывает в диске 4 колеса изгибающий момент, нарастающий от обода 1 к ступице 5 колеса, который, в свою очередь, вызывает наибольшие сжимающие напряжения на внутренней поверхности диска 4 в месте 7 перехода диска 4 в ступицу 5, которые достигают значения -303,7 МПа, и наибольшие растягивающие напряжения на внешней поверхности диска 4 в месте 7 перехода диска 4 в ступицу 5, которые достигают значения +211,9 МПа, а наибольшие расчетные эквивалентные напряжения по фон-Мизесу (согласно IV-й, энергетической теории прочности) достигают значения 299,1 МПа и возникают на внутренней поверхности диска 4 в месте 7 перехода диска 4 в ступицу 5.When the wheel moves along curved sections of the track, a lateral load acting in the direction of the inside of the pair of wheels, combined with the remaining vertical load, causes a bending moment in the 4 wheel drive, increasing from the rim 1 to the wheel hub 5, which, in turn, causes the greatest compressive stresses on the inner surface of the disk 4 in place 7 of the transition of the disk 4 to the hub 5, which reach a value of -303.7 MPa, and the greatest tensile stresses on the outer surface of the disk 4 in place 7 of the transition of the disk 4 to the hub 5, which are up to they reach +211.9 MPa, and the largest calculated equivalent stresses according to von Mises (according to the IVth energy theory of strength) reach a value of 299.1 MPa and occur on the inner surface of disk 4 in place 7 of the transition of disk 4 to hub 5.
При движении колеса по стрелочным переводам и пересечениям путей боковая нагрузка, действующая в направлении наружу колесной пары, в сочетании с сохраняющейся вертикальной нагрузкой вызывает в диске 4 колеса изгибающий момент, нарастающий от обода 1 к ступице 5 колеса, который, в свою очередь, вызывает наибольшие сжимающие напряжения на внешней поверхности диска 4 в месте 6 перехода диска 4 в обод 1, которые достигают значения -327,4 МПа, и наибольшие растягивающие напряжения на внутренней поверхности диска 4 в месте 6 перехода диска 4 в обод 1, которые достигают значения +181,5 МПа, а наибольшие расчетные эквивалентные напряжения по фон-Мизесу (согласно IV-й, энергетической теории прочности) достигают значения 214,8 МПа и возникают на внешней поверхности диска 4 в месте 6 перехода диска 4 в обод 1.When the wheel moves along the turnouts and the intersections of the tracks, the lateral load acting outward of the pair of wheels, in combination with the remaining vertical load, causes a bending moment in the 4 wheel drive, increasing from the rim 1 to the wheel hub 5, which, in turn, causes the greatest compressive stresses on the outer surface of the disk 4 in place 6 of the transition of the disk 4 to the rim 1, which reach a value of -327.4 MPa, and the greatest tensile stresses on the inner surface of the disk 4 in place 6 of the transition of the disk 4 to the rim 1, The others reach +181.5 MPa, and the largest calculated equivalent stresses according to von Mises (according to the IVth energy theory of strength) reach 214.8 MPa and occur on the outer surface of disk 4 in place 6 of the transition of disk 4 to rim 1 .
Расчетный наибольший диапазон динамических напряжений, равный удвоенным динамическим напряжениям от приложенных к колесу циклических описанных ранее нагрузок, составляет 351,4 МПа и не превышает предельного значения 360 МПа (предписанного в европейских стандартах EN 13979-1 и UIC 510-5).The calculated maximum range of dynamic stresses, equal to twice the dynamic stresses from the cyclic loads previously described, is 351.4 MPa and does not exceed the limit value of 360 MPa (prescribed in European standards EN 13979-1 and UIC 510-5).
Как показывают результаты исследований, расчетные напряжения в диске 4 колеса в месте 6 перехода диска 4 в обод 1 и в месте 7 перехода диска 4 в ступицу 5 не превышают ни критического значения предела текучести металла, равного 600 МПа, ни предельного значения условного предела пропорциональности металла, равного 355 МПа.As the research results show, the calculated stresses in the 4-wheel drive at the 6th place of the transition of the 4-wheel to the rim 1 and at the 7th place of the 4-wheel transition to the hub 5 do not exceed either the critical value of the yield strength of the metal equal to 600 MPa or the limit value of the conditional limit of proportionality of the metal equal to 355 MPa.
Приведенные сведения свидетельствуют о возможности промышленного применения предложенного цельнокатаного железнодорожного колеса, обладающего повышенным сроком службы и обеспечивающего снижение интенсивности износа железнодорожного пути.The above data indicate the possibility of industrial application of the proposed solid-rolled railway wheels, which has an increased service life and provides a decrease in the wear rate of the railway track.
Предложенное цельнокатаное железнодорожное колесо может быть изготовлено в условиях промышленного производства на стандартном оборудовании и может найти широкое применение в железнодорожных транспортных средствах с диском, выполненным как одно целое с ободом, имеющим зацепляющие рельс элементы.The proposed solid-rolled railway wheel can be manufactured in industrial production using standard equipment and can be widely used in railway vehicles with a disk made as a unit with a rim having rail-engaging elements.
Перечень обозначенийNotation list
1) обод1) rim
2) реборда (гребень)2) flange (comb)
3) поверхность катания3) riding surface
4) криволинейный диск4) curved disk
5) ступица5) hub
6) место перехода диска в обод6) the place of transition of the disk to the rim
7) место перехода диска в ступицу7) the place where the disk goes into the hub
Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201303458A UA106933C2 (en) | 2013-03-21 | 2013-03-21 | WHEEL ROLLER WHEEL |
| UAA201303458 | 2013-03-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2525354C1 true RU2525354C1 (en) | 2014-08-10 |
Family
ID=56285189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013130419/11A RU2525354C1 (en) | 2013-03-21 | 2013-07-02 | Solid-rolled railway wheel |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2525354C1 (en) |
| UA (1) | UA106933C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0798136A1 (en) * | 1996-03-29 | 1997-10-01 | Valdunes | Bending resistant railway vehicle wheel of steel |
| EP1470006B1 (en) * | 2002-01-28 | 2008-05-07 | Bonatrans Group a.s. | A disc for railway wheel |
| RU2408469C2 (en) * | 2006-09-13 | 2011-01-10 | Открытое Акционерное Общество "Интерпайп Нижнеднепровский Трубопрокатный Завод" | All-rolled railroad wheel |
-
2013
- 2013-03-21 UA UAA201303458A patent/UA106933C2/en unknown
- 2013-07-02 RU RU2013130419/11A patent/RU2525354C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0798136A1 (en) * | 1996-03-29 | 1997-10-01 | Valdunes | Bending resistant railway vehicle wheel of steel |
| EP1470006B1 (en) * | 2002-01-28 | 2008-05-07 | Bonatrans Group a.s. | A disc for railway wheel |
| RU2408469C2 (en) * | 2006-09-13 | 2011-01-10 | Открытое Акционерное Общество "Интерпайп Нижнеднепровский Трубопрокатный Завод" | All-rolled railroad wheel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA106933C2 (en) | 2014-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sawley et al. | The formation of hollow-worn wheels and their effect on wheel/rail interaction | |
| JP5131999B2 (en) | Freight railway wheels with high braking capacity | |
| Choi et al. | Optimization of a railway wheel profile to minimize flange wear and surface fatigue | |
| JP2013523515A (en) | Rail vehicle with variable axle geometry | |
| Fröhling et al. | The detrimental effects of hollow wear––field experiences and numerical simulations | |
| US5957519A (en) | Out of gauge resistant railroad wheel | |
| RU2116204C1 (en) | Railway vehicle wheel | |
| RU2428319C1 (en) | Railroad wheel | |
| RU2525354C1 (en) | Solid-rolled railway wheel | |
| RU2408469C2 (en) | All-rolled railroad wheel | |
| RU2376149C1 (en) | All-rolled wheel for railway transport | |
| WO2013103327A1 (en) | Solid-rolled railway wheel | |
| Huang et al. | Effect of the shape of railway wheel plate on its stresses and fatigue evaluation | |
| CN107415576B (en) | 3S-shaped spoke plate structure of urban rail transit vehicle wheel | |
| CN201908237U (en) | 60kg/m railway steel rail for wear type wheels | |
| RU2648545C2 (en) | Working surface profile of railway wheel r65-vg1 | |
| RU2628025C1 (en) | Whole-rolled railway wheel | |
| RU2386545C2 (en) | Solid-rolled railroad wheel | |
| RU2728028C1 (en) | Railway wheel | |
| RU2408470C2 (en) | All-rolled railroad wheel | |
| RU2698592C2 (en) | Railway wheel working surface profile | |
| RU2408468C2 (en) | All-rolled railroad wheel | |
| RU2375203C1 (en) | Profile of railroad vehicle wheel bearing disk flange | |
| CZ2003120A3 (en) | Stable railway wheel | |
| CN207274301U (en) | Using the UV resistant tire of compound accelerating agent |