RU26208U1

RU26208U1 - Профиль поверхности обода железнодорожного колеса

Info

Publication number: RU26208U1
Application number: RU2002109686/20U
Authority: RU
Inventors: Виктор Федорович Ушкалов (UA); Виктор Федорович Ушкалов; Тать на Федоровна Мокрий (UA); Татьяна Федоровна Мокрий; Ирина Александровна Мащенко (UA); Ирина Александровна Мащенко
Original assignee: Виктор Федорович Ушкалов; Малышева Ирина Юрьевна; Богданов Виктор Михайлович; Цюренко Владимир Николаевич; Ефимов Виктор Петрович
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2002-11-20

Description

ПРОФИЛЬ ПОВЕРХНОСТИ ОБОДА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО КОЛЕСА

Полезная модель относится к конструкции, а более конкретно - к формам профиля рабочей поверхности ободьев жeлeзнoдqpoжныx колёс.

Здесь и далее термином обод обозначена такая часть колеса, которая ограничена поверхностью катания, гладасо сопряжённой с нею рабочей поверхностью гребня, поверхностью вершины и нерабочей поверхностью гребня.

Общеизвестно, что вагонные колёса являются изделиями массового производства и что от совершенства формы контактных, то есть взаимодействующих с рельсами, поверхностей их обода зависит износ как самих колёс, так и головок рельсов. Поэтому формы профиля таких поверхностей должны одновременно обеспечивать:

как можно меньшее время контакта гребня колеса с рельсом, особенно при движении по криволинейным участкам пути с малыми ( 350 м) радиусами кривизны, и, соотвепгственно, как можно меньший износ гребней колёс и головок рельсов, и

возможность профилирования колёс общедоступными средствами.

Последнее условие легко вьшолнимо, ибо любые участки колёс независимо от профиля ньше могут бьггь обработаны на известных токарных и/или шлифовальных станках с управлением от жёстких копиров или с числовым программным управлением. Однако выполнение первого условия затруднено, ибо при движении подвижного состава по пути стандЕфтгные колёса взаимодействуют с рельсами следующим образом:

на прямых участках они контактируют преимущественно по поверхностям катания колеса и рельса с минимальным износом гребней и боковых граней головок рельсов, а

при прохождении кривых каждое набегающее на рельс колесо контактирует не только своей поверхностью катания с поверхностью катания рельса, но и одновременно взаимодействует своим гребнем с боковой гранью головки рельса (А. Мотеаи. Контакт между колесом и рельсом/Revue Generale des Chemins de Per, 1991, , pp. 43-51).

2О02109686

ПП11МП1ИШ

д(гг 10968 ь

nnic В 60 в

ных рельсов экономически невыгодно не столько из-за необходимости переоснащения рельсопрокатных станов, сколько из-за гигантских расходов на изгоговление новых рельсов и перешивку десятков тысяч киломегров магистральных и станционных пугей. Следовательно, актуальную для стран СНГ проблему снижения износа колёс и головок рельсов нужно решапгь оптимизацией профиля обода колеса.

Из множества оптимизированных профилей к предлагаемсшу по технической сущности наиболее близок профиль поверхности обода железнодорожного колеса согласно патенту Украины № 1182. Этот профиль состетгт из гладко сопряжённых отрезков прямых и дуг окружностей, причём значения радиусов и положение центров окружностей таких дуг относительно точки О на пересечении среднего радиуса круга катания с образующей поверхности катания выбраны в зависимости от фактической толшзины А} гребня в интервале опт мм для ремонтных колёс до Aniax 34 мм для новых колёс. Более кон1фетно, вестный профиль состоит из сотфяжённых отрезков гфямых и окружностей радиусов ,5 мм, /f2-17,7 мм, мм, при этсйл:

при толщине гребня мм координаты центров указанных дуг равны Jc/ -56,77 мм viyi -14,7 мм для , JC2 -25,6 мм и yf -20,4 мм для R xs -17,1 мм и уз -38,9 мм для Uj и дуга радиуса Л; сопряжена с дугой радиуса Л, служащей образующей выпуклой рабочей поверхности гребня; дуга радиуса Лг слрезком с углом наклона 70° к горизонтали сопряжена с дугой радиуса /, служащей образующей выкружки, и дуга радиуса RB сопряжена с отрезком прямой с уклоном 1:20 (-18,6 О мм), который переходит в отрезок прямой с ICIOHOM 1:40 (О мм л; 40 мм) и далее - в отрезок прямой с уклоном 1:7 (40 мм л; 54 мм);

при толпщне гребня мм координаты центров указанных дуг равны Xi- -52,77 мм -14,5 мм для , JC2- -21,6 мм viyf -20,2 мм для Л, хз- -13,1 мм и yf -38,7 мм для RI и дуга радиуса RI сопряжена с дугой радиуса -R, служащей образующей выпуклой рабочей поверхности гребня; дуга радиуса опгрезком прямой с углом наклона 70° к горизонтали сопряжена с дугой радиуса Д, служащей образующей выкружки, и дуга радиу ca/tj сопряжена с отрезком прямой с уклоном 1:20 (-13,1 мм jc 40 мм), который переходагг в отрезок прямой с уклоном 1:7 (40 мм х 54 мм);

координаты XT у (в мм) граничных точек предельных профилш равны -54,5; -28 слева и 54,4 и 54,3 сгфава, а

при фактической толщине гребня 30 мм At 34 мм требуемые значения координат и тре лемые профили обода находятся в промежутке между указанными предельнЕоми значениями и 1файними щюфилями.

Выхфужка такого обода недостаточно эффективно участвует в контактном взаимодействии колеса и головки рельса. Поэтому при прохождении 1фивых участков пути малого ( 350м) ратуса. с боковсй гранью головки рельса довольно интенсивно контактирует рабочая пове{)хность гребня колеса. Хотя и постепенно, это приводит к иеравном ноNty износу контактных поверхностей колес и голсжок рельсов и подрезу гребней, что соiqpannaeT межрем(жтый пробег колёсных пар.

В основу полезной модели положена задача дальнейшим усовершенствованием формы такой профиль поверхност обода железнодорожнсйго колеса, кокфый обеспечивал бы ещё более гладкое перемещение шгтна контакта с конической части пов хности катания на даже на кривых участках пути с малыми ( 350 м) радакусами 1 ртЕВЮны и тем самым дополнительно снижал в хмтность контакта гребней колёс с боковыми гранями головок рельсов с соответствующим снижением интенсивности и повышением равномерности их износа.

Поставленная задача решена тем, что в профиле поверхности обода железнодорожного колеса, который состоит из гладко с тряжённых опгрезксна тфямых и дз оьфужностей, причём значения радиусов и положение центров О1д жностей таких дуг относительно точки О на перес&кякя среднего радауса круга катания с образующая поверхности катания выбраны с учётом фактической толщины Д| гребня в интервале от мм дая peMOiTTHbix колёс до Айв-34 мм для новых колёс, согласно изобретательскому замыслу при толшщсе гребня мм кофдинаты центров О1фужностей и радиусы указанных дуг равны JCj( -56,77 мм и yi -14,7 мм для ,5 мм; xf -25,6 мм и у2 -20,4 мм для ,7 мм, л;/ -23,5 мм -20,71 мм для ,5 мм, дуга радиуса Л/, служащая образующей выпуклой рабочей поверхности гребня, отрезком прямой с углом наклона 70° к горизонтали сотфяжена с дугой радиуса Л, служащей частью образующей выкружки дуга радиуса R2 сопряжена с дугой радиуса /, служит продолжением образующей вы1фужки и сопряяжна с псжерхностъю катания отрезком прямой с уклоном 1:20 (-25 мм jc О ммХ переходящим в оггрезок гфямой с уклоном 1:40 (О мм х 40 мм) и далее в отрезок прямой с уклоном 1:7 (40 мм х 54 мм); при толщине гребня мм координаты центров окружностей и радиусы указанных дуг равны Хг -52,77 мм и jv -14,5 мм для ,5 мм, Xs -21,6 мм iiys -20,2 мм для ,l мм, Xf -13,1 мм и je -38,7 мм для мм, дуга радиуса Л, с; жащая образующей выпуклой рабочей поверхноспн гребня, отрезком прямой с углом шклона 70° к горизонтали сопряжена с дутоя радиуса RS, служащей частью офазующей выкружки, дуга радиуса RS ссшряжена с дугой радиуса Rfy которая служнгг щюдолжением образующей выкружки и сохфяжена с поверхностью катания отрезком прямой с уклшюм 1:20 (-14,6 мм дс 40 мм), переходящим в отрезок прямой с уклоном 1:7 (40 мм л; : 54 мм); координаты х,у(в мм) траничных точек гфедельных профилей равны -54,5, -28 слева 54; 3 и 54; 4 и справа:, а тфи фактической толщине гребня 30 мм At 34 мм требуемые значения координат и профилей находятся в хфомежутке между указанными предельными значениями,

Любш кошфетный профиль, выбранный в указанных выще пределах, обеспечивает более гладкое со1фяж ше поверхности катания с рабочей псизфхностью гребня и новых, и ремонтных колес. Поэтому при взаимодействии ободьев железнодорожных колёс с рельсами снижается вероягтность силового контакта гребней колёс с боковыми гранями головок рельсов даже на кривых участках пути с малыми ( 350 м) радиусами {фивизны, что замедляет износ требней (и колёс в целом).

Далее сущность полезной модели поясняется подробным описанием профиля поверхности обода и особенностей изготовления и работы колёс с такими ободьями со ссылками на чертёж, где показан интервал изменения профиля с учётом толщины гребня и подуклонки рельсов, на котхфых предполагается применение колес.

гребня, которая сопряжена с вьпфужкой 2, переходящей в конусообразную кусочнолинейную поверхность 3 катания с разными углами наклона образующей.

Профиль обода состоит из сопряжённых отрезков прямых и дуг оьфужносгей. Положение центров этих дуг относительно точки О на пересечении среднего радиуса круга катания с образующей поверхности катания и порядок сопряжения частей профиля обода выбраны в зависимости or фактической толщины А, гребня, которая находится в интервале от 30 до 34 мм, следующим образом:

а)при толщине гребня Amio-30 мм для ремонтных колёс: во-первых, координаты центров указанных дуг равны:

Xt -56,77 мм yi -14,7 мм для ,5 мм; xz -25,6 мм viyf -20,4 мм для ,l мм; хз -23,5 мм viyf -20,71 мм для ,5 мм,

во-вторых, дуга радиуса RI, которая служит образующей выпуклой рабочей поверхности гребня, отрезком прямой с углом наклона 70° к горизонтали сопряжена с дугой радиуса , которая служит частью образующей выкружки;

в-третьих, дуга радиуса Л сопряжена с дугой радиуса Кз, которая служит продолжением образующей выкружки и сопряжена с поверхностью катания отрезком прямой с уклоном 1:20 (-25 мм дс О мм), который переходиг в опгрезок прямой с уклоном 1:40 (О мм дс 40 мм) и далее в отрезок прямш с уклоном 1:7 (40 мм дс 5 54 мм);

б)при толщине гребня мм для новых колёс: во-первых, координаты центров указанных дуг равны:

Х4 -52,77 мм и j -14,5 мм для ,5 мм, дс5 -21,6 мм iys -20,2 мм для ,7 мм, дс«г -13,1 мм нуб- -38,7 мм для мм,

во-вторых, дуга радиуса Л, которая служит образующей выпуклой рабочей поверхности гребня, огрезком прямой с углом нгислснна 70° к горизонтали сопряжена с дугой радиуса RS., которая служит частью образующей вьифужки,

нием образующей вьпфужки и сопряжена с поверхностью катания отрезком прямой с уклоном 1:20 (-14,6 мм д: 40 мм), который переходит в отрезок прямой с уклоном 1:7 (40 мм л; 54 мм),

в) координаты X, у (ь мм) граничных точек предельных профилей равны -54,5, -28 слева и 54; 3 и 54; 4 справа.

Если же фактическая толщина гребня оказывается в интервале 30 мм Ai 34 мм, то требуемые значения координат и требуемые профили обода находят интерполяцией в проме51сутке между указанными предельными значениями и крайними профилями.

Ссжов тшый профиль рабочей поверхности формируют программной обггочкой и/или программным шлифованием новых колёс или бандажей ремонтных колёс.

Перед обработкой подходящим инспфументом измеряют фактическую толщину гребня. Следует ответить, что можно использовать и привычные универсальные шаблоны, применяемые на заводах для контроля ободьев колёс со стандгфтным профилем. Однако в таких случаях к результатам измерения следует тфшшюсовывать 1 мм.

Далее с учётом конкретной толщины гребня определяют конкретные кос динаты х, у центров дуг с указанными радиусами (Rj, Jf и Rj) и (Я, Ry и Лб) и KOHiq)eTHbie характеристики отрезков прямых. И, наконец, настроив соответствующим образом станок, обтачивают и/или шлифуют обод колеса под требуемый профиль.

Особенности эксплуатации железнодорожных колёс с описанными профилями состоят в следующем.

При движении вагона KOiFieco взаимодействует с рельсом в зависимости or плана и профиля пути преимушественно поверхностью 3 катания, а в 1фивьЕС малого радиуса или на изношенном пути может взаимодейспгвовать также выкружкой 2 и рабочей поверхностью 1 гребня. При взаимном горизонтальном смещении колеса и рельса перемещение пятна контакта по профилю обода с конусообразной части поверхности катания на рабочую поверхность гребня практически всегда происходит через выкружку 2. 6

зволяет снизить износ гребней колес при движении по пути с прямолинейными и криволинейными участками, в том числе малого ( 350 м) радиуса, а износ по поверхности катания сделать более равномерным. Этот эффект особенно заметен при использовании колёс с предложенными профилями на рельсах с подуклонкой от 1/40 до 1/20.

Колёса с предложенными профилями обода могут быть использованы в отечественном подвижном составе, в том числе с ходовыми частями типа трехэлементной тележки ЦНИИ-ХЗ. При этом наряду с уменьшением износа колёс достигается вьшолнение нормативных требований к динамическим качествам вагонов, -меньшение влияния износа колес на снижение критической скорости и понижение уровня ударных составляющих при взаимодействии экипажа и пути.

Результаты испытаний в маршругных грузовых поездах на железных д фогах Украины со сложными условиями эксплуатации свидетельствуют о том, что после пробега 75 тыс. км износ гребней колёс, имеющих профиль обода в предложенном интервале, оказался более чем в 1,5 раза ниже износа гребней стандартных колёс.

Предложенные профили могуг бьпъ использованы при изготовлении новых цельнокатаных и сборных колёс и при ремонте, в частности, при переточке обандаженных колёсных п для тележек преимущественно грузовых вагонов, платформ и цистерн.

Claims

Профиль поверхности обода железнодорожного колеса, который состоит из гладко сопряженных отрезков прямых и дуг окружностей, причем значения радиусов и положение центров окружностей таких дуг относительно точки 0 на пересечении среднего радиуса круга катания с образующей поверхности катания выбраны с учетом фактической толщины Δ_i гребня в интервале от Δ_min = 30 мм для ремонтных колес до Δ_max = 34 мм для новых колес, отличающийся тем, что при Δ_min = 30 мм координаты центров окружностей и радиусы указанных дуг равны x₁ = -56,77 мм и у₁ = -14,7 мм для R₁ = 13,5 мм, х₂ = -25,6 мм и у₂ = -20,4 мм для R₂ = 17,7 мм и х₃ = -23,5 мм и у₃ = -20,71 мм для R₃ = 19,5 мм, дуга радиуса R₁, служащая образующей выпуклой рабочей поверхности гребня, отрезком прямой с углом наклона 70^o к горизонтали сопряжена с дугой радиуса R₂, служащей частью образующей выкружки, дуга радиуса R₂ сопряжена с дугой радиуса R₃, которая служит продолжением образующей выкружки и сопряжена с поверхностью катания отрезком прямой с уклоном 1 : 20 (-25 мм ≤ х <0 мм), переходящим в отрезок прямой с уклоном 1 : 40 (0 мм ≤ х <40 мм) и далее в отрезок прямой с уклоном 1 : 7 (40 мм ≤ х ≤ 54 мм); при толщине гребня Δ_max = 34 мм координаты центров окружностей и радиусы указанных дуг равны х₄ = -52,77 мм и у₄ = -14,5 мм для R₄ = 13,5 мм, х₅ = -21,6 мм и у₅ = -20,2 мм для R₅ = 17,7 мм и х₆ = -13,1 мм и у₆ = -38,7 мм для R₆ = 38 мм, дуга радиуса R₄, служащая образующей выпуклой рабочей поверхности гребня, отрезком прямой с углом наклона 70^o к горизонтали сопряжена с дугой радиуса R₅, служащей частью образующей выкружки, дуга радиуса R₅ сопряжена с дугой радиуса R₆, которая служит продолжением образующей выкружки и сопряжена с поверхностью катания отрезком прямой с уклоном 1 : 20 (-14,6 мм ≤ х <40 мм), переходящим в отрезок прямой с уклоном 1 : 7 (40 мм ≤ х ≤ 54 мм); координаты х, у (в мм) граничных точек предельных профилей равны [-54,5, -28] слева и [54; 3] и [54; 4] справа; а при фактической толщине гребня 30 мм ≤ Δ₁ ≤ 34 мм требуемые значения координат и профилей находятся в промежутке между указанными предельными значениями.