RU2807770C1 - Solid wheel - Google Patents
Solid wheel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807770C1 RU2807770C1 RU2023116290A RU2023116290A RU2807770C1 RU 2807770 C1 RU2807770 C1 RU 2807770C1 RU 2023116290 A RU2023116290 A RU 2023116290A RU 2023116290 A RU2023116290 A RU 2023116290A RU 2807770 C1 RU2807770 C1 RU 2807770C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- disk
- rim
- wheel
- radius
- circle
- Prior art date
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- DOSMHBDKKKMIEF-UHFFFAOYSA-N 2-[3-(diethylamino)-6-diethylazaniumylidenexanthen-9-yl]-5-[3-[3-[4-(1-methylindol-3-yl)-2,5-dioxopyrrol-3-yl]indol-1-yl]propylsulfamoyl]benzenesulfonate Chemical compound C1=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC3=CC(N(CC)CC)=CC=C3C(C=3C(=CC(=CC=3)S(=O)(=O)NCCCN3C4=CC=CC=C4C(C=4C(NC(=O)C=4C=4C5=CC=CC=C5N(C)C=4)=O)=C3)S([O-])(=O)=O)=C21 DOSMHBDKKKMIEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 4
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 231100000817 safety factor Toxicity 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к конструкциям колес железнодорожных транспортных средств. Уровень техникиThe invention relates to transport engineering, namely to the designs of wheels of railway vehicles. State of the art
Цельнокатаные железнодорожные колеса, используемые в различных странах, имеют ряд конструктивных отличий, связанных с условиями эксплуатации подвижного состава, конструкциями вагонов и локомотивов, а также с определенными традициями, сложившимися при производстве колесных пар и их работе на железнодорожном транспорте. Во всех случаях цельнокатаное колесо состоит из трех основных частей: ступицы, диска и обода. Каждый из элементов колеса отвечает за определенную функцию. От конструктивных особенностей обода зависит ресурс колеса. Геометрические параметры ступицы обеспечивают показатели надежности прессового соединения колеса с осью. Форма диска определяет несущую способность и жесткость конструкции колеса при действии механических и тепловых эксплуатационных нагрузок.Solid-rolled railway wheels used in different countries have a number of design differences related to the operating conditions of rolling stock, the designs of cars and locomotives, as well as certain traditions that have developed in the production of wheel pairs and their operation in railway transport. In all cases, a solid-rolled wheel consists of three main parts: the hub, the disc and the rim. Each element of the wheel is responsible for a specific function. The service life of the wheel depends on the design features of the rim. The geometric parameters of the hub provide indicators of the reliability of the press connection between the wheel and the axle. The shape of the disk determines the load-bearing capacity and rigidity of the wheel structure under mechanical and thermal operating loads.
Поскольку базовые размеры обода и ступицы в зависимости от назначения колеса универсализированы, геометрия диска является определяющей конструктивной особенностью для различных типов колес. Выбор формы диска в первую очередь зависит от принятых на сети железных дорог норм по оценке показателей прочности колес, определяемых действующими национальными стандартами.Since the basic dimensions of the rim and hub are universal depending on the purpose of the wheel, the geometry of the disk is a defining design feature for various types of wheels. The choice of disk shape primarily depends on the standards adopted by the railway network for assessing wheel strength indicators, determined by current national standards.
Из уровня техники известно железнодорожное колесо, содержащее обод, ступицу и диск криволинейной формы, профиль которого имеет центральный выгиб в наружную сторону (принято за прототип, см. патент РФ №2486063, опубл. 27.06.2013). При этом наружная и внутренняя поверхности диска образованы четырьмя последовательно сопряженными радиусными кривыми, крайние из которых имеют совпадающую по направлению кривизну, а центральные радиусные кривые выполнены с кривизной, противоположной кривизне крайних радиусных кривых. Радиусы кривых, образующих наружную поверхность диска составляют (по расположению кривых в направлении от обода к ступице): где d - диаметр круга катания. Радиусы кривых, образующих внутреннюю поверхность диска составляют (по расположению кривых в направлении от обода к ступице): A railway wheel is known from the prior art, containing a rim, a hub and a disk of a curved shape, the profile of which has a central convex towards the outer side (taken as a prototype, see RF patent No. 2486063, published 06/27/2013). In this case, the outer and inner surfaces of the disk are formed by four successively conjugate radius curves, the outermost of which have the same curvature in direction, and the central radius curves are made with a curvature opposite to the curvature of the outer radius curves. The radii of the curves forming the outer surface of the disk are (according to the location of the curves in the direction from the rim to the hub): where d is the diameter of the skating circle. The radii of the curves forming the inner surface of the disk are (according to the location of the curves in the direction from the rim to the hub):
Колеса данной конструкции получили широкое распространение на европейской сети железных дорог при использовании на грузовых вагонах с осевыми нагрузками свыше 23,5 тс. При этом в качестве недостатка прототипа можно отметить наличие высокой концентрации напряжений на поверхностях диска, образованных малыми радиусными кривыми, возникающих при действии боковой нагрузки в гребень при прохождении колесной пары криволинейных участков пути. Выбор геометрии малых радиусных кривых поверхности диска для европейских конструкций колес определяется в большей степени жесткими национальными требованиями к стойкости колес к термическим остаточным деформациям при заклинивании тормозной системы, за счет чего происходит снижение конструкционной прочности при действии механических нагрузок.Wheels of this design are widely used on the European railway network when used on freight cars with axle loads over 23.5 tf. At the same time, as a disadvantage of the prototype, one can note the presence of a high stress concentration on the surfaces of the disk formed by small radius curves that arise when a lateral load is applied to the ridge when the wheel pair passes curved sections of the track. The choice of the geometry of small radius curves of the disc surface for European wheel designs is determined to a greater extent by strict national requirements for the resistance of wheels to thermal residual deformations when the brake system jams, due to which there is a decrease in structural strength under the action of mechanical loads.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании изобретения, является повышение конструкционной прочности цельнокатаных железнодорожных колес.The technical problem, the solution of which is provided by using the invention, is increasing the structural strength of solid-rolled railway wheels.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Технический результат изобретения заключается в увеличении сопротивления усталости диска цельнокатаного железнодорожного колеса при повышенных осевых нагрузках.The technical result of the invention is to increase the fatigue resistance of a solid-rolled railway wheel disk at increased axial loads.
Указанный технический результат достигается следующей совокупностью существенных признаков изобретения.The specified technical result is achieved by the following set of essential features of the invention.
Цельнокатаное железнодорожное колесо содержит обод, диск и ступицу. Центральная линия осевого сечения диска проходит через три точки. При этом первая точка расположена в месте сопряжения диска с ободом и находится в центральной плоскости или смещена относительно нее в сторону наружной или внутренней стороны колеса на расстояние не более 0,02* Н, где Н - ширина обода, причем центральная плоскость перпендикулярна оси вращения колеса и расположена по середине ширины обода. Во второй точке центральная линия осевого сечения диска имеет наибольшее осевое смещение от центральной плоскости в сторону наружной поверхности колеса. Третья точка расположена в месте сопряжения диска со ступицей и смещена относительно центральной плоскости в сторону внутренней поверхности колеса.A solid-rolled railway wheel contains a rim, a disc and a hub. The central line of the axial section of the disk passes through three points. In this case, the first point is located at the junction of the disk with the rim and is in the central plane or is shifted relative to it towards the outer or inner side of the wheel at a distance of no more than 0.02* N, where N is the width of the rim, and the central plane is perpendicular to the axis of rotation of the wheel and is located in the middle of the rim width. At the second point, the central line of the axial section of the disk has the greatest axial displacement from the central plane towards the outer surface of the wheel. The third point is located at the interface between the disc and the hub and is shifted relative to the central plane towards the inner surface of the wheel.
Наружная поверхность диска образована кривой линией, содержащей вогнутую дугу окружности радиусом R1, расположенную у обода, вогнутую дугу окружности радиусом R2, расположенную у ступицы, сопряженные между собой в центральной части диска выпуклой дугой окружности радиусом R3, расположенной со стороны обода, и выпуклой дугой окружности радиусом R4, расположенной со стороны ступицы, причем где D - внутренний диаметр обода колеса.The outer surface of the disk is formed by a curved line containing a concave arc of a circle of radius R 1 located at the rim, a concave arc of a circle of radius R 2 located at the hub, interconnected in the central part of the disk by a convex arc of a circle of radius R 3 located on the side of the rim, and a convex arc of a circle with radius R 4 located on the side of the hub, and where D is the inner diameter of the wheel rim.
Внутренняя поверхность диска образована кривой линией, содержащей выпуклую дугу окружности радиусом R5, расположенную у обода, выпуклую дугу окружности радиусом R6, расположенную у ступицы, сопряженные между собой в центральной части диска вогнутой дугой окружности радиусом R7, расположенной со стороны обода, и вогнутой дугой окружности радиусом Re, расположенной со стороны ступицы, причем где D - внутренний диаметр обода колеса.The inner surface of the disk is formed by a curved line containing a convex arc of a circle with radius R 5 located at the rim, a convex arc of a circle with radius R6 located at the hub, interconnected in the central part of the disk by a concave arc of a circle with radius R 7 located on the side of the rim, and a concave arc of a circle with radius Re located on the side of the hub, and where D is the inner diameter of the wheel rim.
Кроме того, согласно частным вариантам реализации изобретения, с целью усиления заявленного технического результата колесо может быть выполнено таким образом, что:In addition, according to particular embodiments of the invention, in order to enhance the stated technical result, the wheel can be designed in such a way that:
- расстояние S1 от второй точки до центральной плоскости составляет а расстояние S2 от третьей точки до центральной плоскости составляет - the distance S 1 from the second point to the central plane is and the distance S 2 from the third point to the central plane is
- отношение толщины T1 диска в первой точке к толщине Т3 диска в третьей точке составляет от 0,65 до 0,95, а отношение толщины Т2 диска во второй точке к толщине Т3 диска в третьей точке составляет от 0,7 до 1,0.- the ratio of the thickness T 1 of the disk at the first point to the thickness T 3 of the disk at the third point is from 0.65 to 0.95, and the ratio of the thickness T 2 of the disk at the second point to the thickness T 3 of the disk at the third point is from 0.7 to 0.7 1.0.
Выбор особенностей конструкции колеса, согласно настоящему изобретению, осуществлен с использованием серии конечно-элементных расчетов различных вариантов геометрии диска по методикам, описанным в стандартах ГОСТ 4835 и AAR S-669, которые позволяют определять коэффициенты запаса сопротивления усталости с учетом монтажных, технологических и эксплуатационных нагрузок, действующих на колесо.The selection of wheel design features, according to the present invention, was carried out using a series of finite element calculations of various variants of disk geometry according to the methods described in the GOST 4835 and AAR S-669 standards, which make it possible to determine fatigue resistance safety factors taking into account installation, technological and operational loads , acting on the wheel.
За счет указанной совокупности признаков изобретения обеспечивается оптимальная кривизна выгибки диска колеса в его центральной части, благодаря которой в этой зоне происходит снижение концентрации напряжений и повышение сопротивления усталости конструкции колеса при действии циклических эксплуатационных нагрузок. Кроме того, выбранное соотношение толщин диска, указанное для частного варианта реализации изобретения, позволяет дополнительно добиться снижения конструкционной массы, хороших демпфирующих свойств колеса в радиальном и высокой жесткости в осевом направлении.Due to the specified combination of features of the invention, optimal curvature of the wheel disk bending in its central part is ensured, due to which in this zone there is a decrease in stress concentration and an increase in fatigue resistance of the wheel structure under the action of cyclic operating loads. In addition, the selected ratio of disk thicknesses indicated for a particular embodiment of the invention makes it possible to further achieve a reduction in structural mass, good damping properties of the wheel in the radial direction and high rigidity in the axial direction.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Изобретение поясняется фигурой, на которой показано осевое сечение цельнокатаного железнодорожного колеса.The invention is illustrated by the figure, which shows the axial section of a solid-rolled railway wheel.
Конструктивные элементы обозначены на фигуре следующими позициями:Structural elements are indicated in the figure by the following positions:
1 - обод;1 - rim;
2 - диск;2 - disk;
3 - ступица;3 - hub;
4 - центральная линия осевого сечения диска;4 - central line of the axial section of the disk;
5 - наружная поверхность диска;5 - outer surface of the disk;
6 - внутренняя поверхность диска.6 - inner surface of the disk.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
Цельнокатаное железнодорожное колесо по настоящему изобретению содержит обод 1 с внутренним диаметром D и шириной Н, диск 2 и ступицу 3. Центральная плоскость Р перпендикулярна оси Z вращения колеса и расположена по середине ширины Н обода 1.The solid-rolled railway wheel of the present invention contains a
Диск 2 имеет криволинейную форму и выполнен таким образом, что центральная линия 4 осевого сечения диска 2 проходит через три точки. При этом первая точка (точка А) расположена в месте сопряжения диска 2 с ободом 1. Кроме того, первая точка (точка А) может находиться в центральной плоскости Р (предпочтительный вариант, показан на фигуре) или быть смещенной относительно центральной плоскости Р в сторону наружной или внутренней стороны колеса на расстояние не более 0,02⋅Н, где Н - ширина обода 1. Во второй точке (точке В) центральная линия 4 осевого сечения диска 2 имеет наибольшее осевое смещение от центральной плоскости Р в сторону наружной поверхности колеса. Третья точка (точка С) расположена в месте сопряжения диска 2 со ступицей 3 и смещена относительно центральной плоскости Р в сторону внутренней поверхности колеса.
Наружная поверхность 5 диска 2 образована кривой линией, содержащей вогнутую дугу окружности радиусом R1, расположенную у обода 1, вогнутую дугу окружности радиусом R2, расположенную у ступицы 3, сопряженные между собой в центральной части диска 2 выпуклой дугой окружности радиусом R3, расположенной со стороны обода 1, и выпуклой дугой окружности радиусом R4, расположенной со стороны ступицы 3. При этом радиусы указанных дуг окружностей равны: где D - внутренний диаметр обода 1 колеса.The
Внутренняя поверхность диска 2 образована кривой линией, содержащей выпуклую дугу окружности радиусом R5, расположенную у обода 1, выпуклую дугу окружности радиусом R6, расположенную у ступицы 3, сопряженные между собой в центральной части диска 2 вогнутой дугой окружности радиусом R7, расположенной со стороны обода 1, и вогнутой дугой окружности радиусом R8, расположенной со стороны ступицы 3. При этом радиусы указанных дуг окружностей равны: где D - внутренний диаметр обода 1 колеса.The inner surface of
С целью усиления технического результата является предпочтительным, если цельнокатаное железнодорожное колесо выполнено таким образом, что расстояние Si от второй точки (точки В) до центральной плоскости Р составляет где Н - ширина обода 1, а расстояние S2 от третьей точки (точки С) до центральной плоскости Р составляет In order to enhance the technical result, it is preferable if the solid-rolled railway wheel is made in such a way that the distance Si from the second point (point B) to the central plane P is where H is the width of
Кроме того, в предпочтительном варианте исполнения отношение толщины T1 диска 2 в первой точке (точке А) к толщине Т3 диска 2 в третьей точке (точке С) составляет от 0,65 до 0,95, а отношение толщины Т2 диска во второй точке (точке В) к толщине Т3 диска в третьей точке (точке С) составляет от 0,7 до 1,0.In addition, in a preferred embodiment, the ratio of the thickness T 1 of the
Настоящее изобретение может использоваться для моделей железнодорожных транспортных средств, в частности для колесных пар локомотивов, грузовых и пассажирских вагонов локомотивной тяги, моторных и немоторных вагонов электро- и дизель-поездов, специального железнодорожного подвижного состава. Колесо, согласно изобретению, может быть изготовлено из стали любого качества, используемого в железнодорожной промышленности, и произведено в соответствии с известными техническими требованиями и стандартами.The present invention can be used for models of railway vehicles, in particular for wheel sets of locomotives, locomotive-hauled freight and passenger cars, motor and non-motor cars of electric and diesel trains, and special railway rolling stock. The wheel according to the invention can be made of any grade of steel used in the railway industry and produced in accordance with known specifications and standards.
Теоретические исследования и испытания железнодорожных колес, соответствующих настоящему изобретению, для колес применительно к грузовым вагонам с номинальным диаметром по кругу катания 957 мм и внутренним диаметром обода 800÷810 мм показали их соответствие требованиям Технического регламента Таможенного союза 001/2011 «О безопасности железнодорожного подвижного состава» с возможностью использования при максимальной нагрузке на ось 25-27 тс наряду с обеспечением оптимального уровня эксплуатационных характеристик по отношению к аналогам.Theoretical studies and tests of railway wheels corresponding to the present invention for wheels in relation to freight cars with a nominal rolling circle diameter of 957 mm and an internal rim diameter of 800÷810 mm showed their compliance with the requirements of the Technical Regulations of the Customs Union 001/2011 “On the safety of railway rolling stock » with the possibility of use with a maximum axle load of 25-27 t, along with ensuring an optimal level of performance characteristics in relation to analogues.
Claims (9)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807770C1 true RU2807770C1 (en) | 2023-11-21 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3117572A1 (en) * | 1980-07-03 | 1982-09-09 | VEB Radsatzfabrik Ilsenburg, DDR 3705 Ilsenburg | Solid wheel for rail vehicles |
| EP1470006A1 (en) * | 2002-01-28 | 2004-10-27 | Bonatrans A.S. | A disc for railway wheel |
| RU2486063C1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-06-27 | Открытое Акционерное Общество "Выксунский Металлургический Завод" | Railway wheel |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3117572A1 (en) * | 1980-07-03 | 1982-09-09 | VEB Radsatzfabrik Ilsenburg, DDR 3705 Ilsenburg | Solid wheel for rail vehicles |
| EP1470006A1 (en) * | 2002-01-28 | 2004-10-27 | Bonatrans A.S. | A disc for railway wheel |
| RU2486063C1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-06-27 | Открытое Акционерное Общество "Выксунский Металлургический Завод" | Railway wheel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5957519A (en) | Out of gauge resistant railroad wheel | |
| CN101500822B (en) | Railway wheel | |
| Okagata | Design technologies for railway wheels and future prospects | |
| AU663992B2 (en) | Railway wheel and method of manufacture | |
| WO2013089596A1 (en) | Railway wheel | |
| RU2807770C1 (en) | Solid wheel | |
| EP1470006B1 (en) | A disc for railway wheel | |
| US10661603B2 (en) | Solid wheel for a rail vehicle and method for producing the wheel | |
| RU2428319C1 (en) | Railroad wheel | |
| EP1900546B1 (en) | Seamless rolled railway wheel | |
| US6189456B1 (en) | High capacity axle for railway freight cars | |
| CN113891806B (en) | Wheel for railway vehicle | |
| RU2722782C1 (en) | Railway wheel | |
| US3038755A (en) | Railway wheel | |
| RU2628025C1 (en) | Whole-rolled railway wheel | |
| RU2376149C1 (en) | All-rolled wheel for railway transport | |
| RU2589814C1 (en) | One-piece rolled wheel for disk brakes | |
| RU2728028C1 (en) | Railway wheel | |
| CN113879041A (en) | Railway wheel with small deformation | |
| RU2085403C1 (en) | Seemless rolled wheel for railway vehicles | |
| CN103507560A (en) | Train wheel and train | |
| RU91936U1 (en) | ONE-WHEELED WHEEL OF HIGH-SPEED RAILWAY VEHICLE | |
| RU2788741C1 (en) | Solid rolled railway wheel | |
| JP3774092B2 (en) | Gear type flexible shaft coupling for railway vehicles | |
| RU2245255C1 (en) | Vehicle wheel |