WO2013103327A1 - Цельнокатаное железнодорожное колесо - Google Patents

Цельнокатаное железнодорожное колесо Download PDF

Info

Publication number
WO2013103327A1
WO2013103327A1 PCT/UA2012/000119 UA2012000119W WO2013103327A1 WO 2013103327 A1 WO2013103327 A1 WO 2013103327A1 UA 2012000119 W UA2012000119 W UA 2012000119W WO 2013103327 A1 WO2013103327 A1 WO 2013103327A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
disk
rim
wheel
curved disk
curved
Prior art date
Application number
PCT/UA2012/000119
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Георгий Николаевич ПОЛЬСКИЙ
Александр Александрович ЗИГУРА
Александр Вадимович РОСЛИК
Original Assignee
Публичное Акционерное Общество "Интерпайп Ижнеднепровский Трубопрокатный Завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное Акционерное Общество "Интерпайп Ижнеднепровский Трубопрокатный Завод" filed Critical Публичное Акционерное Общество "Интерпайп Ижнеднепровский Трубопрокатный Завод"
Priority to EP12864335.0A priority Critical patent/EP2801483A4/en
Publication of WO2013103327A1 publication Critical patent/WO2013103327A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B3/00—Disc wheels, i.e. wheels with load-supporting disc body
    • B60B3/002—Disc wheels, i.e. wheels with load-supporting disc body characterised by the shape of the disc
    • B60B3/007—Disc wheels, i.e. wheels with load-supporting disc body characterised by the shape of the disc in the intermediate section
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B17/00—Wheels characterised by rail-engaging elements
    • B60B17/0006—Construction of wheel bodies, e.g. disc wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B17/00—Wheels characterised by rail-engaging elements
    • B60B17/0065—Flange details
    • B60B17/0068—Flange details the flange being provided on a single side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B2310/00—Manufacturing methods
    • B60B2310/20—Shaping
    • B60B2310/224—Shaping by rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B2900/00—Purpose of invention
    • B60B2900/10—Reduction of
    • B60B2900/113—Production or maintenance time
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B2900/00—Purpose of invention
    • B60B2900/30—Increase in
    • B60B2900/323—Timespan between services

Definitions

  • the invention relates to the field of production of disk wheels of railway vehicles with a disk made integrally with the rim, and having rail-engaging elements.
  • 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 stresses arising in the wheel during braking.
  • 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.
  • 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.
  • 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 L0.
  • 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.
  • 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 the IS site of its interface with the hub is in the range from 10 to 25 mm.
  • This embodiment of the solid-rolled railway wheel allows reducing stresses on the inner surface in the central part of the disk, as well as decreasing the axial displacement of the wheel rim during heating during braking or when rolling stock passes curves of sections of the rail track in comparison with the previous design.
  • a disadvantage of the known wheels are the uneven distribution of the total internal stresses over the volume of the wheel.
  • the center line of the axial section of the disk of the wave S-shaped is located asymmetrically with respect to its inflection point (Y), which is shifted toward the rim and the center line of the axial section in the near side of the inflection point has a large curvature.
  • 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 parts.
  • a disadvantage of the known wheels are significant stresses in the wheel disk during heating during braking.
  • the central line of the axial section of the disk has an S-shaped wave of large curvature and is located symmetrically with respect to its inflection point (Y).
  • This embodiment of the solid-rolled railway wheel allows you to slightly reduce the voltage values during heating during braking.
  • a disadvantage of the known wheel is the intensive wear of the path and surface of the rim, due to 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 that arise when the brake pads are rubbed against the wheel rim in the braking process of rolling stock.
  • the problem to which the invention is directed is to reduce the axial lateral displacements of the rim by providing an 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 temperature stresses, which the queue will increase the service life of the wheel and reduce the wear rate of the railway track.
  • a curved S-shaped wave disk formed by radius curves (arcs) of radii (R
  • the solid-rolled railway wheel has a large convection area due to the small curvature of the near part of the disk, and the inflection point (Y) of the center line (AB) of the axial section of the disk is shifted towards the hub.
  • the proposed solid-rolled railway wheel contains a rim 1 with a flange 2 (crest 2) and a rolling surface 3, a curved disk 4 of a wave S-shape, formed by radius curves (arcs) of radii R) and R 2 , respectively, and a hub 5.
  • Place 6 of the transition of the curved disk 4 to the rim 1 (place 6 of the interface of the curved disk 4 with the rim 1) and place 7 of the transition of the curved disk 4 to the hub 5 (place 7 of the interface of the curved disk 4 with the hub 5) are formed by radius curves (arcs) of radius R 3 , R4 and R5, R 6 .
  • Line AB is the middle line of the radial section of the curved disk 4. Point A is located at the location 6 of the transition of the curved disk 4 to the rim 1, and point B is located at the location 7 of the transition of the curved disk 4 to the hub 5.
  • Points A and B of the midline AB of the curved disk 4 are on opposite sides of the mid-wave plane O-O.
  • the mid-wave plane 0-0 is located perpendicular to the axis of rotation X-X 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.
  • the first point A and the flange 2 of the rim 1 are located on the same side 5 from the mid-wave plane (0-0).
  • the main design features of the proposed solid-rolled railway wheel is that the curved disk 4 is made so that the ratio of the distance H 2 from the second point B to the mid-wave plane 0-0 to the distance Hi from the first point A to the mid-wave plane 0-0 L0 is 0.60 -0.99, and the ratio of the radius Ri 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 1.01 -1, 67.
  • the curved disk 4 was L5 made of a wave S-shape with the following basic geometric parameters.
  • the ratio of the distance H 2 from the second point B to the mid-wave plane 0-0 to the distance Hi from the first point A to the mid-wave plane O — O is H 2 : H
  • 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.
  • 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.
  • 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 wheel's service life.
  • 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.
  • the maximum value of the total internal stresses in the wheel from the action of the loads applied to it should not exceed the yield strength of the material from which the solid-rolled railway wheel is made, which is 820 MPa.
  • the vertical load causes the greatest compressive stresses on the inner surface of the disk 4 in place of its 7 (4) transition to the hub 5, which reach a value of -165.2 MPa, and the greatest tensile stresses on the outer surface of the disk 4 in place 7 of his (4) transition to the hub 5, which reach a value of +137.0 MPa;
  • the largest calculated equivalent stresses according to von Mises (according to the IVth energy theory of strength) reach a value of 193.0 MPa and occur on the inner surface of the disk 4 in place 7 of its (4) transition to the hub 5.
  • the calculated maximum range of dynamic (amplitude) stresses equal to twice the dynamic (amplitude) stresses from the cyclic loads previously described on the wheel is 314.9 MPa and does not exceed the limit value of 360 MPa (prescribed in European standards EN 13979-1 and UIC 510-5 )
  • the calculated stresses in the 4-wheel drive at the 6th place of the transition of the 4-wheel to the hub 5 and at the 7th place of the 4-wheel transition to the rim 1 do not exceed a critical value of 820 MPa (yield strength of the wheel material) or a limit value of 355 MPa conditional limit of proportionality of the wheel material).
  • 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 the rim and having rail-engaging elements.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области производства дисковых колёс железнодорожных транспортных средств с диском, выполненным как одно целое с ободом, и имеющих зацепляющие рельс элементы. Цельнокатаное железнодорожное колесо содержит обод (1) с ребордой (2) и поверхностью катания (3), криволинейный диск (4) волновой S-образной формы, образованный радиусными кривыми (дугами) радиусами (Ri) и (R2), и ступицу (5), у которого 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, R^, а линия (АВ) является средней линией радиального сечения криволинейного диска (4), при этом точка (А) расположена в месте (6) перехода криволинейного диска (4) в обод (1), а точка (В) расположена в месте (7) перехода криволинейного диска (4) в ступицу (5), причем точки (А) и (В) средней линии (АВ) криволинейного диска (4) находятся на противоположных сторонах от средневолновой плоскости (О-О), которая расположена перпендикулярно оси (Х-Х) вращения и пересекает обод (1) по поверхности катания (3), а среднюю линию (АВ) криволинейного диска (4) пересекает в точке перегиба (Y), при этом первая точка (А) и реборда (2) обода (1) находятся с одной и той же стороны от средневолновой плоскости (О-О). Согласно изобретению, криволинейный диск (4) выполнен так, что отношение расстояния (Н2) от второй точки (В) до средневолновой плоскости (О-О) к расстоянию (Hi) от первой точки (А) до средневолновой плоскости (О-О) составляет 0,60-0,99, а отношение радиуса (Ri) участка (AY) средней линии (АВ) криволинейного диска (4) к радиусу (R2) участка (BY) средней линии (АВ) криволинейного диска (4) составляет 1,01-1,67. Изобретение позволяет увеличить срока службы предлагаемого цельнокатаного железнодорожного колеса, а также снизить интенсивность износа железнодорожного пути.

Description

ЦЕЛЬНОКАТАНОЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ КОЛЕСО
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области производства дисковых колёс железнодорожных транспортных средств с диском, выполненным как одно целое с ободом, и имеющих зацепляющие рельс элементы.
Предшествующий уровень техники
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.
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 напряжений, возникающих в колесе в процессе торможения.
Возникающие вследствие этого фактические напряжения во многом определяют стойкость колёс к повреждениям и, в конечном счёте, определяют срок их службы.
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 объёму колеса.
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.
В случае, когда значения суммарных напряжений близки или длительное время превышают предел выносливости материала, из которого изготовлено колесо, в нём происходит образование усталостных трещин, что, в свою очередь, приводит к преждевременному разрушению колеса. При неблагоприятных условиях нагружения в цельнокатаном железнодорожном колесе наблюдается концентрация напряжений от действующих внешних нагрузок и температурного воздействия, при этом суммарное значение внутренних напряжений может превышать предел текучести материала, из которого изготовлено колесо.
В этом случае в колесе возникают остаточные деформации, которые приводят к изменению его эксплуатационных свойств, что также ведёт к сокращению срока его эксплуатации.
Опыт эксплуатации цельнокатаных железнодорожных колёс показывает, что большинство случаев выхода колёс из строя по причине разрушения диска связано с возникновением значительных усталостных напряжений, при этом разрушение, как правило, происходит в месте сопряжения диска с ободом.
Традиционным путём снижения суммарных внутренних напряжений и их оптимального распределения по объёму колеса является выбор рациональной конструкции диска цельнокатаного железнодорожного колеса, а также взаимного расположения его конструктивных элементов.
Из уровня техники известно цельнокатаное железнодорожное колесо, содержащее обод, ступицу и диск, образованный внутренней и внешней поверхностями [«Цельнокатаное колесо для железнодорожного транспорта» RU2085403 (RU), В60ВЗ/02; 27.07.1997, аналог] [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.
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.
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 гребень колеса при прохождении подвижным составом кривых участков железнодорожной колеи. Из уровня техники известно цельнокатаное железнодорожное колесо, содержащее обод, ступицу и диск, образованный наружной и внутренней криволинейными поверхностями [«Цельнокатаное колесо для железнодорожного транспорта» SU1 139647 (А1 ) В60В 17/00; 15.02.1985, аналог] [2].
5 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.
Такое выполнение цельнокатаного железнодорожного колеса позволяет снизить значения напряжений в месте сопряжения диска колеса с ободом по сравнению с L0 предыдущей конструкцией.
Недостатками известного колеса являются неравномерное распределение суммарных внутренних напряжений по объему колеса, а также большое значение осевого смещения обода колеса.
Эти недостатки обусловлены высокими значениями внутренних напряжений на L5 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.
Из уровня техники известно цельнокатаное железнодорожное колесо, содержащее 10 обод, ступицу и диск, образованный наружной и внутренней криволинейными поверхностями [«Цельнокатаное железнодорожное колесо и способ его изготовления» RU2259279 (CI) (RU), В60ВЗ/02; 27.08.2005; аналог] [3].
В известном колесе [3] смещение центральной линии осевого сечения диска в месте его сопряжения с ободом относительно центральной линии осевого сечения диска в IS месте его сопряжения со ступицей находится в интервале от 10 до 25 мм.
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 0 предыдущей конструкцией.
Недостатком известного колеса являются неравномерное распределение суммарных внутренних напряжений по объему колеса.
Этот недостаток обусловлен большим значением выгиба центральной части диска колеса, что, в свою очередь, обуславливает значительные температурные напряжения на 35 внутренней поверхности в центральной части диска колеса, что создает предпосылки для развития усталостных трещин и приводит, в свою очередь, к уменьшению срока службы колеса.
Из уровня техники известно цельнокатаное железнодорожное колесо, содержащее обод, ступицу и диск, образованный наружной и внутренней криволинейными поверхностями [«Zelezncni kolo» CZ8688 (Ul) В60ВЗ/00: В60ВЗ/02; 25.05.1999, аналог] [4].
В известном колесе [4] центральная линия осевого сечения диска волновой S-образной формы расположена несимметрично относительно точки её перегиба (Y), которая сдвинута в сторону обода и центральная линия осевого сечения в приободной части от точки перегиба имеет большую кривизну.
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 частей.
Недостатком известного колеса являются значительные напряжения в диске колеса при нагреве в процессе торможения.
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.
Кроме того, в связи с тем, что отношение между расстоянием по вертикали второй точки (В) от средней плоскости (О) и расстоянием по вертикали первой точки (А) от средней плоскости (О) больше единицы, влечет за собой техническую неопределенность выбора этого соотношения для достижения упомянутого технического результата.
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 [4] невозможно в полной мере, а должно было быть ограничено оптимальным диапазоном значений.
Из уровня техники известно наиболее близкое по технической сути и достигаемому техническому результату - цельнокатаное железнодорожное колесо, содержащее обод с ребордой и поверхностью катания, криволинейный диск волновой S-образной формы, образованный радиусными кривыми (дугами) радиусами (Ri) и (R2), и ступицу, у которого место перехода криволинейного диска в обод и место перехода криволинейного диска в ступицу образованы радиусными кривыми (дугами) радиусами (R3, R ) и (R5, Rs), а линия (АВ) является средней линией радиального сечения криволинейного диска, при этом точка (А) расположена в месте перехода криволинейного диска в обод, а точка (В) расположена в месте перехода криволинейного диска в ступицу, причем точки (А) и (В) средней линии (АВ) криволинейного диска находятся на противоположных сторонах от средневолновой плоскости (О-О), которая расположена перпендикулярно оси (Х-Х) вращения и пересекает обод по поверхности катания, а среднюю линию (АВ) криволинейного диска пересекает в точке перегиба (Y), при этом первая точка (А) и реборда обода находятся с одной и той же стороны от средневолновой плоскости (О-О) [«Bending resistant railway vehicle wheel of steel » EP 0 798 136 B2 , от 01.10.1997; B60B 17/00, - прототип] [5].
В известном колесе центральная линия осевого сечения диска имеет волновую S-образную форму большой кривизны и расположена симметрично относительно точки её перегиба (Y).
Такое выполнение цельнокатаного железнодорожного колеса позволяет несколько снизить значения напряжений при нагреве в процессе торможения.
Недостатком известного колеса являются интенсивного износа пути и поверхности катания обода, обусловленные значительными осевыми перемещениями обода колеса, которые возникают от статических и динамических нагрузок, действующих в радиальном и осевом направлениях, а также от температурных напряжений, которые возникают при трении тормозных колодок об обод колеса в процессе торможения подвижного состава.
Указанные недостатки приводят к уменьшению срока службы колеса.
Раскрытие (суть) изобретения
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение величины осевых поперечных перемещений обода за счет обеспечения оптимального распределения суммарных внутренних напряжений по объёму колеса, которые возникают от статических и динамических нагрузок, действующих в радиальном и осевом направлениях, а также температурных напряжений, что в свою очередь позволит увеличить срок службы колеса и снизить интенсивность износа железнодорожного пути.
Поставленная задача решается тем, что в цельнокатаном железнодорожном колесе, содержащем обод с ребордой и поверхностью катания, криволинейный диск волновой S- образной формы, образованный радиусными кривыми (дугами) радиусами (R|) и (R2), и ступицу, у которого место перехода криволинейного диска в обод и место перехода криволинейного диска в ступицу образованы радиусными кривыми (дугами) радиусами (R3, R4) и (R5, R6), а линия (АВ) является средней линией радиального сечения криволинейного диска, при этом точка (А) расположена в месте перехода криволинейного диска в обод, а точка (В) расположена в месте перехода криволинейного диска в ступицу, причем точки (А) и (В) средней линии (АВ) криволинейного диска находятся на противоположных сторонах от средневолновой плоскости (О-О), которая расположена перпендикулярно оси (Х-Х) вращения и пересекает обод по поверхности катания, а среднюю линию (АВ) криволинейного диска пересекает в точке перегиба (Y), при этом первая точка (А) и реборда обода находятся с одной и той же стороны от средневолновой плоскости (О-О), согласно изобретению, криволинейный диск выполнен так, что отношение расстояния (Н2) от второй точки (В) до средневолновой плоскости (О-О) к расстоянию (Hi) от первой точки (А) до средневолновой плоскости (О-О) составляет 0,60-0,99, а отношение радиуса ( i) участка (AY) средней линии (АВ) криволинейного диска к радиусу (R2) участка (BY) средней линии (АВ) криволинейного диска составляет 1,01-1 ,67.
При такой форме и таких геометрических параметрах обода, цельнокатаное железнодорожное колесо имеет большую площадь конвекции за счёт небольшой кривизны приободной части диска, а точка перегиба (Y) центральной линии (АВ) осевого сечения диска сдвинута в сторону ступицы.
В результате этого достигается снижение величины осевых поперечных перемещений обода за счет оптимального распределения суммарных внутренних напряжений по объёму колеса, которые возникают от статических и динамических нагрузок, действующих в радиальном и осевом направлениях, а также 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.
Опытным путем установлено, что увеличение отношения расстояния (Н2) к расстоянию (Hi) больше указанного диапазона (больше, чем 0,99) приводит к увеличению напряжений в приободной части диска от вертикальных (радиальных) силовых и термических в процессе торможения нагрузок.
Опытным путем также установлено, что уменьшение отношения радиуса (R|) к радиусу (R2) меньше указанного диапазона (меньше, чем 0,60) 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. Исходя из этого, следует, что указанный диапазон, выбранный меньше единицы, и составляющий величину (0,60 - 0,99) отношения расстояния (Н2) к расстоянию (Hi), является оптимальным.
Опытным путем установлено, что увеличение соотношения радиуса (Ri) к радиусу (R2) больше указанного диапазона (больше чем 1,67) приводит к увеличению напряжений в приступичной части диска от поперечных (осевых) силовых и термических в процессе торможения нагрузок.
Опытным путем также установлено, что уменьшение соотношения радиуса (Ri) к радиусу (R2) меньше указанного диапазона (меньше чем 1,01) приводит к сдвигу точки перегиба центральной линии 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.
Это свидетельствует о том, что указанный диапазон (1 ,01 - 1 ,67) отношения радиуса (Ri) к радиусу (R2) является оптимальным.
Краткое описание фигуры чертежа
В дальнейшем изобретение поясняется примером его осуществления со ссылками на прилагаемый чертеж, на котором изображено цельнокатаное железнодорожное колесо, поперечный разрез.
Лучший вариант осуществления заявленного изобретения
Предлагаемое цельнокатаное железнодорожное колесо содержит обод 1 с ребордой 2 (гребнем 2) и поверхностью катания 3, криволинейный диск 4 волновой S-образной формы, образованный радиусными кривыми (дугами) радиусами соответственно R) и R2, и ступицу 5.
Место 6 перехода криволинейного диска 4 в обод 1 (место 6 сопряжения криволинейного диска 4 с ободом 1) и место 7 перехода криволинейного диска 4 в ступицу 5 (место 7 сопряжения криволинейного диска 4 со ступицей 5) образованы радиусными кривыми (дугами) радиусами соответственно R3, R4 и R5, R6.
Линия АВ является средней линией радиального сечения криволинейного диска 4. Точка А расположена в месте 6 перехода криволинейного диска 4 в обод 1, а точка В расположена в месте 7 перехода криволинейного диска 4 в ступицу 5.
Точки А и В средней линии АВ криволинейного диска 4 находятся на противоположных сторонах от средневолновой плоскости О-О. Средневолновая плоскость 0-0 расположена перпендикулярно оси Х-Х вращения и пересекает обод 1 по поверхности катания 3, а среднюю линию АВ криволинейного диска 4 пересекает в точке перегиба Y.
При этом первая точка А и реборда 2 обода 1 находятся с одной и той же стороны 5 от средневолновой плоскости (0-0).
Главными особенностями конструкции предлагаемого цельнокатаного железнодорожного колеса является то, что криволинейный диск 4 выполнен так, что отношение расстояния Н2 от второй точки В до средневолновой плоскости 0-0 к расстоянию Hi от первой точки А до средневолновой плоскости 0-0 L0 составляет 0,60-0,99, а отношение радиуса Ri участка AY средней линии АВ криволинейного диска 4 к радиусу R2 участка BY средней линии АВ криволинейного диска 4 составляет 1,01 -1 ,67.
В примере конкретного выполнения в опытном образце цельнокатаного железнодорожного колеса из стали ER7 по EN 13262 криволинейный диск 4 был L5 выполнен волновой S-образной формы со следующими основными геометрическими параметрами.
Расстояние Hi от первой точки А до средневолновой плоскости 0-0 составляет Hi = 38,82 мм;
Расстояние Н2 от второй точки В до средневолновой плоскости 0-0 10 составляет Н2 = 27, 18 мм.
Отношение расстояния Н2 от второй точки В до средневолновой плоскости 0-0 к расстоянию Hi от первой точки А до средневолновой плоскости О-О составляет Н2 : Н| = 27,18 : 38,82 = 0,70 и находится в пределах заявленного диапазона оптимальных соотношений (0,60 - 0,99).
_5 Криволинейный диск 4 волновой S-образной формы имеет радиус Ri участка AY средней линии АВ криволинейного диска 4, равный Rt = 100 мм.
Криволинейный диск 4 волновой S-образной формы имеет радиус R2 участка BY средней линии АВ криволинейного диска 4, равный R2 = 70 мм.
Отношение радиуса Ri участка AY средней линии АВ криволинейного 30 диска 4 к радиусу R2 участка BY средней линии АВ криволинейного диска 4 составляет Rj : R2 = 100 : 70 = 1 , 437 и находится в пределах заявленного диапазона . оптимальных соотношений (1 ,01-1 ,67).
Место 6 перехода криволинейного диска 4 в ступицу 5 со стороны реборды 2 образовано радиусной кривой (дугой) радиусом R3 = 20 мм. Место 7 перехода криволинейного диска 4 в обод 1 со стороны противоположной от реборды 2 образовано радиусной кривой (дугой) радиусом R4 = 20 мм.
Место 6 перехода криволинейного диска 4 в ступицу 5 со стороны реборды 2 образовано радиусной кривой (дугой) радиусом R5 = 65 мм.
Место 7 перехода криволинейного диска 4 в обод 1 со стороны противоположной от реборды 2 образовано радиусной кривой (дугой) радиусом R6 = 70 мм.
Такое выполнение цельнокатаного железнодорожного колеса приводит к приближению формы диска колеса к несимметричной волновой S-образной форме, за счет чего достигается уменьшение жёсткости колеса в радиальном направлении и увеличение жёсткости колеса в осевом направлении.
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.
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.
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 колеса.
Работа цельнокатаного железнодорожного колеса осуществляется следующим образом.
При движении колеса по рельсу, нагрузка от вертикальной силы, действующей в плоскости круга катания, передаётся через обод 1 на криволинейный диск 4 и на ступицу 5.
При движении подвижного состава по криволинейным участкам пути и по стрелочным переводам и пересечениям путей возникает нагрузка от бокового давления реборды 2 обода 1 колеса на рельс, которая также передается на диск 4 колеса.
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. При этом максимальное значение суммарных внутренних напряжений в колесе от действия приложенных к нему нагрузок не должно превышать предела текучести материала, из которого изготовлено цельнокатаное железнодорожное колесо, который составляет 820 МПа.
В заявляемой конструкции цельнокатаного железнодорожного колеса выделяются две напряжённые зоны: место 6 перехода диска 4 в обод 1 (место 6 сопряжения криволинейного диска 4 с ободом 1) и место 7 перехода диска 4 в ступицу 5 (место 7 сопряжения криволинейного диска 4 со ступицей 5).
При движении колеса по прямым участкам пути вертикальная нагрузка вызывает наибольшие сжимающие напряжения на внутренней поверхности диска 4 в месте 7 его (4) перехода в ступицу 5, которые достигают значения -165,2 МПа, и наибольшие растягивающие напряжения на внешней поверхности диска 4 в месте 7 его (4) перехода в ступицу 5, которые достигают значения +137,0 МПа; наибольшие расчётные эквивалентные напряжения по фон-Мизесу (согласно IV-й, энергетической теории прочности) достигают значения 193,0 МПа и возникают на внутренней поверхности диска 4 в месте 7 его (4) перехода в ступицу 5.
При движении колеса по криволинейным участкам пути боковая нагрузка, действующая в направлении внутрь колёсной 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 его (4) перехода в ступицу 5, которые достигают значения -286,7 МПа, и наибольшие растягивающие напряжения на внешней поверхности диска 4 в месте его (4) перехода в ступицу 5, которые достигают значения +251,2 МПа; наибольшие расчётные эквивалентные напряжения по фон-Мизесу достигают значения 297,1 МПа и возникают на внутренней поверхности диска 4 в месте 7 его (4) перехода в ступицу 5.
При движении колеса по стрелочным переводам и пересечениям путей боковая нагрузка, действующая в направлении наружу колёсной 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 его (4) перехода в обод 1, которые достигают значения -238,2 МПа, и наибольшие растягивающие напряжения на внутренней поверхности диска 4 в месте 6 его (4) перехода в обод 1, которые достигают значения +158,7 МПа; наибольшие расчётные эквивалентные напряжения по фон-Мизесу достигают значения 214,8 МПа и возникают на внешней поверхности диска 4 в месте 6 его (4) перехода в обод 1.
Расчётный наибольший диапазон динамических (амплитудных) напряжений, равный удвоенным динамическим (амплитудным) напряжениям от приложенных к колесу циклических описанных ранее нагрузок составляет 314,9 МПа и не превышает предельного значения 360 МПа (предписанного в европейских стандартах EN 13979-1 и UIC 510-5).
Как показывают результаты исследований, расчётные напряжения в диске 4 колеса в месте 6 перехода диска 4 в ступицу 5 и в месте 7 перехода диска 4 в обод 1 не превышают ни критического значения 820 МПа (предела текучести материала колеса), ни предельного значения 355 МПа (условного предела пропорциональности материала колеса).
Промышленное применение изобретения
Приведенные сведения свидетельствуют о возможности промышленного применения предложенного цельнокатаного железнодорожного колеса, обладающего повышенным сроком службы и обеспечивающего снижение интенсивности износа железнодорожного пути.
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, и имеющим зацепляющие рельс элементы.
Перечень обозначений
1) обод
2) реборда (гребень)
3) поверхность катания
4) диск криволинейный
5) ступица
6) место перехода диска в обод (место сопряжения диска с ободом)
7) место перехода диска в ступицу (место сопряжения диска со ступицей)

Claims

(57) ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цельнокатаное железнодорожное колесо, содержащее обод (1) с ребордой (2) и поверхностью катания (3), криволинейный диск (4) волновой S-образной формы, образованный радиусными кривыми (дугами) радиусами (Ri) и (R2), и ступицу (5), у которого 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, R^, а линия (АВ) является средней линией радиального сечения криволинейного диска (4), при этом точка (А) расположена в месте (6) перехода криволинейного диска (4) в обод (1), а точка (В) расположена в месте (7) перехода криволинейного диска (4) в ступицу (5), причем точки (А) и (В) средней линии (АВ) криволинейного диска (4) находятся на противоположных сторонах от средневолновой плоскости (О-О), которая расположена перпендикулярно оси (Х-Х) вращения и пересекает обод (1) по поверхности катания (3), а среднюю линию (АВ) криволинейного диска (4) пересекает в точке перегиба (Y), при этом первая точка (А) и реборда (2) обода (1) находятся с одной и той же стороны от средневолновой плоскости (О-О), отличающееся тем, что криволинейный диск (4) выполнен так, что отношение расстояния (Н2) от второй точки (В) до средневолновой плоскости (О-О) к расстоянию (Hi) от первой точки (А) до средневолновой плоскости (О-О) составляет 0,60-0,99, а отношение радиуса (Ri) участка (AY) средней линии (АВ) криволинейного диска (4) к радиусу (R2) участка (BY) средней линии (АВ) криволинейного диска (4) составляет 1,01-1,67.
PCT/UA2012/000119 2012-01-03 2012-12-28 Цельнокатаное железнодорожное колесо WO2013103327A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12864335.0A EP2801483A4 (en) 2012-01-03 2012-12-28 HARD ROLLED RAILROAD

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA201200030 2012-01-03
UAU201200030 2012-01-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013103327A1 true WO2013103327A1 (ru) 2013-07-11

Family

ID=48745327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2012/000119 WO2013103327A1 (ru) 2012-01-03 2012-12-28 Цельнокатаное железнодорожное колесо

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2801483A4 (ru)
WO (1) WO2013103327A1 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021109525A (ja) * 2020-01-09 2021-08-02 日本製鉄株式会社 鉄道車輪
FR3112100B1 (fr) * 2020-07-03 2023-12-08 Mg Valdunes Roue de chemin de fer à faible déjettement

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1139647A1 (ru) 1980-07-03 1985-02-15 Феб Радзатцфабрик Илзенбург (Инопредприятие) Цельнокатанное колесо дл железнодорожного транспорта
RU2085403C1 (ru) 1995-04-11 1997-07-27 Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта Цельнокатаное колесо для железнодорожного транспорта
EP0798136A1 (fr) * 1996-03-29 1997-10-01 Valdunes Roue de chemin de fer à faible déjettement en acier
CZ8688U1 (cs) 1999-03-10 1999-05-25 Bonatrans A.S. Železniční kolo
RU2259279C1 (ru) 2004-01-15 2005-08-27 Открытое Акционерное Общество "Выксунский Металлургический Завод" Цельнокатаное железнодорожное колесо и способ его изготовления
EP1470006B1 (en) * 2002-01-28 2008-05-07 Bonatrans Group a.s. A disc for railway wheel
RU2408469C2 (ru) * 2006-09-13 2011-01-10 Открытое Акционерное Общество "Интерпайп Нижнеднепровский Трубопрокатный Завод" Цельнокатаное железнодорожное колесо

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE312725T1 (de) * 2001-01-17 2005-12-15 Construcciones Y Aux De Ferroc Eisenbahnrad
JP3997119B2 (ja) * 2002-07-17 2007-10-24 財団法人鉄道総合技術研究所 鉄道車両用車輪

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1139647A1 (ru) 1980-07-03 1985-02-15 Феб Радзатцфабрик Илзенбург (Инопредприятие) Цельнокатанное колесо дл железнодорожного транспорта
RU2085403C1 (ru) 1995-04-11 1997-07-27 Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта Цельнокатаное колесо для железнодорожного транспорта
EP0798136A1 (fr) * 1996-03-29 1997-10-01 Valdunes Roue de chemin de fer à faible déjettement en acier
EP0798136B1 (fr) 1996-03-29 1999-08-25 Valdunes Roue de chemin de fer à faible déjettement en acier
CZ8688U1 (cs) 1999-03-10 1999-05-25 Bonatrans A.S. Železniční kolo
EP1470006B1 (en) * 2002-01-28 2008-05-07 Bonatrans Group a.s. A disc for railway wheel
RU2259279C1 (ru) 2004-01-15 2005-08-27 Открытое Акционерное Общество "Выксунский Металлургический Завод" Цельнокатаное железнодорожное колесо и способ его изготовления
RU2408469C2 (ru) * 2006-09-13 2011-01-10 Открытое Акционерное Общество "Интерпайп Нижнеднепровский Трубопрокатный Завод" Цельнокатаное железнодорожное колесо

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2801483A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2801483A4 (en) 2015-10-21
EP2801483A1 (en) 2014-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5131999B2 (ja) 高い制動能力を備えた貨物鉄道車輪
US5957519A (en) Out of gauge resistant railroad wheel
AU2012353050A1 (en) Railway wheel
EP0616908B1 (en) Railway wheel
JP2013523515A (ja) 可変の車軸ジオメトリを有するレール車両
RU2428319C1 (ru) Железнодорожное колесо
WO2013103327A1 (ru) Цельнокатаное железнодорожное колесо
RU2408469C2 (ru) Цельнокатаное железнодорожное колесо
CZ292087B6 (cs) Železniční kolo
RU2376149C1 (ru) Цельнокатаное колесо для железнодорожного транспорта
RU2525354C1 (ru) Цельнокатаное железнодорожное колесо
RU2648545C2 (ru) Профиль рабочей поверхности железнодорожного колеса р65-вг1
RU2628025C1 (ru) Цельнокатаное железнодорожное колесо
RU2728028C1 (ru) Железнодорожное колесо
RU2589814C1 (ru) Цельнокатаное железнодорожное колесо для использования с дисковыми тормозами
JP2007145224A (ja) 鉄道車両用車輪及びその設計方法
RU2386545C2 (ru) Цельнокатаное железнодорожное колесо
RU2770044C1 (ru) Колесо железнодорожного транспорта
RU2408470C2 (ru) Цельнокатаное железнодорожное колесо
RU2807770C1 (ru) Цельнокатаное железнодорожное колесо
RU2085403C1 (ru) Цельнокатаное колесо для железнодорожного транспорта
RU2408468C2 (ru) Цельнокатаное железнодорожное колесо
RU2698592C2 (ru) Профиль рабочей поверхности железнодорожного колеса
RU206193U1 (ru) Цельнокатаное колесо рельсового транспортного средства
CZ2003120A3 (cs) Stabilní železniční kolo

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12864335

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2012864335

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012864335

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE