Патент на изобретение №2344941

(54) ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ КОЛЕСО ФРИДБЕРГА А.М.

(57) Реферат:

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к колесам железнодорожного транспорта, метрополитена, трамвая и т.п. Железнодорожное колесо содержит ступицу, предназначенную для закрепления на оси колесной пары, и обод с поверхностью катания и гребнем, соединенный со ступицей посредством конических поверхностей с возможностью независимого вращения. Одна из конических поверхностей выполнена на введенном в колесо кольце, установленном на ступице с возможностью ограниченного осевого перемещения и фиксировано от поворота. Кольцо подпружинено относительно ступицы в направлении вершины конических поверхностей. Технический результат – уменьшение износа конических поверхностей сопряжения со ступицей, а также повышение жесткости колеса. 2 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к колесам железнодорожного транспорта, метрополитена, трамвая и т.п.

Известны цельнометаллические колеса, предназначенные для закрепления на осях при формировании колесных пар, например, электропоездов метрополитенов. (Инструкция по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию колесных пар электропоездов метрополитенов. Транспорт, 1980 г., стр.8, рис 7.)

Недостатками указанных колес являются быстрый износ поверхностей катания и гребней, рельсов и повышенные затраты электроэнергии вследствие их проскальзывания из-за отсутствия разных угловых скоростей колес при движении колесных пар по рельсам на кривых участках пути.

Известно колесо, ступица которого жестко связана с осью, а обод соединен со ступицей посредством подшипников и торцевого фрикциона, настроенного на предельный момент. (a.c. №1782776, М.кл. В60В 35/14, 1990 г.)

Недостатками данного колеса являются повышенная сложность конструкции и износ поверхностей катания, гребней и рельсов вследствие незначительной эффективности выравнивания угловых скоростей поверхностей катания из-за торцевого фрикциона, работа которого не зависит от величины вертикальной нагрузки на колесо со стороны транспортного средства.

Известно колесо, содержащее ступицу, предназначенную для закрепления на оси, и обод с поверхностью катания и гребнем, соединенный со ступицей посредством конических поверхностей (патент №2076806, М.кл. В60В 37/12, 1994 г.).

Недостатком данного колеса является наличие зазора между коническими поверхностями. Зазор образует разницу длин соприкасающихся окружностей поверхностей и при их непрерывном относительном перемещении способствует увеличению роста их износа. Вследствие роста зазора происходит уменьшение жесткости колеса, исключающей возможность его использования на скоростном транспорте и при больших нагрузках.

При этом многие признаки указанного технического решения совпадают с признаками предложенного, поэтому данный аналог принимается в качестве прототипа.

Целью изобретения является уменьшение износа конических поверхностей сопряжения обода со ступицей, а также повышение жесткости колеса до величины, сопоставимой с цельнокатаным колесом.

Указанная цель достигается тем, что в железнодорожном колесе, содержащем ступицу, предназначенную для закрепления на оси, и обод с поверхностью катания и гребнем, соединенный со ступицей посредством конических поверхностей, одна из конических поверхностей выполнена на введенном в колесо кольце, установленном на ступице с возможностью ограниченного осевого перемещения и фиксировано от поворота относительно ступицы. При этом кольцо подпружинено относительно ступицы в направлении вершины конических поверхностей. Фиксация кольца от поворота относительно ступицы может быть выполнена посредством пальцев, установленных в отверстиях кольца, параллельных его оси, равномерно по окружности, и болтов, установленных в отверстиях пальцев и ступицы. Пальцы могут быть выполнены в виде сайлен-блоков с упругими элементами, а вершина конических поверхностей может быть расположена как со стороны гребня обода колеса, так и с противоположной стороны.

Поиск показал, что признаки, отличающие предложенное техническое решение от прототипа, не известны в других совокупностях, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию изобретения.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показано железнодорожное колесо, выполненное максимально жестким, на фиг.2 – то же, но с пальцами в виде сайлен-блоков, обеспечивающих демпфирование колебаний.

Железнодорожное колесо фиг.1 содержит ступицу 1, предназначенную для закрепления на оси 2 колесной пары, обод 3 с поверхностью катания 4 и гребнем 5, которые взаимодействуют с рельсом 6.

Обод 3 имеет внутреннюю коническую поверхность 7, посредством которой он сопряжен с ответной конической поверхностью 8 на кольце 9, установленном на ступице 1 с возможностью ограниченного осевого перемещения и фиксировано от поворота.

Связь кольца 9 со ступицей 1 осуществляется посредством пальцев 10, установленных в отверстиях кольца, расположенных параллельно его оси и равномерно по окружности. При таком соединении обод 3 имеет возможность вращаться с кольцом 9 практически без зазора между коническими поверхностями 7 и 8.

Этим обеспечивается жесткость колеса, сопоставимая с жесткостью цельнокатаного колеса. В варианте по фиг.2 пальцы 10 выполнены в виде сайлен-блоков с упругими элементами 17. Этот вариант с демпфирующими элементами обеспечивает больший комфорт для поездки пассажиров на транспорте.

Связь ступицы с кольцом в колесе может иметь, кроме описанной в изобретении, и другие варианты.

При движении транспортного средства вращается ось 2 колесной пары, а вместе с ней ступицы 1 и кольца 9 колес. Крутящий момент под действием пружин 16 через конические поверхности 7 и 8 передается на обода 3, которые взаимодействуют с рельсами 6. Конструкция колеса применима как для приводных, так и неприводных колесных пар. Параметры элементов конструкции колеса подбираются таким образом, чтобы на прямых участках пути при любых режимах движения (начало движения, разгон, торможение) обеспечить надежное сцепление конических поверхностей.

При движении на кривых участках пути в режиме инерционного движения, то есть с выключенным двигателем, и с максимально возможной для данного участка пути скоростью реализуется дифференциальное движение ободов колес. Этому способствует асимметрия действия сил, возникающих на кривых участках пути. От этого и от максимальной скорости движения реализуется значительное усиление колебаний.

Коническое соединение обода с кольцом не является обычной фрикционной муфтой. В соединении действует не только осевая сила от сжатия пружин, но и радиальная сила от вертикальной нагрузки на колесо со стороны транспортного средства, которая в коническом контакте обода и кольца образует силу, противоположную по направлению, чем направление всех сил от сжатия пружин.

Их соотношение дестабилизируется от усиления колебаний при движении на кривых участках пути, и это значительно ослабляет сцепление обода и кольца.

Упругая на пружинах конструкция колеса позволяет на микромгновения, в каждый период колебания, расцепляться коническим поверхностям, и обод получает возможность независимого вращения. Обод осуществляет вибрационное перемещение, то есть дискретное микровращательное движение, совершаемое с очень высокой частотой. Такое движение внешне отличается от скольжения при сухом трении тел тем, что осуществляется очень легко и плавно. Реализуется эффект, который в вибрационной механике и в науке о трении тел называют реологическим.

При качении на прямых участках пути, при любых вариантах скоростей, ускорений и в режиме тяги, конструкция нового колеса работает как единое целое. Это обеспечивает надежную работу колесной пары. В данном случае эффект дифференциального вращения ободов не реализуется вследствие отсутствия асимметрии действия сил от кинематического момента кручения, возникающего на кривых участках пути.

В процессе эксплуатации за счет осевого перемещения кольца происходит автоматическая компенсация износа поверхностей конического соединения, что вместе с уменьшением износа поверхностей катания и гребней ободов значительно повышает надежность и долговечность предлагаемых колес.

Применение данных колес в тележках с радиальной установкой колесных пар на кривых участках пути особенно перспективно и должно дать наибольший экономический эффект.

Формула изобретения

Железнодорожное колесо, содержащее ступицу, предназначенную для закрепления на оси колесной пары, и обод с поверхностью катания и гребнем, соединенный со ступицей посредством конических поверхностей с возможностью независимого вращения, отличающееся тем, что одна из конических поверхностей выполнена на введенном в колесо кольце, установленном на ступице с возможностью ограниченного осевого перемещения и фиксировано от поворота, при этом кольцо подпружинено относительно ступицы в направлении вершины конических поверхностей.

РИСУНКИ