СОСТАВНОЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ КОЛЕСО И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B60B9/12 B21K1/28 

Настоящее изобретение относится к составному железнодорожному колесу, которое содержит обод, центральную часть, амортизатор, расположенный между центром и ободом.

Составные железнодорожные колеса хорошо известны. Они используются, в частности, в трамваях, для городского транспорта, для ограничения шума, возникающего при качении колес по рельсам.

Известно составное железнодорожное колесо, содержащее обод, центральную часть, состоящую из ступицы, диска и амортизатора, расположенного между центральной частью и ободом, фланец и средства его крепления, причем обод имеет в своей внутренней части две галтели, расположенные с одной и другой сторон плоскости симметрии колеса и соединенные в их внутренней части кольцеобразной лентой, сечение амортизатора имеет форму тюльпана, состоящего из двух колец, каждое из которых изготовлено из полимерного эластичного материала (См. патент Великобритании N 674799, B 60 B 9/10, 1952, на 8 стр.).

Предложенное колесо отличается в объеме признаков п.1 формулы тем, то кольца из полимерного эластичного материала сжаты между верхней и нижней металлическими боковинами, при этом верхняя боковина установлена (выполнена) с возможностью взаимодействия с наиболее внутренней частью обода, а нижняя боковина установлена с возможностью взаимодействия с фланцем.

Целью настоящего изобретения является устранение этих недостатков путем создания составного железнодорожного, удобного для изготовления колеса с улучшением его динамических свойств в осевом и радиальном направлениях и с обеспечением хорошей стабильности свойств амортизатора при работе.

Поставленная задача решается с помощью составного железнодорожного колеса, содержащего кольцеобразный обод, центральную часть, амортизатор, расположенный между центральной частью и ободом, по крайней мере фланец и средства для крепления по крайней мере одного фланца, отличающегося тем, что обод содержит в своей внутренней части, расположенной напротив оси колеса, две галтели, расположенные с одной и с другой стороны плоскости симметрии колеса и соединенные в их наиболее внутренней части кольцеобразной лентой, обычно плоской, тем, что амортизатор имеет сечение в виде тюльпана и тем, что амортизатор состоит из двух колец полимерного эластичного материала, каждый из которых зажат между верхним металлическим кольцом и нижним металлическим кольцом, которые прилегают к полимерному материалу, при этом металлическое верхнее кольцо взаимодействует с одной из галтелей кольцеобразной лентой наиболее внутренней части обода, а внутреннее металлическое кольцо взаимодействует с фланцем.

Предпочтительно, чтобы составное железнодорожное колесо содержало два фланца, которые зажимают амортизатор, удерживаются болтами, проходящими через центральную часть колеса и обеспечивают прижатие обоих фланцев к амортизатору.

Для снижения скрежета колесо снабжено, кроме того, кольцом, расположенным в кольцевом пазу обода.

Для уменьшения шумов желательно, чтобы масса обода была меньше 110 кг, радиальная динамическая жесткость колеса должна быть в пределах от 6•10⁸ до 18•10⁸ Н/м, а осевая динамическая жесткость колеса должна быть в пределах от 3•10⁸ до 8•10⁸ Н/м.

Для уменьшения передачи вибраций пути на ось масса обода должна быть меньше 110 кг, радиальная динамическая жесткость колеса должна быть меньше 1•10⁸ Н/м, а осевая статическая жесткость должна быть больше 1•10⁸ Н/м, а осевая статическая жесткость колес должна быть больше 0,5•10⁸ Н/м.

Изобретение относится также к способу производства обода и центральной части составного железнодорожного колеса, согласно которому:
- изготавливают из стальной заготовки посредством ковки составное колесо, содержащее центральную часть, состоящую из ступицы и диска, и обод, соединенный с диском посредством галтелей, радиус которых равен половине толщины обода;
- отделяют обод и центральную часть, например, на вырубном штампе по линии соединения диска и галтелей;
- повергают механической обработке обод и центральную часть.

Ниже изобретение поясняется более подробно, но с помощью неограничивающих примеров со ссылками на фигуры прилагаемых чертежей, где показано:
- на фиг. 1 представлена половина радиального разреза составного железнодорожного колеса,
- на фиг. 2 представлен вид в увеличенном масштабе сечения амортизирующего кольца;
- на фиг. 3 представлена половина вида в осевом разрезе фланца.

Составное железнодорожное колесо согласно изобретению состоит из комплекта деталей в виде тел вращения, который содержит обод 1, центральную моноблочную часть 2, состоящую из ступицы 22 и диска 6, двух фланцев 3 и 4, соединенных по периферии диска 6, и амортизатор 5, расположенный между фланцами 3 и 4 с одной стороны и ободом 1 с другой стороны. Фланцы 3 и 4 расположены напротив друг друга по одну и другую стороны диска 6 центральной части 2 и удерживаются в прижатом состоянии к диску 6 большим количеством болтов 7, которые проходят через фланец 3 и диск 6 и ввернуты в большое количество резьбовых отверстий 8 другого фланца 4. Болты 7 расположены по линии окружности вокруг оси А-А вращения колеса. Как представлено на фиг. 1, колесо может содержать также кольцо 8, предназначенное для снижения шумового скрежета.

Наиболее внутренняя часть 9 обода 1, т.е. часть, которая ближе расположена к оси А-А вращения, имеет две галтели 10 и 11, радиус которых равен половине толщины обода, расположенные напротив друг друга, соединенные цилиндрическим участком 12 таким образом, чтобы в разрезе наиболее внутренняя часть 9 обода имела форму тюльпана, расположенного в радиальном направлении относительно оси А-А колеса и раскрытого к наружной части колеса.

Каждый фланец 3 или 4 имеет на поверхности 13, предназначенной для взаимодействия с диском 5 колеса, в части, расположенной ближе к оси вращения, кольцевую выемку 15, глубина формы которой составляет половину толщины конца 18 диска 6 и предназначена для жесткого соединения с концом диска. Часть торца 13, которая наиболее удалена от оси вращения, имеет конфигурацию 24, которая состоит из галтели 25, закругления 26 и плоского участка 27 и выполнена таким образом, что после установки фланцев друг против друга они образуют паз, сечение которого имеет форму тюльпана, который образует между фланцами 3 и 4 с одной стороны и ободом 1 с другой стороны кольцевое пространство, в котором установлен амортизатор 5. Глубина выемки 15 в осевом направлении меньше половины толщины конца 18 диска 6 и выполнена таким образом, чтобы после сборки оба фланца опирались на диск, не взаимодействуя друг с другом.

Амортизатор 5 состоит из двух одинаковых колес 19 и 20, прилегающих друг к другу. Каждое колесо 19 и 20 имеет сердечник 30 из эластичного полимерного материала, который зажат между двумя боковинами из листа 31 и 32 и прилегает к ним. При этом форма боковины 31 выполнена таким образом, чтобы боковина взаимодействовала с ободом 1, а форма боковины 32 выполнена таким образом, чтобы она взаимодействовала с конфигурацией 24 фланца 3 и 4. Предпочтительно использовать в качестве полимерного материала резину с наполнителями для регулировки ее жесткости.

Толщина амортизатора 5 немного больше глубины пространства, которое остается свободным между ободом 1 и фланцами 3 и 4 таким образом, что амортизатор 5 был сжат с уменьшением его толщины на один миллиметр после установки фланцев 3 и 4.

Составленное таким образом колесо устанавливается легко и его преимущество заключается в том, что оно позволяет осуществлять оптимальную регулировку его динамических свойств в осевом и радиальном направлениях в зависимости от желаний потребителя. Для этого достаточно отрегулировать жесткость резины, образующей амортизатор или же высоту кромок краем амортизатора.

Итак, действительно, можно либо уменьшить шум, возникающий при качении по рельсам, либо уменьшить вибрации, возникающие при качении и передаваемые на ось, в частности, когда ось соединена непосредственно с мотором.

Было установлено, что как в одном, так и в другом случаях необходимо прежде всего, чтобы масса обода была как можно меньше и в любом случае менее 110 кг, когда оно новое.

Было отмечено также, что:
- для уменьшения шума при качении радиальная динамическая жесткость должна быть в пределах от 8•10⁸ до 16•10•10⁸ Н/м, а осевая динамическая жесткость должна быть в пределах от 3•10⁸ до 8•10⁸ Н/м;
- для уменьшения передачи вибраций радиальная динамическая жесткость должна быть менее 1•10⁸ Н/м, а осевая динамическая жесткость должна быть больше 1•10⁸ Н/м, предпочтительно, чтобы осевая статическая жесткость была больше 0,5•10⁸ Н/м.

Благодаря тому, что амортизатор состоит из колец, имеющих сердечник из резины, заключенный между двумя боковинами из листа, прилегающего к этим боковинам, улучшается значительно эксплуатационная стойкость колеса. Действительно, боковины из листа, к которым прилегает резина, препятствуют текучести резины под воздействием напряжений. Таким образом достигается улучшение стабильности свойств амортизатора при его работе.

Такой амортизатор может быть изготовлен очень легко посредством непосредственной отливки резины между боковинами из листа. Для обеспечения прилегания резины достаточно подготовить поверхность боковин, подвергнув их пескоструйной или дробеструйной очистке.

Колесо согласно изобретению имеет также преимущество, что оно может быть изготовлено более простым и дешевым способом по сравнению с колесом, изготовленным согласно прототипу. Действительно, для изготовления этих колес можно отковать одно моноблочное колесо, содержащее ступицу, диск и обод, соединенный с диском галтелями, радиус которых равен половине толщины обода, затем отделить обод от центральной части, состоящей из ступицы и диска, например, посредством вырубки по линии соединения галтелей и диска. Достаточно осуществить незначительную механическую обработку для устранения заусенца после вырубки.

Согласно одному варианту амортизатор состоит из двух резиновых лент с соответствующими длиной и сечением, которые приклеены непосредственно на обод с помощью клея. Этот способ характеризуется преимуществом, которое заключается в том, что он позволяет вместо предварительно изготовленных колец, которые приспособлены к каждому диаметру колес, просто использовать намотанную в рулон ленту, которую достаточно отрезать определенной длины.

Эти составные колеса особенно пригодны для оборудования средств городского или же пригородного железнодорожного транспорта, таких как трамвай или метро. Обычно номинальный диаметр этих колес находится приблизительно в пределах от 400 до 920 мм.

Колесо содержит обод (1), центральную часть (2), состоящую из ступицы (22) и диска (6), амортизатор (5), расположенный между центральной частью (2) и ободом (1) по крайней мере один фланец (3) и средства (7) для крепления по крайней мере, одного фланца (3). На своей внутренней части (9) обод имеет две галтели (10, II), расположенные с одной и с другой стороны плоскости симметрии колеса и соединенные в их наиболее внутренней части цилиндрического участка (12), обычно плоской. Сечение амортизатора (5) выполнено в виде тюльпана. Способ характеризуется тем, что сначала изготавливают из стальной заготовки посредством ковки моноблочное колесо - центральную часть, состоящую из ступицы и диска, и обод, соединенный с диском посредством галтелей, радиус которых равен половине толщины обода, затем отделяют обод от центральной части вырубкой на вырубном штампе по линии соединения диска и галтелей, а перед сборкой подвергают механической обработке обод и центральную часть. Изобретение решает задачу улучшения динамических свойств колеса и повышения стабильности свойств амортизатора. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Составное железнодорожное колесо, содержащее обод 1, имеющий на своей внутренней части 9 две галтели 10 и 11, сопряженные между собой цилиндрическим участком 12, центральную часть 2, состоящую из ступицы 22 и диска 6, имеющий в сечении форму тюльпана амортизатор 5, состоящий из двух колец 19 и 20, изготовленных из эластичного полимерного материала, два фланца 3 и 4 и средства 7 для крепления обода 1 и амортизатора 5 на диске 6 центральной части 2, отличающееся тем, что каждое кольцо 19, 20 снабжено верхней металлической боковиной 31 и нижней металлической боковиной 32, галтели 10 и 11 внутренней части 9 обода 1 расположены с одной и с другой стороны плоскости симметрии колеса и размещены с возможностью взаимодействия с верхней металлической боковиной 31, два фланца 3 и 4 также расположены с одной и с другой стороны плоскости симметрии колеса и установлены с возможностью взаимодействия с нижней металлической боковиной 32 колец 19 и 20. 2. Колесо по п.1, отличающееся тем, что средства 7 выполнены в виде болтов, проходящих через центральную часть 2, предназначенных для сжатия амортизатора 5 и обеспечивающих прижатие обоих фланцев 3 и 4 к амортизатору 5. 3. Колесо по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено кольцом 8, предназначенным для снижения шумового скрежета и расположенным в кольцевом пазу обода 1. 4. Способ изготовления составного железнодорожного колеса, основанный на изготовлении обода 1, диска и ступицы центральной части 2 из стальной заготовки и механической обработке обода и центральной части, отличающийся тем, что первоначально изготавливают из стальной заготовки посредством ковки моноблочное колесо, имеющее обод, соединенный с диском посредством галтелей, радиус которых равен половине толщины обода, затем отделяют обод 1 от диска 6 центральной части вырубкой на вырубном штампе по линии соединения диска и галтелей и подвергают механической обработке обод и центральную часть.