КОЛЕСО РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2013 года по МПК B60B17/00 F16D65/12 

Изобретение относится к колесу рельсового транспортного средства в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы.

У известных колес рельсовых транспортных средств присоединенные с обеих сторон к телу колеса тормозные диски закреплены на теле колеса посредством большого числа распределенных по периферии крепежных элементов, преимущественно сквозных болтов.

При этом тормозные диски с отформованными охлаждающими ребрами, центрирующими и крепежными проушинами прилегают непосредственно к телу колеса, а именно к периферийной перемычке колеса, соединяющей ступицу с внешним ходовым кольцом.

Однако за счет непосредственного прилегания тормозных дисков возникают значительные, обусловленные эксплуатацией проблемы.

Так, вследствие возникновения осевых температурных градиентов радиально снаружи тормозного диска между перемычкой и участками прилегания во время торможения возникают значительные превышения удельного давления. (Если бы соответствующий тормозной диск не был свинчен с телом колеса, то он принял бы форму тарельчатой пружины.)

Помимо этого кольцеобразные тормозные диски склонны к встречной тарельчатой деформации за счет собственных растягивающих напряжений в поверхностях трения, возникающих при высоких термических нагрузках.

Затем в холодном состоянии на лежащих радиально внутри участках прилегания возникают превышения удельного давления.

В результате термически обусловленного «дыхания» тормозного диска, т.е. периодического радиального сжатия и растяжения, при каждом процессе торможения возникает так называемое трение скольжения на участках прилегания.

Из-за названных превышений удельных давлений, прежде всего, в случае высоких тормозных мощностей возникает заедание между тормозными дисками и телом колеса в зоне участков прилегания или локальные пластические деформации в перемычке, что в перспективе может привести к повреждениям колеса, таким как трещинообразование.

В основе изобретения лежит задача усовершенствования колеса рельсового транспортного средства так, чтобы конструктивно простейшими средствами можно было предотвратить обусловленную эксплуатацией перегрузку и за счет этого, в целом, увеличить срок службы.

Эта задача решена посредством колеса рельсового транспортного средства, охарактеризованного признаками п.1 формулы.

За счет расположения высоконагружаемого механически и термически промежуточного слоя, по меньшей мере, на соответствующем участке прилегания между тормозными дисками и телом колеса предотвращаются явления заедания и, тем самым, повреждения колеса.

Термически обусловленные, называемые в уровне техники «дыхание» радиальные деформации тормозного диска, возникающие при торможении, не проявляют своего действия, поскольку промежуточный слой функционирует, в качестве слоя скольжения, по которому соответственно скользит либо тормозной диск, когда промежуточный слой радиально фиксирован на теле колеса, либо промежуточный слой вместе с присоединенным тормозным диском движется со скольжением относительно тела колеса по нему.

При этом целесообразно, если промежуточный слой по размеру своей поверхности выполнен таким же или больше соответствующего размера участка прилегания тормозных дисков, в результате чего действует небольшое удельное давление.

Таким образом, предотвращаются явления заедания или пластические деформации в перемычке колеса, что эффективно предотвращает также возникающее вследствие этого трещинообразование.

Это приводит к заметному увеличению срока службы всего колеса и заметному повышению эксплуатационной надежности.

Также целесообразно, если промежуточный слой изготовлен из листа, твердость которого заметно выше, чем твердость или прочность перемычки колеса.

Как оказалось, лист нержавеющей стали с полированными поверхностями, имеющийся обычно в виде рулонного материала, идеальным образом подходит для этой цели, причем такой лист должен иметь предел прочности при растяжении более 1000 Н/мм² и толщину около 1 мм. Однако, в принципе, возможны и другие толщины листа.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения изобретения, промежуточные слои состоят соответственно из секторов кругового кольца, прилегающих друг к другу в направлении периферии.

При этом секторы кругового кольца возможны в 30, 60, 120 или 180°. Промежуточный слой может быть выполнен, в принципе, в виде цельного листового кольца. Крепление секторов кругового кольца в радиальном направлении осуществляется с геометрическим или с фрикционным замыканием. Геометрическое замыкание может осуществляться либо на перемычке, либо на стороне прилегания тормозного диска.

Фрикционное же замыкание достигается за счет соответствующего натяжения посредством резьбового соединения, с помощью которого тормозные диски закреплены на перемычке или на теле колеса.

Другие предпочтительные варианты выполнения изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах.

Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

- фиг.1: фрагмент колеса в разрезе на виде сбоку;

- фиг.2, 3: увеличенные фрагменты других примеров выполнения изобретения, как на фиг.1;

- фиг.4: часть колеса при виде сверху;

- фиг.5: увеличенный фрагмент другого примера выполнения изобретения в разрезе на виде сбоку.

На фиг.1 показан фрагмент колеса, а именно одного из участков, на которых с обеих сторон к его телу 1 присоединены тормозные диски 2.

Перемычка 3 тела 1 колеса, образующая две периферийные, радиально проходящие поверхности прилегания, имеет отверстие 14, в которое вставлен винт 6, с чьей помощью тормозные диски прочно соединены с телом 1.

Каждый винт 6, причем несколько их распределены на равном угловом расстоянии по периферийной поверхности, вставлен в крепежную проушину 5 соответствующего тормозного диска 2, которая с торца также образует участок прилегания к перемычке 3, такой как охлаждающие ребра 4 тормозного диска.

Между участками прилегания крепежной проушины 5 и охлаждающими ребрами 4 и перемычкой 3 каждому тормозному диску 2 придан промежуточный слой 7, к которому, тем самым, с одной стороны прилегает перемычка 3, а с другой стороны прилегают участки прилегания тормозного диска 2.

Эти промежуточные слои 7 состоят из высоконагружаемого механически и термически материала, предпочтительно из твердокатаного листа, твердость или прочность которого выше, чем у перемычки 3.

Как особенно хорошо показано на фиг.4, промежуточные слои 7 состоят из секторов кругового кольца, равномерно распределенных по периферии, причем число секторов может варьироваться. Например, в случае двенадцати винтов 6 предусмотрено такое же число секторов, заключающих соответственно угол 30°.

Для радиальной фиксации промежуточные слои 7 удерживаются преимущественно с геометрическим замыканием, для чего в примере на фиг.1 перемычка 3 имеет уступы 8, в которых промежуточные слои 7 расположены в значительной степени с фиксацией от смещения в радиальном направлении.

Для ввода винтов 6 промежуточные слои 7 имеют соответствующие отверстия.

В примере на фиг.2, на которой, как на фиг.3 и 5, в увеличенном виде изображен участок прилегания промежуточных слоев 7, радиальная фиксация осуществляется в обоих направлениях, т.е. наружу и внутрь, за счет втулки 9, вставленной в отверстие 14 и аксиально фиксированной в нем, причем втулка 9 выступает за перемычку 3 в обе стороны, по меньшей мере, на толщину промежуточных слоев 7.

Наружный диаметр втулки 9 приблизительно соответствует диаметру в свету центральной выемки промежуточного слоя 7, так что он может быть, с одной стороны, без проблем надет, а с другой стороны, фиксирован от бокового смещения.

В примерах на фиг.1 и 2 промежуточные слои 7 фиксированы на перемычке 3. За счет заметного прилегания к перемычке 3 промежуточных слоев 7 на большой поверхности, наружный радиус которых определяется радиальной шириной охлаждающих ребер 4, образующих практически внешние участки прилегания, предотвращается возникновение заметных разностей температур между листом и перемычкой и, тем самым, также термически обусловленные перекосы промежуточных листов относительно колеса. Скольжения листов по перемычке колеса не происходит.

Опирающийся на соответствующий промежуточный слой тормозной диск 2, напротив, скользит при термически обусловленном формоизменении в радиальном направлении по промежуточному слою 7, что исключает заедание или повреждение перемычки.

Промежуточные слои 7 фиксированы на перемычке 3 также в примере на фиг.5.

Для этого промежуточные слои 7 имеют в зоне отверстия 14 перемычки 3 отбортовки 13, которые представляют собой пояски и входят в отверстие 14, причем они по своему наружному диаметру приблизительно соответствуют диаметру в свету отверстия 14, что обеспечивает радиальную фиксацию в обоих направлениях.

На фиг.3 показан другой пример фиксации промежуточных слоев 7.

Здесь тормозной диск 2 имеет на своих обращенных к перемычке 3 участках прилегания уступы 10, в каждом из которых находится и радиально фиксирован один из промежуточных слоев 7.

При обусловленных температурой расширении и сжатии тормозных дисков 2 в радиальном направлении соответствующий промежуточный слой 7 движется заодно с ними в такой же степени, так что промежуточные слои 7 практически скользят по перемычке 3.

Как показано на фиг.4, другой вид радиальной фиксации промежуточных слоев 7 состоит в том, что в них в зоне совпадения с сухарями 11, расположенными между перемычкой 3 и тормозными дисками 2, выполнены высечки, которые по своим размерам в плане соответствуют сухарям 11, чем достигается фиксация положения на перемычке 3 с геометрическим замыканием.

Поскольку между тормозным диском 2 и промежуточным слоем 7 при каждом процессе торможения возникают разности температур, промежуточный слой 7 выполнен так, что разности в кривизне не приводят к перекосам.

Этот промежуточный слой 7 выполнен таким образом, что он снабжен на наружном и внутреннем краях участками прилегания 12, которые прилегают к соответствующим кромкам уступов 8, 10 (фиг.4).

В принципе, способным к функционированию является цельный промежуточный слой в форме кольца. Однако за счет большого диаметра тормозных дисков 2 колес рельсовых транспортных средств существенно более оптимальным является использование секторов кругового кольца, причем они могут штамповаться, вырезаться лазером или водяной струей.

В изображенном на фиг.4 примере выбраны секторы кругового кольца в 60°, и каждый промежуточный слой 7 снабжен на наружном краю двумя участками прилегания 12, а на внутреннем краю - одним участком прилегания 12, расположенным по центру, тогда как оба внешних участка прилегания по отношению к длине расположены во внешних краевых зонах, так что возникает прилегание в трех точках, которое, как уже сказано, препятствует перекосу в случае разности в кривизне.

Колесо содержит тело (1) и тормозные диски (2), присоединенные к нему с обеих сторон посредством крепежных элементов. На соответствующих участках прилегания тормозных дисков (2) к телу (1) колеса расположен высоконагружаемый механически и термически промежуточный слой (7). Каждый промежуточный слой (7) выполнен из листа, имеющего более высокую прочность, чем тело (1) колеса или его перемычка (3). Промежуточные слои (7) выполнены из листа нержавеющей стали и имеют полированную поверхность. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности и увеличение срока службы колеса. 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Колесо рельсового транспортного средства, содержащее тело (1) и тормозные диски (2), присоединенные к нему с обеих сторон посредством крепежных элементов, отличающееся тем, что, по меньшей мере, на соответствующих участках прилегания тормозных дисков (2) к телу (1) колеса расположен высоконагружаемый механически и термически промежуточный слой (7), причем каждый промежуточный слой (7) выполнен из листа, имеющего более высокую прочность, чем тело (1) колеса или его перемычка (3), при этом промежуточные слои (7) выполнены из листа нержавеющей стали и имеют полированную поверхность.

2. Колесо по п.1, отличающееся тем, что лист имеет предел прочности при растяжении ≥1000 Н/мм².

3. Колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждый промежуточный слой (7) выполнен в виде кругового кольца.

4. Колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что промежуточные слои (7) образованы секторами кругового кольца.

5. Колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что секторы кругового кольца одинаковы по величине.

6. Колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что секторы кругового кольца заключают одинаковые углы.

7. Колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что секторы кругового кольца заключают соответственно угол 30°, 60°, 120 или 180°.

8. Колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что радиальная ширина промежуточных слоев (7) соответствует, по меньшей мере, максимальной радиальной ширине участков прилегания тормозных дисков.

9. Колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что промежуточные слои (7) фиксированы в радиальном направлении на перемычке (3) колеса.

10. Колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что промежуточные слои (7) радиально фиксированы на соответствующем тормозном диске (2).

11. Колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что промежуточные слои (7) расположены в уступах (8) тела (1) или перемычки (2) колеса.

12. Колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что в перемычке (3) колеса в отверстиях (14) для вставки винтов (6) для крепления тормозных дисков расположены втулки (9), которые выступают в обе стороны за перемычку (3) и проходят через отверстия в промежуточных слоях (7), причем наружный диаметр втулок (9), в основном, соответствует диаметру в свету отверстий промежуточных слоев (7).

13. Колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что промежуточные слои (7) в зоне совпадения с отверстиями (14) имеют отбортовки (13) в виде пояска, причем наружный диаметр отбортовок (13), в основном, соответствует диаметру в свету отверстий (14).

14. Колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что для радиальной фиксации промежуточные слои (7) расположены в уступах (10) участков прилегания тормозных дисков (2).

15. Колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что при выполнении промежуточных слоев (7) в форме секторов кругового кольца каждый из них имеет на наружной периферии, образуя соответствующую концевую зону, участок прилегания (12), а на внутренней периферии - расположенный по центру участок прилегания (12), причем участки прилегания (12) прилегают к ограничениям уступов (8, 10).

16. Колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что между тормозными дисками (2) и перемычкой (3) расположены сухари (11), причем промежуточные слои (7) в зоне совпадения с сухарями (11) имеют высечки, в которые входят сухари (11), причем размеры сухарей (11) в плане, в основном, соответствуют размерам в плане соответствующих высечек.