ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ КОЛЕСО И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ АМОРТИЗАТОР Российский патент 2017 года по МПК B60B17/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к области легких железнодорожных транспортных средств, например трамваев и вагонов метрополитена, в частности, оно относится к железнодорожному колесу для железнодорожного элемента качения.

Кроме того, данное изобретение относится к амортизатору для вышеупомянутого железнодорожного колеса.

Уровень техники

Как хорошо известно, конструкция железнодорожного колеса железнодорожного транспортного средства состоит из двух основных элементов: центрального опорного диска, также называемого колесным центром, и обода колеса. Обод колеса обычно закрепляют на опорном диске шпонкой так, чтобы он покрывал диск по окружности и действовал в качестве элемента, контактирующего с рельсом.

В частности, колеса одной и той же оси жестко соединяют друг с другом на соответствующих центральных опорных дисках посредствоми вала, чтобы образовать так называемую колесную пару.

Колесные пары железнодорожных транспортных средств обычно амортизируют, т.е. между валом и соответствующей тележкой предусматривают амортизаторы, предназначенные для демпфирования колебаний, вызванных неровностями пути. Амортизаторы имеют большие размеры, поэтому между тележками и соответствующими колесными парами необходимо предусматривать соответствующие опорные гнезда, вследствие чего обычно клиренс между рельсами и тележками значителен.

Однако при некоторых обстоятельствах этот клиренс необходимо минимизировать, т.е. необходимо расположить тележки как можно ближе к грунту, чтобы облегчить вход и выход пассажиров, в том числе с пешеходных платформ. Это может иметь место, например, в случае вагонов метрополитена и трамваев.

В тех областях, в которых предусмотрена низкая посадка тележек, опорные гнезда амортизаторов были уменьшены до минимума. Амортизаторы, применяемые при таких обстоятельствах, часто имеют заниженные размеры, а транспортное средство снабжают дополнительными демпфирующими системами.

Одно из известных решений состоит в снабжении тех же самых колес демпфирующими системами. Например, под термином "эластичное колесо" понимают железнодорожное колесо, содержащее соответствующие средства демпфирования между опорным диском и ободом колеса. Такие средства обычно представляют собой эластичный элемент, например, изготовленный из твердой резины, который предназначен для поглощения колебаний, создаваемых при качении по рельсу.

В частности, эластичный элемент устанавливают между опорным диском и ободом колеса, чтобы создать стык, гасящий действующие на него нагрузки.

Хорошо известная техническая проблема, связанная с такими решениями, состоит в быстром износе эластичного элемента. Со временем чрезмерный износ ухудшает правильную и надежную работу этого элемента и вызывает неудовлетворительную опору обода колеса относительно центрального опорного диска. Таким образом, этот недостаток влияет на износ самого колеса или обод и другие компоненты колеса. В свою очередь, необходимо полностью предотвратить чрезмерный износ обода колеса, так как он может поставить под угрозу правильное взаимодействие между колесом и рельсом. Понятно, что преждевременное снятие и замена обода колеса отрицательно влияет на затраты на техническое обслуживание и ремонт транспортного средства.

В частности, известны различные формы эластичного элемента.

Например, в патентном документе GB 374819 предложено железнодорожное колесо, содержащее эластичный элемент круглой формы, предназначенный по существу только для демпфирования сжимающих нагрузок. Другие примеры эластичных колес описаны также в патентных документах US 1067628 и ЕР 1362715.

В этой конфигурации эластичный элемент подвергается трению, вызывающему его перегрев. С течением времени резина теряет свои механические свойства, т.е. она сминается и уже не выполняет своей функции демпфирования.

В других конфигурациях эластичный элемент предназначен почти исключительно для демпфирования изгибных напряжений. Например, в патентном документе GB 888004 описывается колесо, эластичные элементы которого имеют по существу плоскую форму и направлены по касательной относительно опорного диска.

В еще одной типологии эластичный элемент предназначен для демпфирования касательных напряжений. Например, в патентном документе US 2555023 описывается колесо, имеющее эластичные элементы, выполненные в виде радиальных слоев.

Таким образом, в вышеупомянутых решениях эластичный элемент выполняет специфическую функцию демпфирования для определенной типологии нагрузки: сжатия, изгиба или сдвига. Поэтому может иметь место быстрый износ эластичного элемента в направлениях нагрузки, отличающихся от тех направлений, для которых был рассчитан эластичный элемент.

Кроме того, были предложены колеса с эластичными элементами, способные демпфировать различные нагрузки. Один из примеров описывается в патентном документе ЕР 745493. Эластичный элемент по существу выполнен в виде корда, имеющего вогнутую форму и охватывающего внутреннюю кромку обода колеса, обращенную к опорному диску. Это решение делает возможным демпфирование как сжимающей, так и сдвигающей нагрузки, но оно оказывается сложным. В частности, неудобен монтаж и замена эластичных элементов такой формы. Еще один пример описывается в патентном документе ЕР 5183306.

С другой стороны, другие колеса, известные в рассматриваемой области и имеющие различные демпфирующие системы, предусматривают применение эластичного элемента, содержащего несколько шарнирных "механизмов", см., например, патентный документ DE 3245775. Однако такие решения являются сложными.

В документе DE 845961 описывается железнодорожное колесо, содержащее опорный диск, который может быть прикреплен к валу по оси вращения колеса, и обод колеса, который может быть соединен с опорным диском по соответствующей окружной поверхности, причем обод колеса предназначен для качения по рельсу. Опорный диск разделен на две разные части (на чертежах - номер позиции 3 и 4), между которыми для обеспечения демпфирующей опоры расположены эластичные элементы (номер позиции 8). В направлении по окружности эластичные элементы расположены на некотором расстоянии друг от друга, при этом каждый элемент имеет два резиновых кольца, расположенных напротив друг друга относительно средней плоскости железнодорожного колеса. Главная геометрическая ось резиновых колец параллельна оси вращения колеса. При рассмотрении любого разреза, получаемого в результате мысленного разреза этих эластичных элементов по плоскости, проходящей через соответствующую главную геометрическую ось, т.е. при рассмотрении разреза, показанного на фиг. 1 в документе DE 845961, каждое резиновое кольцо содержит две противоположные боковые поверхности, каждая из которых обращена внутрь самого кольца (поверхности 19 и соответствующие противоположные поверхности, а также поверхности 20 и соответствующие противоположные поверхности). Другими словами, одна из боковых поверхностей каждого резинового кольца имеет вогнутую, а другая - выпуклую форму так, чтобы они были обращены внутрь кольца.

Решение, аналогичное предыдущему решению, описано в патентном документе US 2,511,279. В этом случае эластичные элементы (номер позиции 1 на фиг. 1) также содержат резиновые диски (номер позиции 1 и 2), расположенные напротив друг друга относительно средней плоскости колеса. В свою очередь, каждый резиновый диск имеет две противоположные боковые поверхности (номера позиции 3 и 4), каждая из которых выгнута внутрь диска, т.е одна поверхность имеет вогнутую, а другая - выпуклую форму.

В документе FR 2150532 описывается решение, в котором эластичные элементы в каждом случае содержат два резиновых диска, расположенных напротив друг друга относительно средней плоскости железнодорожного колеса. Эти диски закреплены на одной и той же главной оси, параллельной оси вращения железнодорожного колеса. Поверхность каждого резинового диска гофрирована, чтобы сам диск мог сжиматься и растягиваться, как пружина, чтобы поглощать, насколько это возможно, силы, действующие на обод железнодорожного колеса, а не передавать их на опорный диск. Фиг. 2 и 3 иллюстрируют соответственно сжатую и растянутую конфигурации одного из резиновых дисков. При сжатой конфигурации боковые поверхности (номер позиции 8) каждого резинового диска сходятся к главной оси. В этом решении вогнутость боковых поверхностей резиновых дисков может не приниматься во внимание, поскольку они намеренно представляют собой гофрированные поверхности, функция которых заключается в том, чтобы способствовать сжатию и растягиванию самого диска, который поэтому следует рассматривать как имеющий по существу плоские боковые поверхности, как показано в исходном положении на фиг. 1.

В документе US 2,911,252 описывается стандартное эластичное колесо, в котором между опорным диском и ободом железнодорожного колеса размещен один эластичный элемент, а не несколько отдельных эластичных элементов, расположенных по окружности на некотором расстоянии друг от друга.

В целом, существует необходимость в создании колес, оснащенных эластичными элементами, которые способны выдерживать различные нагрузки без чрезмерного износа и которые в то же время можно без труда изготавливать, устанавливать и при необходимости заменять.

Раскрытие изобретения

С учетом вышесказанного, задача данного изобретения состоит в том, чтобы создать железнодорожное колесо, имеющее амортизаторы, которые могут эффективно выдерживать различные нагрузки, т.е. демпфировать нагрузки, которым подвергается тележка вследствие езды по рельсам, которые обеспечивают максимальную износостойкость и простоту изготовления и замены.

Кроме того, задача данного изобретения заключается в том, чтобы создать железнодорожное колесо, имеющее демпфирующие эластичные элементы и позволяющее получить равномерное распределение нагрузок в соответствии с напряжениями, испытываемыми колесом.

Еще одна задача данного изобретения состоит в том, чтобы создать такую конструкцию железнодорожного колеса, которая обеспечивает возможность регулировки или корректировки параметров жесткости в зависимости от применения и типа транспортного средства, для которого предназначено колесо.

Задачей данного изобретения также является создание такой конструкции железнодорожного колеса, которая легко разбирается и собирается, например, с целью технического обслуживания и ремонта.

Еще одна задача данного изобретения состоит в том, чтобы создать такую конструкцию железнодорожного колеса, которая обеспечивает возможность уменьшения акустической эмиссии в железнодорожном или трамвайном транспортном средстве.

Еще одна задача данного изобретения заключается в том, чтобы создать такой амортизатор, предназначенный для установки в вышеупомянутую конструкцию колеса, который не подвержен быстрому износу и позволяет снизить акустическую эмиссию и колебания колеса.

Эти и другие задачи достигаются посредством железнодорожного колеса, содержащего:

ось вращения;

опорный диск, выполненный с возможностью закрепления на валу на вышеупомянутой оси вращения;

обод колеса, выполненный с возможностью соединения с опорным диском по соответствующей окружной поверхности и предназначенный для качения по рельсу;

средства демпфирования колеса относительно опорного диска;

причем средства демпфирования содержат множество эластичных элементов, расположенных между опорным диском и ободом колеса, сбоку от средней плоскости железнодорожного колеса.

Каждый эластичный элемент имеет геометрическую ось и содержит первую наружную поверхность, обращенную к средней плоскости колеса, и вторую наружную поверхность, расположенную напротив первой наружной поверхности и обращенную в противоположную от средней плоскости колеса сторону, так что эластичный элемент проходит по своей ширине между двумя наружными поверхностями.

Первая наружная поверхность и вторая наружная поверхность каждого эластичного элемента, если рассматривать их в поперечном разрезе в любой плоскости, содержащей вышеупомянутую геометрическую ось, имеют одинаковую вогнутость или одинаковую выпуклость.

Другими словами, указанные две наружные поверхности эластичных элементов, соответствующие боковым поверхностям описанных выше решений, выполненных в соответствии с уровнем техники, имеют не противоположные друг другу вогнутости, как предусмотрено в соответствии с уровнем техники, а имеют одинаковую вогнутость или одинаковую выпуклость.

Предпочтительно геометрическая ось по существу параллельна оси вращения, или же альтернативно геометрическая ось может быть постоянно наклонена относительно оси вращения.

Более предпочтительно геометрическая ось является осью симметрии эластичного элемента.

Другими словами, каждый эластичный элемент проходит по специфической геометрии, предназначенной для получения эффективного демпфирования сжимающих, изгибающих или сдвигающих нагрузок и их соответствующих комбинаций. Такая геометрия обеспечивает симметрию относительно геометрической оси или оси симметрии, как она называется ниже, расположенной параллельно оси вращения колеса. Рассматривая группу плоскостей, содержащих ось симметрии эластичного элемента, и принимая во внимание разрез эластичных элементов каждой из этих плоскостей, во всех разрезах эластичный элемент имеет вогнутую или выпуклую форму. Например, в одном из вариантов осуществления эластичный элемент имеет форму колоколообразного колпака.

Эффективное демпфирование сил, которое может быть получено при помощи описанной конфигурации, позволяет снизить шум и колебания, чтобы сделать движение по рельсу колеса и, следовательно, железнодорожного или трамвайного транспортного средства более комфортным. Кроме того, такая форма позволяет увеличить срок службы каждого эластичного элемента и, следовательно, самого колеса, в частности обода колеса, что, соответственно, уменьшает расходы и плановые работы по техническому обслуживанию.

Кроме того, описанная форма эластичного элемента позволяет объединять множество эластичных элементов в соответствии с конкретными предпочтительными компоновками.

Эластичные элементы расположены на расстоянии друг от друга и являются независимыми. Предпочтительно эластичные элементы распределены по окружности вокруг опорного диска или внутри обода колеса, более предпочтительно шаг между эластичными элементами постоянен.

Эластичные элементы изготовлены из упругого материала, например из резины. Предпочтительно они изготовлены из этиленпропиленового каучука.

Предпочтительно путем изменения кривизны и толщины эластичных элементов или путем применения материалов, характеризующихся разными модулями упругости, соответствующим образом изменяют жесткость колеса. Таким образом, колесо можно приспособить к конкретной области применения, для которой оно предназначено.

Предпочтительно каждый эластичный элемент осесимметричен относительно геометрической оси. На практике обе наружные поверхности могут быть вогнутыми, или обе они могут быть выпуклыми, т.е. направление вогнутости обеих наружных поверхностей одинаково. В других вариантах осуществления одна из наружных поверхностей имеет вогнутую или выпуклую форму, а другая имеет по большей части по существу плоскую форму.

Радиус кривизны обеих наружных поверхностей может быть одинаковым или разным. В первом случае толщина эластичного элемента по существу постоянна. Во втором случае толщина эластичного элемента в соответствующих окружных частях уменьшена или увеличена.

По большей части эластичный элемент может иметь по существу коническую форму.

В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения профиль каждого эластичного элемента, всегда рассматриваемый в плоскости разреза, содержащей ось симметрии, имеет эллиптическую форму.

В одном из вариантов осуществления эластичный элемент имеет дополнительные части, также плоские, которые проходят от указанных наружных поверхностей в радиальном направлении.

Предпочтительно каждый эластичный элемент расположен между первым опорным элементом и вторым опорным элементом, предпочтительно изготовленными из металла и расположенными против друг друга вдоль оси симметрии эластичного элемента, чтобы образовать демпфирующую вставку.

Предпочтительно первый опорный элемент содержит первую поверхность сопряжения с первой наружной поверхностью соответствующего эластичного элемента. Чтобы осуществить сопряжение форм, первая поверхность сопряжения имеет комплементарную форму относительно первой наружной поверхности эластичного элемента. Аналогично второй опорный элемент содержит вторую поверхность сопряжения со второй наружной поверхностью эластичного элемента. Вторая поверхность сопряжения имеет комплементарную форму относительно второй наружной поверхности эластичного элемента.

Предпочтительно опорные элементы изготовлены из стали.

Предпочтительно первая поверхность сопряжения и вторая поверхность сопряжения непосредственно контактируют с соответствующей первой наружной поверхностью и второй наружной поверхностью эластичного элемента. Более предпочтительно эластичный элемент изготовлен из каучука, вулканизированного непосредственно на опорных элементах.

В предпочтительном варианте осуществления конструктивно каждая демпфирующая вставка имеет по существу цилиндрическую форму. В частности, предпочтительно демпфирующая вставка имеет прямую цилиндрическую форму, при этом ее высота составляет от 15 до 40 мм, а радиус от 10 до 40 мм, более предпочтительно ее высота составляет приблизительно 25 мм, а радиус приблизительно 20 мм.

Предпочтительно шаг между вставками минимален, то есть вставки расположены по периметру опорного диска смежно друг с другом и с минимальным зазором, так что центральный угол, образованный двумя смежными вставками, предпочтительно составляет от 12° до 20°.

Предпочтительно эта конфигурация обеспечивает возможность равномерного распределения нагрузок между всеми вставками. Например, вертикальные, т.е. сжимающие, нагрузки, действующие на колесо вследствие веса соответствующей тележки, равномерно распределяются по всем вставкам независимо от положения относительно оси вращения самого колеса. То же самое относится к изгибающим и сдвигающим нагрузкам. Другими словами, если n - число вставок в колесо, то сжимающая и/или изгибающая, и/или сдвигающая нагрузка, эффективно поддерживаемая каждой вставкой, соответствует доле 1/n.

В частности, обод колеса содержит направляющую кромку, проходящую в радиальном направлении к оси вращения, т.е. в направлении окружной поверхности опорного диска. Демпфирующие вставки установлены по меньшей мере с одной стороны направляющей кромки, предпочтительно с обеих сторон, т.е. со стороны, обращенной к другому колесу той же колесной пары, и со стороны, обращенной к стороне железнодорожного транспортного средства.

Предпочтительно вставки связаны с направляющей кромкой обода колеса и расположены попарно с противоположных сторон самой направляющей кромки. Более предпочтительно вставки установлены симметрично относительно средней плоскости колеса.

Предпочтительно опорные элементы каждой вставки имеют первый палец, входящий в соответствующее сквозное или глухое отверстие, имеющееся в направляющей кромке обода колеса, и второй палец, расположенный напротив первого пальца вдоль оси симметрии вставки и входящий в соответствующее сквозное или глухое отверстие, имеющееся в опорном диске.

В альтернативном варианте осуществления вставки, установленные со стороны направляющей кромки обода колеса, смещены по угловому положению относительно вставок, установленных с противоположной стороны направляющей кромки.

Предпочтительно опорный диск содержит первую часть и вторую часть диска, например два полудиска, которые могут быть соединены друг с другом, например, в средней плоскости, при помощи съемных крепежных средств, в частности при помощи винтов, штифтов, непосредственного соединения при помощи резьбы и т.д. Две соединенные части диска по меньшей мере частично охватывают направляющую кромку обода колеса так, что между ними находятся демпфирующие вставки.

Благодаря этому решению возможна несложная замена демпфирующих вставок посредством простого удаления крепежных средств, соединяющих две части опорного диска. Действительно, разобрав опорный диск, можно получить доступ к вставкам, которые при необходимости можно снять и заменить отдельно.

Еще один независимый аспект данного изобретения относится к эластичному элементу, который может быть установлен между центральным опорным диском и ободом железнодорожного колеса. Этот эластичный элемент содержит геометрическую ось, предпочтительно ось симметрии, по существу параллельную оси вращения соответствующего колеса, и по меньшей мере одну часть, разрез которой в любой плоскости, содержащей вышеуказанную геометрическую ось, имеет вогнутую или выпуклую форму.

Кратное описание чертежей

Дополнительные признаки и преимущества данного изобретения станут более очевидными ниже из анализа следующего описания предпочтительного, но не исключительного, варианта его осуществления, который представлен только с целью иллюстрации и без ограничений при помощи следующих чертежей, на которых изображено следующее.

Фиг. 1 представляет собой изображение в аксонометрии с частичным разрезом железнодорожного колеса, которое выполнено в соответствии с данным изобретением и содержит множество эластичных элементов, установленных между опорным диском и ободом колеса.

Фиг. 1А представляет собой вид спереди с частичным разрезом железнодорожного колеса с фиг. 1, который показывает геометрию эластичного элемента, имеющего по меньшей мере одну вогнутую или выпуклую часть.

Фиг. 1В представляет собой вид спереди с частичным разрезом варианта железнодорожного колеса с фиг. 1, выполненного в соответствии с данным изобретением.

Фиг. 2-2F представляют собой схематичные разрезы других возможных вариантов эластичного элемента.

Фиг. 3 и 3А представляет собой детальный разрез демпфирующей вставки, выполненной в соответствии с данным изобретением.

Фиг. 3В представляет собой вид сверху вставки, показанной на фиг. 3 и 3А.

Фиг. 4 представляет собой покомпонентное изображение в аксонометрии железнодорожного колеса, показанного на фиг. 1.

Осуществление изобретения

На фиг. 1, 1А и 4 показано колесо 10 для железнодорожного транспортного средства, в частности для легкого транспортного средства, например для транспортного средства метрополитена, трамвайного транспортного средства и т.д.

Железнодорожное колесо 10 имеет ось 11' вращения и опорный диск или колесный центр 11, который может быть закреплен на валу (на чертеже не показан), например, при помощи шпонки, по оси 11' вращения. В частности, опорный диск 11 имеет окружную поверхность 12 (фиг. 4), которая может быть соединена с ободом 13 колеса, действующим в качестве элемента, контактирующего с рельсом (не показан), по которому он перемещается с вращательным движением.

Кроме того, предусмотрены средства 20 демпфирования обода 13 колеса относительно опорного диска 11.

В частности, средства 20 демпфирования содержат множество эластичных элементов 25, расположенных между опорным диском 11 и ободом 13 колеса.

На фиг. 1А каждый эластичный элемент 25 имеет геометрическую ось 26. Такая геометрическая ось 26 по существу параллельна оси 11' вращения опорного диска 11. Альтернативно (на чертеже это не показано) геометрическая ось 26 может быть наклонена относительно оси 11' вращения.

В частности, как лучше показано на фиг. 1А, по меньшей мере одна часть 27 каждого эластичного элемента 25, например центральная часть, в разрезе в любой плоскости, содержащей геометрическую ось 26, например Α-A или В-В (фиг. 3 и 3А), имеет изогнутый, вогнутый или выпуклый профиль. Другими словами, каждый эластичный элемент 25 имеет по меньшей мере одну вогнутую или выпуклую часть 27, предназначенную для получения эффективного демпфирования любого - сжимающего, изгибного, касательного - напряжения или их соответствующей комбинации.

Предпочтительно геометрическая ось 26 представляет собой ось симметрии 26 осесимметричной вогнутой или выпуклой части 27. Другими словами, если рассматривать группу плоскостей, содержащих эту геометрическую ось 26, которая в случае, показанном на чертежах, является осью симметрии, и эластичный элемент 25, разрезаемый мысленно каждой из этих плоскостей, то вышеупомянутая часть 27 оказывается вогнутой или выпуклой во всех разрезах. Например, как лучше описано ниже, в предпочтительном варианте осуществления эластичный элемент 25 имеет форму полусферического колоколообразного колпака (фиг. 3В) или по существу аналогичную форму.

Кроме того, как показано на фиг. 1 и 1А, эластичные элементы 25 распределены по окружности вокруг опорного диска 11 или внутри обода 13 колеса, отделены и не зависят друг от друга. В частности, при предпочтительном распределении по окружности эластичные элементы 25 расположены на некотором расстоянии друг от друга в соответствии с постоянным шагом Р.

Кроме того, эта же форма эластичного элемента 25 позволяет объединять множество эластичных элементов в соответствии с конкретными предпочтительными компоновками, как описано ниже со ссылкой на фиг. 4.

Предпочтительно эластичные элементы 25 изготовлены из этиленпропиленового каучука.

В частности, каждый эластичный элемент 25 проходит между первой наружной поверхностью 25а, обращенной к средней плоскости 10' колеса, и второй наружной плоскостью 25b, противоположной первой наружной поверхности 25а. На практике обе наружные поверхности 25а, 25b могут быть вогнутыми или выпуклыми, т.е. направление вогнутости обеих наружных поверхностей одинаково.

Также альтернативно, как показано на фиг. 1В, эластичный элемент 25 устанавливают в противоположном направлении относительно варианта, изображенного на фиг. 1А, т.е. вторая наружная поверхность 25b обращена к средней плоскости 10' колеса, а первая наружная поверхность 25а обращена в сторону, противоположную относительно второй наружной поверхности 25b.

В соответствии с разными вариантами осуществления эластичный элемент 25 может быть выполнен так, как схематично показано на фиг. 2-2F. Во всех вышеупомянутых вариантах осуществления эластичный элемент 25, как указано выше, осесимметричен относительно собственной оси 26 симметрии и представлена в разрезе, определенном любой плоскостью, содержащей ось 26 симметрии.

В варианте осуществления, изображенном на фиг. 2, эластичный элемент 25 имеет по существу криволинейный профиль обеих наружных поверхностей 25а, 25b, в частности эллиптический профиль, определяющий вогнутую или выпуклую часть 27. Радиусы R_i и R_e кривизны двух наружных поверхностей 25а, 25b могут быть одинаковыми или разными (фиг. 3). В первом случае толщина эластичного элемента 25 по существу постоянна. Во втором случае толщина эластичного элемента в соответствующих радиальных окружных частях уменьшается.

Альтернативно, как видно из фиг. 2А, эластичный элемент 25 имеет по существу полигональный, в частности трапецеидальный профиль, причем каждая наружная поверхность 25а, 25b имеет три соответствующих линейных участка 27а, 27b и 27с, которые следуют друг за другом и образуют часть 27.

В еще одном альтернативном варианте, который показан на фиг. 2 В и получен из варианта фиг. 2А, эластичный элемент 25 имеет треугольный профиль из наружных поверхностей 25а, 25b, который содержит первую линейную протяженность 27а и вторую линейную протяженность 27с, наклоненные относительно друг друга так, чтобы эластичный элемент 25 имел коническую конфигурацию.

С другой стороны, на фиг. 2С эластичный элемент 25 имеет вогнутую или выпуклую часть 27 эллиптической формы, как на фиг. 2, скомбинированную с дополнительными частями 27d и 27е, также плоскими, которые проходят в радиальном направлении от вогнутой или выпуклой части 27.

В еще одном варианте осуществления изобретения эластичный элемент 25 содержит вогнутую или выпуклую часть 27 и дополнительные вогнутые или выпуклые радиальные части 27', проходящие от указанной центральной части 27. Указанный профиль по существу имеет профиль в виде двойного S, при этом он также осесимметричен относительно оси 26 симметрии.

На основе комбинации вогнутой или выпуклой части 27 и других эластичных частей можно разработать дополнительные варианты осуществления эластичного элемента 25 так, чтобы в целом имела место осевая симметрия.

В частности, как показано на фиг. 3 и 3А, каждый эластичный элемент 25 размещен между первым опорным элементом 4 и вторым опорным элементом 5, расположенными против друг друга вдоль оси 26 симметрии, чтобы образовать демпфирующую вставку 15.

В частности, первый опорный элемент 4 и второй опорный элемент 5 содержат соответственно первую поверхность 6 сопряжения с первой наружной поверхностью 25а эластичного элемента 25 и вторую поверхность 7 сопряжения со второй наружной поверхностью 25b эластичного элемента. Предпочтительно первая поверхность 6 сопряжения и вторая поверхность 7 сопряжения имеют комплементарную форму относительно первой наружной поверхности 25а и второй наружной поверхности 25b эластичного элемента, чтобы образовать сопряжение форм. Таким образом, первая поверхность 6 сопряжения и вторая поверхность 7 сопряжения непосредственно контактируют с соответствующей первой наружной поверхностью 25а и второй наружной поверхностью 25b эластичного элемента 25.

В вышеупомянутой конфигурации опорные элементы 4, 5 предпочтительно являются металлическими элементами, в частности они изготовлены из нержавеющей стали, а эластичный элемент 25 изготовлен из каучука, вулканизированного непосредственно на поверхностях 6, 7 сопряжения опорных элементов 4, 5.

Кроме того, эластичный элемент 25, расположенный между первым опорным элементом 4 и вторым опорным элементом 5, содержит периферическую выемку 32, предназначенную для улучшения усталостной прочности самого эластичного элемента в месте соединения с опорными элементами 4 и 5. Как детально изображено на фиг. 3С, периферическая выемка 32 соединена с опорными элементами 4 и 5 по асимптотам.

Что касается конструкции, то каждая демпфирующая вставка 15 предпочтительно имеет размер по высоте от 15 до 40 мм и имеет цилиндрическую форму, при этом ее радиус составляет от 10 до 40 мм. На чертежах демпфирующая вставка 15 имеет высоту приблизительно 25 мм и радиус приблизительно 20 мм.

Предпочтительный вариант осуществления колеса 10, изображенный на фиг. 4, имеет множество демпфирующих вставок 15, распределенных по окружности вокруг опорного диска 11.

Предпочтительно шаг Ρ между демпфирующими вставками 15 по существу равен или немного больше наружного диаметра каждой вставки 15, так что каждая вставка по существу находится в контакте или на минимальном расстоянии от соответствующей смежной вставки 15. В показанном на чертежах варианте осуществления число пар вставок 15 равно тридцати, следовательно, шаг Ρ соответствует центральному углу между двумя смежными вставками 15, который равен 12°.

Предпочтительно эта конфигурация, как пояснено выше, делает возможным равномерное распределение нагрузок между всеми вставками 15.

Обод 13 колеса содержит направляющую кромку 14, проходящую в радиальном направлении к оси 11' вращения колеса, т.е. в направлении окружной поверхности 12 опорного диска 11.

Демпфирующие вставки 15 соединены по меньшей мере с одной стороной направляющей кромки 14.

В показанном на чертежах варианте осуществления демпфирующие вставки 15 соединены с обеих сторон направляющей кромки 14, т.е. со стороны, обращенной к другому колесу той же колесной пары, и со стороны, обращенной к стороне железнодорожного транспортного средства. Другими словами, обозначен первый ряд и второй ряд демпфирующий вставок 15.

Предпочтительно вставки 15 связаны с направляющей кромкой 14 обода 13 колеса и расположены попарно с противоположных сторон самой направляющей кромки так, чтобы они имели общую ось 26 симметрии. Более предпочтительно вставки 15 установлены симметрично относительно средней плоскости 10' колеса 10.

В частности, как лучше показано на фиг. 3 и 3А, опорные элементы 4, 5 каждой вставки 15 имеют первый палец 18, входящий в соответствующее отверстие 23, имеющееся в направляющей кромке 14 обода 13 колеса, и второй палец 19, расположенный напротив первого пальца 18 и входящий в соответствующее сквозное или глухое отверстие 23а, 23b, имеющееся в опорном диске 11.

Кроме того, такая демпфирующая вставка 15 может быть смонтирована независимо от двух противоположных направлений, причем ориентация опорного элемента 25 меняется относительно направляющей кромки 14. Чтобы сделать это, вставку можно перевернуть так, чтобы первый палец 18 вставлялся в отверстие 23а, 23b опорного диска 11, а второй палец 19 вставлялся в отверстие 23 направляющей кромки 14. Пример вышеописанных конфигураций показан на фиг. 1А и 1В.

В частности, первый ряд 15а и второй ряд 15b демпфирующих вставок обеспечивают соответствующие эластичные элементы 25, симметрично ориентированные относительно средней плоскости 10' колеса 10 (фиг. 1 и 1А).

При дополнительном возможном расположении, вставки 15 первого и второго рядов могут быть смещены по угловому положению относительно друг друга на определенный угол, например, чтобы получить оптимальную балансировку колеса 10.

В целом, весь периметр обода 13 колеса равномерно опирается на демпфирующие вставки 15, а демпфирующий эффект сбалансирован.

Кроме того, как показано на фиг. 4, опорный диск 11 предпочтительно содержит первую часть 21 и вторую часть 22, которые могут быть соединены при помощи болтов 17.

Альтернативно две части 21 и 22 диска могут быть привинчены друг к другу.

Две соединенные части 21 и 22 диска по меньшей мере частично охватывают направляющую кромку 14 обода колеса так, чтобы между ними оставался зазор, в котором установлены демпфирующие вставки 15.

В частности, первая часть диска 21 содержит опорную часть 21', проходящую вдоль оси 11' колеса 10 и имеющую определенную длину, так что она по существу создает колесный центр, вокруг которого смонтирован обод 13 колеса. С другой стороны, вторая часть диска, напротив, представляет собой кольцеобразный фланец 22, который соединяется с вышеупомянутой опорной частью 21', чтобы образовать опорный диск 11.

Две части диска имеют такую форму, что они удерживают демпфирующие вставки 15 относительно друг друга. Болты 17 распределены по окружности на соединительной кромке каждой части и расположены под демпфирующими вставками 15 (фиг. 1А).

Благодаря этому решению возможна несложная замена демпфирующих вставок 15 посредством удаления болтов 17, соединяющих две части 21, 22 опорного диска. Действительно, разобрав опорный диск, можно получить доступ к вставкам 15, которые при необходимости можно снять и заменить отдельно или смонтировать в перевернутом положении.

Железнодорожное колесо (10) для транспортного средства содержит ось (11') вращения и опорный диск (11), выполненный с возможностью закрепления или прикрепления другим способом на валу по указанной оси (11') вращения. Опорный диск (11) может быть соединен с ободом (13) колеса, предназначенным для качения по рельсу. Колесо (10) имеет средства (20) демпфирования обода (13) колеса относительно опорного диска (11), которые содержат множество эластичных элементов (25), расположенных между опорным диском (11) и ободом (13) колеса, сбоку от средней плоскости (10') колеса. Первая наружная поверхность (25а) и вторая наружная поверхность (25b) каждого эластичного элемента (25), если рассматривать их в поперечном разрезе в любой плоскости, содержащей указанную геометрическую ось (26), имеют одинаковую вогнутость или одинаковую выпуклость. Технический результат – повышение эффективности демпфирования любой нагрузки, вызываемой движением колеса по рельсу, а также увеличение срока службы самого эластичного элемента. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Железнодорожное колесо (10), содержащее:

- ось (11') вращения;

- опорный диск (11), выполненный с возможностью закрепления на валу по указанной оси (11') вращения;

- обод (13) колеса, выполненный с возможностью соединения с опорным диском (11) по соответствующей окружной поверхности (12) и предназначенный для качения по рельсу;

- средства (20) демпфирования обода (13) колеса относительно опорного диска (11);

при этом указанные средства (20) демпфирования содержат множество эластичных элементов (25), расположенных между опорным диском (11) и ободом (13) колеса, сбоку от средней плоскости (10') колеса (10), причем каждый эластичный элемент (25) имеет геометрическую ось (26),

каждый эластичный элемент (25) содержит первую наружную поверхность (25a), обращенную к средней плоскости (10') колеса (10), и вторую наружную поверхность (25b), расположенную напротив первой наружной поверхности (25a) и обращенную в противоположную от средней плоскости (10') колеса сторону, причем эластичный элемент (25) проходит по своей ширине между этими двумя наружными поверхностями (25a, 25b), и

первая наружная поверхность (25a) и вторая наружная поверхность (25b) каждого эластичного элемента (25), если рассматривать их в поперечном разрезе в любой плоскости, содержащей указанную геометрическую ось (26), имеют одинаковую вогнутость или одинаковую выпуклость.

2. Железнодорожное колесо (10) по п.1, в котором геометрическая ось (26) по существу параллельна оси (11') вращения или по существу наклонена относительно оси (11') вращения.

3. Железнодорожное колесо (10) по любому из пп.1 и 2, в котором геометрическая ось (26) является осью симметрии каждого эластичного элемента (25).

4. Железнодорожное колесо (10) по любому из пп.1 и 2, в котором эластичные элементы (25) отделены друг от друга и взаимно независимы.

5. Железнодорожное колесо (10) по любому из пп.1 и 2, в котором эластичные элементы (25) распределены по окружности вокруг опорного диска (11) или внутри обода (13) колеса.

6. Железнодорожное колесо (10) по любому из пп.1 и 2, в котором эластичные элементы (25) изготовлены из упругого материала.

7. Железнодорожное колесо (10) по п.1, в котором каждый эластичный элемент (25) осесимметричен относительно геометрической оси (26).

8. Железнодорожное колесо (10) по п.7, в котором радиус (R_i, R_e) кривизны двух наружных поверхностей (25a, 25b) каждого эластичного элемента (25) одинаков, а толщина эластичного элемента (25) по существу постоянна или разная, причем толщина эластичного элемента (25) в соответствующей радиально окружной части уменьшается.

9. Железнодорожное колесо (10) по п.7, в котором эластичный элемент (25) имеет по существу коническую, или колоколообразную, или полусферическую форму.

10. Железнодорожное колесо (10) по любому из пп.1, 2, 7-9, в котором в разрезе по плоскости, содержащей соответствующую геометрическую ось (26), профиль каждого эластичного элемента (25) представляет собой часть эллипса.

11. Железнодорожное колесо (10) по любому из пп.1, 2, 7-9, в котором каждый эластичный элемент (25) содержит дополнительные части (27d, 27e; 27'), также плоские, которые проходят в радиальном направлении от вогнутых или выпуклых наружных поверхностей (25a, 25b).

12. Железнодорожное колесо (10) по любому из пп.1, 2, 7-9, в котором каждый эластичный элемент (25) размещен между первым опорным элементом (4) и вторым опорным элементом (5), расположенными против друг друга вдоль геометрической оси (26) эластичного элемента (25) так, чтобы образовать демпфирующую вставку (15).

13. Железнодорожное колесо (10) по п.12, в котором первый опорный элемент (4) содержит первую поверхность (6) сопряжения с первой наружной поверхностью (25a) соответствующего эластичного элемента (25), причем первая поверхность (6) сопряжения имеет комплементарную форму относительно первой наружной поверхности (25a) эластичного элемента (25), чтобы обеспечить сопряжение форм,

при этом второй опорный элемент (5) содержит вторую поверхность (7) сопряжения со второй наружной поверхностью (25b) эластичного элемента (25), причем вторая поверхность (7) сопряжения имеет комплементарную форму относительно второй наружной поверхности (25b) эластичного элемента (25).

14. Железнодорожное колесо (10) по п.13, в котором эластичный элемент (25) изготовлен из каучука, вулканизированного непосредственно на поверхностях (6, 7) сопряжения первого и второго опорных элементов (4, 5).

15. Железнодорожное колесо (10) по п.12, в котором каждая демпфирующая вставка (15) имеет по существу цилиндрическую форму.

16. Железнодорожное колесо (10) по п.12, в котором шаг (P) между двумя смежными вставками (15) соответствует центральному углу, составляющему от 12° до 20°.

17. Железнодорожное колесо (10) по п.12, в котором обод (13) колеса содержит направляющую кромку (14), проходящую в радиальном направлении к оси (11') вращения, при этом демпфирующие вставки (15) расположены по меньшей мере с одной стороны (14a), предпочтительно с обеих сторон (14a, 14b) направляющей кромки (14).

18. Железнодорожное колесо (10) по п.17, в котором демпфирующие вставки (15) связаны с направляющей кромкой (14) обода (13) колеса и расположены попарно напротив с противоположных сторон самой направляющей кромки (14).

19. Железнодорожное колесо (10) по любому из пп.17 или 18, в котором опорные элементы (4, 5) каждой вставки имеют первый палец (18), входящий в соответствующее глухое или сквозное отверстие (23), имеющееся в направляющей кромке (14) обода (13) колеса, и второй палец (19), расположенный напротив первого пальца вдоль геометрической оси (26) вставки и входящий в соответствующее глухое или сквозное отверстие (23a, 23b), имеющееся в опорном диске (11).

20. Железнодорожное колесо (10) по любому из пп.17 или 18, в котором опорный диск (11) содержит первую часть (21) диска и вторую часть (22) диска, выполненные с возможностью соединения друг с другом при помощи съемных крепежных средств (17), при этом две соединенные части (21, 22) диска по меньшей мере частично охватывают направляющую кромку (14) обода (13) колеса с размещением между ними демпфирующих вставок (15).

21. Эластичный элемент (25), выполненный с возможностью размещения между центральным опорным диском (11) и ободом (13) колеса железнодорожного колеса (10), при этом указанный эластичный элемент (25) характеризуется наличием геометрической оси (26) и проходит между первой наружной поверхностью (25a) и второй наружной поверхностью (25b), причем эти обе наружные поверхности, если рассматривать их в разрезе или в любой плоскости, содержащей геометрическую ось (26), имеют одинаковую вогнутость или одинаковую выпуклость.