[go: up one dir, main page]

RU2715826C1 - Railway wheel - Google Patents

Railway wheel Download PDF

Info

Publication number
RU2715826C1
RU2715826C1 RU2019123906A RU2019123906A RU2715826C1 RU 2715826 C1 RU2715826 C1 RU 2715826C1 RU 2019123906 A RU2019123906 A RU 2019123906A RU 2019123906 A RU2019123906 A RU 2019123906A RU 2715826 C1 RU2715826 C1 RU 2715826C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wheel
disk
hub
rim
radius curves
Prior art date
Application number
RU2019123906A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Александрович Мухин
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Исследовательский Институт Транспортного Машиностроения"
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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Исследовательский Институт Транспортного Машиностроения" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Исследовательский Институт Транспортного Машиностроения"
Priority to RU2019123906A priority Critical patent/RU2715826C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2715826C1 publication Critical patent/RU2715826C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60BVEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B17/00Wheels characterised by rail-engaging elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61FRAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F13/00Rail vehicles characterised by wheel arrangements, not otherwise provided for

Landscapes

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

Abstract

FIELD: transport machine building.
SUBSTANCE: railway wheel comprises rim (1) with rolling surface (1.1) and crest (1.2), hub (2) with axial bore and disc (3) of curved shape with outer (3.1) and inner (3.2) surfaces forming bend in central part of disc (3) directed towards outer surface of wheel, and with central line (3.3) of disk axial section.
EFFECT: reduced level of residual deformations occurring under action of operational mechanical loads and thermal stresses from wheel heating at braking, reduced rigidity of structure in axial and radial directions, improved damping ability of wheel.
3 cl, 5 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано в качестве колеса железнодорожных грузовых вагонов.The invention relates to the field of railway transport and can be used as a wheel of railway freight cars.

Известно колесо для железнодорожного транспорта, содержащее обод, ступицу и наклонный диск с участками перехода в обод и ступицу, выполненными по радиусу, при этом диск в радиальном направлении выполнен плоским, с прямолинейными образующими и с наклоном к оси колеса под углом 71° - 75° (см. RU 2085403 С1, 27.07.1997).A wheel for railway transport is known, comprising a rim, a hub and an inclined disk with radius transitions to the rim and the hub, the disk being radially made flat, with straight generatrices and inclined to the wheel axis at an angle of 71 ° - 75 ° (see RU 2085403 C1, 07.27.1997).

В данном известном колесе от действия эксплуатационных нагрузок возникает высоконапряжённое состояние с неравномерным распределением внутренних напряжений по объёму колеса, обусловленное плоскоконической формой диска. Недостаточный запас усталостной прочности сокращает срок службы колеса, ухудшает безопасность движения.In this known wheel from the action of operational loads, a highly stressed state arises with an uneven distribution of internal stresses over the volume of the wheel due to the plane-conical shape of the disk. Insufficient fatigue strength reduces wheel service life and impairs driving safety.

Сокращение уровня внутренних напряжений, вызываемых действием эксплуатационных нагрузок, более высокий запас усталостной прочности и более равномерное распределение внутренних напряжений по объёму колеса, наблюдаются в конструкциях железнодорожных колёс с дисками криволинейной формы.Reducing the level of internal stresses caused by the action of operational loads, a higher margin of fatigue strength and a more even distribution of internal stresses over the volume of the wheel are observed in the construction of railway wheels with curved disks.

Известно железнодорожное колесо, имеющее центральную плоскость, перпендикулярную оси вращения колеса, и включающее в себя обод, ступицу и криволинейный диск, образованный наружной и внутренней поверхностями и выполненный с выгибом в центральной части, теоретическая средняя линия поперечного профиля диска проходит через точку А, расположенную в месте сопряжения диска с ободом, точку С, где теоретическая средняя линия имеет максимальное смещение в сторону наружной поверхности колеса, и точку В, расположенную в месте сопряжения диска со ступицей, причём точки А и С смещены от центральной плоскости в сторону наружной поверхности колеса, а точка В смещена от центральной плоскости в сторону внутренней поверхности колеса, причём соотношение толщины диска в точке А к толщине диска в точке В составляет от 0,7 до 1,1, а соотношение толщины диска в точке С к толщине в точке В составляет от 0,7 до 0,9 (см. RU 2486063 C1, 27.06.2013). A railway wheel is known having a central plane perpendicular to the axis of rotation of the wheel, and including a rim, a hub and a curved disk formed by the outer and inner surfaces and made with a bend in the central part, the theoretical middle line of the transverse profile of the disk passes through point A located at the point of mating of the disk with the rim, point C, where the theoretical center line has a maximum displacement towards the outer surface of the wheel, and point B, located at the point of mating of the disk with dull, with points A and C offset from the central plane toward the outer surface of the wheel, and point B offset from the central plane toward the inner surface of the wheel, and the ratio of the thickness of the disk at point A to the thickness of the disk at point B is from 0.7 to 1 , 1, and the ratio of the thickness of the disk at point C to the thickness at point B is from 0.7 to 0.9 (see RU 2486063 C1, 06.27.2013).

Известно железнодорожное колесо, содержащее обод, диск и ступицу, при этом диск в осевом сечении выполнен криволинейным с выгибом в центральной части, а центральная линия осевого сечения диска на участке его сопряжения со ступицей смещена в осевом направлении относительно центральной линии осевого сечения диска на участке его сопряжения с ободом в сторону внутренней поверхности колеса, при этом выгиб в центральной части диска направлен в сторону наружной поверхности колеса, а указанная величина смещения находится в интервале значений 10÷25 мм. (см. RU 2259279 C1, 27.08.2005). Данное железнодорожное колесо принято за наиболее близкий аналог.A railway wheel is known that contains a rim, a disk and a hub, while the axial section of the disk is curved with a bend in the central part, and the center line of the axial section of the disk at its interface with the hub is displaced in the axial direction relative to the center line of the axial section of the disk at its mating with the rim towards the inner surface of the wheel, while the bend in the Central part of the disk is directed toward the outer surface of the wheel, and the specified amount of displacement is in the range of values 10 ÷ 25 mm. (see RU 2259279 C1, 08.28.2005). This railway wheel is taken as the closest analogue.

Технической проблемой известных железнодорожных колёс является существенное осевое и радиальное смещение обода колеса относительно ступицы при торможении в процессе эксплуатации. Указанное смещение обода колеса возникает в результате действия термических напряжений, возникающих за счёт трения тормозных колодок о поверхность катания колеса, при этом возрастают концентрации тепла на ободе. От многократного и длительного торможения этот процесс носит циклический характер нагружения и ведёт к расширению металла в радиальном и осевом направлениях, что приводит к высоким тепловым концентрациям внутренних напряжений в диске колеса, особенно в области сопряжения диска и обода. Кроме того, происходит локализация внутренних напряжений на наружной и внутренней поверхностях диска в местах сопряжения диска с ободом и диска со ступицей, обусловленных действием внешних нагрузок со стороны головок рельсов железнодорожного пути и со стороны элементов грузового вагона. Возрастание суммарных внутренних напряжений может привести к зарождению усталостных трещин, ведущих к разрушению колеса.The technical problem of the known railway wheels is a significant axial and radial displacement of the wheel rim relative to the hub during braking during operation. The indicated displacement of the wheel rim arises as a result of the action of thermal stresses arising due to the friction of the brake pads on the surface of the wheel, while the heat concentration on the rim increases. From repeated and prolonged braking, this process has a cyclic nature of loading and leads to expansion of the metal in the radial and axial directions, which leads to high thermal concentrations of internal stresses in the wheel disk, especially in the area of mating of the disk and rim. In addition, there is a localization of internal stresses on the outer and inner surfaces of the disk at the interface between the disk and the rim and the disk with the hub, due to external loads from the railheads of the railway track and from the elements of the freight car. An increase in the total internal stresses can lead to the initiation of fatigue cracks leading to the destruction of the wheel.

Технический результат изобретения заключается в снижении уровня остаточных деформаций, возникающих под действием эксплуатационных механических нагрузок и термических напряжений от нагрева колеса при торможении, а также в снижении жёсткости конструкции железнодорожного колеса в осевом и радиальном направлениях и улучшении демпфирующей способности.The technical result of the invention is to reduce the level of residual deformations arising under the action of operational mechanical loads and thermal stresses from heating the wheel during braking, as well as to reduce the rigidity of the railway wheel structure in axial and radial directions and improve damping ability.

Технический результат достигается тем, что железнодорожное колесо содержит обод, ступицу и диск криволинейной формы с наружной и внутренней поверхностями, образующими выгиб в центральной части диска, направленный в сторону наружной поверхности колеса, и с центральной линией радиального сечения диска, при этом центральная линия осевого сечения диска в месте сопряжения диска с ободом и в месте сопряжения диска со ступицей смещена в осевом направлении относительно середины ступицы в сторону наружной поверхности колеса. В отличие от наиболее близкого аналога, центральная линия осевого сечения диска в месте сопряжения диска с ободом смещена относительно места её сопряжения со ступицей на величину, составляющую от 26,0 до 42,0 мм, центральная линия осевого сечения диска в месте сопряжения диска со ступицей смещена относительно середины ступицы на величину, составляющую от 10,0 до 24,5 мм, при этом наружная поверхность диска образована со стороны обода и со стороны ступицы краевыми наружными радиусными кривыми R1 и R2, направленными в сторону внутренней поверхности колеса, в центральной части диска образована двумя участками центральных наружных радиусных кривых R3 и R4, направленных в сторону наружной поверхности колеса и сопряжённых между собой, а также образована промежуточными наружными радиусными кривыми R5 и R6, направленными в сторону внутренней поверхности колеса и сопряжёнными с соответствующими краевыми и центральными наружными радиусными кривыми, внутренняя поверхность диска образована со стороны обода и со стороны ступицы краевыми внутренними радиусными кривыми R7 и R8, направленными в сторону наружной поверхности колеса, в центральной части диска образована двумя участками центральных внутренних радиусных кривых R9 и R10, направленных в сторону наружной поверхности колеса и сопряжённых между собой, а также образована промежуточными наружными радиусными кривыми R11 и R12, направленными в сторону внутренней поверхности колеса и сопряжёнными с соответствующими краевыми и центральными внутренними радиусными кривыми. The technical result is achieved by the fact that the railway wheel contains a rim, a hub and a disk of a curved shape with outer and inner surfaces forming a bend in the central part of the disk, directed towards the outer surface of the wheel, and with a central line of the radial section of the disk, while the center line of the axial section the disk at the interface between the disk and the rim and at the interface between the disk and the hub is displaced in the axial direction relative to the middle of the hub towards the outer surface of the wheel. In contrast to the closest analogue, the central line of the axial section of the disk at the interface between the disk and the rim is offset from the place of its interface with the hub by a value of 26.0 to 42.0 mm, the central line of the axial section of the disk at the interface between the disk and the hub offset from the middle of the hub by an amount of 10.0 to 24.5 mm, while the outer surface of the disk is formed on the side of the rim and on the side of the hub with outer radius lines R1 and R2 directed toward the inner surface wheels, in the central part of the disk is formed by two sections of the central outer radius curves R3 and R4 directed towards the outer surface of the wheel and conjugated to each other, and also formed by intermediate outer radius curves R5 and R6 directed towards the inner surface of the wheel and mated with the corresponding edge and central outer radius curves, the inner surface of the disk is formed on the side of the rim and on the side of the hub by the edge inner radius curves R7 and R8 directed to a defense of the outer surface of the wheel, in the central part of the disk is formed by two sections of the central inner radius curves R9 and R10 directed towards the outer surface of the wheel and interconnected, and also formed by intermediate outer radius curves R11 and R12 directed towards the inner surface of the wheel and conjugated with corresponding boundary and central inner radius curves.

В частных случаях реализации изобретения краевые наружные радиусные кривые R1 и R2 выполнены в интервале радиусов от 12 мм до 70 мм; краевые внутренние радиусные кривые R7 и R8, выполнены в интервале радиусов от 20 мм до 45 мм, центральные наружные и внутренние радиусные кривые R3, R9, расположенные со стороны обода, выполнены в интервале радиусов от 30 мм до 125 мм, центральные наружные и внутренние радиусные кривые R4, R10, расположенные со стороны ступицы, выполнены в интервале радиусов от 30 мм до 170 мм, промежуточные наружные радиусные кривые R5, R11 выполнены в интервале радиусов от 30 мм до 230 мм и промежуточные внутренние радиусные кривые R6, R12 выполнены в интервале радиусов от 30 мм до 135 мм.In particular cases of the invention, the edge outer radius curves R1 and R2 are made in the range of radii from 12 mm to 70 mm; boundary inner radius curves R7 and R8, made in the range of radii from 20 mm to 45 mm, the central outer and inner radius curves R3, R9, located on the side of the rim, made in the range of radii from 30 mm to 125 mm, the central outer and inner radius curves R4, R10 located on the hub side are made in the range of radii from 30 mm to 170 mm, intermediate outer radius curves R5, R11 are made in the range of radii from 30 mm to 230 mm and intermediate inner radius curves R6, R12 are made in the range of radii from 30 mm d 135 mm.

В частных случаях реализации изобретения угол наклона диска к оси колеса составляет от 76,5º до 82,5º.In special cases of the invention, the angle of inclination of the disk to the axis of the wheel is from 76.5º to 82.5º.

Совокупность указанных конструктивных особенностей железнодорожного колеса, а именно, формы криволинейного диска в части величины и направления радиусов радиусных кривых его наружной и внутренней поверхностей, взаиморасположения центральной линии осевого сечения диска относительно ступицы в характерных точках диска, угла наклона диска, способствует более равномерному распределению по объёму колеса суммарных внутренних напряжений, возникающих от действия термических и механических эксплуатационных нагрузок, снижению концентрации внутренних напряжений в местах сопряжений диска с ободом и со ступицей, где возникают усталостные напряжения, а также обеспечивает уменьшение жёсткости конструкции колеса, повышающее демпфирующую способность, что уменьшает динамическую нагруженность на рельсы и элементы грузового вагона. The combination of the indicated design features of the railway wheel, namely, the shape of the curved disk in terms of the magnitude and direction of the radii of the radius curves of its outer and inner surfaces, the relative position of the center line of the axial section of the disk relative to the hub at the characteristic points of the disk, the angle of inclination of the disk, contributes to a more uniform distribution in volume wheels of total internal stresses arising from the action of thermal and mechanical operational loads, reducing the concentration internal stresses at the junction with the rim disc and the hub, wherein the fatigue stresses occur, and reduces stiffness wheel design that increases the damping capability, which reduces the dynamic loading on the rails and elements of a goods wagon.

Изобретение поясняется графическими материалами, где показано: The invention is illustrated by graphic materials, which show:

на фиг. 1 – железнодорожное колесо, осевое сечение, проходящее через ось вращения колеса; in FIG. 1 - railway wheel, axial section passing through the axis of rotation of the wheel;

на фиг. 2 – схема перемещений гребней трёхмерных моделей колёс по компоненту вектора перемещений Uz; in FIG. 2 is a diagram of the movements of the crests of three-dimensional wheel models along the component of the displacement vector Uz;

на фиг. 3 – схема приложения радиальной нагрузки у гребня и эквивалентных деформаций трёхмерных моделей колёс; in FIG. 3 is a diagram of applying a radial load at the ridge and equivalent deformations of three-dimensional wheel models;

на фиг. 4 – схема приложения радиальной нагрузки со смещением от гребня и эквивалентных деформаций трёхмерных моделей колёс; in FIG. 4 is a diagram of a radial load application with offset from the ridge and equivalent deformations of three-dimensional wheel models;

на фиг. 5 – схема приложения комбинированной нагрузки на поверхность катания и гребень и эквивалентных деформаций трёхмерных моделей колёс.in FIG. 5 is a diagram of the application of the combined load on the surface of the skating and comb and equivalent deformations of three-dimensional models of wheels.

Железнодорожное колесо (Фиг. 1) содержит обод 1 с поверхностью катания 1.1 и гребнем 1.2, ступицу 2 с осевым отверстием (не показано) и диск 3 криволинейной формы поперечного профиля с наружной 3.1 и внутренней 3.2 поверхностями, образующими выгиб в центральной части диска 3, направленный в сторону наружной поверхности колеса, и с центральной линией 3.3 осевого сечения диска. The railway wheel (Fig. 1) contains a rim 1 with a skating surface 1.1 and a ridge 1.2, a hub 2 with an axial hole (not shown) and a disk 3 of a curved cross-sectional shape with an external 3.1 and internal 3.2 surfaces forming a bend in the central part of the disk 3, directed towards the outer surface of the wheel, and with a center line 3.3 of the axial section of the disk.

Диск 3 образован шестью сопряжёнными между собой участками, условно названными краевыми участками, расположенными в местах сопряжения диска 3 с ободом 1 и со ступицей 2, центральным участком, расположенным со стороны обода 1, центральным участком, расположенным со стороны ступицы 2, и промежуточными участками, расположенными между краевыми участками и соответствующими центральными участками.The disk 3 is formed by six interconnected sections, conventionally referred to as edge sections located at the interface between the disk 3 and the rim 1 and the hub 2, the central section located on the side of the rim 1, the central section located on the side of the hub 2, and intermediate sections, located between the edge sections and the corresponding central sections.

Наружная поверхность диска 3 образована со стороны обода 1 и со стороны ступицы 2 краевыми наружными радиусными кривыми R1 и R2, направленными в сторону внутренней поверхности колеса, в центральной части диска 3 – двумя участками центральных наружных радиусных кривых R3 и R4, направленных в сторону наружной поверхности колеса и сопряжённых между собой, а также промежуточными наружными радиусными кривыми R5 и R6, направленными в сторону внутренней поверхности колеса и сопряжёнными с соответствующими краевыми и центральными наружными радиусными кривыми. Внутренняя поверхность диска 3 образована со стороны обода 1 и со стороны ступицы 2 краевыми внутренними радиусными кривыми R7 и R8, направленными в сторону наружной поверхности колеса, в центральной части диска 3 – двумя участками центральных внутренних радиусных кривых R9 и R10, направленных в сторону наружной поверхности колеса и сопряжённых между собой, а также промежуточными наружными радиусными кривыми R11 и R12, направленными в сторону внутренней поверхности колеса и сопряжёнными с соответствующими краевыми и центральными внутренними радиусными кривыми. Все радиусные кривые, образующие наружную и внутреннюю поверхности диска 3, имеют касательное сопряжение между собой.The outer surface of the disk 3 is formed on the side of the rim 1 and on the side of the hub 2 by the outer edge radius curves R1 and R2 directed towards the inner surface of the wheel, in the central part of the disk 3 by two sections of the central outer radius curves R3 and R4 directed towards the outer surface wheels and mating with each other, as well as intermediate outer radius curves R5 and R6, directed towards the inner surface of the wheel and mating with the corresponding boundary and central outer radius curves. The inner surface of the disk 3 is formed on the side of the rim 1 and on the side of the hub 2 by the edge inner radius curves R7 and R8 directed towards the outer surface of the wheel, in the central part of the disk 3 by two sections of the center inner radius curves R9 and R10 directed towards the outer surface wheels and paired with each other, as well as intermediate outer radius curves R11 and R12, directed towards the inner surface of the wheel and paired with the corresponding boundary and central inner ra diagonal curves. All radius curves forming the outer and inner surfaces of the disk 3 have tangent conjugation with each other.

Краевые наружные радиусные кривые R1 и R2 выполнены в интервале радиусов от 12 мм до 70 мм; краевые внутренние радиусные кривые R7 и R8 выполнены в интервале радиусов от 20 мм до 45 мм. Центральные наружные и внутренние радиусные кривые R3, R9, расположенные со стороны обода, выполнены в интервале радиусов от 30 мм до 125 мм, R4, R10, расположенные со стороны ступицы, выполнены в интервале радиусов от 30 мм до 170 мм. Промежуточные наружные и внутренние радиусные кривые R5, R11 выполнены в интервале радиусов от 30 мм до 230 мм и R6, R12 выполнены в интервале радиусов от 30 мм до 135 мм.Edge outer radius curves R1 and R2 are made in the range of radii from 12 mm to 70 mm; edge internal radius curves R7 and R8 are made in the range of radii from 20 mm to 45 mm. The central outer and inner radius curves R3, R9, located on the side of the rim, are made in the range of radii from 30 mm to 125 mm, R4, R10, located on the side of the hub, are made in the range of radii from 30 mm to 170 mm. The intermediate outer and inner radius curves R5, R11 are made in the range of radii from 30 mm to 230 mm and R6, R12 are made in the range of radii from 30 mm to 135 mm.

Наружная поверхность диска 3, образованная радиусными кривыми R1, R2, R3, R4, R5, R6, согласуется c внутренней поверхностью диска 3, образованной радиусными кривыми R7, R8, R9, R10, R11, R12, через круги диаметрами d1, d2, d3 d4, d5, вписанные в толщину диска 3, с которыми указанные наружная 3.1 и внутренняя 3.2 поверхности диска 3 касательно соединены. Круги могут быть выполнены равной величины диаметра d1, d2, d3 d4, d5, либо переменной величины диаметра в интервале от 15 до 30 мм.The outer surface of the disk 3, formed by the radius curves R1, R2, R3, R4, R5, R6, is consistent with the inner surface of the disk 3, formed by the radius curves R7, R8, R9, R10, R11, R12, through circles of diameters d1, d2, d3 d4, d5, inscribed in the thickness of the disk 3, with which the indicated outer 3.1 and inner 3.2 of the surface of the disk 3 are tangentially connected. The circles can be made equal to the diameter d1, d2, d3 d4, d5, or a variable diameter in the range from 15 to 30 mm.

Центральная линия 3.3 радиального сечения диска 3 со стороны обода 1 совпадает с линией 4, проходящей через середину обода 1, и по длине диска 3 проходит через три характерные точки, из которых точка А расположена в месте сопряжения диска 3 с ободом 1, точка C расположена в месте наибольшего выгиба диска 3, точка B расположена в месте сопряжения диска 3 со ступицей 2. Центральная линия 3.3 осевого сечения диска 3 в месте расположения точки А смещена в осевом направлении относительно центральной линии 3.3 осевого сечения диска 3 в месте расположения точки В в сторону наружной поверхности колеса на величину «а», составляющую от 26,0 до 42,0 мм. Центральная линия 3.3 осевого сечения диска 3 в точке В смещена в осевом направлении относительно линии 5, проходящей через середину ступицы 2, на величину «b», составляющую от 10,0 до 24,5 мм.The center line 3.3 of the radial section of the disk 3 from the side of the rim 1 coincides with the line 4 passing through the middle of the rim 1, and along the length of the disk 3 passes through three characteristic points, from which point A is located at the interface between the disk 3 and the rim 1, point C is located at the point of greatest bending of the disk 3, point B is located at the interface between the disk 3 and the hub 2. The center line 3.3 of the axial section of the disk 3 at the location of point A is displaced in the axial direction relative to the center line 3.3 of the axial section of the disk 3 at the point In the side surface of the outer wheel by an amount "a" of between 26.0 to 42.0 mm. The center line 3.3 of the axial section of the disk 3 at point B is displaced in the axial direction relative to the line 5 passing through the middle of the hub 2 by an amount “b” of 10.0 to 24.5 mm.

Угол наклона «α» диска 3 к оси О-О колеса составляет от 76,5º до 82,5º.The angle of inclination "α" of the disk 3 to the axis O-O of the wheel is from 76.5º to 82.5º.

С целью имитации эксплуатационных условий как тепловых, так и механических нагружений было проведено компьютерное моделирование и сравнительные расчёты для конструкций колеса 1 (колесо со смещённым криволинейным диском, имеющим U-образную форму поперечного профиля с выгибом наружу колеса), колеса 2 (колесо с несмещенным криволинейным диском, имеющим s-образную форму поперечного профиля) и предлагаемого колеса.In order to simulate the operating conditions of both thermal and mechanical loads, computer modeling and comparative calculations were performed for the designs of wheel 1 (a wheel with a displaced curved disk having a U-shaped transverse profile with a bend to the outside of the wheel), wheel 2 (a wheel with an unshifted curved a disk having an s-shaped transverse profile) and the proposed wheel.

Для сравнительной оценки термодеформированного состояния (Фиг. 2) на поверхностях катания 1.1 трёхмерных моделей колёс были заданы тепловые потоки конвективного теплообмена с окружающей средой и заданы граничные условия, соответствующие эксплуатационному режиму торможения: Ток = 40°С, коэффициент конвективной теплоотдачи составляет 1048 Вт/м2К, вектор плотности теплового потока составляет 241 кВт. Вследствие нагрева поверхностей колёс в процессе имитационного торможения происходят перемещения гребней 1.2 по компоненту вектора перемещений Uz в осевом направлении в сторону увеличения расстояния между боковой поверхностью рельса и гребня 1.2 колеса. For a comparative assessment of the thermally deformed state (Fig. 2) on the rolling surfaces of 1.1 three-dimensional wheel models, the heat fluxes of convective heat exchange with the environment were set and the boundary conditions corresponding to the operational mode of braking were set: Current = 40 ° C, convective heat transfer coefficient is 1048 W / m 2 K, the heat flux density vector is 241 kW. Due to heating of the surfaces of the wheels during imitation braking, the ridges 1.2 move along the component of the displacement vector Uz in the axial direction in the direction of increasing the distance between the side surface of the rail and the ridge 1.2 of the wheel.

Значения перемещений гребней известных колёс и предлагаемого колеса, возникающих от действия различных режимов нагружения, представлены в таблице 1.The values of the displacements of the ridges of the known wheels and the proposed wheel arising from the action of various loading modes are presented in table 1.

Таблица 1Table 1

Перемещение гребняCrest movement Тип колесаWheel type Опытное колесо 1Prototype Wheel 1 Опытное колесо 2Experimental wheel 2 Предлагаемое колесоProposed wheel Uz, ммUz, mm 8,18.1 13,413,4 4,34.3

Как видно, самое малое перемещение Uz, характеризующее смещение обода колеса относительно ступицы при торможении, показало колесо предлагаемой конструкции. Меньшая величина перемещения Uz свидетельствует о меньших значениях тепловых концентраций в диске колеса, в том числе, в области сопряжения диска и обода. As you can see, the smallest movement Uz, characterizing the displacement of the wheel rim relative to the hub during braking, showed the wheel of the proposed design. A smaller displacement Uz indicates lower values of thermal concentrations in the disk of the wheel, including in the area of mating of the disk and rim.

Для сравнительной оценки напряжённо-деформированного состояния к трёхмерным моделям колеса-прототипа и предлагаемого колеса было приложено механическое воздействие по трём режимам нагружения, имитирующее наиболее характерные условия эксплуатации:For a comparative assessment of the stress-strain state, three-dimensional models of loading were applied to three-dimensional models of the prototype wheel and the proposed wheel, simulating the most typical operating conditions:

1 - радиальная нагрузка Рх с приложением на поверхность катания колеса на расстоянии s = 46÷49 мм от внутренней поверхности обода на величину, Рх = 284 кН (Фиг. 3);1 - radial load Px with the application on the surface of the wheel at a distance s = 46 ÷ 49 mm from the inner surface of the rim by the value Px = 284 kN (Fig. 3);

2 - радиальная нагрузка Рх с приложением на поверхность катания колеса 1.1 на расстоянии s = 69÷71 мм от внутренней поверхности обода, Рх = 284 кН (Фиг. 4);2 - radial load Px with the application of the wheel 1.1 on the tread surface at a distance s = 69 ÷ 71 mm from the inner surface of the rim, Px = 284 kN (Fig. 4);

3 - комбинированная нагрузка с приложением радиальной нагрузки Рx на поверхность катания 1.1 со смещением в сторону гребня 1.2 и осевой нагрузки Рy с приложением на гребень 1.2, Рx = 1,25R = 156,25 кН, Рy = 0,7R = 87,5 кН, где R – половина вертикальной статической нагрузки, действующей со стороны тележки на рельс (Фиг. 5).3 - combined load with the application of a radial load Px on the rolling surface 1.1 with an offset towards the ridge 1.2 and an axial load Py with application on the ridge 1.2, Px = 1.25R = 156.25 kN, Py = 0.7R = 87.5 kN where R is half the vertical static load acting from the side of the trolley on the rail (Fig. 5).

Указанные наиболее характерные и неблагоприятные варианты приложения нагрузок необходимо учитывать при расчёте железнодорожного колеса на усталостную и статическую прочность. При этом для сохранения прочностных характеристик эквивалентные напряжения не превышают допускаемого значения, которое составляет 160 МПа. Расчётный режим радиальной нагрузки, действующей на поверхность катания обода, осуществляют для оценки циклической прочности колёс при движении по прямому участку пути. Расчётный режим комбинированной нагрузки, при которой на поверхность катания в окологребневой зоне действуют вертикальные силы, а на гребень – боковые силы, требуется для оценки движения по криволинейным участкам пути. The indicated most characteristic and unfavorable load application variants must be taken into account when calculating the railway wheel for fatigue and static strength. In order to maintain strength characteristics, equivalent stresses do not exceed the permissible value, which is 160 MPa. The calculated mode of the radial load acting on the surface of the rim, is carried out to assess the cyclic strength of the wheels when moving along a straight section of the path. The design mode of the combined load, in which vertical forces act on the rolling surface in the circum-ridge zone, and lateral forces act on the crest, is required to evaluate movement along curved sections of the path.

Значения эквивалентных деформаций известных колёс и предлагаемого колеса, возникающих от действия различных режимов нагружения, представлены в таблице 2.The values of equivalent deformations of the known wheels and the proposed wheel arising from the action of various loading modes are presented in table 2.

Таблица 2table 2

Эквивалентная деформация диска колесаEquivalent deformation of the wheel disc Тип колесаWheel type Опытное колесо 1Prototype Wheel 1 Опытное колесо 2Experimental wheel 2 Предлагаемое колесоProposed wheel Режим нагружения 1 (радиальная нагрузка приложена к гребню)Loading mode 1 (radial load applied to the ridge) Units, %Units,% 0, 073300, 07330 0,080890,08089 0,073500,07350 Режим нагружения 2 (вертикальная нагрузка приложена с смещением от гребня)Loading mode 2 (vertical load applied with offset from the ridge) Units, %Units,% 0, 073750, 07375 0, 072120, 07212 0,076950,07695  Режим нагружения 3 (комбинированная нагрузка)Load Mode 3 (Combined Load) Units, %Units,% 0,010160.01016 0,008530,00853 0,011620.01162

Как следует из сравнительного анализа данных Таблицы 2, совокупный показатель эквивалентных деформаций предлагаемого колеса является наибольшим, что свидетельствует о сравнительно меньшем значении жёсткости данной конструкции в осевом и радиальном направлениях. As follows from a comparative analysis of the data in Table 2, the total equivalent strain of the proposed wheel is the highest, which indicates a relatively lower value of the rigidity of this design in the axial and radial directions.

Таким образом, железнодорожное колесо предлагаемой конструкции позволяет снизить остаточные деформации от термических напряжений, которые возникают в результате трения поверхности тормозной колодки и поверхности катания колеса при торможении, а также снизить уровень жёсткости и улучшить демпфирующие способности при сохранении прочностных характеристик. Улучшенные эксплуатационные показатели позволяют повысить стойкость колеса к разрушениям, увеличить срок его эксплуатации, снизить динамическую нагруженность на верхнее строение пути и на неподрессоренные элементы грузового вагона.Thus, the railway wheel of the proposed design allows to reduce residual deformations from thermal stresses that arise as a result of friction of the surface of the brake pads and the surface of the wheel during braking, as well as reduce the level of stiffness and improve damping capabilities while maintaining strength characteristics. Improved performance indicators can increase the wheel's resistance to destruction, increase its life, reduce dynamic load on the upper track structure and on unsprung elements of a freight car.

Claims (3)

1. Железнодорожное колесо, содержащее обод, диск и ступицу, при этом диск в осевом сечении выполнен криволинейным с выгибом в центральной части, а центральная линия осевого сечения диска на участке его сопряжения со ступицей смещена в осевом направлении относительно центральной линии осевого сечения диска на участке его сопряжения с ободом в сторону внутренней поверхности колеса, при этом выгиб в центральной части диска направлен в сторону наружной поверхности колеса, отличающееся тем, что центральная линия осевого сечения диска в месте сопряжения диска с ободом смещена относительно места её сопряжения со ступицей на величину «а», составляющую от 26,0 до 42,0 мм, центральная линия осевого сечения диска в месте сопряжения диска со ступицей смещена относительно середины ступицы на величину «b», составляющую от 10,0 до 24,5 мм, при этом наружная поверхность диска образована со стороны обода и со стороны ступицы краевыми наружными радиусными кривыми R1 и R2, направленными в сторону внутренней поверхности колеса, в центральной части диска образована двумя участками центральных наружных радиусных кривых R3 и R4, направленных в сторону наружной поверхности колеса и сопряжённых между собой, а также образована промежуточными наружными радиусными кривыми R5 и R6, направленными в сторону внутренней поверхности колеса и сопряжёнными с соответствующими краевыми и центральными наружными радиусными кривыми, внутренняя поверхность диска образована со стороны обода и со стороны ступицы краевыми внутренними радиусными кривыми R7 и R8, направленными в сторону наружной поверхности колеса, в центральной части диска образована двумя участками центральных внутренних радиусных кривых R9 и R10, направленных в сторону наружной поверхности колеса и сопряжённых между собой, а также образована промежуточными наружными радиусными кривыми R11 и R12, направленными в сторону внутренней поверхности колеса и сопряжёнными с соответствующими краевыми и центральными внутренними радиусными кривыми. 1. A railway wheel containing a rim, a disk and a hub, while the axial section of the disk is curved with a bend in the central part, and the center line of the axial section of the disk at its interface with the hub is displaced axially relative to the center line of the axial section of the disk at its mating with the rim towards the inner surface of the wheel, while the bend in the Central part of the disk is directed towards the outer surface of the wheel, characterized in that the center line of the axial section of the disk in places the pairing of the disk with the rim is shifted relative to the place of its pairing with the hub by an amount "a", ranging from 26.0 to 42.0 mm, the center line of the axial section of the disk at the interface of the disc with the hub is shifted relative to the middle of the hub by the amount of "b", from 10.0 to 24.5 mm, while the outer surface of the disk is formed on the side of the rim and on the side of the hub by edge outer radius curves R1 and R2 directed towards the inner surface of the wheel, in the central part of the disk is formed by two sections of the central outer radial curves R3 and R4 directed towards the outer surface of the wheel and conjugated to each other, and is also formed by intermediate outer radius curves R5 and R6 directed towards the inner surface of the wheel and mated with the corresponding boundary and central outer radius curves, the inner surface of the disk is formed from the rim side and from the hub side, the inner radius curves R7 and R8 directed towards the outer surface of the wheel are formed by two chastkami central internal radius curves R9 and R10, directed toward the outer surface of the wheel and conjugate with each other, and is formed intermediate the outer radiused curves R11 and R12, are directed towards the inner surface of the wheel and mating with the respective internal edge and central radiused curves. 2. Железнодорожное колесо по п. 1, отличающееся тем, что краевые наружные радиусные кривые R1 и R2 выполнены в интервале радиусов от 12 мм до 70 мм; краевые внутренние радиусные кривые R7 и R8, выполнены в интервале радиусов от 20 мм до 45 мм, центральные наружные и внутренние радиусные кривые R3, R9, расположенные со стороны обода, выполнены в интервале радиусов от 30 мм до 125 мм, центральные наружные и внутренние радиусные кривые R4, R10, расположенные со стороны ступицы, выполнены в интервале радиусов от 30 мм до 170 мм, промежуточные наружные радиусные кривые R5, R11 выполнены в интервале радиусов от 30 мм до 230 мм и промежуточные внутренние радиусные кривые R6, R12 выполнены в интервале радиусов от 30 мм до 135 мм. 2. The railway wheel according to claim 1, characterized in that the outer edge radius curves R1 and R2 are made in the range of radii from 12 mm to 70 mm; boundary inner radius curves R7 and R8, made in the range of radii from 20 mm to 45 mm, the central outer and inner radius curves R3, R9, located on the side of the rim, made in the range of radii from 30 mm to 125 mm, the central outer and inner radius curves R4, R10 located on the hub side are made in the range of radii from 30 mm to 170 mm, intermediate outer radius curves R5, R11 are made in the range of radii from 30 mm to 230 mm and intermediate inner radius curves R6, R12 are made in the range of radii from 30 mm d 135 mm. 3. Железнодорожное колесо по п. 1, отличающееся тем, что угол наклона диска к оси колеса составляет от 76,5° до 82,5°.3. The railway wheel according to claim 1, characterized in that the angle of inclination of the disk to the axis of the wheel is from 76.5 ° to 82.5 °.
RU2019123906A 2019-07-29 2019-07-29 Railway wheel RU2715826C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019123906A RU2715826C1 (en) 2019-07-29 2019-07-29 Railway wheel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019123906A RU2715826C1 (en) 2019-07-29 2019-07-29 Railway wheel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2715826C1 true RU2715826C1 (en) 2020-03-03

Family

ID=69768420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019123906A RU2715826C1 (en) 2019-07-29 2019-07-29 Railway wheel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2715826C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022134548B4 (en) * 2022-12-22 2025-10-30 Bochumer Verein Verkehrstechnik Gmbh Solid wheel with high thermal performance for rail vehicles

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2116204C1 (en) * 1993-03-23 1998-07-27 Амстед Индастриз Инкорпорейтед Railway vehicle wheel
EP1225065A1 (en) * 2001-01-17 2002-07-24 Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles, S.A. - CAF- Railway wheel
RU2259279C1 (en) * 2004-01-15 2005-08-27 Открытое Акционерное Общество "Выксунский Металлургический Завод" Solid-rolled wheel and method of its manufacture
RU2376149C1 (en) * 2008-03-11 2009-12-20 Открытое акционерное общество "Нижнетагильский металлургический комбинат" (ОАО "НТМК") All-rolled wheel for railway transport
RU2407653C1 (en) * 2009-09-28 2010-12-27 Сергей Николаевич Киселев All-rolled railroad wheel

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2116204C1 (en) * 1993-03-23 1998-07-27 Амстед Индастриз Инкорпорейтед Railway vehicle wheel
EP1225065A1 (en) * 2001-01-17 2002-07-24 Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles, S.A. - CAF- Railway wheel
RU2259279C1 (en) * 2004-01-15 2005-08-27 Открытое Акционерное Общество "Выксунский Металлургический Завод" Solid-rolled wheel and method of its manufacture
RU2376149C1 (en) * 2008-03-11 2009-12-20 Открытое акционерное общество "Нижнетагильский металлургический комбинат" (ОАО "НТМК") All-rolled wheel for railway transport
RU2407653C1 (en) * 2009-09-28 2010-12-27 Сергей Николаевич Киселев All-rolled railroad wheel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022134548B4 (en) * 2022-12-22 2025-10-30 Bochumer Verein Verkehrstechnik Gmbh Solid wheel with high thermal performance for rail vehicles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2116204C1 (en) Railway vehicle wheel
RU2486063C1 (en) Railway wheel
JP4051581B2 (en) Railway wheels with little bending
KR20060034280A (en) Railway vehicle chassis and its parts
EP2046585B1 (en) Freight railway wheel with high braking capacity
CN106314469A (en) Method for improving overall performance of bogie of rail vehicle and suspension vibration absorption system
RU2722782C1 (en) Railway wheel
RU2715826C1 (en) Railway wheel
US5039152A (en) Railway wheel
RU2684248C1 (en) Systems of connector cushion of carriage roller bearing of railway car
RU2408469C2 (en) All-rolled railroad wheel
US20190078629A1 (en) Brake lining for railway vehicle and disk brake for railway vehicle including the same
RU2428319C1 (en) Railroad wheel
CN110392651A (en) Railcar Bogie Roller Bearing Adapter Pad Systems
RU2376149C1 (en) All-rolled wheel for railway transport
RU2628025C1 (en) Whole-rolled railway wheel
EA013652B1 (en) Rail road car truck and members thereof
RU2085403C1 (en) Seemless rolled wheel for railway vehicles
RU196157U1 (en) COMPOUNDS OF A BEARING BEARING WITH THE LATERAL FRAME OF THE CAR
RU2589814C1 (en) One-piece rolled wheel for disk brakes
RU2648545C2 (en) Working surface profile of railway wheel r65-vg1
RU2728028C1 (en) Railway wheel
WO2013103327A1 (en) Solid-rolled railway wheel
RU2386545C2 (en) Solid-rolled railroad wheel
RU2788741C1 (en) Solid rolled railway wheel

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Change in inventorship

Effective date: 20201112

PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210416

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20220111