Упругое колесо рельсового транспорта
ELASTIC WHEEL OF RAIL TRANSPORT

Изобретение относится к конструкции подвижного состава рельсового транспорта и направлено на решение проблемы взаимодействия колеса и рельса повышением упругости и снижением необресоренной массы колеса.
Известно упругое колесо, содержащее обод с кольцевым выступом на внутренней поверхности, ступицу с кольцевым выступом на наружной поверхности, нажимное кольцо, закрепленное на ступице, дискретно расположенные упругие элементы в виде резиновых дисков, размещенные между кольцевыми выступами обода и ступицы и нажимным кольцом. Описание изобретения к а. с. №448972 А1 В60В 9/10, авторы Епифанов В.П. и Жолобов В.А.
Недостатками этого колеса являются ненадежность из-за малой площади работающих на сдвиг резиновых элементов и недостаточный ресурс эксплуатации.
Известно упругое колесо, содержащее бандаж с диском, ступицу с фланцем, прижимной фланец, резиновые элементы между диском и фланцами по всем коническим поверхностям и крепежные элементы. Патент на полезную модель №63292, В60В 9/10, авторы Петровы.
Недостатками этого колеса являются ненадежность из-за малой площади работающих на сдвиг резиновых элементов, недостаточный ресурс эксплуатации.
Наиболее близким решением является упругое колесо, содержащее бандаж с диском, ступицу с фланцем и нажимной фланец. Патент №2654256 В60В 17/00, авторы Столповские.
Недостатками этого колеса являются избыточная необресоренная масса, многодетальность и сложная технология изготовления деталей колеса.
Технический результат изобретения: повышение надежности, уменьшение необресоренной массы и количества деталей.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в упругом колесе, содержащем бандаж с диском, ступицу с фланцем, нажимной фланец, упругие элементы между диском бандажа и фланцами ступицы и крепежные элементы, при этом обращенные к съемному фланцу и к фланцу ступицы грани диска бандажа снабжены неровностями в виде выступов и впадин между ними, обращенная к диску бандажа грань фланца ступицы снабжена аналогичными неровностями в виде выступов, каждый из которых помещен в смежной впадине диска бандажа, и впадин между ними, в каждой из которых помещен смежный выступ диска бандажа, с зазором между указанными неровностями, обращенная к диску бандажа грань нажимного фланца ступицы снабжена аналогичными неровностями в виде выступов, каждый из которых помещен в смежной впадине диска бандажа, и впадин между ними, в каждой из которых помещен смежный выступ диска бандажа, с зазором между указанными неровностями, 8 каждом из указанных зазоров помещен упругий элемент, в предлагаемом решении диск бандажа выполнен из двух симметричных относительно радиальной плоскости симметрии диска бандажа пластин, обращенная к смежной пластине грань каждой из которых снабжена аналогичными неровностям диска бандажа неровностями с расположением смежно вдоль оси диска с каждой из впадин неровностей диска бандажа обращенного к смежной пластине выступа и смежно с каждым из выступов, неровностей диска бандажа обращенной к смежной пластине впадины, а каждая из пластин прикреплена к расположенному между пластинами радиальному дискуй к бандажу, фланец ступицы и/или нажимной фланец с неровностями выполнен из пластины, обращенная в наружную от диска бандажа грань которой снабжена аналогичными неровностям фланца неровностями в виде выступов и впадин с расположением смежно вдоль оси фланца с каждой из впадин неровностей фланца обращенного от диска бандажа выступа и смежно с каждым из выступов неровностей фланца обращенной в наружную от диска бандажа впадины, при этом пластина с неровностями нажимного фланца прикреплена к наружному относительно диска бандажа диску, а пластина с неровностями фланца ступицы прикреплена к наружному относительно диска бандажа диску и к ступице, наружная относительно колесной пары часть ступицы и ответно отверстие нажимного фланца выполнены конусными с возможностью взаимодействия, крепежный элемент выполнен в виде навинченного на ступицу колеса с наружной стороны нажимного фланца крепежного диска из пластины с рядом радиально ориентированных по наружному периметру консольных лепестков, на обращенной к нажимному фланцу грани каждого из которых выполнены неровности в виде ряда чередующихся в окружном направлении выступов и впадин, а смежно на наружной грани нажимного фланца выполнены неровности в виде ряда ответных впадин и выступов с возможностью взаимодействия неровностей диска с неровностями фланца и с возможностью взаимодействия крепежного диска с наружной гранью нажимного фланца.
Техническая сущность изобретения изложена в описании, п. 1- 4 формулы и на чертежах - фиг.1-10: на фиг.1 изображено колесо с составным диском бандажа и цельнокатаными фланцами; на фиг.2 - бандаж с составным диском с неровностями из штампованных пластин, соединенных между собой; на фиг.3 - бандаж с составным диском с неровностями из штампованных пластин, присоединенных к радиальному диску; на фиг.4 - бандаж с диском с концентрическими и радиальными выступами и впадинами; на фиг.5 - фиксаторный диск; на фиг.6 - колесо с составными диском бандажа и фланцами; на фиг.7 - ступица с составным фланцем из штампованной пластины; на фиг.8 - составной нажимной фланец с неровностями из штампованной пластины; на фиг.9 - упругое колесо без винтов с пластинчатым штампованным крепежным диском и пластинчатыми составными штампованными диском бандажа, фланцем ступицы и нажимным фланцем; на фиг.10 - крепежный диск колеса на фиг.9.
Упругое колесо содержит ступицу 1 с фланцем 2, съемный нажимной фланец 3, бандаж 4 с диском 5, упругие элементы 6 между диском 5 бандажа 4 и фланцами 2 и 3 и крепежные элементы в виде винтов 7. Обращенные к съемному фланцу 3 и к фланцу 2 ступицы 1 грани диска 5 бандажа снабжены неровностями в виде концентрических выступов 8 и впадин 9 между ними. Для фиксации в окружном направлении относительно фланцев 2 и 3 диск 5 бандажа 4 снабжен рядом в окружном направлении радиальных выступов 10, выполненных во впадинах 9 и объединенных с выступами 8 и чередующихся с ними радиальных впадин 11, выполненных в выступах 8 и объединенных с впадинами 9. Выступы 10 выполняют также несущую функцию как спицы.
Обращенная к диску 5 бандажа 4 грань фланца 2 ступицы 1 снабжена аналогичными неровностями в виде концентрических выступов 12, каждый из которых помещен в смежной концентрической впадине 9 диска 5 бандажа 4, и концентрических впадин 13 между ними, в каждой из которых помещен смежный выступ 8 диска 5 бандажа, а ответно радиальным выступам 10 и впадинам 13 радиальными впадинами и выступами с зазором 14 между указанными неровностями. Обращенная к диску 5 бандажа грань нажимного фланца 3 снабжена аналогичными неровностями в виде концентрических выступов 15, каждый из которых помещен в смежной впадине 9 диска 5 бандажа, впадин, 16 между ними, в каждой из которых помещен смежный выступ 8 диска 5 бандажа и ответно радиальным выступам 10 и впадинам 11 радиальными впадинами и выступами с зазором 17 между указанными неровностями. В каждом из указанных зазоров 14 и 17 помещен упругий элемент 6, например из резины или армированной резины. Элемент 6 выполнен с запасом толщины в демонтированном положении по сравнению с толщиной в рабочем положении для обеспечения сжатого состояния.
В диске 5 бандажа 4 и фланцах 2 и 3 все концентрические и радиальные выступы выполнены в поперечном сечении трапецеидальными или углового профиля с закругленными вершинами, а все впадины выполнены преимущественно трапецеидальными с закругленными вершинами большей ширины выступов для образования зазоров 14 и 17.
Наружный относительно колесной пары участок 18 ступицы 1 и ответно отверстие 19 нажимного фланца 3 выполнены конусными с уменьшением диаметра в наружную от колесной пары сторону с возможностью взаимодействия.
Прижимной фланец 3 и диск 5 бандажа 4 скреплены с фланцем 2 крепежными элементами в виде расположенных по окружности смежно с бандажом 4 винтов 7, пропущенных через соосные отверстия 20 и 21 фланца 3 и диска 5 бандажа. Каждый из винтов 7 на одном концевом участке выполнен с цилиндрической резьбой и завинчен в наружный в радиальном направлении концентрический выступ фланца 2 ступицы 1.
Диаметр соосного отверстия в диске 5 выполнен большим диаметра стержня винта 7 для возможности перемещения диска 5 с бандажом 4 относительно фланцев 2 и 3. На другом концевом участке 22 винт 7 выполнен конусным с увеличением поперечного сечения в наружную сторону и расположен в ответном соосном конусном отверстии 20 в съемном нажимном фланце 3 с возможностью взаимодействия конусного участка 22 винта 7 с конусным отверстием 20. Дополнительно по окружности в средней части колеса могут быть выполнены конусные винты 23. Для уменьшения необресоренной массы и улучшения технологии изготовления диск 5 бандажа 4 выполнен составным из двух симметричных относительно радиальной плоскости симметрии диска 5 бандажа штампованных пластин 24. На обращенной к сторону гранях фланцев 2 и 3 смежно вдоль оси колеса с каждой из концентрических впадин 23 или 26 и с каждой из радиальных смежной пластине 24 грани каждой из пластин 24 смежно вдоль оси диска 5 с каждой из впадин 9 или 11 диска 5 бандажа штамповкой образованы обращенные к смежной 24 концентрический 29 или радиальный выступ, а смежно с каждым из выступов 8 или 10 неровностей диска 5 бандажа образованы концентрические 30 между выступами 29 и радиальные впадины.
Для улучшения технологии изготовления фланец 2 ступицы 1 и нажимной 4 фланец 3 выполнены составными из штампованной пластины 25, 26 и радиального диска 27, 28. На обращенных в наружную от диска 5 бандажа впадин фланцев 2 и 3 штамповкой образован концентрический 31 фланца 2 или 32 фланца 3 выступ, а смежно с каждой из радиальных впадин образован радиальный выступ.
Штампованные пластины 24 диска 5 бандажа соединены между собой взаимодействующими концентрическими 29 и радиальными выступами или присоединены к радиальному диску 33, а пластины 25 и 26 присоединены аналогично к диску 27 или 28 сваркой, преимущественно контактной.
1
Для дополнительной фиксации от произвольного отвинчивания винтов 7 колесо снабжено фиксаторным диском 34 из пластины, навинченным на ступицу 35 фланца 3 или на концевой участок 18 ступицы 1 колеса с наружной стороны. Диск 34 снабжен рядом упругих радиальных консольных вырезов 36, образующих спицы 37 и обод 38 диска 34 с возможностью взаимодействияобода 38 со смежной наружной гранью нажимного фланца 3 и с наружной торцовой гранью конусного участка каждого из винтов 7. Свободный конец каждого консольного выреза 36 расположен смежно с ободом 38, отогнут из плоскости к нажимному фланцу 3 и на обращенной к фланцу грани снабжен неровностями в виде радиально ориентированных выступов и впадин между ними пропорционального расстоянию от оси колеса синусоидального поперечного сечения или углового профиля с закругленными вершинами. На смежной грани нажимного фланца 3 по окружности выполнены ответные неровности 39 с возможностью взаимодействия с неровностями каждого из консольных вырезов крепежного диска для фиксации от произвольного отвинчивания диска 34. Для визуального контроля заданного положения на диске 34 и смежно в радиальном направлении на фланце 3 или бандаже 4 нанесены 2-3 метки 40.
Для уменьшения количества деталей колеса альтернативно крепежным винтам 7 крепежный элемент выполнен в виде крепежного диска 41 из пластины. Диск 41 по наружному периметру снабжен рядом радиально ориентированных консольных упругих лепестков 42, свободный концевой участок каждого из которых расположен смежно с наружным периметром. На обращенной к нажимному фланцу 3 грани каждого лепестка 42 выполнены неровности в виде ряда радиально ориентированных чередующихся в окружном направлении выступов 43 и впадин углового профиля с закругленными вершинами или синусоидального поперечного сечения. Смежно на наружной грани нажимного фланца 3 выполнены неровности в виде ряда ответных впадин и выступов с возможностью взаимодействия неровностей диска 41 с неровностями фланца 3 и с возможностью взаимодействия крепежного диска 41 с наружной гранью нажимного фланца 3. По внутреннему периметру диска 41 выполнена цилиндрическая ступица 44 с внутренней резьбой, которой диск навинчен на цилиндрический участок снаружи конического концевого участка 18 ступицы 1. Между лепестками 41 и ступицей 44 на наружной грани диска 41 выполнен окружной ряд радиально ориентированных ребер жесткости 45. На наружной грани ступицы 44 смежно с ребрами 45 выполнены параллельные оси диска 41 ребра жесткости 46, Выступы 43 и впадины неровностей лепестков 42 и смежных неровностей радиального диска 28 при выполнении нажимного фланца 3 составным, ребра жесткости 45 и ребра 46 ступицы 44 выполнены штамповкой.
При изготовлении диска 5 бандажа 4 штампованные с неровностями в виде выступов и впадин пластины 24 соединяют между собой или к радиальному диску 33, а затем к бандажу 4.
При формировании колесной пары на требуемую колею монтируют в горячем состоянии ступицы 1 с фланцами 2 на ось колесной пары. С наружной стороны фланца 2 монтируют составной съемный бандаж 4 с диском 5 и упругими элементами 6. С наружной стороны диска 5 цельнокатаный или составной прижимной фланец 3 через соосные отверстия 20 и 21 крепежными винтами 7 с предварительным натяжением прикрепляют к фланцу 2. Нажимают на фланец 3, заклинивая конусным отверстием 19 на конусном участке 18 ступицы 1 и приводя в сжатое состояние упругие элементы 6. Довинчивают винты 7 до упора. Прекращают нажатие на фланец 3. Сжатые элементы 6 через фланец 3 натягивают винты 7, обеспечивая заклинивание винта 7 в конусных отверстиях 23 и надежную фиксацию от произвольного отвинчивания. На ступицу 35 навинчивают фиксаторный диск 34. Взаимодействие неровностей консольных вырезов 36 с неровностями 39 фланца 3 обеспечивает фиксацию диска 34 от произвольного отвинчивания, а обод 38 обеспечивает дополнительную фиксацию винтов 7 от произвольного отвинчивания.
Для замены изношенного бандажа отвинчивают диск 34, нажимают на фланец 3, отвинчивают винты 7 и демонтируют бандаж 4 с диском 5 и упругими элементами 6.
При альтернативном крепежном элементе без крепежных винтов 7 после монтажа нажимного фланца 3 диск 41 навинчивают на ступицу 1 до заклинивания фланца 3 на конусном участке 18 ступицы 1 и конструктивно заданного требуемого сжатия упругих элементов 6, преодолевая сопротивление взаимодействия неровностей упругих лепестков 42 и фланца 3. Указанное сопротивление обеспечивает надежную фиксацию диска 41 от произвольного отвинчивания. Демонтаж выполняют в обратном порядке.
Стационарный фланец 2 ступицы 1 и заклиненный на ступице 1 цельнокатаный или составной нажимной фланец 3 совместно надежно выполняют несущую функцию колеса. Бандаж 4 с диском 5 малой необресоренной массы через упругие элементы 6 обеспечивают необходимую упругость колеса и, тем самым, снижение вибрационного воздействия на подвижной состав и путь, увеличение их эксплуатационного ресурса, а для высокоскоростного пассажирского движения возможность увеличения скорости.
Выполнение диска бандажа из двух симметричных относительно радиальной плоскости симметрии диска бандажа пластин, обращенная к смежной пластине грань каждой из которых выполнена с аналогичными неровностям диска бандажа неровностями с расположением смежно вдоль оси диска с каждой из впадин неровностей диска бандажа обращенного к смежной пластине выступа и смежно с каждым из выступов неровностей диска бандажа обращенной к смежной пластине впадины, прикрепление каждой из пластин к расположенному между пластинами радиальному диску и к бандажу, выполнение фланца ступицы и/или нажимного фланца с неровностями в виде обращенных к диску бандажа выступов и впадин между ними из пластины, выполнение обращенной от диска бандажа грани с аналогичными неровностям фланца неровностями в виде выступов и впадин с расположением смежно вдоль оси фланца с каждой из впадин неровностей фланца обращенного от диска бандажа выступа и смежно с каждым из выступов неровностей фланца обращенной от диска бандажа впадины, прикрепление пластины с неровностями нажимного фланца к наружному относительно диска бандажа диску, прикрепление пластины с неровностями фланца ступицы к наружному относительно диска бандажа диску и к ступице, выполнение наружной относительно колесной пары части ступицы и ответно отверстия нажимного фланца конусными с возможностью взаимодействия, выполнение крепежного элемента в виде навинченного на ступицу колеса с наружной стороны нажимного фланца крепежного диска из пластины с рядом радиально ориентированных по наружному периметру консольных лепестков, выполнение на обращенной к нажимному фланцу грани каждого из которых неровностей в виде ряда чередующихся в окружном направлении выступов и впадин, выполнение смежно на наружной грани нажимного фланца неровностей в виде ряда ответных впадин и выступов с возможностью взаимодействия неровностей диска с неровностями фланца и с возможностью взаимодействия крепежного диска с наружной гранью нажимного фланца обеспечивают увеличение надежности, уменьшение необресоренной массы и количества деталей.