СОЕДИНЕНИЕ С НАТЯГОМ БАНДАЖА С КОЛЕСНЫМ ЦЕНТРОМ
INTERFERENCE JOINT BETWEEN LOCOMOTIVE TIRE AND WHEEL CENTRE

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности, к колесам составного типа, и может быть использовано для соединения по цилиндрическим поверхностям с натягом.
Известно Соединение бандажа с колесным центром, осуществляемое тепловым способом с натягом, реализуемым при сборке [1]. После насадки бандажа на колесный центр в выточку бандажа заводят стопорное кольцо и обжимают бурт бандажа, тем самым фиксируют осевое положение бандажа относительно колесного центра. Натяг создает на поверхностях сопряжения контактные давления и силы трения, позволяющие передавать рабочие нагрузки. В эксплуатации колес составного типа происходят провороты бандажей на колесных центрах. Это наблюдается, например, при действии механических нагрузок, которые в три - пять раз превышают нагрузки при трогании колеса с места [2].
Частоту проворотов охватывающей детали относительно охватываемой в соединении с натягом можно снизить выполнением канавок или углублений на одной из сопряженных поверхностей соединения. Заполнение канавок материалом сопрягаемой детали после сборки с натягом способствует повышению несущей способности соединения [3]. Однако это не обеспечивает достаточную прочность соединения в экстремальных условиях эксплуатации, например, при прохождении рельсового стыка, особенно в зимний период эксплуатации, когда жесткость пути увеличивается в два - три раза.
Установлено также, что величина действительного натяга в соединении снижается в процессе эксплуатации колеса из-за изнашивания поверхности катания бандажа и составляет всего 35-40% от расчетного натяга при уменьшении толщины бандажа на 40% [4].
Кроме этого, при фрикционном торможении из-за повышенной температуры в системе «колесо - тормозная колодка» величина действительного натяга в соединении уменьшается до величины, когда может произойти проворот бандажа [5].
Эти эксплуатационные факторы, и особенно их сочетание, приводят к потере прочности соединения, снижению срока службы колеса локомотива.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение прочности и срока службы соединения бандажа с колесным центром.
Предлагаемое соединение с натягом бандажа с колесным центром колеса составного типа, включающее бурт бандажа и стопорное кольцо, фиксирующее осевое положение бандажа относительно колесного центра, выполнено с пазами прямоугольной формы на охватываемой поверхности колесного центра. Оси пазов параллельны оси бандажа. В пазах размещены вставки прямоугольной формы с наружным диаметром, равным диаметру охватываемой поверхности бандажа. Вставки содержат упругие элементы, которые контактируют с основанием паза, при этом длина каждой вставки и ее ширина равны соответственно 0,8 и 0,2 ширины колесного центра, суммарная площадь наружных поверхностей вставок составляет 30-35% от номинальной площади сопряжения соединения, при этом вставки чередуются последовательно.
На боковых поверхностях вставок выполнены фаски, на охватываемой поверхности колесного центра вдоль стороны каждого паза - канавка с буртом. После завальцовки бурт взаимодействует с поверхностью фаски соответствующей вставки. Это фиксирует радиальное положение вставки до установки бандажа - поверхность наружного диаметра каждой вставки отстоит от охватываемой поверхности колесного центра на величину, равную половине расчетной величины натяга в соединении.
На короткой стороне каждой вставки выполнены пологие фаски. При установке охватывающей поверхности бандажа на охватываемую поверхность колесного центра пологие фаски обеспечивают плавное радиальное перемещение вставок.
Решение технической задачи поясняется рисунками: фиг.1 - соединение бандажа с колесным центром (продольный разрез); фиг.2 - сечение А-А соединения.
Соединение с натягом состоит из охватывающей детали - бандажа 1, охватываемой детали - колесного центра 2, стопорного кольца 3 (см. фиг.1). На охватываемой поверхности колесного центра выполнены пазы прямоугольной формы, в которых размещены вставки 4 с упругими элементами 5, контактирующими с основанием паза.
На боковых поверхностях вставок выполнены фаски 6. На охватываемой поверхности колесного центра вдоль боковой стороны каждого паза выполнены канавки, образующие бурт 7. На короткой стороне каждой вставки выполнены пологие фаски 8 (см. фиг.2).
Вставки 4 прямоугольной формы выполняют длиной, равной 0,8b, шириной 0,2b, где b - ширина обода колесного центра. Количество и шаг расположения вставок определяется из расчета суммарной геометрической площади наружных поверхностей вставок, которая должна составлять 30-35% номинальной площади сопряжения соединения [6].
До сборки соединения вставку 4 устанавливают в паз колесного цетра. Затем перемещают наружную поверхность вставки в радиальном направлении, при этом упругие элементы 5 вставок взаимодействуют с основанием паза. Положение вставки, когда ее наружная поверхность отстоит от охватываемой поверхности колесного центра на величину, равную половине расчетной величины натяга, фиксируют завальцовкой буртов 7 в фаску 6 вставки.
После установки всех вставок в пазы колесного центра производя 1 сборку соединения. Для сборки соединения охватывающую деталь - бандаж 1 нагревают до температуры, обеспечивающей сборочный зазор.
При установке бандажа на сопрягаемую деталь - колесный центр 2 его охватывающая поверхность входит в соприкосновение с пологими фасками 8, затем с наружными цилиндрическими поверхностями вставок 4, обеспечивая радиальное перемещение вставок для создания необходимой силы сжатия поверхностей сопряжения за счет изгиба упругих элементов 5 каждой вставки. После упора бурта бандажа в торцовую поверхность колесного центра в выточку бандажа заводят стопорное (укрепительное) кольцо 3 и обжимают бурт бандажа, что обеспечивает беззазорную осевую фиксацию бандажа на колесном центре.
Образование натяга при охлаждении деталей 1 и 2 сопровождается упругой деформацией контактирующих поверхностей бандажа и колесного центра. Одновременно силами сжатия упругих элементов 5 вставок 4 создаются зоны сопряжения, обеспечивающие дополнительное сопротивление провороту бандажа на колесном центре. Эти силы создают давление, превышающее посадочное давление от действительного натяга и тем самым обеспечивают повышение прочности соединения. Так как силы сжатия от упругих элементов 5 вставок 4 мало зависят от толщины бандажа и эксплуатационных факторов, то это способствует передаче соединением значительно большего крутящего момента.
Результаты испытаний предложенного технического решения подтвердили существенное повышение нагрузочной способности и надежности соединения бандажа с колесным центром в экстремальных условиях эксплуатации.
1. Тепловозы: Основы теории и конструкции: Учеб. для техникумов / В.Д. Кузьмин, И.П. Бородулин, Э.А. Пахомов и др.; Под общ. ред. В.Д. Кузьмина. М.: Транспорт, 1991. С.286-292.
2. О надежности соединения бандажа с колесным центром / В.Г.Иноземцев, В.В.Иванов и др. // Вестник ВНИИЖТа. 1986. №8. С.29-33.
3. Пат.2168660 Российская Федерация, F16B 4/00, В23Р 11/02, В60В 37/04. Соединение колес с осью колесной пары подвижного состава / А.В. Бородин, Ю.П. Абрам с. №99105515/28; Заявлено 18.03.1999; Опубл. 10.06.2001. Бюл.№16.3 с.
4. Бган Е.В. Анализ состояния вопроса повышения прочности посадки бандажа на ободе колесного центра / Е.В. Бган, К.А. Стаценко // Транспорт XXI века: исследования, инновации, инфраструктура: Материалы науч.-техн. конф., поев. 55-летию УрГУПС / Уральский государственный университет путей сообщения. Екатеринбург, 2011. С.178-183.
5. Нестеренко В.И. К вопросу образования наваров на поверхности катания колеса / В.И. Нестеренко, В.А. Левандовский, А.Г. Ажипио и др. // Вicник СМУ iм. В. Даля. Частина 2. 2010. №5(147). 160 с.
6. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность): Учебник / Д.Н. Гаркунов. М.: Машиностроение, 2001. С.92-94.