УРАВНИТЕЛЬ СКОРОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ УПОРНОГО ДИСКА И КОЛЕСА
BEARING DISC AND WHEEL ROTARY SPEED EQUALISER

Изобретение относится к рельсовому транспорту, начиная от железнодорожных дорог до мостовых подъемных кранов и монорельсовых дорог.
Известны конструкции колес колесных пар рельсовых транспортных средств, содержащие упругие элементы, гасящие вибрацию, которая возникает при движении колесных пар в рельсовой колее, например "Колесо рельсового транспортного средства" патент РФ №2207250, МКИ 7 B60B 9/12. За прототип на основании наибольшего совпадения принято "Колесо рельсового транспортного средства" патент РФ №2375202, МКИ 7 B60B 9/12, эта конструкция колеса состоит из следующих деталей: оси колесной пары, упорного диска, гребня упорного диска, ступицы колеса, гибкого бандажа, упругого элемента гибкого бандажа, подшипников оси колесной пары и ступицы колеса.
Недостатками этого технического решения являются то, что упорный диск при отсутствии касания его гребня с рельсом в процессе поступательного движения колесной пары может полностью прекратить свое вращение вместе с осью колесной пары. Этот режим возникает, если сопротивление в буксовых подшипниках больше, чем в подшипниках ступиц колес колесной пары. Ось колесной пары с двумя упорными дисками обладает значительными массогабаритными параметрами и, соответственно, моментом инерции. В процессе движения колесной пары при отсутствии вращения упорного диска в момент касания гребня упорного диска с рельсом происходит ударное их взаимодействие по координате вращательного движения. При таком взаимодействии формируется момент сил, который стремится развернуть движение колесной пары в сторону упорного рельса. В результате поступательное движение колесной пары сопровождается значительными динамическими толчкам, повышенным износом элементов конструкций колесной пары и верхнего строения пути, а также при определенных условиях может привести к сходу колесной пары из рельсовой колеи.
Цель предлагаемого изобретения состоит в снижении износа элементов колесной пары и верхнего строения пути в процессе контактирования гребня упорного диска с рельсовой нитью, а также в повышении устойчивости прямолинейного движения колесной пары, безопасности и комфортности ее движения.
Указанная цель достигается за счет использования уравнительного кольца, которое связано со ступицей колеса посредством направляющих штифтов, которые параллельны оси колесной пары и жестко связаны со ступицей колеса. Штифты передают уравнительному кольцу скорость вращения колесного центра, обеспечивая ему свободные осевые перемещения. Уравнительное кольцо прижимается к упорному диску пружинами с регулируемым нажатием. Необходимый момент вращения от уравнительного кольца на упорный диск предается посредством силы трения сцепления между ними.
На чертеже представлена кинематическая схема предлагаемого устройства. Колесо рельсового транспортного средства имеет несколько сочлененных между собой деталей. Гибкий бандаж 11 выполнен тонкостенным из упругого материала, преимущественно стали. Поверхность катания гибкого бандажа выбрана цилиндрической. Такая поверхность создает меньшие осевые усилия, чем типовые конические. Гибкий бандаж закреплен на ступице колеса 4 посредством прослойки 5 из упругого эластичного материала, например резины. Постоянство положения гибкого бандажа 11 относительно ступицы колеса 4 поддерживается профилированными посадочными поверхностями между ними. Ступица колеса 4 установлена на оси 1 колесной пары посредством подшипника 7. Допустима установка стопорных шайб 15 с обеих сторон ступицы колеса 4. На ступице колеса 4 посредством штифтов 10 крепится уравнительное кольцо 14. Регулировочные винты 6 задают силу нажатия пружин 12 на уравнительное кольцо 14 и, тем самым, задают силу нажатия уравнительного кольца на упорный диск 2 и соответственно, силу сцепления. Упорный диск 2 жестко установлен на оси колесной пары 1. Жесткая установка обеспечена посадкой с "натягом" и кольцевым упором 3. Ось колесной пары 1 вращается в буксовых подшипниках 8, которые установлены в корпусе буксы 9. Букса 9 связана с тележкой 15 посредством шарнирных поводков 13.
Колесо работает следующим образом. Гибкий бандаж 11 упруго катится по рельсу, преодолевая стыки и неровности рельсовой колеи. Снижение ударных воздействий благотворно сказывается на долговечности пути и экипажа, кроме того, уменьшается уровень шума при движении. Упругие деформации гибкого бандажа компенсируются эластичной прослойкой 5. Жесткая установка упорного диска 2 на оси 1 колесной пары совместно со вторым упорным диском, выполненным симметрично, ограничивают смещение экипажа относительно рельсов железнодорожного пути, с которыми они контактируют гребнями 16. Гибкий бандаж 11 со ступицей колеса 4 имеют возможность независимого вращения от упорного диска 2 благодаря подшипнику 7, что уменьшает сопротивление качению колесной пары особенно в кривых участках пути.
Посредством регулировочных винтов 6 подбирается нажатие пружин 12 на уравнительное кольцо 14, таким образом, чтобы при отсутствии касания между гребнем 16 и головкой рельса упорный,  диск 2 вращался со скоростью ступицы колеса 4. При наезде гребня 16 на боковую поверхность головки рельса упорный диск, имея больший диаметр, чем поверхность катания гибкого бандажа снижает скорость вращения до соответствующего значения. В этом случае изменение скорости вращения упорного диска 2 происходит плавно, поскольку скорости вращения упорного диска 2, ступицы колеса 4 и гибкого бандажа 11 одинаковы, а приведенные линейные скорости в точках их контактов (за счет разности их радиусов) с поверхностями рельса отличаются незначительно и находятся в пределах 2÷4%. Кроме этого, интенсивность нарастания силы нажатия гребня 16 на боковую поверхность рельса происходит постепенно в соответствии с касательной траекторией их сближения. В результате за счет плавного увеличения силы сцепления гребня и рельса переходный процесс изменения угловой скорости вращения упорного диска проходит с минимальной интенсивностью сил их взаимодействия. После завершения переходного процесса гребень упорного диска контактирует с боковой поверхностью рельса в режиме трения качения, а уравнительное кольцо с минимальной скоростью непрерывно проскальзывает по внутренней поверхности упорного диска 2. Таким образом, устройство уравнительного кольца 14 позволяет значительно снизить уровень силового взаимодействия в момент касания гребня и головки рельса. В установившемся режиме контакта гребня и рельса уровень силы трения скольжения уравнительного кольца 14 и упорного диска 2 на порядок меньше, в сравнении с тем, если бы упорный диск имел бы нулевую скорость вращения в момент касания гребня 16 головки рельса или если бы гребень был жестко связан с гибким бандажом 11.
Комфортность внутри экипажа и повышение безопасности движения достигается за счет постоянного выравнивания угловых скоростей вращения колеса и упорного диска при отсутствии контакта гребня упорного диска с головкой рельса. В противном случае движение колесной пары сопровождалось бы динамическими и акустическими возмущениями ударного характера.