ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ КОЛЕСО

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, в частности к колесам транспортного средства.
Известна колесная пара железнодорожного подвижного состава, состоящая из оси и двух ходовых колес, каждое из которых посредством по крайней мере одного подшипника установлено на шейке оси для обеспечения независимого друг от друга свободного вращения двух крышек, закрывающих с внешней стороны подшипники и закрепленных болтами к колесам, отличающаяся тем, что колесная пара на каждое колесо содержит подшипники по количеству не менее двух, фланец, закрывающий подшипники с внутренней стороны, закрепленный болтами к колесу, упорное переднее кольцо, выполненное с проточкой по внутреннему диаметру под галтель шейки оси, насаженное на галтель шейки оси с упором в торцевую поверхность внутреннего кольца переднего подшипника, с наружным диаметром для установки с зазором с фланцем, упорное заднее кольцо, насаженное на шейку оси с упором в торцевую поверхность внутреннего кольца заднего подшипника, распорную втулку, насаженную на шейку оси с наружным диаметром для установки с зазором с крышкой, с торцевым контактом с упорным задним кольцом с одной стороны, с другой стороны с промежуточной втулкой, насаженной на ось шейки оси, с ограничением осевого перемещения двумя полукольцами, установленными в пазу шейки оси и поджатыми проточкой торцевой шайбы, закрепленной к торцу оси болтами с шайбами, причем наружный диаметр промежуточной втулки выполнен на большей части длины с трех сторон с плоскими поверхностями, таким образом, что поперечное сечение большей верхней части представляет собой равнобедренную трапецию (патент РФ №61639 U1, МПК В60В 37/10, опубликовано 10.03.2007, БИ №7, авторы: Петров Г.И. и др., «Колесная пара железнодорожного подвижного состава»).
Недостатком данного технического решения является износ взаимодействующих поверхностей в зоне контакта гребня колесной пары с рельсом вследствие того, что гребень колеса не может независимо вращаться относительно бандажа.
Известно железнодорожное колесо, содержащее колесный центр с охватывающим его бандажом и гребень, связанный с бандажом посредством тел качения, установленных в кольцевых канавках, отличающееся тем, что гребень выполнен в виде кольца, а тела качения установлены в кольцевых канавках, выполненных на наружной и внутренней цилиндрических поверхностях соответственно бандажа и гребня, при этом в бандаже выполнена, по меньшей мере, одна пара отверстий, предназначенная для монтажа и демонтажа тел качения в кольцевые канавки, причем одно из этих отверстий выходит в канал, образованный кольцевыми канавками, а другое - на торец бандажа и в нем установлен введенный в колесо вкладыш и запорное кольцо (патент РФ №2208523 С1, МПК B60D 17/00, опубликовано 20.07.2003, БИ №20, авторы:
Винник Л.В. и др., «Железнодорожное колесо»).
Недостатком данного технического решения является то, что колеса не могут вращаться друг относительно друга, что приводит к проскальзыванию внутреннего колеса при вписывании в кривую.
Данное железнодорожное колесо принято в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение долговечности, за счет уменьшения износа взаимодействующих поверхностей системы «колесо-рельс».
Технический результат достигается тем, что в железнодорожное колесо, содержащее фиксатор, колесный центр, бандаж и связанный с ним посредством тел качения гребень, выполненный в виде кольца, дополнительно введены тела качения, а на бандаж дополнительно установлено кольцо, которое повторяет профиль катания колеса и взаимодействует через тела качения с гребнем, бандажом и фиксатором, который установлен на бандаже.
Благодаря телам качения гребень, выполненным в форме кольца, и кольцо, которое повторяет профиль колеса, независимо вращаются на бандаже и не проскальзывают по рельсу.
На фиг.1 представлено поперечное сечение железнодорожного колеса во взаимодействии с головкой рельса. На фиг.2 представлено 3D изображение разработанной конструкции с вырезом одной четверти.
Железнодорожное колесо содержит колесный центр (не представлен), бандаж 1, тела качения 2, 3, гребень 4, кольцо 5, тела качения 6, 7, фиксатор 8, головку рельса 9.
Во время движения колесной пары в кривом участке пути бандаж 1 опираясь на кольцо 5 через тела качения 6 свободно вписывается в кривую без проскальзываний, вызванных разностью длин наружного и внутреннего рельса, благодаря тому, что кольцо 5 может независимо вращаться, отделяя бандаж 1, жестко закрепленный на колесном центре (не представлен) от контакта с поверхностью головки рельса 9.
Движение в кривой характеризуется прижатием колесной пары к рельсу с образованием двухточечного контакта в точке контакта гребня 4 с боковой гранью головки рельса 9 и в точке контакта кольца 5 с поверхностью катания головки рельса 9. При таком взаимодействии угловая скорость в точке контакта гребня 4 больше угловой скорости в точке контакта кольца 5, а благодаря тому, что гребень 4 вращается на телах качения 2 на бандаже 1 и взаимодействует с кольцом посредством тел качения 3, гребень катится по рельсу, а не скользит.
Установленный на бандаже 1 фиксатор 8 удерживает кольцо 5 через тела качения 7.
Благодаря отделению гребня 4 от кольца 5 талами качения 3, железнодорожное колесо позволяет избежать одноточечный контакт в месте выкружки головки рельса, указанной позицией А, что, в свою очередь, предотвращает появление параллельных трещин на головке рельса и разрушение рабочей выкружки рельса, позиция А.
В случае заклинивания тел вращения 2, 3, 6 и (или) 7, данное железнодорожное колесо будет продолжать вращаться как цельнокатаное колесо без влияния на безопасность движения поезда, а в случае разрушения кольца 5 и (или) гребня 4, и выхода из строя тел качения 2, 3, 6, 7 сход колесное пары не произойдет, она будет продолжать движение на бандаже 1.
Предлагаемая конструкция железнодорожного колеса позволит уменьшить износ взаимодействующих поверхностей системы «колесо-рельс» тем самым повысить их ресурс на 30-70%, благодаря тому, что железнодорожное колесо выполнено из составных независимо вращающихся частей, что подтверждено расчетами с использованием источников [Черменский О.Н., Федотов Н.Н. Подшипники качения:
Справочник-каталог. - М: Машиностроение, 2003. - 576 с.].