ПОПЕРЕЧНЫЙ ПРОФИЛЬ ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ ПОДРЕССОРЕННОГО БАНДАЖА КОЛЕСА КОЛЕСНОЙ ПАРЫ
ROLLING SURFACE TRANSVERSE SECTION OF MOUNTED AXLE WHEEL BAND

Изобретение относится к рельсовому транспорту, в том числе может применяться для железнодорожного подвижного состава, мостовых подъемных кранов и монорельсовых дорог.
Известны колеса рельсовых транспортных средств, содержащие упругие элементы, гасящие вибрации, вызываемые перемещением по рельсовой колее, например, "Упругое колесо рельсового транспортного средства" по авторскому свидетельству СССР №1775319 МКИ7 B60B 9/12; "Колесо рельсового транспортного средства" по авторскому свидетельству СССР №1685755 МКИ7 B60B 9/12. За прототип на основании наибольшего совпадения принято "Колесо рельсового транспортного средства" по авторскому свидетельству РФ №2378127 МКИ7 B60B 9/12, конструкция которого имеет подрессоренный бандаж, ступицу, упорный диск, упругий элемент и подшипники. Конфигурация поверхности катания гибкого бандажа состоит: средняя часть поверхности катания гибкого бандажа имеет цилиндрическую форму, а крайние участки поверхности катания выполнены в виде двух пар конусных поверхностей  1:3,5 и 6×45°.
Недостатком этого решения является наличие двух острых круговых ребер, которые образованы на пересечениях цилиндрической поверхности с двумя коническими ( 1:3) поверхностями. При нахождении точки контакта колеса и рельса на круговом ребре площадь контакта колеса и рельса существенно меньше допустимых значений, что является причиной появления запредельных контактных напряжений (7000 МПа) на поверхностях катания и внутренних напряжений в толщине металла колеса и рельса (на глубине 3÷8 мм). Запредельный уровень внутренних напряжений в металле является источником образования контактно-усталостных дефектов в виде выщербин, трещин, разрушения рельсов и колес, что является одной из основных причин схода подвижного состава с рельсов. Кроме этого, перемещение точки контакта колеса и рельса с цилиндрической поверхности через круговое ребро на коническую сопровождается динамическими толчками, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях, что ухудшает комфортность в экипаже в процессе движения.
Цель предлагаемого изобретения состоит в повышении ресурса подрессоренного бандажа колес колесной пары, безопасности движения и комфортности внутри экипажа.
Суть предлагаемого изобретения состоит в повышении безопасности и комфортности движения, а также ресурса подрессоренного бандажа за счет замены в поперечном профиле поверхности катания круговых ребер плавными переходными поверхностями, например, поверхностью тора.
На фиг.1 представлена кинематическая схема конструкции колеса с подрессоренным бандажом, а на фиг.2 - профиль поверхности катания подрессоренного бандажа предлагаемого изобретения.
Конструкция колеса рельсового транспортного средства имеет несколько сочлененных между собой деталей. На ось колесной пары 1 жестко установлен упорный диск 2. Жесткая установка обеспечена посадкой с "натягом" и кольцевым уступом 3 на оси, играющим роль упора. Подрессоренный бандаж 4 выполнен тонкостенным из упругого материала, преимущественно стали. Бандаж 4 закреплен на ступице 5 посредством прослойки 6 из упругого эластичного материала, например резины. Постоянство положения подрессоренного бандажа 4 относительно ступицы 5 поддерживается профилированными посадочными поверхностями между ними. Ступица 5 установлена на подшипнике 8, установленным на оси 1 колесной пары, концы которой снабжены буксовыми подшипниками 7.
Предлагаемый поперечный профиль поверхности катания подрессоренного бандажа, сформирован из семи участков различных поверхностей (см. фиг.2). Центральная часть (ЕЖ) поверхности катания гибкого бандажа имеет цилиндрическую форму. Значение длины образующей (ЕЖ) цилиндрической части равно сумме максимально возможных значений зазоров (2×ВВ′=40 мм) между боковыми поверхностями упорных дисков колес колесной пары и головками рельсов. По обоим краям поверхности катания подрессоренного бандажа поперечные очертания профиля представлены двумя парами конусных поверхностей (например: конусы  1:3,5 и 6×45°), которые расположены зеркально относительно вертикальной оси симметрии (O-O) поверхности катания. Участок цилиндрической поверхности сопряжен с коническими ( 1:3,5) посредством криволинейных плавных поверхностей с кривизной (R).
Колесо работает следующим образом. Тонкостенный подрессоренный бандаж 4 упруго преодолевает стыки и неровности рельсовой колеи. Снижение ударных воздействий благотворно сказывается на долговечности пути и экипажа, кроме того, уменьшается уровень шума при движении. Упругие деформации бандажа компенсируются эластичной прослойкой 6. Сферические поверхности сопряжения бандажа и ступицы обеспечивают их взаимную самоустановку в статике и динамике. Жесткая установка упорного диска 2 на оси 1 колесной пары совместно со вторым упорным диском, выполненным симметрично, ограничивают смещение колесной пары относительно рельсов, с которыми он контактирует боковыми поверхностями. Подрессоренный бандаж 4 со ступицей 5 имеют возможность независимого вращения от упорного диска 2, благодаря подшипнику 7, что уменьшает сопротивление качению, особенно в кривых участках пути.
При движении в кривых участках рельсовой колеи точка контакта колеса и рельса перемещается с цилиндрического участка поверхности на конический. За счет плавного сопряжения с кривизной (R) этих участков поверхности катания площадь контакта гибкого бандажа и рельса имеет достаточную величину для обеспечения допустимого уровня контактных и внутренних напряжений в металле гибкого бандажа.
В процессе образования на цилиндрическом участке поверхности катания корытообразного износа (проката) ее края (точки Е′ и Ж′) выходят в зоны плавных сопряжении (R) и затем на конусные участки ( 1:3,5). В результате относительные разности высот вершины (П′) корытообразной поверхности и ее краев (точки Е′ и Ж′) имеют минимальные значения по сравнению с тем, если бы поверхность катания состояла бы только из линейных поверхностей: цилиндрической и двух смежных конических ( 1:3,5).
Кроме этого, при прохождении стрелочных переводов плавные переходы и конусные части поверхности катания бандажа ( 1:3,5) обеспечивают безударное прохождение крестовин стрелочных переводов. Наличие конусов 6×45° (фасок) на краях поверхности катания предотвращает процесс образования наплывов металла на торцовых поверхностях бандажа.
Технический результат - увеличение ресурса подрессоренного бандажа колеса колесной пары транспортного средства, повышение безопасности движения и комфортности внутри экипажа.
Повышение безопасности внутри экипажа обеспечивается многопрофильной конфигурацией поверхности катания бандажа с плавными переходами между смежными линейчатыми поверхностями (цилиндрической и конусными поверхностями), что приводит к снижению толчков при переходе точки контакта с цилиндрического участка на конусный, а также предотвращение неравномерного износа, образования контактно-усталостных дефектов и наплывов металла на торцовых поверхностях подрессоренного бандажа. Комфортность внутри экипажа достигается уменьшением нагрузок, вызывающих акустические возмущения ударного характера, "скрежета", возникающего при наличии корытообразного износа поверхности катания и круговых ребер между линейчатыми поверхностями поперечного профиля подрессоренного бандажа.