СОЕДИНЕНИЕ БАНДАЖА С КОЛЕСНЫМ ЦЕНТРОМ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности, к колесам составного типа, и может быть использована 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].
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 [3].
Эти эксплуатационные факторы, и особенно их сочетание, приводят к потере прочности соединения, снижению срока службы колеса локомотива.
Частоту проворотов охватывающей детали относительно охватываемой в соединении с натягом можно снизить вставками с упругими элементами, размещенными в пазах охватываемой поверхности колесного центра и контактирующими с плоской поверхностью дна паза [4]. Образование натяга при соединении деталей сопровождается упругими деформациями вставок, созданием зон сопряжения наружных поверхностей вставок с поверхностью бандажа. Это обеспечивает дополнительное сопротивление провороту бандажа.
Вместе с этим отсутствие упругих сил в средней зоне вставки при ее небольшой толщине существенно уменьшает действие сил трения в этой зоне. Это, в свою очередь, снижает величину крутящего момента, передаваемого соединением.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение прочности и срока службы соединения бандажа с колесным центром.
Предлагаемое соединение бандажа с колесным центром колеса составного типа включает бурт бандажа и стопорное кольцо, пазы прямоугольной формы на охватываемой поверхности колесного центра с буртами на боковых поверхностях пазов, вставки с упругими элементами, контактирующими с дном паза. Каждая вставка выполнена составной, включает балку с плоским основанием и прокладку с упругими элементами, например, волнообразными. Прокладку размещают между основанием балки и плоским дном паза, при этом опорные упругие элементы прокладки обеспечивают равномерную нагрузку наружной поверхности балки с внутренней поверхностью бандажа. Прокладка с опорными упругими элементами может быть составлена из пружин, например, тарельчатого типа.
Решение технической задачи поясняется рисунками: фиг. 1 - соединение бандажа с колесным центром (продольный разрез); фиг. 2 - сечение Α-A соединения (вставка, фиксированная буртами паза колесного центра, бандаж не показан); фиг. 3 - прокладка, составленная из тарельчатых пружин (вид сверху на прокладку, размещенную в пазу колесного центра).
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. Каждая вставка состоит из балки 4 и прокладки 5 с упругими элементами. На боковых поверхностях балок выполнены фаски, на охватываемой поверхности колесного центра вдоль боковой стороны каждого паза выполнены канавки, образующие бурты 6 (см. фиг. 2). Прокладка с опорными упругими элементами может быть выполнена составной, например, из пружин тарельчатого типа 7 (см. фиг. 3).
До сборки соединения прокладку 5 с упругими элементами устанавливают на дно паза колесного центра. Затем ставят балку 4 и плоским основанием прижимают ее к упругим элементам прокладки. После этого наружную поверхность балки перемещают в радиальном направлении, при этом упругие элементы прокладок взаимодействуют с основанием балки и плоским дном паза. Положение каждой балки, когда ее наружная поверхность отстоит от охватываемой поверхности колесного центра на величину, равную половине расчетной величины натяга, фиксируют завальцовкой буртов 6 в фаски балки.
После установки всех вставок в пазы колесного центра производят сборку соединения. Для сборки соединения охватывающую деталь-бандаж нагревают до температуры, обеспечивающей сборочный зазор.
При установке бандажа на сопрягаемую деталь - колесный центр его охватывающая поверхность входит в соприкосновение с наружными цилиндрическими поверхностями балок 4, перемещает их в радиальном направлении, деформирует упругие элементы прокладок. Расположение упругих элементов прокладок вдоль плоского основания балки обеспечивает равномерное распределение нагрузки наружной поверхности балки с внутренней поверхностью бандажа.
Образование натяга при охлаждении деталей 1 и 2 сопровождается упругой деформацией контактирующих поверхностей бандажа и колесного центра. Одновременно силами сжатия упругих элементов прокладок создаются зоны сопряжения, обеспечивающие дополнительное сопротивление провороту бандажа на колесном центре. Эти силы можно создавать как цельными прокладками 5, так и составными, например, из тарельчатых пружин 7. В сопряжении возникает давление, превышающее посадочное давление от действительного натяга и тем самым обеспечивается повышение прочности соединения. 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.
Список использованных источников
1. Тепловозы: Основы теории и конструкции: Учеб. для техникумов / В.Д. Кузьмич, И.П. Бородулин, Э.А. Пахомов и др.; Под общ. ред. В.Д. Кузьмича. 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. Нестеренко В.И. К вопросу образования наваров на поверхности катания колеса / В.И. Нестеренко, В.А. Левандовский, А.Г. Ажипио и др. // Вiсник СМУ iм. В. Даля. Частина 2. 2010. №5 (147). 160 с.
4. Решение Роспатента о выдаче патента на изобретение «Соединение с натягом бандажа с колесным центром» от 26.08.2013 г. по заявке №2012119535 от 11.05.2012 г.; опубл. 20.11.2013 г.; бюл. №32.