Цельнокатаное колесо рельсового транспортного средства

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, в частности к конструкции колеса для колесной пары рельсового транспортного средства.
Известно цельнокатаное железнодорожное колесо, содержащее обод и ступицу, сопряженные криволинейными переходными участками с диском, который образован наружной и внутренней криволинейными поверхностями, выполненными таким образом, что наружная криволинейная поверхность диска со стороны обода образована первой наружной радиусной кривой, со стороны ступицы второй наружной радиусной кривой с кривизной, совпадающей по направлению с кривизной первой наружной радиусной кривой, и сопряженных между собой третьей наружной радиусной кривой с кривизной, противоположной по направлению кривизне первой наружной кривой и второй наружной кривой, а внутренняя криволинейная поверхность диска со стороны обода образована первой внутренней радиусной кривой, со стороны ступицы второй внутренней радиусной кривой с кривизной, совпадающей по направлению с кривизной первой внутренней радиусной кривой, и сопряженных между собой третьей внутренней радиусной кривой с кривизной, противоположной по направлению кривизне первой внутренней кривой и второй внутренней кривой, а внутренняя криволинейная поверхность диска со стороны обода образована первой внутренней радиусной кривой, со стороны ступицы второй внутренней радиусной кривой с кривизной, совпадающей по направлению с кривизной первой внутренней радиусной кривой, и сопряженных между собой третьей внутренней радиусной кривой с кривизной, противоположной по направлению кривизне первой внутренней кривой и второй внутренней кривой. Для наружной криволинейной поверхности радиус первой наружной радиусной кривой составляет от 0,09 до 0,14 диаметра круга катания, радиус второй наружной радиусной кривой составляет от 0,1 до 0,15 диаметра круга катания, радиус третьей наружной радиусной кривой составляет от 0,12 до 0,18 диаметра круга катания, а для внутренней криволинейной поверхности радиус первой внутренней радиусной кривой составляет от 0,12 до 0,18 диаметра круга катания, радиус второй внутренней радиусной кривой составляет от 0,1 до 0,15 диаметра круга катания, радиус третьей внутренней радиусной кривой (R6) составляет от 0,12 до 0,17 диаметра круга катания (RU, патент на изобретение №2408469, МПК В60В 17/00, В60В 3/02, B61F 13/00, B21H 1/04 опубл. 10.01.2011 г.).
Недостатком конструкции известного цельнокатаного железнодорожного колеса является то, что дисковая часть колеса образована двумя криволинейными поверхностями с наличием в средней части диска зоны обратной кривизны, которая приводит к тому, что при эксплуатации в этой зоне возникают высокие циклически повторяющиеся амплитуды напряжений, которые приводят к исчерпанию ресурса дисковой части колеса по усталости.
Известно цельнокатаное колесо рельсового транспортного средства, принятое за прототип, содержащее снабженный гребнем обод, диск, соединяющийся со ступицей и ободом. Периферийная и центральная части диска образованы усеченными тороидальными поверхностями. Поверхности диска выполнены плоскими, причем внутренняя поверхность перпендикулярна оси вращения колеса, а внешняя по отношению к ней находится под углом 3-5°, периферийная часть диска сопряжена с ободом радиусами сопряжения, равными 0,020-0,045 диаметра колеса, центральная часть диска сопряжена со ступицей радиусами сопряжения, равными 0,07-0,09 диаметра колеса, толщина диска у обода составляет 0,16-0,20 ширины обода, а у ступицы - 0,25-0,30 ширины обода, ширина ступицы составляет 1,25-1,75 ширины обода, а центральная ось ступицы смещена относительно центральной оси обода колеса в направлении от центра колесной пары на величину 0,07-0,12 ширины обода (RU, патент на полезную модель №96063, МПК В60В 3/06, опубл. 20.07. 2010 г.).
Недостатком известного цельнокатаного колеса является то, что внутренняя поверхность диска колеса перпендикулярна оси вращения колеса, а внешняя находится по отношению к ней под углом 3-5°, что при эксплуатации цельнокатаного железнодорожного колеса в кривых участках пути приводит к тому, что в колесе возникают повышенные амплитуды механических напряжений, приводящие к исчерпанию ресурса по усталости колеса.
Техническим результатом полезной модели является оптимизация геометрической формы дисковой части цельнокатаного колеса, с целью увеличения его ресурса по усталости.
Указанный технический результат достигается тем, что в цельнокатаном колесе рельсового транспортного средства, включающем ступицу, обод шириной 120-150 мм и кругом катания 800-1300 мм и диск, сопряженный радиусами с ободом и ступицей, ступица выполнена длиной, составляющей 175-250 мм, внешняя поверхность диска перпендикулярна оси вращения колеса, а внутренняя поверхность диска расположена к внешней поверхности диска под углом, равным 2-7°, расстояние от плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса и делящей обод колеса пополам по ширине до плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса и делящей ступицу колеса пополам по длине, равно 10-55 мм.
На фигуре представлена конструкция цельнокатаного колеса рельсового транспортного средства.
Представленное на фигуре цельнокатаное колесо рельсового транспортного средства включает: ступицу 1, обод 2 шириной 120-150 мм (b) и кругом катания диаметром 800-1300 мм (D) и диск 3, сопряженный радиусами с ободом 2 и ступицей 1. Ступица 1 выполнена длиной , составляющей 175-250 мм, внешняя поверхность 4 диска 3 перпендикулярна оси 5 вращения цельнокатаного колеса, а внутренняя поверхность 6 диска 3 расположена к внешней поверхности 4 диска 3 под углом α, равным 2-7°, расстояние S от плоскости 8, перпендикулярной оси 5 вращения колеса и делящей обод колеса пополам по ширине b, до плоскости 7, перпендикулярной оси вращения колеса и делящей ступицу колеса пополам по длине , равно 10-55 мм.
Полезная модель работает следующим образом.
В цельнокатаном колесе рельсового транспортного средства, включающем ступицу, обод шириной 120-150 мм и кругом катания диаметром 800-1300 мм и диск, сопряженный радиусами с ободом и ступицей, ступица выполнена длиной , составляющей 175-250 мм, внешняя поверхность диска перпендикулярна оси вращения колеса, а внутренняя поверхность диска расположена к внешней поверхности диска под углом α, равным 2-7°, расстояние от плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса и делящей обод колеса пополам по ширине b, до плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса и делящей ступицу колеса пополам по длине , равно 10-55 мм. Представленные параметры и форма диска позволят увеличить ресурс по усталости колеса за счет того, что при движении в прямых и кривых участках пути вертикальные силы, действующие от рельса на обод цельнокатаного колеса, будут создавать амплитуды напряжений ниже, чем в других конструкциях колес. Также, вследствие того, что при движении в кривых и прямых участках пути будут нагружаться различные зоны цельнокатаного колеса, в кривых - приступичная, в прямых - приободная, накопление усталостных повреждений для каждой зоны диска колеса уменьшиться и, как следствие, в целом увеличится ресурс цельнокатаного колеса.