Железнодорожное колесо максимальной грузоподъемности скоростное
Изобретение относится к железнодорожному транспорту. Колесо содержит ступицу ЖД-колеса с отверстием для посадки его на ось, амортизаторы ЖД-колеса, а также обод ЖД-колеса с бандажом и гребнем. Ступица ЖД-колеса содержит силовые патрубки с внутренними нишами для крепления силовой стойки - опоры с помощью металлических угольников и упоров, на которых затем крепятся амортизаторы, при этом патрубки ступицы ЖД-колеса имеют раструбы, в которые входят нижние патрубки обода ЖД-колеса. Для уплотнения и герметизации патрубков ступицы и патрубков обода ЖД-колеса имеются скосы. Для контроля за состоянием амортизаторов имеются лючки. Ступица с патрубками ЖД-колеса выполнена литьем. В результате повышается плавность хода при повышенной грузоподъемности железнодорожного колеса. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
1) Данное изобретение относится к железнодорожным транспортным средствам и применимо на локомотивах, пассажирских и грузовых вагонах, вагонах метро и электропоездов, трамваев, а также на всех видах подвижных подземных железнодорожных транспортных средств (перевозка угля, руды и т.д.).
2) Прототипом данного ЖД-колеса может служить существующее сейчас в эксплуатации цельнометаллическое плоское колесо, которое уже давно не соответствует современным требованиям к колесам железнодорожного транспорта, так как у него отсутствует главное - плавность хода, оно работает при движении грубо, с рывками и скачками. Отсутствие плавности хода этого железнодорожного цельнометаллического плоского колеса требует дополнительной дорогой и громоздкой амортизации на локомотивы и вагоны, что снижает скорость движения поездов. Данное колесо, не имея плавности хода, очень опасно при работе на рельсе, так как велика вероятность его схода с рельса, что влечет за собой множество аварий. В результате отсутствия плавности хода данного колеса грузоподъемность вагонов низкая (50-60 тонн), что ведет к большой протяженности составов поездов (особенно грузовых), достигающей 2-3-х километров длины, а это в свою очередь создает предпосылку к аварийной ситуации на железной дороге. Колесо плоское цельнометаллическое существует без изменений уже более 160-ти лет, его пора менять на новое, более удобное, безопасное, скоростное.
Аналогов данному колесу в мире нет.
Устройство (конструкция), технология изготовления и производства, работа, сборка и разборка железнодорожного колеса, максимальной грузоподъемности, скоростного.
Устройство ЖД-колеса показано на фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 показано ЖД-колесо в собранном виде и оно состоит:
1) а) ступица (1) колеса, состоящая из отверстия (4) для постановки колеса на ось, силового патрубка (2) ступицы (1) колеса с раструбом (12) патрубка (2), срезом (5) патрубка (2) ступицы (1) колеса, лючка (3) патрубка (2) ступицы (1) колеса для контроля за состоянием амортизационных пружин ЖД-колеса; силовые патрубки (2) ступицы (1) колеса предназначены для крепления амортизаторов (14), (15), (16) к ступице (1) и ободу (6) ЖД-колеса, которые удерживают силовые пружины (14), (15), (16) амортизатора в постоянном направлении и не дают им изгибаться при перегрузках;
б) технология производства - ступица (1), силовые патрубки (2) с раструбами (12), с отверстиями для лючков (3) выполняются монолитно только литьем, сварка, штамповка не допускаются из-за больших нагрузок на ЖД-колесо при работе; раструб (12) ступицы (1) колеса выполнен для того, чтобы силовой патрубок (8), (9) обода (4) колеса мог синхронно работать и свободно входить в силовой патрубок (2) ступицы (1) колеса; срез (5) силового патрубка (2) ступицы (1) колеса необходим для плотного прилегания патрубков (2) ступицы к силовым патрубкам (8)-(9) обода (6) колеса, а также для герметичности патрубков (2), (8), (9), где расположены сальники или прокладки (26) для герметичности этих патрубков ЖД-колеса;
2) ЖД-колесо состоит из ступицы (1), обода (6) и 16-ти амортизаторов; амортизатор крепится через угольники-упоры (13) и угольники-упоры (25) к ступице (1) и ободу (6) ЖД-колеса и находятся в силовых патрубках ступицы (1) и патрубках (8)-(9) обода (6) ЖД-колеса; амортизатор колеса (14)-(15)-(16) состоит из 3-х пружинных амортизаторов I-(14), II-(15), III-(16) - это пружины растяжения цилиндрического типа, выполненные, как и весь амортизатор (14), (15), (16) колеса, из высокопрочных, жаростойких, морозостойких, нержавеющих (хром или никель) сталей типа 12Х18Н10Т, 08ХН28; в амортизационную систему ЖД-колеса с учетом ступицы (1) и ее патрубков (2), обода (6) и его патрубков (8), (9) входят силовая опорная стойка (19) крепления пружины (14), (15), (16) с металлическими угольниками (13), (25) крепления стойки опоры (17) к патрубкам (2) ступицы (1) колеса и патрубкам (8), (9) обода (6) колеса; металлический угольник (13), крепящийся в патрубке (2) ступицы (1) колеса, выполнен литьем совместно с верхним цилиндром (трубкой) (20) патрубка обода (6) колеса, который состоит из двух частей - верхнего патрубка (8) обода (6) колеса, съемного, внутри которого внутренняя резьба, чтобы этот патрубок (съемный) (8) накручивать на нижний патрубок (9) обода (6) колеса - нижний патрубок (9) обода колеса выполнен литьем вместе с ободом (6) колеса; в ободе (6) колеса имеется ниша (выемка) (25) для крепления металлического угольника (24)-(25) на патрубке (8), (9) обода (6) колеса, устанавливаются упоры (11) ограничения хода пружинных амортизаторов (14), (15), (16) и силовой стойки-опоры (19) при перегрузках массы-груза вагона; обод (6) колеса, и все его детали, выполняются литьем (монолитно - патрубки (8), (9), бандаж с гребнем (7) и другие) из лучших высокопрочных легированных жаростойких, морозостойких нержавеющих сталей типа 12Х1810 Т и других; металлические планки (24) на ободе (6) и металлические планки (17) ступицы (1) колеса предназначены для упора и крепления амортизационных пружин (14), (15), (16) и находятся в патрубках (20)-(21); пружинный амортизатор (23) предназначен для улучшения работы стойки-опоры (19), на которую надеваются пружины (14), (15), (16) амортизатора, чтобы они работали устойчиво и надежно и не гнулись; силовая стойка-опора (19) также состоит из нижнего цилиндра (трубки) (21), который входит в цилиндр (трубку) верхний (20), на нижний цилиндр (трубку) (21) надет пружинный амортизатор (22) для плавности хода работы стойки-опоры (19) и надежной работы пружин амортизатора (14), (15), (16); нижний цилиндр (трубка) (21) выполняется литьем вместе с металлическим треугольником (25) крепления пружин (14), (15), (16) амортизатора и вся эта система силовой стойки-опоры (19), ее нижнего цилиндра (трубки) (21) располагается на ободе (6) колеса, в его патрубках (8), (9); устройство силовой стойки-опоры (19) показано на фиг.2 и весь амортизатор (14), (15), (16) ЖД-колеса.
3) силовой составной частью ЖД-колеса является обод (6), он состоит из собственно обода (6) колеса, бандажа с гребнем (7), выполненного вместе с ободом (6), для устойчивой работы ЖД-колеса на рельсе.
Работа ЖД-колеса на рельсе.
При массе-нагрузке все давление груза вагона идет на ось, это давление передается на корпус ступицы (1). Корпус ступицы (1) под нагрузкой давит на всю амортизационную систему колеса, на амортизационные пружины (14), (15), (16). Эти амортизационные пружины (14), (15), (16), которые воспринимают и амортизируют массу-нагрузку вагона на все ЖД-колесо, передают ее на обод (6) колеса, который под этой массой-нагрузкой, через свою нижнюю часть (подошву обода (6) колеса), передает давление на рельс (шпалы, грунт). Амортизационная система колеса - амортизационные пружины (14), (15), (16), силовая стойка опоры (19), работают синхронно и надежно, силовая стойка опоры (19) амортизационных пружин (14), (15), (16), на которую они надеты, не дает им изгибаться и дает возможность воспринимать массу-нагрузку равномерно, почти полностью исключая отрицательное вертикальное, горизонтальное и другие перегрузки на все ЖД-колесо. Патрубки (2) ступицы, патрубки (8), (9) обода колеса, плотно удерживают амортизационные пружины (14), (15), (16), направляя их при работе колеса и не дают им изгибаться. При перегрузках массы-груза вагона (очень больших), срабатывают упоры (11), раструб (12) патрубка (2) смыкается с упорами (11), амортизация выключается и ЖД-колесо будет работать как обычное плоское, неамортизированное ЖД-колесо, и не разрушиться, тем самым обеспечивается его очень продолжительная работа (75-80 лет долговечность). Так циклы работы ЖД-колеса сменяются при движении колеса на рельсе и обеспечивают ЖД-колесу безопасную, надежную работу. Все это обуславливает максимальную грузоподъемность-270 тонн на ЖД-колесо, и скорость движения - 250-350 км/час.
Сборка, разборка ЖД-колеса.
Чтобы обеспечить долголетнюю работу ЖД-колеса, его крепость и прочность, соединение всех его основных частей через амортизаторы производится свободно, без жесткого соединения сваркой или литьем. Свободное соединение обеспечивается за счет небольшого натяжения амортизационных пружин, которые своим верхом и низом упираются в упоры (18), (24) ступицы (1) и обода (6) колеса. Сборка ЖД-колеса производится на монтировочном столе, над которым поставлен пресс (статическое растяжение).
1) Обод (6) колеса кладется на монтировочный стол, на подставке (высотой 100-150 мм), закрепляется зажимами.
2) Ступица (1) колеса подвешивается (ниже пресса) на лебедке, чтобы ее можно было опускать и поднимать.
3) В патрубки (2) ступицы колеса вставляется силовая стойка-опора (19) вместе с силовыми угольниками (13) (опора выполнена литьем вместе с угольниками крепления амортизаторов (14), (15), (16)).
4) На стойку-опору (19) надеваются первый пружинный амортизатор (14), второй пружинный амортизатор (15), третий пружинный амортизатор (16).
5) В верхний цилиндр-трубку (12) вставляется пружинный амортизатор (22).
6) В раструб (12) патрубка (2) ступицы (1) колеса вставляется съемный патрубок (8) обода (6) колеса. (Все это вставляется и удерживается во всех 16-ти амортизаторах (14), (15), (16), в патрубке (2) ступицы (1) колеса в подвешенном виде, на лебедке.)
7) На нижний цилиндр (трубку) (21) надевается пружинный амортизатор (22). Лебедка со ступицей (1) колеса опускается, угольники (25) обода (6) колеса заводятся на край (немного внутрь) нижнего патрубка (9) - амортизаторы (14), (15), (16) должны находиться под углом 50-60 градусов к нижнему патрубку (21) обода колеса.
8) Лебедка медленно опускается, на нее давит пресс и пружинные амортизаторы (14), (15), (16) входят в патрубки (9) обода колеса.
ПРИМЕЧАНИЕ: пружинные амортизаторы (14), (15), (16) немного длиннее расстояния между упором (18), в который они упираются в ступице (1) колеса, и упором (25) обода (6) колеса - это нужно для того, чтобы амортизаторы с небольшим натягом крепко и прочно крепились на стойке-опоре (19) и в патрубках (8)-(9) ступицы (2) обода колеса. ЖД-колесо собрано. Сборку ЖД-колеса можно производить и со стороны патрубков (8)-(9) обода колеса в том же порядке, как и со ступицы (1) колеса.
9) Верхний патрубок (8), имея внутреннюю резьбу, навинчивается на нижний патрубок (9), который, имеет наружную резьбу. ЖД-колесо полностью собрано, нижний и верхний патрубки (8), (9) обода (6) колеса контрятся между собой резьбой - контрятся болтами с 4-х сторон.
ПРИМЕЧАНИЕ: сборка ЖД-колеса производится по принципу спичечного коробка. Возьмите коробок, выдвиньте из него коробочку, поставьте коробочку под углом 65 градусов, задвинув ее немного внутрь коробка, нажмите сверху на коробочку и она свободно войдет в коробок.
Расчет грузоподъемности и скорости движения ЖД-колеса.
В отличие от других ЖД-колес, масса груза вагона давит не только по центру (одна точка), колесо круглое - теория качения, на амортизатор, который стоит перпендикулярно к оси (4) ступицы (1) колеса, но и на два других амортизатора (14), (15), (16) слева и справа, так как другие два амортизатора (всего их в ЖД-колесе 16 штук) находятся очень близко к центральному амортизатору (75-85 градусов), на который приходиться основная масса-нагрузка, и каждый из них берет на себя до 50% и более массы нагрузки от основного амортизатора (теория качения). Масса - нагрузка вагона на один амортизатор - (14), (15), (16) - распределяется следующим образом: 1-й пружинный амортизатор (14) берет нагрузку в 25 тонн весом, 2-й амортизатор (15)-45 тонн весом, 3-й амортизатор (16) берет на себя нагрузку в 65 тонн. Итого один амортизатор колеса берет на себя нагрузку, с учетом пружинного амортизатора стойки-опоры (19) - 3 тонны, и два - 135 тонн + 3 тонны = 138 тонн, и каждый второй амортизатор, при давлении ЖД-колеса на рельсе, берет 50% от основного (138 тонн/2=69 тонн), два берут 138 тонн весом (138 тонн + 138 тонн = 276 тонн). Итого вагон грузовой одноосный (две пары) может взять массу - груз на ЖД-колесах в 276 тонн, а двуосный (четыре пары) - 276 тонн ×2=552 тонны веса (вагоны с ЖД-колесами должны быть шире, ниже, и длиннее современных вагонов). Расчет произведен без учета вагонной амортизации, только амортизация одного ЖД-колеса.
Грузоподъемность и скорость ЖД-колеса достигается прежде всего за счет его большой крепости и прочности, так как оно устроено (сконструировано) так, что в его производстве нет сварки и штамповки, а применяется только литье всех основных частей ЖД-колеса, а также за счет 16-ти амортизаторов, 48-ми силовых пружин, масса-нагрузка вагона действует не на один амортизатор, а на 3-и амортизатора при движении ЖД-колеса. Большая плавность хода ЖД-колеса (за счет амортизации) создает не только большую грузоподъемность, но и большую скорость движения колеса на рельсе, поэтому ЖД-колесо скоростное и поезд (тяга локомотива) может развивать скорость 250-350 км/час и более.
ПРИМЕЧАНИЕ: ЖД-колесо при его производстве может быть с одним бандажом и гребнем и двумя бандажами и гребнями. Два бандажа с гребнями (по ходу поезда - правый и левый) нужны для того, чтобы при отклонении рельса (по ширине ЖД - дороги), ЖД-колесо не сходило с рельса. Два бандажа с гребнями на ЖД-колесе будут надежно удерживать ЖД-колесо при отклонении под тяжестью массы-груза вагона или локомотива и не дадут ЖД-колесу сойти с рельса. ТЕХНОЛОГИЯ: новые ЖД-колеса на заводе должны производиться как с одним бандажом с гребнями, так и с двумя бандажами с гребнями, исходя их необходимости и целесообразности. Существующие плоские ЖД-колеса должны модернизироваться. На заводе делается отдельно бандаж с гребнем (левый, правый по ходу поезда, изготавливается литьем вместе с гребнем) по диаметру обруча бандажа и обода ЖД-колеса проделываются отверстия под болты. Левый (второй) бандаж накладывается на сторону обода колеса и крепится к нему болтами. Затем болты завариваются сваркой, а промежутки между заваренными сваркой болтами завариваются точечной сваркой. Такой бандаж с гребнем будет работать не менее 75 лет. Между гребнями бандажа ЖД-колеса должен быть зазор для маневренности двойного бандажа с гребнями на рельсе при движении ЖД-колеса.
1. Колесо железнодорожное (ЖД), содержащее ступицу ЖД-колеса с отверстием для посадки его на ось, амортизаторы ЖД-колеса, а также обод ЖД-колеса с бандажом и гребнем, отличающееся тем, что ступица ЖД-колеса содержит силовые патрубки с внутренними нишами для крепления силовой стойки - опоры с помощью металлических угольников и упоров, на которых затем крепятся амортизаторы, при этом патрубки ступицы ЖД-колеса имеют раструбы, в которые входят нижние патрубки обода ЖД-колеса, а для уплотнения и герметизации патрубков ступицы и патрубков обода ЖД-колеса имеются скосы, для контроля за состоянием амортизаторов имеются лючки, а ступица с патрубками ЖД-колеса выполнена литьем.
2. Колесо железнодорожное (ЖД) по п.1, отличающееся тем, что амортизаторы состоят из амортизационных пружин, которые закреплены на силовой стойке-опоре, а силовая стойка-опора амортизаторов выполнена литьем вместе с металлическими угольниками ступицы и обода ЖД-колеса, стойка-опора состоит из цилиндров-трубок, нижнего и верхнего, нижний входит в верхний цилиндр (трубку) и выполнены литьем вместе с металлическими планками и угольниками, которые крепятся в нишах ступицы и обода ЖД-колеса, а амортизаторы закреплены к металлическим планкам ступицы и обода ЖД-колеса с помощью небольшого натяга амортизационной пружины - что обеспечивает устойчивую работу 16-ти амортизаторам-спицам, имеющим 48 амортизационных пружин.
3. Колесо железнодорожное (ЖД) по п.1, отличающееся тем, что патрубки, обода ЖД-колеса состоят из двух частей - нижней (основной) и верхней - съемной, имеют наружную и внутреннюю резьбу для соединения при сборке друг с другом, контрятся болтом друг с другом и закреплены посредством металлических планок и угольников к стойкам-опорам амортизатора, а на патрубке обода колеса (посередине их свинчивания) имеется упор ограничения работы амортизаторов ЖД-колеса, при этом обод ЖД-колеса выполнен литьем монолитно с нижними патрубками, бандажом и гребнем для работы колеса на рельсе, а патрубок обода колеса входит в патрубок ступицы колеса, в которых установлены амортизаторы для направления при работе и исключения прогиба.
