Железнодорожное колесо с двухколейным профилем поверхности катания

(51) В 60 В 3/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ колесами на железнодорожных колеях различной ширины, например 1520 мм и 1435 мм, а это позволяет, на станциях где идет перевод подвижного состава с колеи одной ширины на другую, избежать каких либо работ по адаптации подвижного состава с одной колеи на другую колею. Так же возможно использование двухколейного профиля поверхности катания на грузовых вагонах предназначенных для перевозки других грузов,главное что бы нагрузка от колесной пары на рельсы не превышала 13 тонн. Здесь можно привести пример. Платформа, грузоподъемностью в 30 тонн, с колесными парами с глухо-насаженными колесами,где используется двуколеный профиль поверхности катания, безпрепятсвенно проходит по железным дорогам Юго-Восточной Азии на колее 1435 мм,затем по железным дорогам стран СНГ на колее 1520 мм, а затем по железным дорогам стран Европы опять на колее 1435 мм. На всем пути следования платформы, на ней не нужно выполнять каких либо работ связанных с переходом с одной колеи на другую. Таким образом,применение колс с двухколейным профилем поверхности катания,позволяет использовать одни и те же колесные пары с глухо-насаженными колесами на железнодорожных колеях различной ширины. Это позволяет, на станциях где идет перевод подвижного состава с колеи одной ширины на другую, избежать каких либо работ по адаптации подвижного состава с одной колеи на другую.(56) Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации, Россия 2000(54) ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ КОЛЕСО С ДВУХКОЛЕЙНЫМ ПРОФИЛЕМ ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ(57) Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности предлагается колесо с двухколейным профилем поверхности катания,которое позволяет использовать одну и ту же колесную пару, с глухо насаженными колесами, на двух колеях различной ширины. Железнодорожное колесо, имеющее поверхность контакта колеса с горизонтальной поверхностью головки рельса и поверхность контакта колеса с боковой поверхностью головки рельса отличающееся тем, что оно имеет дополнительную поверхность контакта колеса с горизонтальной поверхностью головки рельса и дополнительную поверхность контакта колеса с боковой поверхностью головки рельса. Причем одна пара поверхностей, поверхности контакта колеса с горизонтальной и боковой поверхностями головки рельса используется на колее одной ширины(например 1520 мм), другая же пара аналогичных поверхностей используется на колее другой ширины(например 1435 мм). Применение колес с двухколейным профилем поверхности катания позволяет использовать одни и те же колесные пары с глухо-насаженными 21322 Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности предлагается колесо с двухколейным профилем поверхности катания,которое позволяет использовать одну и ту же колесную пару, с глухо насаженными колесами, на двух колеях различной ширины. В настоящее время, на железных дорогах стран СНГ и других стран бывшего СССР, используются колеса с профилями поверхностей катания (фиг.1),которые регламентируются ПТЭ железных дорог РФ.(Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации, МПС России, 2000 г.). Колса с данным профилями, имеют поверхность контакта колеса с горизонтальной поверхностью головки рельса и поверхность контакта колеса с боковой поверхностью головки рельса, что не обеспечивает использование одних и тех же колесных пар, с глухонасаженными колесами, на колеях различной ширины. При смене колеи,например с 1520 мм на 1435 мм, на подвижном составе приходится производить замену колесных пар с глухонасаженными колесами под колею одной ширины,на другие колесные пары с глухонасаженными колесами под колею другой ширины или же использовать колесные пары в которых при смене колеи необходимо производить смещение колес для адаптации колесной пары под ширину колеи. Это сильно усложняет конструкцию колесной пары. Технической задачей заявленного изобретения является создание колеса с таким профилем поверхности катания,которое позволяет использовать одни и те же колесные пары с глухонасаженными колесами на железнодорожных путях различной колеи. Это позволит, на станциях где идет перевод подвижного состава с колеи одной ширины на колею другой ширины, избежать каких либо работ по адаптации подвижного состава с одной колеи на другую. Например таких трудоемких работ как смена колесных пар на подвижном составе. Данный результат достигается путем использовании в колесных парах колс с двухколейным профилем поверхности катания(фиг.2),где глухонасаженное на ось 2 железнодорожное колесо 1, имеющее поверхность контакта колеса с горизонтальной поверхностью головки рельсаи поверхность контакта колеса с боковой поверхностью головки рельса 2, и согласно изобретению имеет дополнительную поверхность контакта колеса с горизонтальной поверхностью головки рельса 1 и дополнительную поверхность контакта колеса с боковой поверхностью головки рельса 2. В колесе с двухколейным профилем поверхности катания, одна пара поверхностей, поверхности контакта колеса с горизонтальной 1 и боковой а 2 поверхностями головки рельса, используется на колее одной ширины, другая же пара аналогичных поверхностей 1 и 2, используется на колее другой ширины. Перечень фигур чертежей и иных материалов. Фиг. 1. - Профиля поверхности катания колеса,согласно ПТЭ железных дорог РФ. 2 Фиг. 2. - Колесо с двухколейным профилем поверхности катания. Фиг. 3. - Получение двухколейного профиля поверхности катания. Фиг. 4. - Двухколейный профиль поверхности катания колеса. Фиг. 5. - Положение колесной пары с глухонасаженными колесами,имеющими двуколейный профиль поверхности катания на колее 1520 мм. Фиг. 6. - Положение колесной пары с глухонасаженными колесами,имеющими двуколейный профиль поверхности катания на колее 1435 мм. Фиг. 7 - Номинальное положение двухколейного профиля поверхности катания на головке рельса на колее 1520 мм. Фиг. 8 - Номинальное положение двухколейного профиля поверхности катания на головке рельса на колее 1435 мм. Фиг. 9 - Худшее положение двухколейного профиля поверхности катания на головке рельса на колее 1520 мм. Фиг. 10 - Худшее положение двухколейного профиля поверхности катания на головке рельса на колее 1435 мм. Фиг. 11 - Возможный провал колесной пары с глухонасаженным и колесами,имеющими двухколейный профиль поверхности катания на колее 1435 мм. Фиг. 12 - Положение колесной пары с глухонасаженными колесами,имеющими двухколейный профиль поверхности катания на колее 1435 мм с желобчатыми рельсами. Конструкция колеса с двухколейным профилем поверхности катания изображена на рисунке (фиг.2). Глухонасаженное на ось 2, колесо 1 имеет двухколейный профиль поверхности катания,который состоит из 4-х поверхностей - 1, а 2, 1, 2. Поверхности 1 и 1 - это поверхности контакта колеса с горизонтальными поверхностями головки рельса, а поверхности а 2 и 2. - это поверхности контакта колеса с боковыми поверхностями головки рельса. В качестве примера использования колес с двухколейным профилем поверхности катания,возьмем две наиболее распространенные колеи 1520 мм и 1435 мм. В начале рассмотрим получение двухколейного профиля поверхности катания колеса, так как профиль является основой колеса с двухколейным профилем. Совмещая профиля поверхностей катания колес согласно ПТЭ железных дорог РФ и Европейского стандарта С/ 1002, получаем некоторый двухколейный профиль 1 (фиг. 3),шириной . Рассмотрим в номинальном положении головку рельса 4 А на колее 1520 мм и головку рельса 4 В на колее 1435 мм, по отношению к полученному профилю 1. Очевидно, что ширина контакта между колесом и рельсом -С 2, на колее 1435 мм значительно меньше, чем ширина контакта между колесом и рельсом - С 1, на колее 1520 мм. Для увеличения С 2, увеличиваем уголс 60 до 70 21322 и уменьшаем радиус скругления между поверхностями а 2 и 1 с 15 до 4 мм. Получаем двухколейный профиль поверхности катания колеса(фиг.4), у которого две поверхности контакта колеса с горизонтальными поверхностями головок рельсов(поверхности 1 и 1) и две поверхности контакта колеса с боковыми поверхностями головок рельсов(поверхности а 2 и 2). Две поверхности,поверхности контакта колеса с горизонтальной и боковой поверхностями головки рельса,используется на колее 1520 мм (поверхности 1 и а 2), другие же две, аналогичные поверхности,используется на колее 1435 мм (поверхности 1 и 2). Следует отметить, что роль гребня на колее 1520 мм выполняет часть колеса, которая используется в качестве опорной на колее 1435 мм./ 1002) введены дополнительные параметрыи(используемые на профиле в ПТЭ железных дорог РФ), смотрите рисунок (фиг.4). В табл. 1 приведены номинальные значения размеров двухколейного профиля поверхности катания,соответствующие обозначениям на рисунке (фиг.4), и для сравнения параметры профилей используемых согласно ПТЭ железных дорог РФ и Европейских стандарта Двухколейный профиль поверхности катания 1520 и 1435 Согласно ПТЭ железных дорог РФ 1520 Параметры Ширина колеи где применяется профиль,(мм) Ширина колеса,(мм) 170 130 136 Высота гребня для колеи 1435 мм, 2 28-//28 Толщина гребня для колеи 1435 мм, 2 (мм) 32.5-//32.5 при 2 10 мм Расстояние на котором измеряется 10-//функцию гребня для колеи 1520 мм, 1 (мм) Толщина гребня для колеи 1520 мм, 1 (мм) 75 33-//при 118 мм Часть высоты , на которой измеряется 18 18-//-//поверхностями а 2 и 1,(мм)- здесь в профиле, согласно ПТЭ железных дорог РФ, имеется в виду высота гребня.- здесь, согласно ПТЭ железных дорог РФ, имеется в виду расстояние от вершины гребня. Полученный двухколейный профиль (фиг.4) с поверхностями , 2, 1, 2. является неотъемлемой частью железнодорожного колеса 1, изображенного на рисунке (фиг.2). Колеса с двухколейными профилями поверхности катания используются в колесных парах. Положение такой колесной пары, с колесами имеющими двухколейный профиль поверхности катания, на колее 1520 мм, изображено на рисунке(фиг.5), а на колее 1435 мм изображено на рисунке(фиг.6). Здесь колеса с двухколейными профилями 1 и 3, глухонасаженные на ось 2, опираются на рельсы 4 и 5, которые в свою очередь опираются на шпалы 6. Так же в обеих случаях, (фиг. 5) и (фиг. 6). обращаем особое внимание на параметр- зазор между боковой поверхностью головки рельса и поверхностью катания колеса. Номинальные положения двухколейного профиля поверхности катания по отношению к головке рельса более подробно изображены на(фиг.8) для колеи 1435 мм,. На колее 1520 мм (фиг.7), колесо с двухколейным профилем поверхности катания 1,через поверхность , опирается на головку рельса 4 и образует ширину контакта между колесом и рельсомс 1. Параметр с 1 в этом случае составляет от 25 мм (на новом колесе) до 60 мм (на колесе с большим прокатом). Зазор , который измеряется на расстоянии 1 равном 18 мм (согласно ПТЭ железных дорог РФ), при номинальном положении колеса, на прямолинейном участке пути изменяется от 6 мм (на новом колесе) до 14 мм (на колесе с максимально допустимым прокатом в 8 мм,согласно ПТЭ железных дорог РФ). На колее 1435 мм (фиг. 8), колесо с двухколейным профилем поверхности катания 1,через поверхность 1, опирается на головку рельса 4 и образует ширину контакта между колесом и рельсом - с 2. Параметр с 2 в этом случае составляет около 15 мм и не сильно изменяется как на новом 3, который измеряется на расстоянии 2 равном 10 мм, при номинальном положении колеса на прямолинейном участке пути изменяется так же от 6 мм (на новом колесе) до 14 мм (на колесе с максимально допустимым прокатом в 8 мм,согласно - стандарта / 1002). Рассмотрим как меняется положение двухколейного профиля поверхности катания колеса по отношению к рельсу во время движения. Во время движения происходит сдвиг колесной пары по отношению к рельсам в ту или в иную сторону (в лево или в право). В этом случае А) под одним колесом колесной пары зазоруменьшается и исчезнет, а параметры С 1 и С 2 достигают максимального значения здесь будет наилучший контакт колеса с рельсом Б) под другим колесом колесной пары зазорувеличивается и достигает максимального значения,а параметры С 1 и С 2 достигают минимального значения и могут исчезнуть, что приведет к провалу колесной пары внутрь колеи назовем данное положение худшим. На колее 1520 мм, при худшем положении(фиг.9), максимально допустимый зазорравен 50 мм (согласно ПТЭ железных дорого РФ). Соответсвенно для получения минимально допустимого значения параметра С 1, увеличена ширина колесасо 130 мм до 170 мм, согласно табл. 1. Это позволяет избежать провала колесной пары с колесами имеющими двухколейный профиль внутрь колеи, на колее 1520 мм. На колее 1435 мм, при худшем положении(фиг.10), параметр С 2 уменьшается на столько, что приведт к провалу колесной пары внутрь колеи 1435 мм (фиг.11), где колесо 1 опирается на рельс 4 не той поверхностью. Для исключения данной ситуации, там где используются колеса с двухколейными профилями, применяются более жесткие требования по прокату колес. А на участках, где возможно уширение колеи до 10 мм и более, укладываются желобчатые рельсы 2, 4 (фиг. 12). Желобчатые рельсы позволяют избежать провала колесных пар с колесами, имеющими двухколейный профиль, внутрь колеи 1435 мм. Рассмотрим прохождение колесной парой с колсами, имеющими двухколейный профиль поверхности катания, стрелочных переводов на колеях различной ширины. На колее 1520 мм, при прохождении стрелочного перевода с фиксированным сердечником, колесо с двухколейным профилем, из-за ширины гребня, не пройдет между рамным рельсом и контррельсом и между усовиком и сердечником крестовины. Для этого, на участках использования колесных пар с колесами имеющими двухколейный профиль,используются стрелочные переводы без контррельсов и с подвижными сердечниками(Новые конструкции крестовин стрелочных переводов. Железные дороги мира 12-1999.//.-.//12-1999/8321.) которые позволяют беспрепятственно проходить колесу с 4 двухколейным профилем поверхности катания через стрелочный перевод. На колее 1435 мм, при прохождении стрелочных переводов с фиксированным сердечником, колесо с двухколейным профилем,проходя через крестовину, из-за малой ширины поверхности имеющей непосредственный контакт с головкой рельса, будет проваливаться между горлом крестовины и острием сердечника во вредное(мертвое) пространство. Это приведет к сильному удару по острию сердечника в противошерстном движении. В пошерстном движении,при прохождении крестовины, на острее сердечника будет очень большая нагрузка, это приводит к быстрому его износу. Для исключения негативного воздействия на сердечник крестовины, там где используются колеса с двухколейным профилем используются крестовины с подвижным сердечником (Новые конструкции крестовин стрелочных переводов. Железные дороги мира 121999. //.-.//12-1999/8321.). которые делают поверхность катания на стрелочных переводах сплошной, или используются крестовины с плавно изменяемой глубиной желоба (Новые конструкции элементов стрелочных переводов и глухих пересечений. Железные дороги мира 42004. //.-.//04-2004/03119.),у которых при прохождении крестовины, колесо опирается на гребень, тем самым уменьшая нагрузку на сердечник и исключая провал колеса с двухколейным профилем поверхности катания. Отдельно остановимся на нагрузке от колесной пары на рельс. Максимальная нагрузка от колесной пары на рельс в странах вывшего СССР и стран Европы составляет от 22 до 23 тонн. Так как параметр С 2 на колее 1435 мм (фиг.8) меньше чем параметр С 1 на колее 1520 мм (фиг.7) примерно на 40, соответственно, при прежней нагрузке от колесной пары на рельс, увеличивается давление приходящееся на рельс в месте контакта колеса с колесом. Вследствие чего увеличится деформация рельса и колеса. По этому, при использования колесных пар с колесами, имеющими двухколейный профиль,для уменьшения давления и соответственно деформации колес, используемая максимальная нагрузка от колесной пары на рельс уменьшена так же на 40, и составляет 13 тонн. Рассмотрим применимость колес с двухколейным профилем поверхности катания. Согласно ограничению по максимальной нагрузке на колесную пару в 13 тонн, получаем максимальную массу брутто некоторого четырехосного грузового вагона Мбрут.мах Мбрут.мах 13452 тонны где, т - максимальная нагрузка от колесной пары на рельс- количество колесных пар у вагона. Тара наиболее распространенных железнодорожных четырехосных грузовых вагонов, в зависимости от назначения (платформы, крытые вагоны, полувагоны, цистерны) и конструкции, 21322 составляет от 20 до 26 тонн. Соответственно на грузоподъемность Мгруз.мах остается Мгруз.мах Мбрут.мах-Твагона 52-(2026) 3226 тонн где, Мбрут.мах - максимальная масса брутто четырехосного грузового вагона Твагона - тара четырехосного грузового вагона. Конечно, грузоподъемность от 26 до 32 тонн выглядит маленькой,при существующей грузоподъемности железнодорожных четырехосных грузовых вагонов от 50 до 70 тонн. Тем не менее,значительную часть грузовых перевозок на железных дорогах мира составляют контейнерные перевозки с помощью 10-ти, 20-ти и 30-ти тонных контейнеров. Принимаем, что четырехосная платформа с тарой Мтара.плат. равной 20 тонн,способна будет перевозить три контейнера по 10 тонн, или один контейнер в 10 тонн и один контейнер в 20 тонн, или же один контейнер в 30 тонн как на колее 1520 мм, так и на колее 1435 мм. То есть грузоподъемность платформы принимаем Мгруз.плат, равной 30 тонн Масса брутто Мбрут.плат такой четырехосной платформы будет Мбрут.плат. Мтара.плат. Мгруз.плат.203050 тонн. где, Мтара.плат. - тара четырехосной грузовой платформы Мтара.плат. - грузоподъемность четырехосной грузовой платформы. Получим условие, что Мбрут.плат.Мбрут.мах. Поэтому, наиболее реально использование колс с двухколейным профилем поверхности катания на грузовых вагонах платформах предназначенных для перевозки контейнеров и вагонов для перевозки автотранспортных средств. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Железнодорожное колесо, имеющее поверхность контакта колеса с горизонтальной поверхностью головки рельса и поверхность контакта колеса с боковой поверхностью головки рельса отличающееся тем, что оно имеет дополнительную поверхность контакта колеса с горизонтальной поверхностью головки рельса и дополнительную поверхность контакта колеса с боковой поверхностью головки рельса.