Способ восстановления профилей катания железнодорожных колесных пар и обод железнодорожного колеса

 

Изобретение относится к ремонтно-восстановительным работам и может быть использовано при изготовлении новых колесных пар, а также для восстановления изношенных железнодорожных колес. Способ заключается в том, что колесные пары восстанавливают и формируют насадкой колес со смещением внутренних граней к центру оси колесной пары и производят обработку рабочих поверхностей катания колес: совместным поворотом и линейным смещением профилей катания колес и гребней в сторону внутренней грани обода; одними линейными смещениями профилей; одними поворотами профилей. Колесная пара содержит ось и два колеса, имеющие повернутые в поперечной плоскости и смещенные к средней части оси профили катания колес и профили гребней. Это позволяет увеличить уклоны и боковые зазоры между гребнями и головками рельсов при сохранении максимальной или увеличенной толщины гребней колес, повышая тем самым ресурс работы гребней и головок рельсов. Увеличение конусности и зазоров обеспечивает большую разницу диаметров катания колес и дает возможность свободно перемещаться в поперечном направлении и поворачиваться вокруг своей вертикальной оси в условиях перекосов на прямых и кривых участках пути, свободно вписываться в поворот, не наезжая гребнями колес на головки рельсов. Технический результат - уменьшение износов гребней колес и рельс, повышение сроков их службы. 2 с.п., 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области изготовления и ремонтно-восстановительных работ и может быть использовано для восстановления профилей катания и гребней железнодорожных колес.

Известен способ восстановления профиля колес подвижного состава N 1560054, кл. B 23 P 6/00, СССР, бюл.15, 1990 г., заключающийся в том, что изношенную наружную поверхность гребня колеса восстанавливают ковкой или прокаткой путем пластической деформации материала профиля колеса до тех пор, пока наиболее приближенно не восстановится первоначальный профиль. Затем осуществляют чистовую механическую обработку до готового профиля.

Однако данный способ восстановления первоначального профиля не позволяет увеличить уклон поверхности катания и поперечный зазор между гребнем и головкой рельса и снизить их износ. Это ведет к снижению срока службы колеса и рельса, особенно на кривых участках пути.

Проблема состоит в следующем: вследствие существующих неточностей сборки узлов ходовых частей и колебаний вагонов колесные пары получают изначальные перекосы, которые увеличиваются в процессе эксплуатации, что приводит к длительным взаимодействиям гребней колес с рельсами. В результате гребни колес и рельсы изнашиваются. Причем наиболее сильно это явление износа проявляется на кривых участках пути. Так как колесо, катящееся по наружному рельсу, проходит больший путь по отношению к колесу, катящемуся по внутреннему рельсу, происходит изменение направления движения экипажа. Благодаря тому, что колесная пара при входе в кривую может сдвигаться, происходит автоматический выбор требуемых для вписывания в кривую диаметров поверхностей катания. Чем меньше радиус кривой пути, тем больше должно быть перемещение колесной пары относительно рельсов в поперечном направлении и разница диаметров поверхностей катания колес. Часто ширина колеи в кривой не позволяет колесной паре перемещаться в необходимых пределах в поперечном направлении, поэтому гребень наружного колеса набегает на наружный рельс, изнашивая металл как гребня, так и головки рельса. Ускоренно изнашиваются также боковые поверхности рельсов в кривых пути, несмотря на то, что их твердость в 1,5 раза выше твердости поверхностей катания гребня колеса. Процесс интенсивного износа идет до тех пор, пока за счет работы трения не будут созданы необходимые условия для перемещения и поворота колесной пары, т.е. не будут изношены гребни колес и боковые поверхности рельсов на требуемую величину. Это снижает срок службы колес и рельсов. Таким образом, в результате недостаточного уклона поверхности катания и поперечного зазора между гребнем и головкой рельса колесная пара не может свободно перемещаться в поперечном направлении и поворачиваться вокруг своей вертикальной оси, что приводит к износу и снижению срока службы колес и рельсов.

Известен также способ восстановления гребней вагонных колес, принятый за прототип по совокупности существенных признаков (патент RU N2041785, кл. B 23 P 6/00, публикация 20.08.95), заключающийся в том, что на изношенную наружную поверхность гребня вращаемого колеса наплавляют восстановительный металл последовательным наложением кольцевых валиков от основания гребня к его вершине. Затем колесо охлаждают и подвергают механической обработке. Причем изношенную поверхность гребня восстанавливают также до первоначального профиля.

Это способ также не позволяет увеличить уклон и поперечный зазор между гребнями и головками рельсов. В результате колесная пара не может свободно перемещаться в поперечном направлении и поворачиваться вокруг своей вертикальной оси, что приводит к увеличению износа колес и рельсов, особенно на кривых участках пути, и снижению их срока службы. Известен обод железнодорожного колеса согласно ГОСТ 9036-88, с.4, содержащий гребень, внутреннюю и наружную боковую поверхность, поверхность катания. Причем расстояние между осью гребня и кругом катания колеса не обеспечивает зазор между гребнем и головкой рельса на прямых участках пути при идеальном их состоянии и в отсутствии перегрузок и перекосов. При эксплуатации такого колеса в естественных условиях с перегрузками и перекосами, описанными выше, особенно на кривых участках пути, идет интенсивный износ гребня колеса и головки рельса, из-за малого первоначального поперечного зазора между ними, не обеспечивающего разбег колесной пары в колее и необходимую разницу диаметров поверхностей катания колес. Процесс износа идет до тех пор, пока за счет работы трения не будет создан необходимый поперечный зазор между гребнем и головкой рельса, позволяющий колесной паре при необходимости свободно перемещаться в поперечном направлении и поворачиваться вокруг своей вертикальной оси, а на кривых участках пути свободно вписываться в поворот (т.е., когда траектория движения колес совпадает с кривой пути).

Известен обод железнодорожного колеса, принятый за прототип по совокупности существенных признаков (патент N 2041785, кл. B 23 P 6/00, публикация 20.08.95), содержащий гребень, внутреннюю и наружную боковые поверхности, поверхность катания. Причем профиль поверхности катания выполнен вогнутым, т. е. близко к изношенному. Однако расстояние между осью гребня и кругом катания колеса по рельсу выдержано, как и в предыдущем аналоге, в соответствии со стандартом, что также не обеспечивает необходимого первоначального зазора между гребнем и головкой рельса в естественных эксплуатационных условиях перегрузок и перекосов, особенно на кривых участках пути. Это, в свою очередь, не обеспечивает необходимую разницу в диаметрах поверхностей катания колес, что не позволяет колесной паре свободно перемещаться в поперечном направлении и поворачиваться вокруг своей вертикальной оси. Поэтому происходит интенсивный износ гребня колеса и головки рельса, что снижает их срок службы. Вогнутый профиль отличается от стандартного, а это требует дополнительных затрат на переделку копиров обрабатывающего и измерительного инструмента.

Задачей изобретения является увеличение срока службы железнодорожных колес путем уменьшения износа гребней колес и головок железнодорожных рельсов, что повышает их срок службы в условиях перегрузок и перекосов, особенно при эксплуатации на кривых участках пути.

Предлагаемый способ восстановления профиля поверхности катания и гребня железнодорожных колес заключается в том, что профиль поверхности катания обода и гребня смещают в сторону внутренней грани обода и поворачивают на угол в поперечной плоскости и в процессе последующей механической или другой обработки профиля. В отличие от прототипа обработки выполняют линейным перемещением профиля катания обода и гребня; поворотом профиля катания в поперечной плоскости на угол γ; одновременно поворотом профиля и его смещением в сторону внутренней грани обода. Это позволяет сместить ось гребня относительно линии катания колеса по рельсу и увеличить поперечный зазор между гребнем и головкой рельса; обеспечить разбег колесной пары в колее; изменить уклоны поверхности катания и разницу диаметров поверхностей катания колес в кривых и прямых участках пути. В результате колесная пара свободно перемещается в поперечном направлении и поворачивается вокруг своей вертикальной оси в любых условиях перекосов и перегрузок. Это позволяет колесной паре свободно вписаться в поворот на кривых участках пути, не наезжая гребнем на головку рельса, а также при проходе стрелок и крестовин, что уменьшает их износ и увеличивает срок службы.

Кроме того, наплавку гребня производят со стороны внутренних поверхностей менее качественными и более дешевыми наплавочными материалами по сравнению с прототипом, т.к. внутренняя поверхность гребня не подвергается действию интенсивных нагрузок при эксплуатации. В итоге вся совокупность заявляемых признаков способа решает поставленную задачу.

Предлагаемый обод железнодорожного колеса содержит гребень, наружную и внутреннюю боковую грани; поверхность катания обода и гребень имеют смещение - повернутые профили. В отличие от прототипа ось гребня смещена относительно линии катания колеса по рельсу в сторону внутренней боковой грани обода. Это позволяет уменьшить ширину колесной колеи и увеличить поперечные зазоры между гребнями колес и головками рельсов. Увеличение угла поворота γ и боковых зазоров увеличивает уклоны n_i и разницу диаметров поверхностей катания колес в кривых и прямых участках пути и обеспечивает разбег колесной пары в колее, что позволяет колесной паре свободно перемещаться в поперечном направлении и поворачиваться вокруг своей вертикальной оси в естественных эксплуатационных условиях перекосов и перегрузок, а на кривых участках пути, где смещение максимально, свободно вписаться в поворот, не наезжая гребнем на головку рельса. Это уменьшает износ гребней колес и рельсов, повышая их срок службы. Поворот профиля на угол γ увеличивает угол наклона β наружной поверхности гребня с горизонталью, а перенос наплавки с наружной грани на внутреннюю снижает коэффициент трения в паре гребень-рельс, что способствует в совокупности повышению устойчивости колесной пары против вкатывания на головку рельса.

В результате вся совокупность заявляемых признаков устройства решает поставленную задачу.

Изобретение иллюстрируется на чертежах, где фиг. 1 - обод железнодорожного колеса; фиг. 2 - железнодорожная колесная пара.

Изобретение реализуется следующим образом.

Смещение профиля катания обода и гребня осуществляется за счет одного смещения или группы смещений: линейным смещением профилей катания; поворотом профилей поверхности катания обода и гребня на угол γ; линейным смещением и поворотом профилей; путем наплавки внутренних граней гребня и обода (фиг. 1); уменьшением размера насадки T и изменением допусков на насадку колес на ось колесной пары (фиг. 2); за счет смещения профиля катания обода и гребня на величину уклона μ в расчетном сечении гребня (фиг. 1); на величину уменьшения толщины гребня обода q в расчетном сечении (фиг. 1) путем смещения наружной грани гребня.

Поворот профиля катания на угол γ реализуется при обработке поверхности катания и гребня по повернутому копиру или поворотом обрабатывающего инструмента.

Заявляемый обод железнодорожного колеса (фиг. 1) содержит гребень 1 толщиной q; поверхность катания 4 с уклонами n_i, внутреннюю грань обода и гребня 2 с уклоном μ или без него; наружную грань гребня 5 и наружную грань обода 3 с фаской 6. Между наружной гранью гребня 5 и внутренней гранью головки рельса 7 имеется увеличенный боковой зазор Δ, полученный смещением оси гребня из положения Y в положение Y₁, на величину A и повернутый профиль поверхности катания колеса и гребня на угол γ. Наружная грань гребня имеет угол наклона β₁ с горизонталью.

Колесная пара (фиг.2) содержит ось 8, колеса 9 и 10, насаженные на ось с размером T. Колеса имеют ободья 11, 12 с профилями поверхностей катания 4 и уклонами n_i. Профили катания и гребни имеют смещения: угловые повороты γ по часовой стрелке для левого колеса и против часовой стрелки для правого колеса, а также линейные смещения A к центру оси колесной пары.

В итоге смещения A обеспечивают увеличение боковых зазоров Δ между наружными поверхностями гребней и внутренними поверхностями головок рельсов, а повороты γ повышают уклоны n_i на поверхностях катания колес.

Увеличение смещений профилей катания 4 колес 1 и 2 в сторону боковых граней ободьев увеличивает разбег δ колесной пары в колее, определяемый разницей между шириной рельсовой колеи S и колесной колеей K.

Увеличение уклонов n_i поверхностей катания колес увеличивает поворот колесной пары в колее при меньших ее разбега δ в колее.

Указанные факторы обеспечивают свободу и быстроту поворота колесной пары в колее и бесконтактное прохождение кривых и прямых участков пути.

Причем увеличение уклонов n_i и разбега δ_max = S - K_min достигается за счет уменьшения колесной колеи K в процессе обработки при ремонте, что экономичнее в достижении результата по сравнению с уширением рельсовой колеи пути S на всей сети дорог.

Формула изобретения

1. Способ восстановления профилей катания железнодорожных колесных пар, включающий обработку профиля поверхности катания обода и гребня, отличающийся тем, что в процессе обработки осуществляют смещение профиля поверхности катания обода и гребня.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутое смещение осуществляют линейным смещением оси гребня и поверхности катания в сторону внутренней боковой грани обода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутое смещение осуществляют поворотом профиля катания и гребня в поперечной плоскости.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутое смещение осуществляют поворотом в поперечной плоскости профиля катания и гребня и линейным смещением оси гребня в сторону внутренней боковой поверхности обода.

5. Обод железнодорожного колеса, содержащий поверхности катания и гребень, отличающийся тем, что профиль поверхности катания и гребень смещены.

6. Обод по п. 5, отличающийся тем, что упомянутое смещение образовано поворотом поверхности катания и гребня в поперечной плоскости.

7. Обод по п. 5, отличающийся тем, что упомянутое смещение образовано линейным смещением в сторону внутренней боковой поверхности обода оси гребня и поверхности катания.

8. Обод по п. 5, отличающийся тем, что упомянутое смещение образовано поворотом профиля поверхности катания и гребня в поперечной плоскости и линейным смещением в сторону внутренней боковой поверхности обода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2