ES2345788T3 - Rueda de laminacion unica sin uniones para ferrocarriles. - Google Patents
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Abstract
La rueda de laminación única sin uniones para ferrocarriles (1), que contiene llanta (2) y cubo (3), acoplados mediante secciones curvilíneas de transición (4) con el disco (5) el cual está formado por superficies curvilíneas exterior (6) e interior (7) realzadas de tal manera que la superficie curvilínea exterior (6) del disco (5) del lado de llanta (2) está formada por una primera curva radial exterior (R1), del lado de cubo (3) y una segunda curva radial exterior (R2) con una curvatura que coincide en dirección con la curvatura de la primera curva radial exterior (R1), y acoplados entre sí por una tercera curva radial exterior (R3) con una curvatura de dirección contraria a la curvatura de la primera curva radial exterior (R1) y de la segunda curva radial exterior (R2), mientras la superficie curvilínea interior (7) del disco (5) del lado de llanta (2) está formada por una primera curva radial interior (R4) del lado del cubo (3) y una segunda curva radial interior (R5) con una curvatura que coincide en dirección con la curvatura de la primera curva radial interior (R4), y que se unen y acoplan entre sí por medio de la tercera curva radial interior (R6) con una curvatura de dirección contraria a la curvatura de la primera curva radial interior (R4) y la segunda curva radial interior (R5) y se diferencian, en que para la superficie curvilínea exterior (6) el radio de la primera curva radial exterior (R1) es de 0.09 a 0.14 de diámetro de corona de rodadura el radio de la segunda curva radial exterior (R2) es de 0.1 a 0.15 de diámetro de corona de rodadura, el radio de la tercera curva radial exterior (R3) es de 0.12 a 0.18 de diámetro de corona de rodadura, y para la superficie curvilínea interior (7) el radio de la primera curva radial interior (R4) es de 0.12 a 0.18 de diámetro de corona de rodadura, el radio de la segunda curva radial interior (R5) es de 0.1 a 0.15 de diámetro de corona de rodadura el radio de la tercera curva radial interior (R6) es de 0.12 a 0.17 de diámetro de corona de rodadura.
Description
Rueda de laminación única sin uniones para
ferrocarriles.
\global\parskip0.960000\baselineskip
Esta invención pertenece al ámbito de la
fabricación de ruedas de disco para vehículos ferrocarriles en la
que el disco es realizado de una sola pieza conjuntamente con la
llanta conteniendo los elementos de enganche del carril.
Recientemente las condiciones de explotación de
los vehículos ferrocarriles han cambiado considerablemente. Estos
cambios son motivados por la elevación de la velocidad de movimiento
y por el aumento de las cargas hasta 30 toneladas por eje.
Durante el proceso de la explotación la rueda de
laminación única sin uniones para ferrocarriles está expuesta a una
amplia gama de factores, bien como consecuencia de las cargas
externas por la parte de la vía, bien por parte de los elementos del
material rodante, así como los impactos del estrés térmico
aparecidos en la rueda durante el frenado. Como resultado surgen las
tensiones reales que determinan la resistencia de las ruedas a los
daños y, en conclusión, su vida de servicio.
Uno de los factores más importantes que afectan
a la vida de servicio de la rueda de laminación única sin uniones
para ferrocarriles son los valores del total de las tensiones
internas que surgen durante su explotación, así como el carácter de
la distribución de las tensiones en el volumen de la rueda.
La aparición de magnitudes considerables de
tensiones en la rueda de laminación única sin uniones para
ferrocarriles es consecuencia de la influencia combinada sobre ella
tanto de cargas normales estáticas y de cargas dinámicas que actúan
en las direcciones radial y axial, así como de estreses térmicos,
causados por la fricción de la zapata de freno sobre la llanta de la
rueda durante el frenado del material rodante.
En caso en que las magnitudes de los valores del
total de las tensiones están cerca o durante un largo período de
tiempo superan el límite de resistencia del material de la rueda, en
la rueda se forman las grietas de fatiga que pueden ocasionar una
destrucción prematura de la rueda.
En condiciones desfavorables de carga en la
rueda de laminación única sin uniones para ferrocarriles se produce
una concentración de las tensiones producidas por cargas externas y
por la temperatura, por este motivo el valor total de las tensiones
internas puede superar el límite de la fluidez del material con el
que se fabrica la rueda. En este caso en la rueda surgen
deformaciones residuales que ocasionan un cambio de las condiciones
de explotación de la rueda que, a su vez, produce la reducción de su
vida de servicio.
La experiencia de la explotación de las ruedas
de laminación única sin uniones para ferrocarriles muestra que en la
mayoría parte de los casos de la avería de las ruedas a causa de la
destrucción del disco guarda relación con la aparición de tensiones
considerables de fatiga. Por ello, como regla, la destrucción ocurre
en el lugar del acoplamiento del disco con la llanta.
La forma tradicional para reducir el total de
tensiones internas y su distribución óptima en el volumen de la
rueda es la selección de la construcción racional del disco de la
rueda de laminación única sin uniones para ferrocarriles, así como
la disposición mutua de sus elementos.
A nivel técnico, es conocida la rueda de
laminación única sin uniones para ferrocarriles que contiene llanta,
cubo y disco formado por superficies exterior e interior /RU 2085403
C1 100 1000 101
27,07.1997).
Es conocida la rueda de laminación única sin
uniones para ferrocarriles con las superficies exterior e interior,
que forman el disco de la rueda, realizadas de forma rectilínea e
inclinadas al eje de la rueda en 71 a 75 grados.
Las desventajas de la rueda de laminación única
sin uniones para ferrocarriles conocida son la distribución desigual
del total de las tensiones internas en el volumen de la rueda y un
movimiento importante axial de la llanta de la rueda respecto al
cubo, que, a su vez, causa la reducción de su vida de servicio.
Estas desventajas son producidas por las altas magnitudes de las
tensiones internas en la superficie interior del disco en el lugar
de su acoplamiento con la llanta que son causadas por fas cargas
externas, y por altas magnitudes de fas tensiones internas en la
superficie exterior del disco en el lugar de su acoplamiento con el
cubo, que, a su vez, son consecuencia de la acción común de los
estreses térmicos importantes producidos por la fricción de las
zapatas sobre la llanta de la rueda durante el frenado y por las
cargas laterales en el bordón de la rueda cuando el material rodante
pasa las zonas curvas de la vía ferroviaria.
A nivel técnico es conocida la rueda de
laminación única sin uniones para ferrocarriles que contiene llanta,
cubo y disco formado por superficies curvilíneas exterior e interior
/DE 23 20 726 A1 (KLOECKNER-WERKE AG, 41000
DUISBURG), 14.11.1974/.
\global\parskip1.000000\baselineskip
En la rueda de laminación única sin uniones para
ferrocarriles conocida el grosor del disco desde el cubo de la rueda
hasta su llanta se disminuye uniformemente por toda la anchura hasta
el grosor mínimo, y las zonas de la curva abocelada del disco de la
rueda, que se sitúa entre los arcos de la curvatura opuesta,
discurren por la tangente que une estos arcos a la longitud mínima
de 5 mm.
La desventaja de la rueda de laminación única
sin uniones para ferrocarriles conocida, es la rigidez inestable en
las direcciones radial y axial. Esta desventaja es causada por la
distribución desigual del total de las tensiones internas en el
volumen de la rueda en fondón de la dirección de la acción de las
cargas.
A nivel técnico es conocida la rueda de
laminación única sin uniones para ferrocarriles que contiene llanta,
cubo y disco formado por superficies curvilíneas exterior e interior
/FR 2 717 122 (SARDQU MAX (FR)), 15.09.19952/.
En esta rueda la línea central de la sección
axial del disco en el lugar de su acoplamiento con la llanta
coincide en la dirección axial con la línea central de la sección
axial del disco en el lugar de su acoplamiento con el cubo.
Las desventajas de esta rueda son la
distribución desigual del total de las tensiones internas en el
volumen de la rueda y asimismo un importante desplazamiento axial de
la llanta de la rueda. Estas desventajas son producidas por la gran
proporción de tensiones internas en la superficie interior en la
parte central del disco, que son causadas por las cargas externas
por efecto del calentamiento durante el frenado o cuando el material
rodante pasa las zonas curvas de la vía ferroviaria (cuando las
cargas laterales en el bordón de la rueda son altos), que, a su vez,
causa una reducción de la vida de servicio de la rueda.
A nivel técnico es conocida la rueda de
laminación única sin uniones para ferrocarriles que contiene llanta,
cubo y disco formado por superficies curvilíneas exterior e interior
/EP 1 225 065 (CONSTRUCCIONES Y AUX DE FERROC (ES)),
24.07.2002/.
En esta rueda el plano del lado exterior de la
llanta pasa por el punto de la curva máxima de la superficie
curvilínea exterior y la línea central de la sección axial del disco
en el lugar de su acoplamiento con la llanta es posicionada en medio
de la llanta hacia la superficie curvilínea exterior y coincide en
la dirección axial con la línea central de la sección axial del
disco en el lugar de su acoplamiento con el cubo.
La desventaja de esta rueda es una baja rigidez
radial condicionada por gran magnitud de 1a curva de la parte
central del disco de la rueda, que, a su vez, causa grandes
tensiones térmicas en la superficie interna en la parte central del
disco de la rueda.
Además, en esta rueda surgen unos
desplazamientos axiales considerables de la llanta de la rueda en el
caso de una acción común de la carga lateral en el bordón de la
rueda y la carga vertical, 1a acción de la cual se desplaza hacia el
bordón, que a su vez ocasiona unas grandes tensiones internas en el
lugar del acoplamiento del disco de la rueda con la llanta. Esta
desventaja es causada por la suma de las tensiones derivadas de la
acción del momento de flexión que se produce durante el
desplazamiento del punto de la aplicación de la carga vertical
respecto a la línea central de la sección axial del disco en el
lugar de su acopiamiento con la llanta hacia la superficie interna
de la rueda, y por el momento de la acción de las cargas externas en
el bordón de la rueda cuando el material rodante pasa las zonas
curvas de la vía ferroviaria (cuando las cargas laterales en el
bordón de la rueda son altos).
A nivel de técnico es conocida la rueda de
laminación única sin uniones para ferrocarriles que contiene llanta,
cubo y disco formado por superficies curvilíneas exterior e interior
/SU 1139647 A1 (VEB Radzatsfabrik Ilsenburg), 15.02.1985/.
En esta rueda la línea central de la sección
axial del disco en el lugar de su acoplamiento con la llanta
coincide en la dirección axial con la línea central de la sección
axial del disco en el lugar de su acoplamiento con el cubo.
La estructura descrita de la rueda de laminación
única sin uniones para ferrocarriles permite reducir las magnitudes
de las tensiones en el lugar del acoplamiento del disco de la rueda
con la llanta en comparación con la estructura descrita
anteriormente.
Las desventajas de esta rueda son la
distribución desigual del total de las tensiones internas en el
volumen de la rueda, así como una alta magnitud del desplazamiento
axial de la llanta de la rueda. Estas desventajas son causadas por
altas magnitudes de las tensiones internas en la superficie interior
en la parte central del disco que son causadas por las cargas
externas producidas como consecuencia del calentamiento durante el
frenado o cuando el material rodante pasa las zonas curvas de la vía
ferroviaria (cuando las cargas laterales en el bordón de la rueda
son altos), que, a su vez, causa la reducción de la vida de servicio
de la rueda.
Técnicamente es conocida más recientemente por
el conjunto de detalles importantes y el resultado técnico alcanzado
la rueda de laminación única sin uniones para ferrocarriles que
contiene llanta y cubo, acoplados mediante secciones curvilíneas de
transición con el disco, el cual está formado por superficies
curvilíneas exterior e interior realizadas de tal manera que la
superficie curvilínea exterior del disco del lado de llanta está
formada por una primera curva radial exterior (R1), del lado de cubo
y una segunda curva radial exterior (R2) con una curvatura que
coincide en dirección con la curvatura de la primera curva radial
exterior (R1). y acoplados entre sí por una tercera curva radial
exterior (R3) con una curvatura de dirección contraria a la
curvatura de la primera curva radial exterior (R1) y de la segunda
curva radial exterior (R2), mientras la superficie curvilínea
interior del disco del lado de llanta está formada por una primera
curva radial interior (R4) del lado del cubo y una segunda curva
radial interior (R5) con una curvatura que coincide en dirección con
la curvatura de la primera curva radial interior (R4), y que se unen
y acoplan entre sí por medio de la tercera curva radial interior
(R6) con una curvatura de dirección contraria a la curvatura de la
primera curva radial interior (R4) y la segunda curva radial
interior (R5) /(RU 2259279 C1 (OAO Vyksunsky Matallurgical planta /
102 103 27.08.2005).
En esta rueda la dislocación de la línea central
de la sección axial del disco en el lugar de su acoplamiento con la
llanta respecto a la línea central de la sección axial del disco en
el lugar de su acoplamiento con el cubo está en el rango de 10 a 25
mm.
La estructura descrita de la rueda de laminación
única sin uniones para ferrocarriles permite reducir las magnitudes
de las tensiones en la superficie interior en la parte central del
disco, así como reducir la magnitud del desplazamiento axial de la
llanta de la rueda al calentamiento durante el frenado o cuando el
material rodante pasa las zonas curvas de la vía ferroviaria en
comparación con las estructuras descritas anteriormente.
La desventaja de la rueda conocida es la
distribución desigual del total de las tensiones internas en el
volumen de la rueda. Esta desventaja condicionada por una elevada
dimensión de la curva de la parte central del disco de la rueda,
que, a su vez, causa grandes tensiones térmicas en la superficie
interna en la parte central del disco de la rueda, lo que crea las
condiciones para el desarrollo de las grietas de fatiga que, a su
vez, causa la reducción de la vida de servicio de la rueda.
El objeto de esta invención es la creación de
una estructura de la rueda de laminación única sin uniones para
ferrocarriles, el uso de la cual permitiría reducir las magnitudes
de las tensiones totales internas como consecuencia de su
distribución óptima en el volumen de la rueda y, por lo tanto,
aumentar la vida de servicio de la rueda.
El objetivo propuesto se obtiene de manera que
en la rueda de laminación única sin uniones para ferrocarriles, que
contiene llanta y cubo acoplados mediante secciones curvilíneas de
transición con el disco, el cual está formado por superficies
curvilíneas exterior e interior realizadas de tal manera que la
superficie curvilínea exterior del disco del lado de llanta está
formada por una primera curva radial exterior (R1), del lado de cubo
y una segunda curva radial exterior (R2) con una curvatura que
coincide en dirección con la curvatura de la primera curva radial
exterior (R1), y acoplados entre sí por una tercera curva radial
exterior (R3) con una curvatura de dirección contraria a la
curvatura de la primera curva radial exterior (R1) y de la segunda
curva radial exterior (R2), mientras la superficie curvilínea
interior del disco del lado de llanta está formada por una primera
curva radial interior (R4) del lado del cubo y una segunda curva
radial interior (R5) con una curvatura que coincide en dirección con
la curvatura de la primera curva radial interior (R4) y que se unen
y acoplan entre sí por medio de la tercera curva radial interior
(R6) con una curvatura de dirección contraria a la curvatura de la
primera curva radial interior (R4) y la segunda curva radial
interior (R5), según la invención, para la superficie
curvilínea exterior el radio de la primera curva radial exterior
(R1) es de 0.09 a 0.14 de diámetro de corona de rodadura, el radio
de la segunda curva radial exterior (R2) es de 0.1 a 0.15 de
diámetro de corona de rodadura, el radio de la tercera curva radial
exterior (R3) es de 0.12 a 0.18 de diámetro de corona de rodadura, y
para la superficie curvilínea interior el radio de la primera curva
radial interior (R4) es de 0.12 a 0.18 de diámetro de corona de
rodadura, el radio de la segunda curva radial interior (R5) es de
0.1 a 0.15 de diámetro de corona de rodadura, el radio de la tercera
curva radial interior (R6) es de 0.12 a 0.17 de diámetro de corona
de
rodadura.
rodadura.
La fabricación de esa manera del disco de la
rueda de laminación única sin uniones para ferrocarriles, para la
superficie curvilínea exterior el radio de la primera curva radial
exterior (R1) es de 0.09 a 0.14 de diámetro de corona de rodadura,
el radio de la segunda curva radial exterior (R2) es de 0.1 a 0.15
de diámetro de corona de rodadura, el radio de la tercera curva
radial exterior (R3) es de 0.12 a 0.18 de diámetro de corona de
rodadura, y para la superficie curvilínea interior el radio de la
primera curva radial interior (R4) es de 0.12 a 0.18 de diámetro de
corona de rodadura, el radio de la segunda curva radial interior
(R5) es de 0.1 a 0.15 de diámetro de corona de rodadura, el radio de
la tercera curva radial interior (R6) es de 0.12 a 0.17 de diámetro
de corona de rodadura es óptima, porque garantiza la reducción de
las magnitudes de las tensiones causadas por las cargas externas en
los lugares del acoplamiento del disco con el cubo y la llanta, que,
en consecuencia provoca la distribución igual de las tensiones en la
rueda y la reducción de las magnitudes totales de éstas.
El aumento de los radios de la primera curva
radial exterior (R1) y de la primera curva radial interior (R4)
lleva a la necesidad de aumentar los radios acoplados con ellos de
la tercera curva radial exterior (R3) y de la tercera curva radial
interior (R6), que a su vez lleva al aumento de los radios de la
segunda curva radial exterior (R2) y ele la segunda curva radial
interior (R5). En caso contrario, si no hay cambios en los radios
de las curvas radiales acopladas, ello conllevará a la modificación
de la disposición de los principales elementos estructurales de la
rueda respecto a ambos.
La estructura descrita de la rueda de laminación
única sin uniones para ferrocarriles contribuye a la aproximación de
la forma del disco de la rueda a la forma vertical rectilínea, que a
su vez lleva a la disminución de la rigidez de la rueda en dirección
axial y aumenta las magnitudes de las tensiones interiores totales
en el disco de la rueda causadas por las cargas laterales.
A su vez, la disminución de los radios de la
primera curva radial exterior (R1) y de la primera curva radial
interior (R4) lleva a la necesidad de disminuir los radios acoplados
con ellos de la tercera curva radial exterior (R3) y de la tercera
curva radial interior (R6), que a su vez lleva a la necesidad de
disminuir los radios de la segunda curva radial exterior (R2) y de
la segunda curva radial interior (R5).
La estructura descrita de la rueda de laminación
única sin uniones para ferrocarriles lleva al aumento de la flexión
de la rueda en la parte central del disco, que a su vez ocasiona el
aumento de las magnitudes de las tensiones interiores totales en la
superficie interior del disco de la rueda causadas por la acción de
las cargas laterales a la rueda y su concentración en el lugar de la
mayor flexión del disco.
El conjunto de los indicios declarados, en su
totalidad, permite disminuir la influencia de las tensiones
interiores totales en la rueda, lo que reduce la probabilidad de la
aparición de las grietas de fatiga en las zonas más cargadas de la
rueda de laminación única sin uniones para ferrocarriles, que, a su
vez, permite aumentar la estabilidad de explotación y la seguridad
de la construcción de la rueda de laminación única sin uniones para
ferrocarriles y por lo tanto permite aumentar la vida de servicio de
la rueda.
A continuación la invención se explica con la
descripción detallada de su realización con las referencias a los
dibujos, que muestran:
Fig. 1- plano transversal de la rueda de
laminación única sin uniones para ferrocarriles;
Fig. 2- plano transversal de la rueda de
laminación única sin uniones para ferrocarriles (esquema de la
disposición de las curvas radiales).
La rueda de laminación única sin uniones para
ferrocarriles 1 (Fig. 1-2), que contiene llanta 2
(Fig. 1) y cubo 3, acoplados mediante secciones curvilíneas de
transición 4 con el disco 5, el cual está formado por Superficies
curvilíneas exterior 6 e interior 7. La superficie curvilínea
exterior 6 del disco 5 del lado de llanta 2 está formada por una
primera curva radial exterior R1 (Fig. 2), del lado de cubo 3 (Fig.
1) y una segunda curva radial exterior R2 (Fig. 2) con una curvatura
que coincide en dirección con la curvatura de la primera curva
radial exterior R1, y acoplados entre sí por una tercera curva
radial exterior R3 con una curvatura de dirección contraria a la
curvatura de la primera curva radial exterior R1 y de la segunda
curva radial exterior R2. La superficie curvilínea interior 7 (Fig.
1) del disco 5 del lado de llanta 2 está formada por una primera
curva radial interior R4 (Fig. 2) del lado del cubo 3 (Fig. 1) y una
segunda curva radial interior R5 (Fig. 2) con una curvatura que
coincide en dirección con la curvatura de la primera curva radial
interior R4, y que se unen y acoplan entre sí por medio de la
tercera curva radial interior R6 con una curvatura de dirección
contraria a la curvatura de la primera curva radial interior R4 y la
segunda curva radial interior R5.
Para la superficie curvilínea exterior 6 (Fig.
1) el radio de la primera curva radial exterior R1 (Fig. 2) es de
0.09 a 0.14 de diámetro D de corona de rodadura, el radio de la
segunda curva radial exterior R2 es de 0.1 a 0.15 de diámetro D de
corona de rodadura, el radio de la tercera curva radial exterior R3
es de 0.12 a 0.18 de diámetro D de corona de rodadura. Para la
superficie curvilínea interior 7 (Fig. 1) el radio de la primera
curva radial interior R4 (Fig. 2) es de 0.12 a 0.18 de diámetro D de
corona de rodadura, el radio de la segunda curva radial interior R5
es de 0.1 a 0.15 de diámetro D de corona de rodadura, el radio de la
tercera curva radial interior R6 es de 0.12 a 0.17 de diámetro D de
corona de rodadura.
La línea central 8 (Fig. 1) de la sección radial
del disco 5 en el lugar de su acoplamiento con el cubo 3 se desplaza
respecto a su punto medio en una distancia S, igual a 35 a 55
mm.
La sección de transición 4 en el Jugar del
acoplamiento de la superficie curvilínea exterior 6 del disco 5 con
el cubo 3 de la rueda 1 realizada con el radio R7, igual a
0.3-0.9 del radio R8 en el lugar del acoplamiento de
la superficie curvilínea interior 7 del disco 5 con el cubo 3 del
interior (R7 = (0.3-0.9) R8).
La altura b1 del cubo 3 del interior de la rueda
1 realizada igual a 0.5-0.9 de la altura b2 del cubo
3 del exterior de la rueda (b1 = (0,5-0,9) b2).
El diámetro D (Fig. 2) de corona de rodadura de
la rueda de laminación única sin uniones para ferrocarriles es igual
a 920-1020 mm.
El funcionamiento de la construcción declarada
de la rueda de laminación única sin uniones para ferrocarriles se
realiza de modo siguiente.
Durante la rodadura de la rueda 1 sobre el
carril (no se muestra en el dibujo) la carga de la fuerza vertical,
que funciona en el plano de corona de rodadura, se traslada a través
de la llanta 2 al disco 5 y al cubo 3. Con eso, a causa de las
fluctuaciones cinemáticas y, en especial, cuando el material rodante
pasa las zonas curvas de la vía ferroviaria, aparece la carga de la
presión lateral del bordón 9 de la llanta 2 de la rueda 1 sobre el
carril, la que se traslada al disco 5 de la rueda 1.
Las magnitudes máximas de las cargas dinámicas,
las que recibe la rueda del material rodante durante la explotación
con la carga al eje hasta 30 toneladas, son el doble de la magnitud
de la carga máxima estática y, como regla, no sobrepasan 300 kN para
la carga vertical y 147 kN para la carga lateral. Con eso, la
magnitud máxima de las tensiones internas totales en la rueda
causada por la acción de las cargas, aplicadas a la rueda, no debe
superar el límite de la fluidez del material de 800 Mpa con el que
es fabricada la rueda de laminación única sin uniones para
ferrocarriles.
En la construcción declarada de la rueda de
laminación única sin uniones para ferrocarriles se destacan tres
zonas de importante tensión: las secciones de transición 4 en el
lugar del acoplamiento del disco 5 con la llanta 2 y en el lugar del
acoplamiento del disco 5 con el cubo 3, también a mitad del disco
5, en el punto 10 de la curvatura máxima.
La carga vertical provoca la aparición de las
tensiones de compresión en la rueda, las que llegan a la magnitud
máxima en el lugar del acoplamiento del disco 5 con la llanta 2 y en
el punto 10 de la curvatura máxima de la superficie interior 7 del
disco 5. Por este motivo las magnitudes de las tensiones en los
puntos indicados no superan 100 MPa, lo que es mucho más bajo que la
magnitud admisible.
Al mismo tiempo la carga lateral, la que aparece
cuando el material rodante pasa las zonas curvas de la vía
ferroviaria, en combinación con la carga vertical mantenida causa la
flexión en el disco 5 de la rueda 1, que se aumenta de la llanta 2
al cubo 3 de la rueda 1.
En el resultado de la influencia combinada de
las cargas verticales y laterales la zona la más intensa de la rueda
1 es el lugar del acoplamiento del disco 5 con el cubo 3, con eso en
el exterior del disco 5 aparecen las tensiones de tracción y en el
interior del disco - las tensiones de compresión.
En este caso las magnitudes de las tensiones
máximas no superan 400 MPa.
Además, durante el frenado prolongado del
material rodante en la rueda aparecen tensiones térmicas
considerables que son causadas por 1a descarga intensa del calor
durante el contacto de la zapata de frenado (no se muestran en los
dibujos) con la llanta 2 de la rueda 1.
En este caso, si no hay cargas externas en la
rueda, las magnitudes máximas de las tensiones aparecen en el punto
10 de la curvatura máxima del disco 5 y en la superficie curvilínea
exterior 6 del disco 5 en el lugar de su acoplamiento con el cubo 3.
Estas magnitudes no superan 560 kN, que es mucho más bajo de las
magnitudes admisibles.
Cuando las cargas verticales son aplicadas a la
rueda 1 en muchas de sus zonas se observa la compensación mutua de
las tensiones térmicas y de las tensiones causadas por las fuerzas
exteriores aplicadas. Tal compensación es explicada porque las
fuerzas exteriores causan las tensiones de compresión que son
compensadas por las tensiones térmicas de tracción.
En caso de la influencia combinada en la rueda 1
de las cargas verticales y laterales de un lado y de las tensiones
térmicas de otro lado, aparecen las tensiones máximas en la
superficie curvilínea exterior 6 en el lugar del acoplamiento del
disco 5 con el cubo 3, que son cercanas a las magnitudes de las
tensiones admisibles. La concentración elevada de las tensiones en
esta parte de la rueda 1 es explicada por las tensiones térmicas de
tracción que alcanzan su magnitud máxima en esta zona y se agregan a
las tensiones de compresión que aparecen en el mismo lugar como
resultado de la carga lateral aplicada a la rueda.
La fabricación del lugar del acoplamiento de la
superficie curvilínea exterior 6 del disco 5 con el cubo 3 con el
radio R7 que es menor que el radio R8 en el lugar del acoplamiento
de la superficie curvilínea interior 7 del disco 5 con el cubo 3,
permite bajar la concentración de las tensiones causadas por la
acción de las tensiones térmicas a costa de su distribución igual en
esta parte de la superficie curvilínea exterior 6.
A su vez, la realización de la altura b2 del
cubo 3 del lado exterior de la rueda 1 más grande que la altura b1
del cubo 3 del interior, permite bajar la magnitud de las tensiones
causadas por la acción de la carga lateral que influye positivamente
a la sobretensión de la rueda 1 en el lugar del tránsito del disco 5
en el cubo 3.
Según los resultados de las investigaciones la
sobretensión de la rueda 1 en los lugares del tránsito del disco 5
en la llanta 2 y en el cubo 3, y igualmente en el punto 10 de la
curvatura máxima de la superficie curvilínea interior 7 no supera la
magnitud crítica 800 MPa (el límite de la fluidez del material de la
rueda).
Consiguientemente, la construcción propuesta de
la rueda asegura la distribución igual de las tensiones en todo el
volumen de la rueda y permite bajar las tensiones en las zonas más
cargadas y, de éste modo, bajar la probabilidad de la aparición de
las grietas de fatiga, lo que a su vez aumenta el recurso de
explotación de las ruedas.
Además, el uso de la construcción descrita de la
rueda permite aumentar las propiedades antivibrantes, que a su vez
permite mejorar las propiedades de explotación de la rueda y
aumentar la seguridad del movimiento del transporte ferroviario.
La rueda de laminación única sin uniones para
ferrocarriles descrita puede ser fabricada en términos de producción
industrial con maquinas convencionales. El efecto económico más
grande del uso de la rueda declarada se alcanza durante su uso en
las construcciones de los vagones de pasajeros de alta velocidad y
de carga con la carga aumentada en el eje hasta 30 toneladas.
Claims (1)
1. La rueda de laminación única sin uniones para
ferrocarriles (1), que contiene llanta (2) y cubo (3), acoplados
mediante secciones curvilíneas de transición (4) con el disco (5) el
cual está formado por superficies curvilíneas exterior (6) e
interior (7) realzadas de tal manera que la superficie curvilínea
exterior (6) del disco (5) del lado de llanta (2) está formada por
una primera curva radial exterior (R1), del lado de cubo (3) y una
segunda curva radial exterior (R2) con una curvatura que coincide en
dirección con la curvatura de la primera curva radial exterior (R1),
y acoplados entre sí por una tercera curva radial exterior (R3) con
una curvatura de dirección contraria a la curvatura de la primera
curva radial exterior (R1) y de la segunda curva radial exterior
(R2), mientras la superficie curvilínea interior (7) del disco (5)
del lado de llanta (2) está formada por una primera curva radial
interior (R4) del lado del cubo (3) y una segunda curva radial
interior (R5) con una curvatura que coincide en dirección con la
curvatura de la primera curva radial interior (R4), y que se unen y
acoplan entre sí por medio de la tercera curva radial interior (R6)
con una curvatura de dirección contraria a la curvatura de la
primera curva radial interior (R4) y la segunda curva radial
interior (R5) y se diferencian, en que para la superficie
curvilínea exterior (6) el radio de la primera curva radial exterior
(R1) es de 0.09 a 0.14 de diámetro de corona de rodadura el radio de
la segunda curva radial exterior (R2) es de 0.1 a 0.15 de diámetro
de corona de rodadura, el radio de la tercera curva radial exterior
(R3) es de 0.12 a 0.18 de diámetro de corona de rodadura, y para la
superficie curvilínea interior (7) el radio de la primera curva
radial interior (R4) es de 0.12 a 0.18 de diámetro de corona de
rodadura, el radio de la segunda curva radial interior (R5) es de
0.1 a 0.15 de diámetro de corona de rodadura el radio de la tercera
curva radial interior (R6) es de 0.12 a 0.17 de diámetro de corona
de rodadura.
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