RS58144B1 - Železnički točak - Google Patents

Description

Opis

Pronalazak se odnosi na transportni inženjering, posebno na projektovanje železničkih točkova.

Železnički točkovi koji se koriste u različitim zemljama imaju razlike u projektovanju koje su povezane sa uslovima rada voznog parka, dizajnom vagona/kola i lokomotiva, kao i sa određenim tradicijama koje su razvijene u proizvodnji setova/parova točkova i njihovog rada u železničkom saobraćaju. Uz to, točak u svakom slučaju se sastoji od tri glavna dela: oboda, čvorišta i mreže.

Izbor oblika mreže na točkovima je najvažniji zadatak koji treba da obezbedi osnovne karakteristike performansi točka, kao š to su težina, krutost i kapacitet opterećenja.

Železnički točkovi sa mrežama različitog dizajna poznati su u svetskoj praksi, a dizajn je č esto diktiran veličinom i uzajamnim položajem oboda u odnosu na čvorište. Predmetni pronalazak je namenjen za upotrebu u evropskom železničkom sistemu, gde se najčešće koriste standardni točkovi sa tangencijalnim profilom, tzv. ORE-točkovi, koji se trenutno koriste za opterećenja do 22,5 tnf po osovini seta točkova. Ovaj dizajn točkova ima visok nivo naprezanja pod toplotnim opterećenjima koja proističu od trenja točka na kočionim papučama, kao i mehaničkim opterećenjima koja deluju na točak kada se kreće na zakrivljenim delovima šina . Pored toga, značajan nedostatak ORE-točkova je njihova velika težina.

Dizajn železničkog točka prema patentu DE 3117 572 poznat je po mreži u obliku zvona, pri čemu je središnja linija određena kosinuskom funkcijom, koja je dobila široku primenu u evropskim železnicama pri maksimalnim opterećenjima do 23,5 tonskih sila (tnf) po osovini para točkova. Predmetni projekat ima minimalnu težinu kod svih poznatih analoga. Međutim, kako bi se koristio sadašnji projekat točka za veća osovinska opterećenja, neophodno je povećanje gustine mreže i zidova čvorišta, zbog gubitka prednosti koja potiče od manje težine točkova.

Jedna varijanta rešenja sadašnjeg problema opisana je u pronalasku EP 1470006 uzetog kao prototip ovog pronalaska, gde se poprečni profil mreže točkova nalazi oko teorijske srednje linije koja prolazi kroz tri karakteristične tačke, dok se naznačena prva tačka na mestu usklađivanja mreže sa obodom i naznačena druga tačka na mestu usklađivanja mreže sa čvorištem , nalaze u istoj ravni koja je normalna prema osi rotacije točka i pomera se od centralne ravni ka spoljašnjoj površini oboda točka. Rastojanje između pomenute ravni i naznačene središnje tačke teorijske središnje linije mreže točka maksimalno iznosi 0,5 š irine oboda točka. Prednost ovog projekta je mogućnost povećanja debljine mreže u zoni u kojoj se spaja sa č vorištem, gde je nivo naprezanja uzrokovan mehaničkim opterećenjem visok, ali težina sadašnje strukture i nivo naprezanja koji proističu od toplotnih opterećenja su značajno povećani u poređenju sa točkom prema patentu DE 3117 572. Točkovi ovog projekta nemaju široku upotrebu.

Tehnički rezultat predmetnog pronalaska je usmeren na odabir optimalnog oblika mreže na točku koji može obezbediti poboljšane karakteristike performansi železničkih točkova, naime:

• stanje niskog naprezanja od dejstva radnog opterećenja;

• mogućnost korišćenja pri maksimalnom opterećenju većem od 23,5 tnf po osovini, uz obezbeđivanje minimalne strukturne težine među svim poznatim analozima;

• nizak stepen bočne deformacije oboda točkova tokom njihovog zagrevanja u procesu trenja protiv kočione papuče i naknadnog hlađenja.

Tehnički rezultat se postiže time š to železnički točak ima centralnu ravan koja je normalna prema osi rotacije točka koja obuhvata obod koji se formira površinom gazećeg sloja i prirubnicom, a takođe uključuje i čvoriš te i mrežu formiranu spoljašnjim i unutrašnjim površinama i napravljena na takav način da teorijska srednja linija poprečnog profilisanja prolazi kroz prvu tačku koja se nalazi na mestu povezivanja mreže sa obodom, centralnom tačkom gde teoretska srednja linija ima maksimalni pomak od centralne ravni u suprotnom smeru na prirubnicu i drugu tačku koja se nalazi na mestu povezivanja mreže sa čvorištem, pri čemu se spoljašnja površina mreže formira na strani oboda pomoću prve krivine spoljašnjeg radijusa i na strani čvorišta pomoću druge krivine spoljašnjeg radijusa sa krivinom koja se poklapa u pravcu sa krivinom prvog radijusa spoljašnje krivine, navedene krivine se preklapaju jedna sa drugom u središnjem delu mreže za trećinu, na strani oboda, a četvrta, na strani čvorišta, spoljašnje krivine radijusa sa krivinom suprotno pravcu krivine prve i druge spoljašnje krivine, dok se unutrašnja površina mreže formira na strani oboda pomoću prve unutrašnje krivine radijusa i na strani čvorišta pomoću druge unutrašnje krivina radijusa sa krivinom koja se poklapa sa pravcem krivine prve unutrašnje krivine radijusa, pri čemu se navedene krivine u središnjem delu mreže podudaraju sa trećim, na strani oboda i četvrtom, na strani čvorišta, unutrašnje krive radijusa sa krivinom suprotno smeru krivine prve i druge unutrašnje krivine radijusa, pri čemu radijusi prve i druge spoljašnje krivine radijusa za spoljašnju površinu mreže su od 0,04 do 0,05 prečnika gazećeg sloja, a radijus treće spoljašnje krivine radijusa je od 0,08 do 0,1 prečnika gazećeg sloja, poluprečnik četvrte spoljašnje krive radijusa je od 0,07 do 0,09 prečnika gazećeg sloja, a radijus prve unutrašnje krivine radijusa za unutrašnju površinu mreže je od 0,08 do 0,1 prečnika gazećeg sloja, radijusi druge i treće unutrašnje krivine radijusa su od 0,06 do 0,08 prečnika gazećeg sloja, radijus č etvrte unutrašnje krivine radijusa je od 0,04 do 0,06 prečnika gazećeg sloja, pri č emu je prva tačka pomerena na rastojanje ne veće od 0,08 širine oboda od centralne ravni u pravcu suprotno od prirubnica, centralna tačka se pomera od centralne ravni do udaljenosti u opsegu vrednosti od 0,35 do 0,4 šir ine oboda, a druga tačka je pomerena na rastojanje ne veče od 0,1 š irine oboda od centralne ravni prema prirubnici, dok je odnos debljine mreže u prvoj tački prema debljini mreže na drugoj tački od 0,7 do 1,1, a odnos debljine mreže na centralnoj tački prema debljini mreže na drugoj tački je od 0,7 do 0,9.

Tokom rada kočionih papuča, točak može da apsorbuje ponovljene cikluse termičkog opterećenja od 55 kV u trajanju od 45 minuta bez ikakvih štetnih efekata u odnosu na stepen deformacije oboda, kada se obod zagreva i zatim ohladi. Osim toga, odnos debljine mreže u prvoj tački i debljine mreže na drugoj tački u opsegu od 0,7 do 1,1 i odnos debljine mreže na centralnoj tački i debljine mreže na drugoj tački u opsegu od 0,7 do 0,9, zajedno sa gornjom konfiguracijom mreže, omogućavaju jačanje delova točka pod najvećim stresom na mestima na kojima se mreža poklapa sa obodom i čvoriš tem, č ime se pruža mogućnost korištenja točkova na maksimalnom opterećenju iznad 23,5 tnf po osi sa težinom konstrukcije koja je 5 do 10% niža od one svih poznatih analoga.

Odabir drugih vrednosti za poluprečnike krivih koje stvaraju spoljašnje i unutrašnje površine mreže na točku koji ima navedenu konfiguraciju, intervale i pravce odstupanja karakterističnih tačaka mreže teorijske srednje linije od centralne ravni, kao i odnosa debljine u ovim tačkama ne dozvoljavaju postizanje optimalne kombinacije niskog stresnog stanja projekta točka pod dejstvom različitih vrsta radnog opterećenja, minimalne težine i zadovoljavajućeg stepena bočne deformacije oboda pod termičnim opterećenjem.

Suština pronalaska objašnjena je sledećim crtežima i dijagramima, u kojima:

Slika 1 je radijalni deo železničkog točka;

Slika 2 je dijagram za uporednu procenu mehaničkih osobina projekta točka čija se zaštita traži i projekta iz stanja tehnike železničkih točkova; Slike 3a, 3b i 4a, 4b su dijagrami za uporednu procenu termomehaničkih osobina projekta točka predmetnog pronalaska i projekta železničkih točkova iz stanja tehnike.

Železnički točak prikazan na slici 1 ima centralnu ravan P koja je normalna na osu rotacije Z točka koji obuhvata obod 1 koji se formira površinom 2 gazećeg sloja i prirubnicom 3 i uključuje čvor 4, a mreža 5 formirana od spoljašnjih 6 i unutrašnjih 7 površina i projektovana na takav način da teoretska srednja linija 8 poprečnog profila prolazi kroz prvu tačku A koja se nalazi na mestu spajanja mreže sa obodom 1, centralnu tačku C gde teoretska srednja linija 8 ima maksimalni pomak od centralne ravni P u pravcu suprotnom od prirubnice 3 i drugu tačku B koja se nalazi na mestu usklađivanja mreže 5 sa čvorištem 4. Specifična centralna ravan P mreže 5 točka prolazi kroz obod 1 točka na mestu gde se meri prečnik D gazećeg sloja.

Spoljašnja površina 6 mreže 5 je na strani oboda 1 formirana pomoću prve spoljašnje krivine radijusa R1 i na strani čvorišta 4 pomoću druge spoljašnje krivine radijusa R2 sa krivinom koja se poklapa u pravcu sa krivinom prve spoljašnje krivine radijusa R1, pomenute krive međusobno se podudaraju u središnjem delu mreže sa trećim R3, na obodu 1 i č etvrtim R4 na strani čvorišta 4, krivine spoljašnjeg radijusa sa krivinom suprotno pravcu krivine prve R1 i druge R2 spoljašnje krivine radijusa, a unutrašnja površina 7 mreže 5 je formirana na strani oboda 1 pomoću prve unutrašnje krivine radijusa R5, a na strani čvorišta 4 pomoću druge unutrašnje krivine radijusa R6 sa krivinom koja se poklapa sa pravcem krivine prve unutrašnje krivine radijusa R5, pomenute krive se međusobno podudaraju u središnjem delu mreže 5 pomoću trećeg R7, na strani oboda 1 i četvrtog R8, na strani čvorišta 4, unutrašnje krive radijusa sa krivinom suprotno pravcu zakrivljenosti prve R5 i druge R6 unutrašnje krive radijusa.

Prva tačka A je pomerena na rastojanje H1 ne veće od 0,08 š irine oboda H od centralne ravni P u pravcu suprotno od prirubnice 3, centralna tačka C je pomerena od centralne ravni P na rastojanje H2 od 0,35 do 0,4 širine oboda H, a druga tačka B je pomerena na rastojanje H3 ne veće od 0,1 širine oboda H od centralne ravni P prema prirubnici 3.

Odnos debljine T1 mreže 5 u prvoj tački A do debljine T2 mreže 5 u drugoj tački B je od 0,7 do 1,1, a odnos debljine T3 mreže 5 u centralnoj tački C do debljine T2 u drugoj tački B je od 0,7 do 0,9.

Prema pronalasku, odabir optimalnog oblika mreže točkova se izvodi pomoću analize konačnih elemenata različitih varijanti projekta prema tehnikama opisanim u standardu UIC 510-5 i UIC B 169/RP 17 izveštaju, koji omogućavaju da se odredi stanje stresa-naprezanje točka od dejstva mehaničkih i termičkih opterećenja koja su najčešće kritična u radu.

Kao rezultat izračunavanja izvedenih u skladu sa zahtevima EN 13979-1, projekat čija za zaštita traži, kao š to je prikazano na slici 2, ima karakteristike čvrstoće zamora mreže koje su bolje u poređenju sa projektima sličnih namenskih točkova VAZ14/324 i VAZ18/319, zajedno sa obezbeđivanjem strukturne težine koja je niža za 7 i 19 kg, respektivno.

Analiza stanja tehnike koju je sproveo podnosilac zahteva, koja uključuje pretraživanje patentnih i istraživačko-tehnoloških izvora informacija i otkrivanje izvora koji sadrže podatke o analogama iz predmetnog pronalaska pokazali su da aplikant nije našao analog koga karakterišu osobine identične svim bitnim karakteristikama predmetnog pronalaska.

U procesu određivanja prototipa iz liste otkrivenih analoga identifikovan je skup suštinskih karakterističnih osobina predmetnog železničkog točka u odnosu na ciljani tehnički rezultat, koji su opisani u zahtevima.

Rezultati kompjuterske simulacije testiranja primene kočnica na točkove, kao što je prikazano na Sl. 3a, 3b i 4a, 4b i izvedeni u skladu sa UIC B 169/RP 17, karakterišu zahtevani projekat sa stepenom bočne deformacije oboda i nivoom naprezanja u točku uporedivom sa onim u postojećim analozima.

Analiza stanja tehnike koju je sproveo podnosilac zahteva i uključujući pretraživanje putem patentnih i naučno-istraživačkih referenci i otkrivanje referenci koje sadrže informacije o analozima predmetnog pronalaska, omogućavaju da se utvrdi da podnosilac zahteva nije mogao da otkrije analoge definisane karakteristikama koje su adekvatne (identične) svim osnovnim karakteristikama predmetnog pronalaska.

Definicija prototipa sa liste otkrivenih analoga omogućila je detekciju kombinacije karakteristika suštinskih u odnosu na tehnički rezultat koji se može nazreti u "Railway Wheel" čija se zaštita traži i navedena je u skupu zahteva.

Rezultati pretraživanja su pokazali da se pronalazak čija se zaštita traži eksplicitno ne pojavljuje za stručnjaka iz stanja tehnike određene od strane podnosioca zahteva, a nije utvrđen nikakav uticaj transformacija koje su obezbeđene osnovnim karakteristikama pronalaska o ostvarivanju tehničkog rezultata.

Predloženi pronalazak se može koristiti za sve modele vozila za prevoz železničkih prevoznih sredstava koja koriste kočione papuče, posebno za železnička teretna kola, vodeća vozila i lokomotive. Dobra konzistencija čvrstoće zamora u kritičnim zonama točka - na mestima gde mreža točka prelazi na čvoriš te i na obod – omogućava upotrebu sadašnjeg projekta i za žel eznički transport gde se koriste kočioni diskovi umesto kočnionih papuča, kao š to je slučaj kod putničkih kola. Prema pronalasku, točak može biti proizveden od čelika bilo kog kvaliteta koji se koristi u železnič koj industriji i proizveden u skladu sa poznatim tehničkim zahtevima i standardima valjanjem, kovanjem ili livenjem.

Teorijske studije i ispitivanje železničkih točkova sa konfiguracijom mreže u skladu sa zahtevanim skupom zahteva u pogledu teretnih kola za evropski železnički sistem pokazale su usaglašenost sa svim zahtevima sigurnosti i sposobnost pružanja optimalnog nivoa performansi točkova. To dokazuje postizanje tehničkog rezultata koji je naznačio podnosilac zahteva.

Claims (1)

Patentni zahtevi

1. Železnički točak koji ima centralnu ravan (P) normalnu na osu (Z) rotacije točka koji obuhvata obod (1) formiran od površine gazećeg sloja (2) i prirubnice (3), a takođe uključuje i čvorište ( 4) i mrežu (5) formiranu spoljašnjim (6) i unutrašnjim (7) površinama i napravljenu na takav način da teorijska srednja linija (8) poprečnog profila mreže prolazi kroz prvu tačku (A) koja se nalazi na mestu usklađivanja mreže (5) sa obodom (1), centralnu tačku (C) gde teoretska središnja linija (8) ima maksimalni pomak od centralne ravni (P) u pravcu suprotnom od prirubnice (3) i drugu tačku (B) koja se nalazi na mestu usklađivanja mreže (5) sa čvorištem (4), pri čemu se spoljašnja površina (6) mreže (5) formira na strani oboda pomoću prve krive spoljašnjeg radijusa (R1) i na strani čvorišta pomoću druge krive spoljašnjeg radijusa (R2) sa zakrivljenošću koja se poklapa sa pravcem krive prve krive spoljašnjeg radijusa (R1), pomenute krive (R1, R2) se međusobno podudaraju u centralnom delu mreže (5) sa trećom (R3), na strani oboda i četvrtom (R4) na strani čvorišta, krive spoljašnjeg radijusa sa krivinom suprotno pravcu zakrivljenosti prve (R1) i druge (R2) spoljašnje krivine radijusa, dok je unutrašnja površina (7) mreže (5) formirana na strani oboda pomoću prve unutrašnje krive radijusa (R5) i na strani čvorišta pomoću druge unutrašnje krive radijusa (R6) sa zakrivljenošću koja se poklapa sa pravcem krivine prve unutrašnje krive radijusa (R5), pomenute krive se međusobno podudaraju u središnjem delu mreže sa trećom (R7), na strani oboda i č etvrtom (R8), na strani čvorišta, unutrašnje krive radijusa sa krivinom suprotnom pravcu krivine prve (R5) i druge (R6) unutrašnje krivine radijusa, pri čemu je pomenuti železnički točak, naznačen time, što su radijusi prve (R1) i druge (R2) spoljašnje krivine radijusa za spoljašnju mrežnu površinu (6) od 0,04 do 0,05 prečnika gazećeg sloja, poluprečnik treće spoljašnje krivine radijusa (R3) je od 0,08 do 0,1 prečnika gazećeg sloja, radijus četvrte spoljašnje krivine radijusa (R4) je od 0,07 do 0,09 prečnika gazećeg sloja, a radijus prve unutrašnje krivine radijusa (R5) za unutrašnju mrežnu površinu (7) je od 0,08 do 0,1 prečnika gazećeg sloja, radijusi druge (R6) i treće (R7) unutrašnje krivine radijusa su od 0,06 do 0,08 prečnika gazećeg sloja, radijus četvrte (R8) unutrašnje krivine radijusa je od 0,04 do 0,06 prečnika gazećeg sloja, pri čemu je prva tačka (A) pomerena na rastojanje ne veće od 0,08 š irine oboda (H) od centralne ravni (P) u pravcu suprotno od prirubnice (3), centralna tačka (C) je pomerena od centralne ravni (P) na rastojanje u rasponu vrednosti od 0,35 do 0,4 š irine oboda (H), a druga tačka (B) je pomerena na rastojanje ne veće od 0,1 š irine oboda (H) od centralne ravni (P) prema prirubnici (3), dok je odnos debljine mreže u prvoj tački (T1) prema debljini mreže u drugoj tački (T2) od 0,7 do 1,1 i odnos debljine mreže na centralnoj tački (T3) prema debljini mreže na drugoj tački (T2) je od 0,7 do 0,9.