|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Железнодорожное литое стальное колесо (100), содержащее ступицу (102), содержащую осевое отверстие (104); обод (108), концентричный с отверстием (104); и диск (106), проходящий, по существу, радиально от ступицы (102) к ободу (104), причем диск (106) содержит переднюю поверхность (122) и заднюю поверхность (124), множество спиц (120, 130, 132), проходящих от ступицы (102) к ободу (108), при этом смежные спицы характеризуются различными значениями толщины, ограниченными между передней поверхностью (122) и задней поверхностью (124), при этом задняя поверхность (124) диска (106) не является непрерывной и ограничена группой ребер (126) и полостей (128), ограничивающих соответствующие спицы, причем спицы содержат концы (140), смежные со ступицей (102), и концы (142), смежные с ободом (108), при этом спицы включают в себя группу расположенных по окружности и чередующихся основных (130) и вспомогательных спиц (132), при этом значения толщины (T V ) вспомогательных спиц (132) в области концов (140), смежных со ступицей (102), меньше, чем значения толщины (T R ) основных спиц (130) в области концов (140), смежных со ступицей (102), а значения толщины (T V ) вспомогательных спиц (132) в области концов (142), смежных с ободом (108), равны значениям толщины (T R ) основных спиц (130) в области концов (142), смежных с ободом (108), при этом толщина (T R ) основных спиц (130) уменьшается вдоль радиальной длины от ступицы (102) к ободу (108), а толщина (T V ) вспомогательных спиц (132) в целом является постоянной на протяжении радиальной длины от ступицы (102) к ободу (108). 2. Железнодорожное колесо по п.1, в котором более толстые спицы обеспечивают протекание большего объема расплавленного металла от ступицы (102) к ободу (108) во время отливки железнодорожного колеса. 3. Железнодорожное колесо по п.1, в котором спицы выполнены как одно целое друг с другом и сформированы во время отливки железнодорожного колеса так, чтобы диск (106) проходил непрерывно между ступицей (102) и ободом (108). 4. Железнодорожное колесо по п.1, в котором основные спицы (130) являются более толстыми, чем смежные вспомогательные спицы (132). 5. Железнодорожное колесо по п.4, в котором основные спицы (130) содержат ребра (126), которые увеличивают толщину (T R ) основных спиц (130), при этом вспомогательные спицы (132) снаружи имеют полости (128), ограниченные ребрами (126). 6. Железнодорожное колесо по п.1, в котором спицы содержат бортики (134), определяющие границы между смежными спицами. 7. Железнодорожное колесо по п.1, в котором разница значений толщины между смежными спицами в целом уменьшается в направлении радиально наружу вдоль спиц.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Железнодорожное литое стальное колесо (100), содержащее ступицу (102), содержащую осевое отверстие (104); обод (108), концентричный с отверстием (104); и диск (106), проходящий, по существу, радиально от ступицы (102) к ободу (104), причем диск (106) содержит переднюю поверхность (122) и заднюю поверхность (124), множество спиц (120, 130, 132), проходящих от ступицы (102) к ободу (108), при этом смежные спицы характеризуются различными значениями толщины, ограниченными между передней поверхностью (122) и задней поверхностью (124), при этом задняя поверхность (124) диска (106) не является непрерывной и ограничена группой ребер (126) и полостей (128), ограничивающих соответствующие спицы, причем спицы содержат концы (140), смежные со ступицей (102), и концы (142), смежные с ободом (108), при этом спицы включают в себя группу расположенных по окружности и чередующихся основных (130) и вспомогательных спиц (132), при этом значения толщины (T V ) вспомогательных спиц (132) в области концов (140), смежных со ступицей (102), меньше, чем значения толщины (T R ) основных спиц (130) в области концов (140), смежных со ступицей (102), а значения толщины (T V ) вспомогательных спиц (132) в области концов (142), смежных с ободом (108), равны значениям толщины (T R ) основных спиц (130) в области концов (142), смежных с ободом (108), при этом толщина (T R ) основных спиц (130) уменьшается вдоль радиальной длины от ступицы (102) к ободу (108), а толщина (T V ) вспомогательных спиц (132) в целом является постоянной на протяжении радиальной длины от ступицы (102) к ободу (108). 2. Железнодорожное колесо по п.1, в котором более толстые спицы обеспечивают протекание большего объема расплавленного металла от ступицы (102) к ободу (108) во время отливки железнодорожного колеса. 3. Железнодорожное колесо по п.1, в котором спицы выполнены как одно целое друг с другом и сформированы во время отливки железнодорожного колеса так, чтобы диск (106) проходил непрерывно между ступицей (102) и ободом (108). 4. Железнодорожное колесо по п.1, в котором основные спицы (130) являются более толстыми, чем смежные вспомогательные спицы (132). 5. Железнодорожное колесо по п.4, в котором основные спицы (130) содержат ребра (126), которые увеличивают толщину (T R ) основных спиц (130), при этом вспомогательные спицы (132) снаружи имеют полости (128), ограниченные ребрами (126). 6. Железнодорожное колесо по п.1, в котором спицы содержат бортики (134), определяющие границы между смежными спицами. 7. Железнодорожное колесо по п.1, в котором разница значений толщины между смежными спицами в целом уменьшается в направлении радиально наружу вдоль спиц.
Евразийское 025698 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.01.30
(21) Номер заявки 201491275
(22) Дата подачи заявки 2012.08.13
(51) Int. Cl. B60B17/00 (2006.01)
(54) ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ ЛИТОЕ СТАЛЬНОЕ КОЛЕСО
(31) 13/362,457
(32) 2012.01.31
(33) US
(43) 2014.11.28
(86) PCT/US2012/050523
(87) WO 2013/115842 2013.08.08
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
АМСТЕД РЭЙЛ КОМПАНИ, ИНК.
(US)
(72) Изобретатель:
Шумахер Джон (US)
(74) Представитель:
Захарова Н.С. (RU)
(56) US-A-3452798
WO-A1-2008015712
US-A-2042160
JP-A-2006347477
(57) В изобретении железнодорожное литое стальное колесо содержит ступицу, которая характеризуется наличием осевого отверстия. Обод выполнен концентрично с указанным отверстием. Диск проходит, по существу, радиально от ступицы к ободу. Указанный диск характеризуется наличием передней поверхности и задней поверхности. Кроме того, указанный диск характеризуется наличием множества спиц, проходящих от ступицы к ободу. Смежные спицы характеризуются различными значениями толщины, ограниченными между передней поверхностью и задней поверхностью.
Область техники, к которой относится изобретение
Объект настоящего изобретения в целом относится к литым изделиям, полученным при помощи процесса литья.
Предшествующий уровень техники
Стальные железнодорожные колеса изготавливают посредством процесса литья, в ходе которого расплавленную сталь отливают в механически обработанную графитовую форму. Как правило, форма включает в себя верхнюю половину или верхнюю часть, которая обычно представляет собой графитовый блок, и нижнюю половину или нижнюю часть, которая также обычно представляет собой графитовый блок. Верхнюю часть или переднюю поверхность отливаемого изделия формируют при помощи механической обработки в верхней части литейной формы, а нижнюю часть или заднюю поверхность отливаемого изделия формируют при помощи механической обработки в нижней части литейной формы. Литейная форма включает в себя секции, которые формируют ступицу, диск и обод железнодорожного колеса. После объединения верхней секции и нижней секции литейной формы для получения готовой литейной формы указанную готовую форму устанавливают на участке разливки, где расплавленную сталь отливают в полость литейной формы с тем, чтобы сформировать ступицу, диск и обод железнодорожного колеса.
В некоторых известных литейных установках выполнен центральный литник в верхней секции литейной формы с тем, чтобы дополнительный расплавленный металл мог удерживаться, в случае необходимости, для заполнения в направлении сверху вниз формы во время охлаждения и отвердевания железнодорожного колеса сразу после заливки. Существуют принятые нормы, устанавливающие пористость стальных железнодорожных колес, которые должны быть соблюдены посредством выполнения центрального литника, чтобы удерживать надлежащий объем металла для заполнения в направлении сверху вниз в формы во время охлаждения и отвердевания колеса. После заполнения полости формы и центрального литника отливку металла останавливают и затем графитовую форму удаляют из участка разливки, предоставляя стали достаточное время для отвердевания перед разделением верхней и нижней секций литейной формы.
В механически обработанной графитовой форме графит поглощает тепло от расплавленной стали таким образом, что расплавленный металл, формирующий колесо, довольно быстро остывает и отвердевает на внешней поверхности, взаимодействующей с графитом. Это позволяет обеспечить высокую скорость производства колес, так как верхняя часть и нижняя часть литейной формы могут быть довольно быстро разделены вскоре после осуществления заливки, тем самым обеспечивая надлежащее охлаждение колеса, а также проведение другой термической обработки в процессе его изготовления. В связи с быстрым поглощением тепла от расплавленной стали графитовой формой диск между ступицей и ободом принято выполнять довольно толстым с тем, чтобы центральная часть диска оставалась расплавленной в течение достаточного количества времени, чтобы обеспечить протекание избыточного расплавленного металла в центральном литнике из ступицы в диск и далее в обод для обеспечения желаемой пористости железнодорожного колеса. Дополнительная толщина диска увеличивает общую массу железнодорожного колеса. Впоследствии избыточный материал диска может быть удален путем механической обработки, однако этот процесс увеличивает время производственного процесса, а также стоимость готового изделия.
Существует необходимость в снижении количества материала, из которого формируют диск, при этом диск должен оставаться расплавленным достаточно долго для того, чтобы обеспечить желаемую пористость железнодорожного литого стального колеса.
Сущность изобретения
Согласно одному варианту осуществления изобретения предлагается железнодорожное литое стальное колесо, характеризующееся наличием ступицы, которая характеризуется наличием осевого отверстия. Обод является концентричным с указанным отверстием. Диск проходит, по существу, радиаль-но от ступицы к ободу. Диск характеризуется наличием передней поверхности и задней поверхности. Диск характеризуется наличием множества спиц, проходящих от ступицы к ободу. Смежные спицы характеризуются различными значениями толщины, ограниченными между передней поверхностью и задней поверхностью.
Необязательно, более толстые спицы могут обеспечивать протекание большего объема расплавленного металла от ступицы к ободу во время отливки железнодорожного колеса. Спицы выполнены как одно целое друг с другом и сформированы во время отливки железнодорожного колеса так, чтобы диск мог проходить непрерывно между ступицей и ободом. Необязательно, спицы могут включать группу расположенных по окружности и чередующихся основных и вспомогательных спиц. Основные спицы могут быть более толстыми, чем смежные вспомогательные спицы. Вспомогательные спицы могут быть более тонкими, чем смежные основные спицы. Основные спицы могут включать ребра, которые увеличивают толщину основных спиц. Вспомогательные спицы могут характеризоваться наличием полостей, ограниченных между ребрами снаружи спиц.
Необязательно, передняя поверхность диска может быть плавной и непрерывной. Задняя поверхность диска может не быть непрерывной и может быть ограничена группой ребер и полостей, ограничи
вающих соответствующие спицы. Спицы могут характеризоваться наличием бортиков, определяющих границы между смежными спицами. Разница значений толщины между смежными спицами может в целом уменьшаться в направлении радиально наружу вдоль спиц. Необязательно, спицы могут характеризоваться наличием концов, смежных со ступицей, и концов, смежных с ободом. Значения толщины вспомогательных спицы в области концов, смежных со ступицей, могут быть значительно меньше, чем значения толщины основных спиц в области концов, смежных со ступицей. Значения толщины вспомогательных спиц в области концов, смежных с ободом, могут быть приблизительно равны значениям толщины основных спиц в области концов, смежных с ободом.
Согласно другому варианту осуществления предлагается железнодорожное литое стальное колесо, характеризующееся наличием ступицы, которая характеризуется наличием осевого отверстия. Обод является концентричным с указанным отверстием. Диск проходит, по существу, радиально от ступицы к ободу. Диск характеризуется наличием передней поверхности и задней поверхности. Диск характеризуется толщиной, ограниченной между передней и задней поверхностями. Диск по меньшей мере на одной из передней поверхности и задней поверхности характеризуется наличием группы расположенных по окружности и чередующихся ребер и полостей. Толщина в области ребер превышает толщину в области смежных полостей, а толщина в области полостей меньше толщины в области смежных ребер.
Необязательно, более толстые ребра могут обеспечить протекание большего объема расплавленного металла из ступицы к ободу во время отливки железнодорожного колеса. Разница значений толщины диска вдоль ребер и толщины диска вдоль полостей может в целом уменьшаться в направлении радиаль-но наружу от ступицы. Диск может содержать бортики, определяющие границы между ребрами и полостями. Необязательно, ребра могут занимать приблизительно половину площади диска, и полости могут занимать приблизительно половину площади диска. Диск может содержать приблизительно от четырех до восьми ребер с расположенными между ними полостями. Ребра и полости могут ограничивать приблизительно равные усеченные сектора диска. Ребра могут быть более толстыми поблизости ступицы и более тонкими поблизости обода. Необязательно, ребра и полости могут быть выполнены как на передней поверхности, так и на задней поверхности. Ребра на передней и задней поверхностях могут в целом совпадать друг с другом. Полости на передней и задней поверхностях могут в целом совпадать друг с другом.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения предлагается литейная установка для изготовления железнодорожного литого стального колеса, содержащая ковш, предназначенный для удержания расплавленного металла. Указанная установка содержит литейную форму, предназначенную для приема расплавленного металла, поступающего из ковша. Указанная форма характеризуется наличием верхней секции и нижней секции, причем между ними ограничена полость литейной формы, которая характеризуется надлежащей формой для образования железнодорожного колеса. Верхняя секция характеризуется наличием первой формирующей полость поверхности, ограничивающей часть полости литейной формы. Нижняя секция характеризуется наличием второй формирующей полость поверхности, ограничивающей часть полости литейной формы. По меньшей мере одна из первой и второй формирующих полость поверхностей характеризуется наличием группы расположенных по окружности и чередующихся выступов и полостей, которые при отливке формируют соответствующие ребра и полости на поверхности железнодорожного колеса.
Необязательно, указанная установка может дополнительно содержать литейный сердечник для формирования ступицы в сборе, расположенный в литейной форме радиально по центру полости литейной формы. Литейный сердечник для формирования ступицы в сборе может характеризоваться наличием литника ступицы, сконфигурированного для приема во время отливки избыточного расплавленного металла. Литник ступицы обеспечивает подачу излишнего расплавленного металла в полость литейной формы во время охлаждения и отвердевания железнодорожного колеса. Больший объем расплавленного металла протекает в полость литейной формы через область, соответствующую полостям, чем через область, соответствующую выступам.
Необязательно, первая формирующая полость поверхность может быть в целом плавной и непрерывной, и может не характеризоваться наличием выступов и полостей, а вторая формирующая полость поверхность характеризуется наличием выступов и полостей. Необязательно, бортики могут проходить между выступами и полостями. Бортики могут быть в целом перпендикулярны соответствующей первой или второй формирующей полость поверхности. Необязательно, выступы могут занимать приблизительно половину соответствующей формирующей полость поверхности, и полости могут занимать приблизительно половину соответствующей формирующей полость поверхности. Выступы и полости могут ограничивать приблизительно равные усеченные секторы соответствующей формирующей полость поверхности. Полость литейной формы может характеризоваться наличием, по существу, постоянной толщины между первой и второй формирующими полость поверхностями вдоль указанных выступов при перемещении в направлении радиально наружу вдоль указанных выступов. Полость литейной формы может характеризоваться наличием в целом уменьшающейся толщины между первой и второй формирующими полость поверхностями вдоль указанных полостей при перемещении в направлении радиально наружу вдоль указанных полостей.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения предлагается способ изготовления железнодорожного литого стального колеса, предусматривающий: предоставление литейной формы, характеризующейся наличием верхней секции и нижней секции, при этом между ними ограничена полость литейной формы, характеризующаяся надлежащей формой для образования железнодорожного колеса. Верхняя секция характеризуется наличием первой формирующей полость поверхности, ограничивающей часть полости литейной формы. Нижняя секция характеризуется наличием второй формирующей полость поверхности, ограничивающей часть полости литейной формы. По меньшей мере одна из первой и второй формирующих полость поверхностей характеризуется наличием группы расположенных по окружности и чередующихся выступов и полостей, которые формируют соответствующие ребра и полости на поверхности железнодорожного колеса. Верхняя секция характеризуется наличием расположенной радиально в центре части, формирующей ступицу, и нижняя секция характеризуется наличием расположенной радиально в центре части, формирующей ступицу. Указанный способ предусматривает: заливку расплавленного металла в части, формирующие ступицу, нижней секции и верхней секции таким образом, чтобы расплавленный металл распространялся по полости литейной формы, как в верхней секции, так и в нижней секции. Указанный способ предусматривает: заливку расплавленного металла в литник ступицы, расположенный на одной оси с частями, формирующими ступицу. Расплавленный металл в литнике ступицы используют для подачи расплавленного металла в полость литейной формы после прекращения заливки расплавленного металла. Больший объем расплавленного металла протекает в полость литейной формы через области, соответствующие указанным полостям, чем через области, соответствующие указанным выступам.
Необязательно, полость литейной формы может характеризоваться толщиной, ограниченной между первой и второй формирующими полость поверхностями. Толщина полости литейной формы в областях, соответствующих полостям, может превышать толщину полости литейной формы в областях, соответствующих выступам. Необязательно, способ может предусматривать заливку самотеком расплавленного металла из литника ступицы в полость литейной формы при охлаждении и отвердевании железнодорожного колеса. Указанные полости могут обеспечивать большую область в полости литейной формы для потока расплавленного металла, чем выступы.
Перечень фигур чертежей и иных материалов
На фиг. 1 представлено железнодорожное колесо, выполненное в соответствии с примерным вариантом осуществления.
На фиг. 2 представлен вид сверху колеса, представленного на фиг. 1.
На фиг. 3 представлен вид сзади колеса, представленного на фиг. 1.
На фиг. 4 представлено сечение колеса, выполненное через область колеса с большей толщиной.
На фиг. 5 представлено сечение колеса, выполненное через область колеса с меньшей толщиной.
На фиг. 6 представлено сечение колеса, демонстрирующее различие диска по толщине вдоль секций колеса с большей и меньшей толщиной.
На фиг. 7 представлено неполное сечение литейной установки для изготовления колеса.
На фиг. 8 представлен примерный вариант осуществления нижней секции литейной формы, которую используют для формирования задней поверхности колеса.
На фиг. 9 представлено неполное сечение части другой литейной установки для изготовления колеса в соответствии с альтернативным вариантом осуществления.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг. 1 представлено железнодорожное колесо 100, выполненное в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения. Колесо 100 содержит ступицу 102, характеризующуюся наличием осевого отверстия 104, выполненного для размещения одного конца оси (не показана) стандартным способом. В радиальном направлении от ступицы 102 проходит диск 106, который выполнен как одно целое с ней. Обод 108 периферийно сформирован по радиальному наружному краю диска 106. Обод 108 характеризуется наличием поверхности 110 катания и реборды 112, которая проходит радиально наружу от поверхности 110 катания на внутренней стороне колеса 100. Согласно примерному варианту осуществления изобретения обод 108 смещен в осевом направлении от ступицы 102 к внешней стороне колеса 100 стандартным способом.
Согласно примерному варианту осуществления изобретения колесо 100 выполнено при помощи процесса литья, в котором расплавленный металл, такой как расплавленная сталь, заливают в полость литейной формы для формирования колеса 100. Согласно примерному варианту осуществления расплавленную сталь заливают сверху в полость литейной формы, чтобы заполнить полость литейной формы. Альтернативно, расплавленную сталь могут заливать под давлением снизу в полость литейной формы. Центральный литник ступицы используют для хранения избыточного расплавленного металла в течение некоторого периода времени в ходе процесса литья для того, чтобы подавать расплавленный металл сверху вниз в полость для обеспечения полного заполнения полости формы и получения надлежащей пористости металла колеса 100 после отвердевания. Расплавленный металл остается жидким в течение периода времени, достаточно долгого для того, чтобы обеспечить его подачу в полость литейной формы во время охлаждения и отвердевания колеса 100. Расплавленный металл течет от литника ступицы через
диск 106 в обод 108, в то время как колесо 100 охлаждается и отвердевает. Как правило, отвердевание происходит в направлении снаружи вовнутрь колеса 100.
Согласно примерному варианту осуществления изобретения колесо 100, в частности, в области диска 106 характеризуется наличием областей с различными значениями толщины, например, некоторые области выполнены более тонкими, а некоторые более толстыми, для распределения достаточного потока расплавленного металла во время отвердевания через более толстые области с получением преимущества в снижении общей массы колеса 100. Тонкие области диска 106 снижают общую массу колеса 100, так как указанные области содержат меньшее количество металла. Толстые области диска 106 функционируют в качестве желобов или каналов для подачи расплавленного металла в обод 108, тем самым создавая каналы, по которым расплавленный металл протекает во время охлаждения и отвердевания колеса 100. Поскольку колесо 100 охлаждается снаружи, в более толстых областях колесо 100 остается расплавленным (незатвердевшим) в течение более долгого периода времени, что позволяет расплавленному металлу протекать от ступицы 102 к ободу 108 в течение более долгого периода времени.
На фиг. 2 представлен вид сверху колеса 100. На фиг. 3 представлен вид сзади колеса 100, демонстрирующий внутреннюю сторону колеса 100. На фиг. 4 представлено сечение колеса 100, выполненное по линии 4-4 на фиг. 3 через область колеса 100 с большей толщиной. На фиг. 5 представлено сечение колеса 100, выполненное по линии 5-5 на фиг. 3 через область колеса 100 с меньшей толщиной.
Исходя из представленного на фиг. 1-5 диск 106 с переменной толщиной состоит из множества спиц 120, проходящих между ступицей 102 и ободом 108. Спицы 120 выполнены как одно целое друг с другом и сформированы во время отливки колеса 100 так, чтобы диск 106 проходил непрерывно между ступицей 102 и ободом 108. Смежные спицы 120 характеризуются различными значениями толщины, ограниченными между передней поверхностью 122 и задней поверхностью 124 диска 106. Передняя поверхность 122 направлена наружу, а задняя поверхность 124 направлена вовнутрь. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления передняя поверхность 122 диска 106 является плавной и непрерывной, однако следует понимать, что передняя поверхность 122 может не быть непрерывной и содержать элементы, подобные элементам, описанным ниже в отношении задней поверхности 124. Например, согласно альтернативному варианту осуществления ребра 126 и полости 128 могут быть выполнены на передней поверхности 122, а не на задней поверхности 124. Согласно другим альтернативным вариантам осуществления ребра 126 и полости 128 могут быть выполнены как на передней поверхности 122, так и на задней поверхности 124. Согласно этому варианту осуществления ребра 126 на передней и задней поверхностях 122, 124 могут совпадать друг с другом и полости 128 на передней и задней поверхностях 122, 124 могут совпадать друг с другом.
Задняя поверхность 124 диска 106 не является непрерывной и ограничена группой ребер 126 и полостей 128, образованных между ребрами 126. Ребра 126 и полости 128 ограничивают соответствующие спицы 120. Например, одна спица 120 ограничена областью диска 106, характеризующейся наличием одного из ребер 126, а смежная спица 120 ограничена областью диска 106, характеризующейся наличием одной из полостей 128.
Спицы 120 включают группу расположенных по окружности и чередующихся основных и вспомогательных спиц 130, 132. Основные спицы 130 толще, чем смежные вспомогательные спицы 132. Вспомогательные спицы 132 тоньше, чем смежные основные спицы 130. Основные спицы 130 представляют собой части диска 106, характеризующиеся наличием ребер 126. Вспомогательные спицы 132 представляют собой части диска 106, характеризующиеся наличием полостей 128. Ребра 126 увеличивают толщину основных спиц 130 по сравнению толщиной вспомогательных спиц 132. Полости 128 ограничены снаружи диска 106 вдоль вспомогательных спиц 132 между ребрами 126.
Основные спицы 130 (например, более толстые спицы) обеспечивают протекание большего объема расплавленного металла от ступицы 102 к ободу 108 во время отливки колеса 100. Вспомогательные спицы 132 (например, более тонкие спицы), по существу, представляют собой области колеса 100, характеризующиеся меньшим объемом (например, в виду образования полости 128) для снижения массы колеса 100. Размер (например, ширина, толщина, длина, форма) полостей 128 может быть выбран для обеспечения баланса между снижением массы и структурной целостностью, а также прочностью колеса 100. Размер (например, ширина, толщина, длина, форма) ребер 126 может быть выбрана таким образом, чтобы управлять поступлением расплавленной стали от литника ступицы через диск 106 в обод 108 во время процесса литья. Например, наличие больших ребер 126 позволяет большему объему расплавленной стали протекать в обод 108 во время процесса отвердевания. Например, наличие больших ребер 126 позволяет обеспечить существование канала для протекания расплавленного металла в течение большего периода времени, что обеспечивает отвердевание внутренней части колеса 100 (например, в области ребер 126) в течение более продолжительного периода времени.
Бортики 134 ограничивают наружные края ребер 126. Полости 128 ограничены между бортиками 134 смежных ребер 126. Бортики 134 определяют границы между смежными основными и вспомогательными спицами 130, 132. Согласно примерному варианту осуществления бортики 134 проходят, по существу, перпендикулярно относительно задней поверхности 124. Необязательно, бортики 134 могут быть искривлены для обеспечения плавного перехода между прерывистыми участками задней поверхно
сти 124. Например, закругление может быть выполнено в нижней части бортиков 134. Альтернативно, бортики 134 могут проходить под углом, отличным от прямого угла, к задней поверхности 124.
Согласно примерному варианту осуществления выполнено равное количество ребер 126 и полостей 128. Полости 128 ограничены между ребрами 126. Согласно примерному варианту осуществления ребра 126 могут занимать приблизительно половину площади задней поверхности 124 диска 106, и полости 128 могут занимать приблизительно половину площади задней поверхности 124 диска 106. Площадь, занимаемая полостями 128 или ребрами 126, может зависеть от размера и формы полостей 128 и ребер 126. Согласно некоторым вариантам осуществления полости 128 могут занимать более половины всей задней поверхности 124 диска 106. Согласно другим вариантам осуществления ребра 126 могут занимать более половины задней поверхности 124 диска 106. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления диск 106 содержит шесть ребер 126 и шесть полостей 128, ограниченных между ребрами 126. Согласно альтернативным вариантам осуществление количество ребер 126 и полостей 128, входящих в состав диска 106, может отличаться от шести в большую или меньшую сторону. Необязательно, диск 106 может содержать от четырех до восьми ребер 126 с соответствующими полостями 128, ограниченными между ребрами. Количество ребер 126 и полостей 128 может зависеть от диаметра колеса 100; от желаемого снижения массы колеса 100; от количества расплавленного металла, которое должно поступить от ступицы 102 к ободу 108 во время литья; и/или от скорости охлаждения и отвердевания колеса 100 во время процесса литья. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления ребра 126 и полости 128 ограничивают приблизительно равные, усеченные сектора диска 106. Бортики 134 проходят радиально наружу от ступицы 102, в результате чего форма спиц 120 в целом напоминает форму сектора окружности. Осевые линии ребер 126 проходят, по существу, радиально наружу от ступицы 102 к ободу 108. Другие формы возможны в альтернативных вариантах осуществления. Необязательно, ребра 126 могут быть сформованы отлично от полостей 128.
На фиг. 6 представлено сечение колеса 100, демонстрирующее разницу по толщине диска 106 вдоль основной спицы 130 и вспомогательной спицы 132 (показанной пунктирной линией), которые обозначены на фиг. 3. Значение толщины диска 106 в области ребер 126 больше, чем значение толщины диска 106 в области полостей 128. Область А ограничена ребром 126, которое представляет собой увеличенную область диска 106, которая позволяет большему объему расплавленного металла протекать из ступицы 102 к ободу 108 во время отливки колеса 100. Увеличенная толщина диска 106 в области ребра 126 позволяет большему объему расплавленного металла протекать от ступицы 102 к ободу 108 во время отливки железнодорожного колеса 100. Диск 106 в области полостей 128 тоньше, чем диск 106 в области ребер 126.
Толщина Т диска 106 ограничена передней поверхностью 122 и задней поверхностью 124. Вдоль полостей 128 диск 106 характеризуется толщиной TV. Вдоль ребер 126 диск 106, как правило, характеризуется толщиной TR. Радиальная длина L диска 106 определена между ступицей 102 и ободом 108. Толщина TR вдоль ребер, как правило, превышает толщину TV вдоль полостей, по меньшей мере, вдоль части радиальной длины L диска 106. Согласно примерному варианту осуществления толщина TR вдоль ребер больше, чем толщина TV вдоль полостей на протяжении большей части радиальной длины L. Разница значений толщины TR и TV вдоль ребер и полостей, соответственно, представлена значением TD. Необязательно, разница TD значений толщины изменяется вдоль радиальной длины L. Необязательно, разница TD значений толщины может равняться нулю, по меньшей мере, вдоль части радиальной длины L.
Спицы 120 характеризуются наличием концов 140, смежных со ступицей, которые непосредственно примыкают к ступице 102, и концов 142, смежных с ободом, которые непосредственно примыкают к ободу 108. Согласно примерному варианту осуществления диск 106 содержит закругления 144, 146 вдоль передней и задней поверхностей 122, 124 диска 106 в области конца 140, смежного со ступицей. Диск 106 содержит закругления 148, 150 вдоль передней и задней поверхностей 122, 124 в области конца 142, смежного с ободом. Закругления 144-150 обеспечивают плавные переходы между диском 106 и ступицей 102 или ободом 108. Толщина Т диска 106, как правило, увеличивается в области закруглений 144150. Закругления 144-150 предназначены для увеличения прочности колеса 100 на границе между диском 106 и ступицей 102 или ободом 108. Закругления 144-150 предназначены для снижения напряжения или возникновения усталостных трещин на границе между диском 106 и ступицей 102 или ободом 108.
Согласно примерному варианту осуществления диск 106 вдоль ребра 126 более толстый рядом со ступицей 102 и более тонкий рядом с ободом 108. Разница TD значений толщины диска 106, как правило, уменьшается вдоль радиальной длины L в направлении радиально наружу от ступицы 102. Согласно примерному варианту осуществления толщина TV вдоль полостей диска 106, как правило, является постоянной на протяжении радиальной длины L, тогда как толщина TR вдоль ребер, как правило, уменьшается, начиная от конца 140, смежного со ступицей, и до конца 142, смежного с ободом. В точке Р на задней поверхности 124 ребро 126 переходит в диск 106 так, что в направлении радиально наружу от точки Р ребра 126 и полости 128 исчезают и диск 106 характеризуется наличием плавной непрерывной поверхности при переходе диска 106 в обод 108. Разница TD значений толщины в направлении радиально наружу от точки Р равняется нулю.
Ребра 126 ограничивают основные спицы 130, а полости 128 ограничивают вспомогательные спицы
132. Согласно примерному варианту осуществления толщина TV вспомогательной спицы 132 в области конца 140, смежного со ступицей, значительно меньше толщины TR основной спицы 130 В области конца 140, смежного со ступицей. Толщина TV вспомогательной спицы 132 в области конца 142, смежного с ободом, приблизительно равна толщине TR основной спицы 130 В области конца 142, смежного с ободом.
Согласно альтернативному варианту осуществления изобретения вместо выполнения ребер 126 и полостей 128 на задней поверхности 124, ребра и полости могут быть выполнены на передней поверхности 122, что представлено на фиг. 6 посредством ребер 126' и полостей 128', показанных пунктирной линией. Согласно другим альтернативным вариантам осуществления ребра 126 и 126' могут быть выполнены как на передней, так и на задней поверхностях 122, 124, и полости 128 и 128' могут быть выполнены как на передней, так и на задней поверхностях 122, 124. На фиг. 7 представлено неполное сечение литейной установки 160 для изготовления литого изделия, такого как колесо 100. Другие изделия могут быть отлиты при помощи указанных способов и процессов, описанных в настоящем документе. Установка 160 включает в себя ковш 162, в котором находится расплавленный металл, такой как расплавленная сталь, и трубу 164 для заливки в сборе, предназначенную для заливки расплавленной стали в форму 180. В ходе операции заливки расплавленный металл заливают через трубу 164 для заливки в сборе в форму 180. В форму 180 поступает расплавленный металл из трубы 164 для заливки в сборе в ходе процесса литья для формирования железнодорожного колеса 100.
Литейная форма 180 включает в себя верхнюю половину или верхнюю секцию 182 и нижнюю половину или нижнюю секцию 184. Верхняя секция 182 расположена поверх нижней секции 184 для обеспечения готовой формы в сборе. Нижняя секция 184 и верхняя секция 182 литейной формы, как правило, состоят из графита или другого материала, который быстро рассеивает тепло для охлаждения литого изделия. Полость 186 литейной формы ограничена между верхней секцией 182 и нижней секцией 184, при этом указанная полость характеризуется надлежащей формой для образования железнодорожного колеса 100. Например, как верхняя секция 182, так и нижняя секция 184 могут характеризоваться наличием части полости для формирования колеса, которая выполнена в них посредством механической обработки, при этом указанные секции совместно ограничивают литую заготовку железнодорожного колеса 100.
Верхняя секция 182 характеризуется наличием первой формирующей полость поверхности 188, которая ограничивает часть полости 186 литейной формы. Нижняя секция 184 характеризуется наличием второй формирующей полость поверхности 190, которая ограничивает часть полости 186 литейной формы. Согласно примерному варианту осуществления первая и/или вторая формирующие полость поверхности 188, 190 характеризуются такой формой, чтобы ограничивать ступицу 102, диск 106 и обод 108. Первая и/или вторая формирующие полость поверхности 188, 190 могут включать в себя элементы, которые ограничивают ребра и полости 126, 128 на задней поверхности 124 и/или передней поверхности 122 диска 106.
Согласно примерному варианту осуществления форма 180 характеризуется наличием литейного сердечника 192 для формирования ступицы в сборе, предназначенного для формирования ступицы 102 колеса 100. Согласно примерному варианту осуществления литейный сердечник 192 для формирования ступицы в сборе включает в себя стержень 194, который ограничивает отверстие 104 ступицы 102, в котором расположена ось. Литейный сердечник 192 для формирования ступицы в сборе предусматривает наличие литника 196 ступицы, который принимает избыточный расплавленный металл во время процесса заливки. Литник 196 ступицы обеспечивает подачу избыточного расплавленного металла в полость 186 литейной формы во время охлаждения и отвердевания железнодорожного колеса 100, например, посредством процесса заливки самотеком, в котором избыточный расплавленный металл поступает самотеком из литника 196 ступицы в полость 186 литейной формы. Процесс заливки самотеком имеет место после осуществления процесса заливки под давлением и во время процесса охлаждения/отвердевания. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления литник 196 ступицы может быть частью верхней секции 182 литейной формы 180. Например, верхняя секция 182 может содержать механически обработанную полость над полостью 186 литейной формы, которая принимает указанный избыточный расплавленный металл и удерживает его для последующего выпуска в полость 186 литейной формы при охлаждении и отвердевании железнодорожного колеса 100.
Согласно альтернативному варианту осуществления литник 196 ступицы может быть отдельным компонентом, таким как цилиндрический сердечник, который заменяет стержень 194 и характеризуется наличием отверстий, которые позволяют избыточному расплавленному металлу протекать из указанного сердечника ступицы в полость 186 литейной формы при охлаждении и отвердевании железнодорожного колеса 100. Сердечник ступицы может формировать отверстие 104 в ступице 102 путем заполнения пространства, которое, в конечном счете, ограничивает отверстие 104.
При охлаждении и отвердевании металла может произойти его усадка, что требует подачи дополнительного объема материала для полного заполнения полости 186 литейной формы. Избыточный объем расплавленного металла в литнике 196 ступицы используют для заполнения объема полости 186 литейной формы. Необязательно, литник 196 ступицы (и/или сердечник ступицы) может быть расположен ра-диально в центре внутри полости 186 литейной формы.
На фиг. 8 представлена нижняя секция 184 литейной формы 180, которую используют для форми
рования задней поверхности 124 колеса 100. Нижняя секция 184 характеризуется такой формой, чтобы образовать ребра 126 и полости 128. Согласно примерному варианту осуществления вторая формирующая полость поверхность 190 нижней секции 184 характеризуется наличием группы расположенных по окружности и чередующихся выступов 200 и полостей 202, которые формируют соответствующие полости 128 и ребра 126 на задней поверхности 124 железнодорожного колеса 100. Выступы 200 проходят в полость 186 литейной формы, а полости 202 ограничены между выступами 200. Выступы 200 и полости 202 могут характеризоваться любым размером и/или формой для ограничения соответствующих полостей 128 и ребер 126. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления выступы 200 и полости 202 ограничивают приблизительно равные усеченные сектора на второй формирующей полость поверхности 190 вдоль секции 204 для формирования диска второй формирующей полость поверхности 190. Вторая формирующая полость поверхность 190 также содержит секцию 206 для формирования ступицы, которую используют для образования ступицы 102, и секцию 208 для формирования обода, которую используют для образования обода 108. Секция 204 для формирования диска расположена между секциями 206, 208 для формирования ступицы и обода. Секция 204 для формирования диска не является плавной и непрерывной, при этом ее прерывистая поверхность ограничена выступами 200 и полостями
202.
Бортики 210 проходят между выступами 200 и полостями 202. Бортики 210 проходят, как правило, перпендикулярно второй формирующей полость поверхности 190. Необязательно, бортики 210 могут проходить под углом, отличным от прямого угла, относительно второй формирующей полость поверхности 190. Бортики 210 могут быть изогнуты для ограничения плавного перехода между выступами 200 и полостями 202. Согласно примерному варианту осуществления выступы 200 и/или полости 202 выполнены постепенно уменьшающимися относительно друг друга таким образом, что поблизости секции 208 для формирования обода выступы 200 и полости 202, по существу, совпадают друг с другом, а поблизости секции 206 для формирования ступицы выступы 200 возвышаются над полостями 202.
Необязательно, выступы 200 могут занимать приблизительно половину площади второй формирующей полость поверхности 190, и полости 202 могут занимать приблизительно половину площади второй формирующей полость поверхности 190. Согласно альтернативным вариантам осуществления изобретения площадь, занимаемая выступами 200, может составлять более половины площади второй формирующей полость поверхности 190. Согласно альтернативным вариантам осуществления полости 202 могут занимать более половины площади второй формирующей полость поверхности 190.
Когда верхняя секция 182 и нижняя секция 184 линейной формы находятся в собранном состоянии, полость 186 литейной формы характеризуется значениями толщины вдоль выступов 200, которые отличаются от значений толщины вдоль полостей 202. Полость 186 литейной формы является более толстой вдоль полостей 202, что позволяет залить больший объем расплавленного металла в полость 186 литейной формы через область, соответствующую полостям 202, чем через область, соответствующую выступам 200. В конечном счете, полости 202 формируют ребра 126 железнодорожного колеса 100, а выступы 200 формируют полости 128 железнодорожного колеса 100. Выступы 200 предназначены для заполнения объема полости 186 литейной формы, уменьшая количество металла, используемого для формирования колеса 100, тем самым снижая общую массу колеса 100.
На фиг. 9 представлено неполное сечение установки 260 для сифонной разливки под контролируемым давлением в соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения, предназначенной для изготовления литого изделия, такого как колесо 100. Другие изделия также могут быть отлиты при помощи способов и процессов, описанных в настоящем документе. Установка 260 включает в себя ковш 262, помещенный в бак-сборник 264. Крышка 266 бака и труба 268 для заливки в сборе расположены поверх верхней части 270 бака-сборника 264 для того, чтобы герметично закрыть камеру 272. Труба 268 для заливки в сборе включает в себя трубу 274 для заливки, которая проходит от крышки 266 бака в ковш 262 так, чтобы располагаться поблизости от нижней части 276 ковша 262. Расплавленный металл, такой как расплавленная сталь, удерживается в ковше 262. Труба 274 для заливки может быть выполнена из керамического материала.
Во время операции заливки сжатый воздух или инертный газ нагнетают под давлением в камеру 272, тем самым вытесняя расплавленный металл вверх через трубу 274 для заливки в форму 280, расположенную над ковшом 262 и баком-сборником 264. В ходе процесса литья в форму 280 поступает расплавленный металл из трубы 274 для заливки с тем, чтобы сформировать железнодорожное колесо 100.
Форма 280 включает в себя верхнюю половину или верхнюю секцию 282 и нижнюю половину или нижнюю секцию 284. Верхняя секция 282 расположена поверх нижней секции 284 для обеспечения готовой формы в сборе. При осуществлении процесса сифонной разливки под контролируемым давлением нижнюю секцию 284 и верхнюю секцию 282, как правило, изготавливают из графита или другого материала, который быстро рассеивает тепло для охлаждения литого изделия. Полость 286 литейной формы ограничена верхней секцией 282 и нижней секцией 284, при этом указанная полость характеризуется надлежащей формой для образования железнодорожного колеса 100. Например, как верхняя секция 282, так и нижняя секция 284 могут характеризоваться наличием части полости для формирования колеса, которая выполнена в них посредством механической обработки, при этом указанные секции совместно
ограничивают литую заготовку железнодорожного колеса 100.
Верхняя секция 282 характеризуется наличием первой формирующей полость поверхности 288, которая ограничивает часть полости 286 литейной формы. Нижняя секция 284 характеризуется наличием второй формирующей полость поверхности 290, которая ограничивает часть полости 286 литейной формы. Согласно примерному варианту осуществления первая и/или вторая формирующие полость поверхности 288, 290 характеризуются такой формой, чтобы ограничивать ступицу 102, диск 106 и обод 108. Первая и/или вторая формирующие полость поверхности 288, 290 могут включать в себя элементы, которые ограничивают ребра и полости 126, 128 на задней поверхности 124 и/или передней поверхности 122 диска 106.
Согласно примерному варианту осуществления форма 280 характеризуется наличием литейного сердечника 292 для формирования ступицы в сборе, предназначенного для формирования ступицы 102 колеса 100. Во время отливки литейный сердечник 292 для формирования ступицы в сборе используют для задержки заливки расплавленного металла, поступающего под давлением через трубу 274 для заливки в полость литейной формы 286, например, при заполнении полости 268 литейной формы 286 расплавленным металлом для формирования железнодорожного колеса 100.
Согласно примерному варианту осуществления изобретения литейный сердечник 292 для формирования ступицы в сборе включает в себя сердечник 294 ступицы, предназначенный для образования отверстия 104 и ступицы 102. Сердечник 294 ступицы предусматривает наличие полости, которая ограничивает литник 296 ступицы, в который поступает избыточный расплавленный металл во время процесса сифонной разливки под контролируемым давлением. Литник 296 ступицы обеспечивает подачу избыточного расплавленного металла в полость 286 литейной формы во время охлаждения и отвердевания железнодорожного колеса 100, например, посредством процесса заливки самотеком, в котором избыточный расплавленный металл поступает самотеком из литника 296 ступицы в полость формы 286 литейной формы. Сердечник 294 ступицы представляет собой цилиндрический сердечник, который выполнен с возможностью перемещения внутри формы 280. Сердечник 294 ступицы включает в себя отверстия 298, которые позволяют расплавленному металлу поступать в литник 296 ступицы во время процесса сифонной заливки расплавленного металла из установки для разливки и которые позволяют избыточному расплавленному металлу поступать из литника 296 ступицы в полость 286 литейной формы при охлаждении и отвердевании железнодорожного колеса 100.
Следует понимать, что приведенное выше описание носит иллюстративный, а не ограничивающий характер. Например, описанные выше варианты осуществления (и/или его аспекты) могут быть использованы в сочетании друг с другом. Дополнительно, для адаптации конкретной ситуации или материалов к методологии настоящего изобретения могут быть осуществлены многочисленные модификации, не отклоняясь от его объема. Размеры, типы материалов, ориентация различных компонентов, а также количество и расположение различных компонентов, описанных в настоящем документе, предназначены для определения параметров конкретных вариантов осуществления, которые являются не ограничивающими, а скорее примерными вариантами осуществления. Многие другие варианты осуществления и модификации, находящиеся в рамках сущности и объема формулы изобретения, будут очевидны специалистам в данной области техники при прочтении приведенного выше описания. Таким образом, объем настоящего изобретения будет определен со ссылками на прилагаемые пункты формулы изобретения вместе с полным объемом эквивалентов, на которых указанные пункты формулы изобретения основаны. В прилагаемой формуле изобретения термины "включающий" и "в котором" используют в качестве прямых эквивалентов соответствующих терминов "содержащий" и "где". Более того, в прилагаемой формуле изобретения термины "первый", "второй", "третий" и т.д. используют просто как обозначения, при этом не предполагается, что они накладывают какие-либо численные требования на относящиеся к ним объекты. Кроме того, ограничения прилагаемой формулы изобретения не написаны в формате "средство плюс функция", а также не предназначены для интерпретации на основании раздела 35 Свода законов США, § 112, шестой абзац, до тех пор, пока ограничения формулы не будут специально оговорены фразой "средство для", за которой следует указание функции, лишенное дальнейшей структуры.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Железнодорожное литое стальное колесо (100), содержащее
ступицу (102), содержащую осевое отверстие (104);
обод (108), концентричный с отверстием (104); и
диск (106), проходящий, по существу, радиально от ступицы (102) к ободу (104), причем диск (106) содержит переднюю поверхность (122) и заднюю поверхность (124), множество спиц (120, 130, 132), проходящих от ступицы (102) к ободу (108), при этом смежные спицы характеризуются различными значениями толщины, ограниченными между передней поверхностью (122) и задней поверхностью (124), при этом задняя поверхность (124) диска (106) не является непрерывной и ограничена группой ребер (126) и полостей (128), ограничивающих соответствующие спицы, причем спицы содержат концы (140), смежные со ступицей (102), и концы (142), смежные с ободом (108), при этом спицы включают в себя группу расположенных по окружности и чередующихся основных (130) и вспомогательных спиц (132), при этом значения толщины (TV) вспомогательных спиц (132) в области концов (140), смежных со ступицей (102), меньше, чем значения толщины (TR) основных спиц (130) в области концов (140), смежных со ступицей (102), а значения толщины (TV) вспомогательных спиц (132) в области концов (142), смежных с ободом (108), равны значениям толщины (TR) основных спиц (130) в области концов (142), смежных с ободом (108), при этом толщина (TR) основных спиц (130) уменьшается вдоль радиальной длины от ступицы (102) к ободу (108), а толщина (TV) вспомогательных спиц (132) в целом является постоянной на протяжении радиальной длины от ступицы (102) к ободу (108).
2. Железнодорожное колесо по п.1, в котором более толстые спицы обеспечивают протекание большего объема расплавленного металла от ступицы (102) к ободу (108) во время отливки железнодорожного колеса.
3. Железнодорожное колесо по п.1, в котором спицы выполнены как одно целое друг с другом и сформированы во время отливки железнодорожного колеса так, чтобы диск (106) проходил непрерывно между ступицей (102) и ободом (108).
4. Железнодорожное колесо по п.1, в котором основные спицы (130) являются более толстыми, чем смежные вспомогательные спицы (132).
5. Железнодорожное колесо по п.4, в котором основные спицы (130) содержат ребра (126), которые увеличивают толщину (TR) основных спиц (130), при этом вспомогательные спицы (132) снаружи имеют полости (128), ограниченные ребрами (126).
6. Железнодорожное колесо по п.1, в котором спицы содержат бортики (134), определяющие границы между смежными спицами.
7. Железнодорожное колесо по п.1, в котором разница значений толщины между смежными спицами в целом уменьшается в направлении радиально наружу вдоль спиц.
2.
2.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025698
- 1 -
(19)
025698
- 1 -
(19)
025698
- 1 -
(19)
025698
- 4 -
025698
- 10 -
|
