完整版火车轮结构基础知识

1、车轮结构完全由车轮直径,轮辆,轮毂尺寸,毂辆距,辐板形状,轮缘踏面 外形所决定.每个尺寸或每部位形状都有其特殊意义.一、直径车轮直径对其本身及整个车辆都有较大影响.一方面车轮直径越大, 车辆重心越高,车辆的动力性能越差.另一方面,增大车轮直径,可以降 低轮轨的接触应力,降低车轮磨耗速度,增加车轮的热容量,提升踏面制 动热负荷的承受水平.因此车轮直径大小应根据车辆情况综合确定.但总 的来说,车辆轴重越大,车轮直径应越大,以提升车轮的热容量和增加轮 轨的接触面积,减少踏面损伤和磨耗.另外,车轮直径的取值还应注意规 格的标准化系列问题,以利于车轮制造和检修.目前我过货车车轮直径大 多为840mm,特

2、殊货车车轮直径为915.二、轮辆轮辆宽度尺寸主要取决于轮轨的搭载量. 当轮对运行在曲线上时,外侧车轮 轮缘靠近钢轨,内侧轮缘远离钢轨.只有内侧车轮踏面在钢轨上的搭载量足够, 才能保证轮对不脱轨.?铁路技术治理规程?规定,当曲线半径在300m以下时,轨距应加宽15mm. 因此,最大轨距为1435+15+6=1456mm 其中：名义轨距 L为1435mm,最大公 差为6mm.轮对最小内侧距为1354mm,轮缘最小厚度为23mm.车轮踏面外 侧倒角5mm,钢轨头部圆弧半径为R13mm,钢轨内侧磨耗2mm,轨枕弯曲、道 钉松动等引起轨距扩大8mm,重车时车轴微弯引起轮对内侧距离减小 2mm,轮 轨平安

3、搭载量按7mm考虑,根据上述数据算得轮辆最小宽度为 120mm,考虑到 车辆过驼峰时实施的制动,车轮外侧面磨损5mm,那么轮车周最小宽度应为125mm. 目前我国铁路货车车轮轮辆宽度为 135140mm.轮辆厚度通常指新轮辆厚度.我国铁路对正常服役的车轮的判废依据是轮辆 剩余厚度,当轮辆剩余厚度小于等于23mm时车轮报废.新轮辆厚度与轮辆限度 之差为轮辆的有效磨耗厚度.轮辆越厚有效磨耗厚度就越大.但车轮自重也大. 有效磨耗厚度越厚,车轮使用寿命越长,新旧车轮直径差就越大.车辆检修时,为了满足车辆之间悬挂的要求,经常需要在心盘、旁承等位置 增加调平板.如果新旧车轮直径差过大,所增加的垫板相应加厚

4、.这样心盘螺栓 就容易折断,同时也增加了检修的工作量.轮辆质量占车轮质量较大的比例,即轮辆的质量在很大程度上决定了车轮的 质量.特别是铸钢车轮,由于浇铸工艺原因,轮辆质量越大,就要求辐板越厚, 车轮质量将更大.车轮为簧下质量,其质量的增加对轮轨垂向动作用力有较大影 响.为了提升轮辆硬度以提升其使用寿命, 成产中车轮踏面进行淬火处理.由于 淬火工艺特性,淬硬深度受到限制.轮辆越厚,内部硬度越低,耐磨性能越来越差.虽然车轮使用寿命随着轮辆厚度的增加而延长,但延长的比例越来越小.从车轮的使用寿命的角度来考虑轮辆应越厚越好. 但从车轮重量和新旧车轮 直径差的角度轮辆厚度应越小越好. 轮辆厚度尺寸大小各

5、有利弊,应根据车辆具 体使用条件及上述各种影响因素综合确定.目前国内货车车轮轮辆厚度有 50mm和65mm两种.三、轮毂车轮和车轴靠过盈配合组装在一起,轮毂的主要作用是将车轮牢牢地 固定到车轴上,其尺寸主要由轮轴配合所需要的紧固力所决定.我国车辆 车轮轮毂长度名义尺寸均为178mm.轮毂厚度随轴重的不同而变化.在轮 毂长度尺寸和轮轴间配合过盈量一定的情况下,轮毂厚度越厚,车轮质量 越大,轮轴之间的紧固力也越大.合理的轮毂厚度应该是：在满足轮轴紧 周力要求的前提下厚度尽可能地小,以减轻车轮质量.四、毂辆距毂辆距指轮辆内侧面与轮毂内侧面间的轴向距离,该值与轮对内侧距、 车轴两轮座之间的距离有关,因

6、此在选取毂辆距时不能仅从车轮的角度考 虑,应根据轮对内侧距与车轴协调考虑.目前国内货车车轮该值为68mm.五、辐板形状辐板的强度直接关系到行车的平安,因此车轮辐板应有足够的强度.辐 板形状对车轮的结构强度和刚度有较大的影响.较小的径向刚度可使车轮具 有较大的弹性,可以改善制动热负荷作用下车轮的应力状态和降低轮轨动力 作用力,因此辐板的径向刚度应适量地小.辐板的轴向刚度应尽量的大,否 那么车轮将产生较大的轴向变形.轴向变形过大会改变轮轨正常接触位置和轮 缘角度,影响车辆运行性能,增加爬轨的可能性.一个好的辐板形状,可以 在不增加自重的条件下大幅度地提升车轮的结构刚度,改善车轮的刚度,因 此辐板是

7、车轮结构设计和优化的重点部位.国内外普遍采用的辐板形状有：直辐板、 S辐板、波浪形辐板、盆型辐 板.直辐板与其他各形状辐板相比,优点是质量小,缺点是径向刚度过大, 轴向刚度较小.不是一个好的辐板形状.但尽管如此,在轮盘制动的情况下 必须采用直辐板,以便安装制动盘.S型和盆型辐板可使得车轮具有合理的刚度和较低的热应力.将辐板设 计成S形或盆形的主要目的是为了降低热应力. 踏面制动一般采用这两种辐 板形状.但由于S形辐板不利于钢水的流动,因此不适合铸钢车轮,铸钢车 轮大多采用盆形辐板.波浪形辐板与S形辐板在结构上的区别主要是辐板的偏心量 (靠近轮辆 处辐板的中央线与靠近轮毂处的辐板中央线之间的轴向

8、距离)不同,造成这 种差异的原因主要是车轮的毂辆距不同.波浪形辐板车轮径向刚度较小,与 S形相比波浪形辐板车轮轴向刚度和应力较大.辐板形状即可用优选法设计也可用优化法设计,不管用什么方法,良好 的辐板性能是唯一的目标.另外在车轮辐板设计时,要校核辐板是否与车辆 下部界限发生干预.六、轮缘踏面外形轮缘踏面外形设计时应考虑与轨头外形的配合,理想的轮轨型面配 合状态能有效地降低接触应力和磨耗,有助于改善列车通过曲线性能, 有效地提升列车失稳的临界速度.同时设计的新踏面应尽量与磨耗后的 形状接近,以降低修正踏面时金属切削量.轮缘踏面外形的设计原那么是：(1)如果轮缘踏面与钢轨发生两点接触,那么必然要有

9、一个点发生 滑动,滑动的点将发生严重磨耗,因此应尽量预防轮缘踏面与钢轨发生 两点接触.止匕外,轮对处于任何位置时,轮轨接触点处的车轮和钢轨横 向界面曲率半径差不要过大,以增大轮轨之间的接触面,减小接触应力, 从而降低轮轨磨耗量和轮轨疲劳损坏.(2)保证轮对在直线轨道上运行时有较高的临界速度, 这就要求轮 对在横移量不大时,车轮踏面接触点处的等效斜率小,即左右轮接触点 处的半径差小,这样轮对在直线上运行时不易发生蛇行运动.(3)曲线通过性能好,即轮对在曲线上运行时,轮对和轨道之间应 保持较小的冲角,这就要求轮对在横移量较大时车轮踏面接触点处的等 效斜率要大,即左右接触点的处的半径差要大,这样有利

10、于轮对位置复 原,从而可以减轻轮缘磨耗、轨道侧磨和轮对对曲线的冲击.(4)在运用中,由于磨耗、剥离、擦伤等原因,轮缘踏面需要经常 旋修,如果磨耗后的形状与轮缘踏面初始差异较大,那么旋修时旋掉的 金属量就多,这样会降低车轮的使用寿命,因此在进行轮缘踏面设计时, 既要考虑上述各种性能因素也要考虑经济因素.轮缘需有一定高度,过低易发生脱轨；假设轮缘设计的过高,当踏面磨耗深度 较大时轮缘顶部可能触碰钢轨鱼尾板螺栓和鱼尾板肩部.轮缘高度一般在2630mm之间.考虑通过道岔平安,车轮轮径越小,轮缘应越高.轮缘有预防车轮脱线的功能,为预防低速车轮爬轨和高速车轮跳轨, 轮缘外侧面与水平面之 间有足够的轮缘角,一般在 70.左右,过小容易爬轨,不能保证平安；过大使 修复外形时切削量增加,且当轮对有冲角时