完整版火車輪結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識

1、車輪結(jié)構(gòu)完全由車輪直徑,輪輛,輪轂尺寸,轂輛距,輻板形狀,輪緣踏面 外形所決定.每個尺寸或每部位形狀都有其特殊意義.一、直徑車輪直徑對其本身及整個車輛都有較大影響.一方面車輪直徑越大, 車輛重心越高,車輛的動力性能越差.另一方面,增大車輪直徑,可以降 低輪軌的接觸應(yīng)力,降低車輪磨耗速度,增加車輪的熱容量,提升踏面制 動熱負(fù)荷的承受水平.因此車輪直徑大小應(yīng)根據(jù)車輛情況綜合確定.但總 的來說,車輛軸重越大,車輪直徑應(yīng)越大,以提升車輪的熱容量和增加輪 軌的接觸面積,減少踏面損傷和磨耗.另外,車輪直徑的取值還應(yīng)注意規(guī) 格的標(biāo)準(zhǔn)化系列問題,以利于車輪制造和檢修.目前我過貨車車輪直徑大 多為840mm,特

2、殊貨車車輪直徑為915.二、輪輛輪輛寬度尺寸主要取決于輪軌的搭載量. 當(dāng)輪對運(yùn)行在曲線上時,外側(cè)車輪 輪緣靠近鋼軌,內(nèi)側(cè)輪緣遠(yuǎn)離鋼軌.只有內(nèi)側(cè)車輪踏面在鋼軌上的搭載量足夠, 才能保證輪對不脫軌.?鐵路技術(shù)治理規(guī)程?規(guī)定,當(dāng)曲線半徑在300m以下時,軌距應(yīng)加寬15mm. 因此,最大軌距為1435+15+6=1456mm 其中：名義軌距 L為1435mm,最大公 差為6mm.輪對最小內(nèi)側(cè)距為1354mm,輪緣最小厚度為23mm.車輪踏面外 側(cè)倒角5mm,鋼軌頭部圓弧半徑為R13mm,鋼軌內(nèi)側(cè)磨耗2mm,軌枕彎曲、道 釘松動等引起軌距擴(kuò)大8mm,重車時車軸微彎引起輪對內(nèi)側(cè)距離減小 2mm,輪 軌平安

3、搭載量按7mm考慮,根據(jù)上述數(shù)據(jù)算得輪輛最小寬度為 120mm,考慮到 車輛過駝峰時實施的制動,車輪外側(cè)面磨損5mm,那么輪車周最小寬度應(yīng)為125mm. 目前我國鐵路貨車車輪輪輛寬度為 135140mm.輪輛厚度通常指新輪輛厚度.我國鐵路對正常服役的車輪的判廢依據(jù)是輪輛 剩余厚度,當(dāng)輪輛剩余厚度小于等于23mm時車輪報廢.新輪輛厚度與輪輛限度 之差為輪輛的有效磨耗厚度.輪輛越厚有效磨耗厚度就越大.但車輪自重也大. 有效磨耗厚度越厚,車輪使用壽命越長,新舊車輪直徑差就越大.車輛檢修時,為了滿足車輛之間懸掛的要求,經(jīng)常需要在心盤、旁承等位置 增加調(diào)平板.如果新舊車輪直徑差過大,所增加的墊板相應(yīng)加厚

4、.這樣心盤螺栓 就容易折斷,同時也增加了檢修的工作量.輪輛質(zhì)量占車輪質(zhì)量較大的比例,即輪輛的質(zhì)量在很大程度上決定了車輪的 質(zhì)量.特別是鑄鋼車輪,由于澆鑄工藝原因,輪輛質(zhì)量越大,就要求輻板越厚, 車輪質(zhì)量將更大.車輪為簧下質(zhì)量,其質(zhì)量的增加對輪軌垂向動作用力有較大影 響.為了提升輪輛硬度以提升其使用壽命, 成產(chǎn)中車輪踏面進(jìn)行淬火處理.由于 淬火工藝特性,淬硬深度受到限制.輪輛越厚,內(nèi)部硬度越低,耐磨性能越來越差.雖然車輪使用壽命隨著輪輛厚度的增加而延長,但延長的比例越來越小.從車輪的使用壽命的角度來考慮輪輛應(yīng)越厚越好. 但從車輪重量和新舊車輪 直徑差的角度輪輛厚度應(yīng)越小越好. 輪輛厚度尺寸大小各

5、有利弊,應(yīng)根據(jù)車輛具 體使用條件及上述各種影響因素綜合確定.目前國內(nèi)貨車車輪輪輛厚度有 50mm和65mm兩種.三、輪轂車輪和車軸靠過盈配合組裝在一起,輪轂的主要作用是將車輪牢牢地 固定到車軸上,其尺寸主要由輪軸配合所需要的緊固力所決定.我國車輛 車輪輪轂長度名義尺寸均為178mm.輪轂厚度隨軸重的不同而變化.在輪 轂長度尺寸和輪軸間配合過盈量一定的情況下,輪轂厚度越厚,車輪質(zhì)量 越大,輪軸之間的緊固力也越大.合理的輪轂厚度應(yīng)該是：在滿足輪軸緊 周力要求的前提下厚度盡可能地小,以減輕車輪質(zhì)量.四、轂輛距轂輛距指輪輛內(nèi)側(cè)面與輪轂內(nèi)側(cè)面間的軸向距離,該值與輪對內(nèi)側(cè)距、 車軸兩輪座之間的距離有關(guān),因

6、此在選取轂輛距時不能僅從車輪的角度考 慮,應(yīng)根據(jù)輪對內(nèi)側(cè)距與車軸協(xié)調(diào)考慮.目前國內(nèi)貨車車輪該值為68mm.五、輻板形狀輻板的強(qiáng)度直接關(guān)系到行車的平安,因此車輪輻板應(yīng)有足夠的強(qiáng)度.輻 板形狀對車輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度有較大的影響.較小的徑向剛度可使車輪具 有較大的彈性,可以改善制動熱負(fù)荷作用下車輪的應(yīng)力狀態(tài)和降低輪軌動力 作用力,因此輻板的徑向剛度應(yīng)適量地小.輻板的軸向剛度應(yīng)盡量的大,否 那么車輪將產(chǎn)生較大的軸向變形.軸向變形過大會改變輪軌正常接觸位置和輪 緣角度,影響車輛運(yùn)行性能,增加爬軌的可能性.一個好的輻板形狀,可以 在不增加自重的條件下大幅度地提升車輪的結(jié)構(gòu)剛度,改善車輪的剛度,因 此輻板是

7、車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化的重點(diǎn)部位.國內(nèi)外普遍采用的輻板形狀有：直輻板、 S輻板、波浪形輻板、盆型輻 板.直輻板與其他各形狀輻板相比,優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量小,缺點(diǎn)是徑向剛度過大, 軸向剛度較小.不是一個好的輻板形狀.但盡管如此,在輪盤制動的情況下 必須采用直輻板,以便安裝制動盤.S型和盆型輻板可使得車輪具有合理的剛度和較低的熱應(yīng)力.將輻板設(shè) 計成S形或盆形的主要目的是為了降低熱應(yīng)力. 踏面制動一般采用這兩種輻 板形狀.但由于S形輻板不利于鋼水的流動,因此不適合鑄鋼車輪,鑄鋼車 輪大多采用盆形輻板.波浪形輻板與S形輻板在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別主要是輻板的偏心量 (靠近輪輛 處輻板的中央線與靠近輪轂處的輻板中央線之間的軸向

8、距離)不同,造成這 種差異的原因主要是車輪的轂輛距不同.波浪形輻板車輪徑向剛度較小,與 S形相比波浪形輻板車輪軸向剛度和應(yīng)力較大.輻板形狀即可用優(yōu)選法設(shè)計也可用優(yōu)化法設(shè)計,不管用什么方法,良好 的輻板性能是唯一的目標(biāo).另外在車輪輻板設(shè)計時,要校核輻板是否與車輛 下部界限發(fā)生干預(yù).六、輪緣踏面外形輪緣踏面外形設(shè)計時應(yīng)考慮與軌頭外形的配合,理想的輪軌型面配 合狀態(tài)能有效地降低接觸應(yīng)力和磨耗,有助于改善列車通過曲線性能, 有效地提升列車失穩(wěn)的臨界速度.同時設(shè)計的新踏面應(yīng)盡量與磨耗后的 形狀接近,以降低修正踏面時金屬切削量.輪緣踏面外形的設(shè)計原那么是：(1)如果輪緣踏面與鋼軌發(fā)生兩點(diǎn)接觸,那么必然要有

9、一個點(diǎn)發(fā)生 滑動,滑動的點(diǎn)將發(fā)生嚴(yán)重磨耗,因此應(yīng)盡量預(yù)防輪緣踏面與鋼軌發(fā)生 兩點(diǎn)接觸.止匕外,輪對處于任何位置時,輪軌接觸點(diǎn)處的車輪和鋼軌橫 向界面曲率半徑差不要過大,以增大輪軌之間的接觸面,減小接觸應(yīng)力, 從而降低輪軌磨耗量和輪軌疲勞損壞.(2)保證輪對在直線軌道上運(yùn)行時有較高的臨界速度, 這就要求輪 對在橫移量不大時,車輪踏面接觸點(diǎn)處的等效斜率小,即左右輪接觸點(diǎn) 處的半徑差小,這樣輪對在直線上運(yùn)行時不易發(fā)生蛇行運(yùn)動.(3)曲線通過性能好,即輪對在曲線上運(yùn)行時,輪對和軌道之間應(yīng) 保持較小的沖角,這就要求輪對在橫移量較大時車輪踏面接觸點(diǎn)處的等 效斜率要大,即左右接觸點(diǎn)的處的半徑差要大,這樣有利

10、于輪對位置復(fù) 原,從而可以減輕輪緣磨耗、軌道側(cè)磨和輪對對曲線的沖擊.(4)在運(yùn)用中,由于磨耗、剝離、擦傷等原因,輪緣踏面需要經(jīng)常 旋修,如果磨耗后的形狀與輪緣踏面初始差異較大,那么旋修時旋掉的 金屬量就多,這樣會降低車輪的使用壽命,因此在進(jìn)行輪緣踏面設(shè)計時, 既要考慮上述各種性能因素也要考慮經(jīng)濟(jì)因素.輪緣需有一定高度,過低易發(fā)生脫軌；假設(shè)輪緣設(shè)計的過高,當(dāng)踏面磨耗深度 較大時輪緣頂部可能觸碰鋼軌魚尾板螺栓和魚尾板肩部.輪緣高度一般在2630mm之間.考慮通過道岔平安,車輪輪徑越小,輪緣應(yīng)越高.輪緣有預(yù)防車輪脫線的功能,為預(yù)防低速車輪爬軌和高速車輪跳軌, 輪緣外側(cè)面與水平面之 間有足夠的輪緣角,一般在 70.左右,過小容易爬軌,不能保證平安；過大使 修復(fù)外形時切削量增加,且當(dāng)輪對有沖角時