CN1054220A - 铁路轮圈 - Google Patents

Abstract

铁路轮圈包括轮缘(2)和变形面滚动画，滚动面 带有凹面，凹面由转动抛物体组成，转动抛物体带有 形成线，形成线表示为y＝ax^b，这里a＝4.80-5.4， b＝0.23-0.25。凹面部分与凹面部分相连接，凸面部 分由平滑的曲线组成，而平滑的曲线与锥面部分相连 接，锥面部分的形成线具有自1∶5至1∶20的坡 度，而凹面和凸面两部分的连接线位于滚动围上。

Description

本发明涉及运输机械制造领域，更确切地说涉及铁路运输车轮构造。

本发明最适用于铁路车辆（干线运输和工业运输）的整体车轮和带箍圈车轮。

本发明可用于沿对称凸轨移动的任何类型的轨道运输。

广为人知的铁路车轮是，其滚动面由2个互相连接的锥面组成，锥面的内形成线具有坡度1∶20，与之连接的外形成线具有坡度1∶7。这种滚动面构造要求在滚动圈平面上和在轨头对称轴上单点接触。

在这种情况下，从理论上说，在车轮一钢轨上的相当大的接触应力（大约1300兆帕）不应导致车轮滚动面和车轮轮缘剧烈磨损，也不应导致轨头产生危险应力。但实际上远非如此。由于钢轨上轮对的动力摆动和摆头（这一摆动和摆头是因车轮滚动面和轨头间的单点接触以及因钢轨铺设容差造成的），在标准轮的滚动面和轨头之间，运动时大部分时间呈现双点接触：在轮缘的直线形成线与轨头侧表面的接触点和沿通常相对于轨头对称轴移动的滚动圈。这些点的接触应力分别为1450兆帕和1350兆帕。这就使轮缘剧烈磨损并很快变得薄于允许程度，而在滚动面形成马鞍形踏面磨耗并发生金属向外侧位移，这既增加了车轮滚动面和钢轨的磨损速度，又增加了轨头侧表面产生危险应力的可能性。目前还没有可以接受的消除锥面这些缺点的技术解决办法，因为不可能持续保持车轮滚动面和钢轨的原来形状，也不可能排除车轮在钢轨上的动力摆动和摆头。鉴于上述情况，锥面不容许增加轴荷重和提高车辆的运行速度。

还有一种铁路车轮（SU，A，619366），这种车轮的滚动面是带有形成线的转动抛物体，这一形成线是在实际运行情况下从最低磨损强度条件下获得的。这时，可保证车轮一钢轨的相当长度的线性接触，这会降低接触应力。但是，也会由于金属不可予测地向流动面外部再分布，不可能在最大可能的时间内避免出现马鞍形踏面磨耗，因而也不可能避免轨头出现危险应力。

本发明的基本任务是建造这样一种车轮结构，其滚动面形状能够靠减少动力摆动和摆头强度来提高运行的稳定性，在保证运行的绝对安全和排除对线路上部结构的否定影响的情况下，靠降低车轮一钢轨的接触应力来减少滚动面磨损。

上述任务的解决方法是，铁路车轮的轮圈包括轮缘和变型面滚动面，变型面带有凹面部分，凹面由转动抛物体组成，这一抛物体带有形成线，形成线表示为y＝axb（1），这里a＝4.8-5.4;b＝0.23-0.25，根据本发明，在上述轮圈中，凹面部分与凸面部分相连接，凸面由平滑的曲线组成并与锥面部分相连接，锥面的形成线可有自1∶5至1∶20的坡度，而且凹面与凸面两部分的连接线位于滚动圈上。

适宜的是，以平滑的曲线按照方程式y＝12.06-5.4（33-X）^0.23（2）来组成滚动面的轮缘外侧，而锥面的形成线将表示为y＝1.9+0.067X（3）。

这种滚动面形状可用于对垂直线有较大倾斜角的钢轨和用于包括大量小半径曲线的线路区段。这时，在保持金属沿滚动面均匀再分布的情况下，保证运行的更大稳定性。

也可用平滑的曲线（方程式为y＝2.95-8.65-0.14X（4））和与这一曲线相连接的锥面（锥面的形成线表示为y＝0.635+0.05X（5））来组成滚动面的轮缘外侧。

这种表面形状可用于对垂直线有较小倾斜角的钢轨和用于有较少数量的小半径曲线的线路。这时，可在保持稳定运行的情况下保证金属最适宜地再分布于滚动面。

下面，根据本发明，以附图来描述轮圈的实施。附图有：

图1表示根据本发明铁路轮圈在钢轨上的位置，横断面;

图2为已知型面恢复图;

图3为根据本发明的曲线滚动面的型面恢复图。

根据本发明，铁路轮圈1（图1）型面包括轮缘2和滚动面3，滚动面3由2个曲线部分AB与BC和直线形成线CD组成。AB部分由转动抛物体的形成线表示，方程式为y＝axb（1），这里a＝4.8-5.4 b＝0.23-0.25，而BC部分由平滑的凹曲线表示，而凹曲线又与CD部分的具有自1∶5至1∶20坡度的锥面形成线相连接。根据本发明的第一方案，凹形部分AB在选定的坐标系统中表示的方程式为y＝5.4（33+X）^0.23-12.06（6）。凸形部分BC表示为y＝12.06-5.4（33-X）^0.23（2）并与直线部分CD相连接，直线部分CD表示为y＝1.9+0.067x（3）。从轮缘2的外侧来说，滚动面3的末端通常为等于5毫米的斜棱。

根据此方案，曲线形成线各点的坐标（x，y）数列举于图表1。

图表1

A	部分］A，B［	B	部分］BC［	C	D
						x -32	-30  -28   -26  -24  -20  -17  -11  -5	0	5    10  20  25  26
y -7.2	-5.1 -4.2 -3.6 -3.1 -2.3 -1.8 -1.1 -0.4	0	0.4 1.0 2.3 3.3 3.6	3.7	5.6

在本发明的另一方案中，凹形部分AB在选定的坐标系统中表示的方程式为y＝5.4（33+x）^0.23-12.06（6）。凸形部分BC表示为y＝2.95-8.65-0.14x（4）并与直线部分CD相连接，直线部分CD表示为y＝0.635+0.05x（5）。从轮缘2的外侧来说，滚动面3的末端通常为等于5毫米的斜棱。

根据此方案，曲线形成线各点的坐标（x，y）数列举于图表2。

图表2

A	部分］A，B［	B	部分］BC［	C	D
						x -32	-31  -29   -27  -23  -17  -14  -8  -2	0	3    10  15  20  25	28.5	56
y -7.2	-5.7 -4.6 -3.9 -2.9 -1.8 -1.4 -0.7 -0.2	0	0.1 0.3 0.4 0.5 0.7	0.8	2.1

根据本发明，带轮圈的铁路车轮运转如下。在车轮沿钢轨滚动时，在运行初期，滚动面3的轮缘内侧部分（AB部分），根据本发明沿轨线与轨头4相接触，接触应力约为900兆帕。根据本发明的第一方案，滚动面3的外部在BC部分有同轨头的点接触，应力约为1400兆帕，而接触点位于相对于滚动圈的轮缘另一面。这样，在车轮一钢轨接触区出现“槽沟效应”，靠此，运行的稳定性会大大提高。由于不可能完全排除轮对的摆头和动力摆动，还会产生金属滚压及其在BC部分的硬化。根据本发明的第二方案，滚动面的轮缘外部BC同轨头也有单点接触，但应力约为1250兆帕。在这种情况下，在车轮一钢轨接触区的“槽沟效应”有所减弱，但这一部分有可能靠摆头和动力摆动曲线的平稳性均匀地和相当剧烈地向外侧滚压。这时发生的金属硬化可使BC部分迅速达到约500布氏硬度。

因为在两个方案中内侧部分AB极度耐磨，在BC部分滚压和硬化时AB部分实际上因无磨损而强化，所以在整个滚动面根据本发明将确定一种具有最低磨损强度的形状，即这种形状能在最大可能时间内在运行情况下保持不变。这和形状的磨损强度估算要比其他形状的滚动面小二分之一至三分之二。

铁路轮圈型面的重磨工艺包括以车轮车床机械消除在运行过程中形成的马鞍形踏面磨耗（磨损）和恢复轮缘的形状与基本参数。而从滚动面去除的金属厚度则因恢复轮缘的方式而定。

在已知型面上由于在形成可容许的踏面磨耗过程中轮缘大大磨损，必须磨削滚动面，磨削深度为沿滚动圈磨损深度的百分之八十。

上述型面，由于要保存轮缘的形状与几何参数和保存与强化原来形状的滚动面的三分之一长度，重磨可归结为整平轮缘和滚动锥面，在这种情况下，在重磨过程中去除的金属量要少三分之二至四分之三，这会大大增加车轮重磨间隔内的使用期限，而其总使用期限也将增加约一倍。

图2和图3表示已知型面在重磨过程中的有利条件。曲线a（a（a′）相当于新型面，曲线b（b′）相当于磨损型面，而曲线C（c′）是已恢复的滚动面的形成线。阴影线表示重磨时去除的金属量。

这样，本发明所荐铁路轮圈滚动面的形状实际上在重磨间隔内的整个使用期限均是耐磨的，与所有已知形状相比能保证车辆运行的更为良好的稳定性。

Claims (3)

1、铁路轮圈(1)包括轮缘(2)和变型面滚动面，滚动面带有凹面部分，凹面由转动抛物体组成，抛物体带有形成线，形成线表示为y=a×b(1)，这里a=4.8-5.4 b=0.23-0.25，其特征是：凹面部分与凸面部分相连接，凸面由平滑的曲线组成，而平滑的曲线与锥面部分相连接，锥面的形成线具有自1∶5至1∶20的坡度，而凹面与凸面两部分的连接线位于滚动圈上。

2、根据权利要求1所述的轮圈，其特征是：凸面部分的形成线表示为平滑的曲线，按照方程式y＝12.06-5.4（33x）^0.23（2），而锥面的形成线表示为y＝1.9+0.067x（3），这里x和y是现行坐标，而且坐标的始端位于滚动圈圆周上。

3、根据权利要求1所述的轮圈，其特征是：凸面部分的形成线表示为平滑的曲线，按照方程式 $y=2.95-\sqrt{8.65-0.14x}$ （4），而锥面部分的形成线表示为y＝-0.635+0.05x（5），这里x和y为现行坐标，而且坐标的始端位于滚动圈圆周上。

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