CN109484429B - 一种适用于高寒地区宽轨的高速车轮踏面结构 - Google Patents

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Abstract

一种适用于高寒地区宽轨的高速车轮踏面结构，属于轨道车辆车轮踏面技术领域，通过踏面各部分参数的合理设计，使得踏面具有合理的等效锥度初始范围，避免了等效锥度过小易出现一次蛇行，引起车辆低频晃动，降低乘坐舒适性的问题；同时也避免其过大在车轮镟修周期后期易引起转向架失稳，降低车辆运行安全和乘坐舒适性，导致车轮镟修周期缩短的问题；结合俄罗斯既有高铁线路的实际调研状态，在匹配合理悬挂参数下，延长了车轮镟修周期，增加了车轮使用寿命。经过俄罗斯高速铁路轨道运行实测数据分析，本发明具有低磨耗、线路适应性强等特点，实现了在抑制蛇行运动和延长镟修周期两方面均取得兼顾和平衡。

Description

一种适用于高寒地区宽轨的高速车轮踏面结构
技术领域
本发明涉及一种轨道车辆的车轮踏面，尤其是涉及一种适用于高寒地区宽轨的高速车轮踏面结构。
背景技术
车轮踏面结构设计作为高速动车组核心技术，一般根据踏面结构对钢轨适应能力、踏面磨耗、车辆横向稳定性、车体平稳性、轮轨接触应力、接触角差、车辆悬挂参数适应性等多方面综合考量，以求筛选出踏面等效锥度适应性最佳的车轮的踏面结构参数，从而在抑制蛇行运动、提高高速动车稳定性和减少轮缘磨耗、延长镟轮周期、增加车轮使用寿命取得最优的兼顾和平衡。
目前，俄罗斯既有的游隼号动车组采用车轮踏面结构是由德国西门子公司针对200km/h速度等级设计。300km/h速度等级的车轮踏面外形与200km/h速度等级存在技术差异，既需要更低的等效锥度，也需考虑低温条件下增加轮轨蠕滑力，而且为避免轮轨接触疲劳，还应考虑实际轮轨接触应力状态。同时，由于俄罗斯采用的轨道参数如钢轨廓形、轨距、轨底坡等与我国存在较大差异；目前国内现有的高速动车组车轮踏面已无法匹配俄罗斯宽轨的设计要求。
发明内容
针对现有国内300km/h速度等级的车轮踏面无法与俄罗斯采用的钢轨廓形、轨距、轨底坡相匹配的技术问题，本发明的目的是提供一种适用于高寒地区宽轨的新型高速车轮踏面结构，能够在抑制蛇行运动和延长镟修周期两方面均取得兼顾和平衡。
为实现上述发明目的，本发明提供一种适用于高寒地区宽轨的新型高速车轮踏面结构，包括轮缘区域、踏面区域、轮缘与踏面过渡区域，三部分均顺次以相切的形式平滑连接，所述的轮缘区域由三段圆弧和一段直线顺次相切平滑连接，轮缘区域直线段延长线与水平线夹角为70°，所述的踏面区域由两段圆弧和两段斜线顺次相切平滑连接，外侧端部OP段为45°倒角，所述的轮缘与踏面过渡区域由两段圆弧顺次相切平滑连接；其特征在于：
滚动圆横移正负3mm时踏面与标准规定的P65钢轨廓形相匹配的等效锥度为0.12-0.18；
所述的踏面区域第一段圆弧半径为345-355mm，第二段圆弧半径为490-510mm，第一段斜线的斜率为1/13-1/11，第二段斜线的斜率是1/9-1/7；
所述的轮缘和踏面过渡区域中的第一段圆弧半径为14-17mm，第二段圆弧半径为195-205mm。
所述的滚动圆横移正负3mm时踏面与标准规定的P65钢轨廓形相匹配的等效锥度为0.15；
所述的踏面区域第一段圆弧半径最佳为350mm，第二段圆弧半径最佳为500mm，第一段斜线的斜率为1/12.5，第二段斜线的斜率是1/8；轮缘和踏面过渡区域中的第一段圆弧半径为16mm，第二段圆弧半径为200mm。
所述的轮缘与踏面过渡区域起点G到滚动圆竖直直径的顶端最高点L的水平距离是40.14mm。
所述的轮缘区域第一段圆弧的半径为20.5mm，第二段圆弧的半径为12mm，第三段圆弧的半径为20mm。
所述的轮缘区域第二段圆弧的最高点到滚动圆竖直直径的顶端最高点的竖直距离为30mm，轮缘厚度为32mm。
本发明通过踏面各部分参数的合理设计，使得踏面具有合理的等效锥度初始范围，避免了等效锥度过小易出现一次蛇行，引起车辆低频晃动，降低乘坐舒适性的问题；同时也避免其过大在车轮镟修周期后期易引起转向架失稳，降低车辆运行安全和乘坐舒适性，导致车轮镟修周期缩短的问题；结合俄罗斯既有高铁线路的实际调研状态，在匹配合理悬挂参数下，延长了车轮镟修周期，增加了车轮使用寿命。经过俄罗斯高速铁路轨道运行实测数据分析，本发明具有低磨耗、线路适应性强等特点，实现了在抑制蛇行运动和延长镟修周期两方面均取得兼顾和平衡。
附图说明
图1为本发明新型车轮踏面结构示意图；
图2本发明与国内300km/h速度等级的车轮踏面横移量与应力对应关系的比较曲线图，以此来证明本发明的低磨耗的效果。
具体实施方式
参照图1，本发明具体实施方式包括轮缘区域、踏面区域、轮缘与踏面过渡区域，所述的轮缘部分由三段圆弧BC、CE、EF和两条直线AB、FG顺次相切平滑连接，第一段圆弧BC的半径为19-21mm，第二段圆弧CE的半径为11-13mm，第三段圆弧EF的半径19-21mm，直线FG延长线与水平线夹角70°
所述的踏面区域由两段圆弧JK、KM和两段斜线MN、NO顺次相切平滑连接，外侧端部OP段为45°倒角，第一段圆弧JK半径为345-355mm，第二段圆弧KM半径为490-510mm，第一段斜线MN的斜率为1/13-1/11，第二段斜线NO的斜率是1/9-1/7。L点为滚动圆最高点，A点和L点等高。
所述的轮缘与踏面过渡区域由两段圆弧GI、IJ顺次相切平滑连接，第一段圆弧GI半径为14-17mm，第二段圆弧IJ半径为195-205mm。
滚动圆竖直直径的最高点L横移正负3mm时踏面与标准规定的P65钢轨廓形相匹配的等效锥度为0.12-0.18，最佳是0.15。
所述的轮缘与踏面过渡区域起点G到滚动圆竖直直径的顶端最高点L的水平距离L3是40.14mm，滚动圆竖直直径的顶端最高点L与轮缘起点B水平距离L1为70mm，轮缘起点B与踏面区域外侧端部P点水平距离L2为135mm，轮缘区域CE段圆弧的最高点D到滚动圆竖直直径的顶端最高点L的竖直距离H为30mm，滚动圆竖直直径的顶端最高点L到轮缘末端的高度H1距离为10mm，轮缘厚度D为32mm。
出口俄罗斯的高速动车组，为了适应俄罗斯的高寒环境及特殊的轨道现状，车轮踏面采用下列参数，圆弧GI半径16mm，圆弧IJ半径为200mm，圆弧JK半径为350mm，圆弧KM半径为500mm，斜线MN的斜率为1/12.5，斜线NO的斜率是1/8。
参照图2，横坐标为轮对横移量，纵坐标为赫兹接触应力，曲线a为国内时速300公里动车组车轮踏面横移量与应力对应关系曲线，曲线b为本发明车轮踏面横移量与应力对应关系曲线，通过比较，本发明车轮踏面与我国国内时速300公里动车组采用的车轮踏面在踏面常接触区域内接触应力相当，在轮缘与踏面过渡区域的接触应力较小，因此本发明与我国时速300公里动车组磨耗性能相当，具有较优的车轮磨耗性能，且在轮缘与踏面过渡区域有进一步改善。

Claims (5)

1.一种适用于高寒地区宽轨的高速车轮踏面结构，包括轮缘区域、踏面区域、轮缘与踏面过渡区域，三部分均顺次以相切的形式平滑连接，所述的轮缘区域由三段圆弧和一段直线顺次相切平滑连接，轮缘区域直线段延长线与水平线夹角为70°，所述的踏面区域由两段圆弧和两段斜线顺次相切平滑连接，外侧端部OP段为45°倒角，所述的轮缘与踏面过渡区域由两段圆弧顺次相切平滑连接；其特征在于：
滚动圆横移正负3mm时踏面与标准规定的P65钢轨廓形相匹配的等效锥度为0.12-0.18；
所述的踏面区域第一段圆弧半径为345-355mm，第二段圆弧半径为490-510mm，第一段斜线的斜率为1/13-1/11，第二段斜线的斜率是1/9-1/7；
所述的轮缘和踏面过渡区域中的第一段圆弧半径为14-17mm，第二段圆弧半径为195-205mm。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高寒地区宽轨的高速车轮踏面结构，其特征在于：所述的滚动圆横移正负3mm时踏面与标准规定的P65钢轨廓形相匹配的等效锥度为0.15；
所述的踏面区域第一段圆弧半径为350mm，第二段圆弧半径为500mm，第一段斜线的斜率为1/12.5，第二段斜线的斜率是1/8；轮缘和踏面过渡区域中的第一段圆弧半径为16mm，第二段圆弧半径为200mm。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高寒地区宽轨的高速车轮踏面结构，其特征在于：所述的轮缘与踏面过渡区域起点到滚动圆竖直直径的顶端最高点的水平距离是40.14mm。
4.根据权利要求1所述的一种适用于高寒地区宽轨的高速车轮踏面结构，所述的轮缘区域第一段圆弧的半径为20.5mm，第二段圆弧的半径为12mm，第三段圆弧的半径为20mm。
5.根据权利要求1或4所述的一种适用于高寒地区宽轨的高速车轮踏面结构，其特征在于：轮缘区域第二段圆弧的最高点到滚动圆竖直直径的顶端最高点的竖直距离为30mm，轮缘宽度为32mm。
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