CN1902061A - 用于货运车辆的车轮及轮组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有较小或较大的直径的用于货运车辆的车轮，以及用于行驶机构的具有这种车轮的轮组，所述行驶机构在通过弯道时依赖于强的被动的径向调节并且在高速行驶时必须保持稳定。本发明的车轮型廓的特征在于，由于在从工作面到轮缘的过渡区域中的起始半径相对大而具有小的等效锥度。因此，轮组在直道上行驶时可实现平稳的行驶。在弯道中可得到足够的滚动圆差，从而几乎无磨损。

Description

用于货运车辆的车轮及轮组
技术领域
本发明涉及用于铁路货车的具有不同的测量圆(Messkreis)直径的车轮及具有这种车轮的用于行驶机构的轮组。
背景技术
UIC说明书510-2VE(International Railway Union，Beuth-Verlag，10787柏林)规定了在国际交通中使用的用于客车及货车的车轮的结构及维护的条件。该说明书涵盖直径为330～1000mm的车轮并且针对这些车轮给出了就车轮及钢轨的材料负荷而言允许的轮组载荷。在UIC说明书中参照不同的范围来描述车轮的型廓(运行型廓)。车轮的运行型廓具有内轮辋或轮箍端面，轮缘连接在该内轮辋或轮箍端面上。运行型廓的轮缘通过轮缘内侧面、轮缘顶部及轮缘外侧面描述。轮缘过渡到运行型廓的凹部中，工作面连接在该凹部上。工作面之后是外工作面区段的倾斜部分、运行型廓的倒角部(Abfasung)及外轮辋或轮箍端面。运行型廓还通过轮缘高度、轮缘厚度、轮辋或轮箍宽度、测量圆直径、轮缘顶部的半径、运行型廓凹部的半径及轮缘外侧面的角度来描述。型廓总是在原点(y＝0，z＝0)位于测量圆平面(距轮组的中间平面750mm)中的体坐标系中描述。
此外，参考在相应的联邦州的文本中关于连接轨的结构和操作(BOA)的规定、铁道结构和操作规程(EBO)、关于连接轨的铁道结构和操作规程(范本)(EBOA)、Rigolamento Internationale Corrozze(RIC)及Rigolamento Internationale Veicoli(RIV)。
现有技术中已知各种不同的车轮型廓，例如通常用于具有一般尺寸的轮组的货车用的转向架的S1002车轮型廓(UIC510-1)以及优选用于“滚动公路(Rollende Landstrasse)”的具有小的轮组的车辆中的SBB32-3车轮型廓。此外还已知具有特别平的工作面以获得尽可能平的正弦曲线分布的型廓。
S1002车轮型廓是与1∶40的钢轨倾斜度相匹配的型廓，该型廓的特征在于它在磨损过程中在整个运行路径上在形状上保持几乎不变并且其运行特性仅有很小的变化。就这点而言，S1002型廓可看作磨损型廓。轮缘的侧面角度为70°。该型廓的缺点在于，尤其在安装倾斜度为1∶20的钢轨上，由于轨迹通道(Spurkanal)中小的移动而在右车轮与左车轮之间产生很小的半径差。这在具有非自转向的轴的行驶机构中、例如在Y25转向架中产生尤其不利的影响。由于缺少ΔR函数，轮组不能获得使转向架平稳地进入弯道中而不与轮缘接触的足够的转向力。由于与轮缘接触，导致突然的转向运动并且由此导致高的准静态的横向力，这种横向力很容易超过行驶路程负荷的界限值。在通过急剧的/窄的(eng)弯道时尤其如此。另一个缺点是该ΔR函数在钢轨倾斜度为1∶20时导数不连续。
SBB32-3车轮型廓是特别为小的踏面基圆直径和也是为“滚动公路”的车辆开发的。与S1002型廓不同，该SBB32-3车轮型廓的特征尤其在于侧面角度为更陡的75°而不是70°。工作面的相关的区域具有较平的倾斜部分，从而具有比S1002型廓小的滚动圆(Laufkreis)差。轮缘宽度为135mm，与S1002相同。进入轮缘的倾斜部分处的216mm的半径从而测量圆平面的中心开始。在沿轮缘方向上约26mm之后，该216mm的半径过渡到17.7mm的半径，然后在另外7mm之后过渡到13mm的半径。由于32.3mm的轮缘厚度，SBB32-3型廓也处于S1002型廓的范围内。
缺点在于，在SBB32-3型廓中，因为由于轮组在轨迹通道中移动导致的右车轮与左车轮之间的较小的半径差(ΔR函数)，几乎不存在轮组的自控制的功能。另一个缺点在于，在从工作面到轮缘的过渡部分中ΔR函数的导数不连续，这使得不能够利用较大的滚动圆半径差。由于车轮型廓的锥度小，在直道中可得到足够的运行稳定性。该车轮型廓的形状不稳定。
上述车轮型廓的另一个缺点在于，Y/Q值过高。
发明内容
本发明的目的通过权利要求1和8中所述的特征实现。从属权利要求中描述了本发明的有利的实施形式。
根据本发明的车轮是为行驶机构中的轮组而设计的，这种行驶机构依赖于通过曲线时强的被动的径向的调节，并且尽管如此在高速行驶时仍必须保持稳定。由于在从工作面到轮缘的过渡区域中较大的起始半径，轮组的车轮型廓的特征在于等效锥度小。因此，在直道运行中轮组可更平稳的行驶。而在弯道中可得到足够的滚动圆差。
这可减小磨损。轮缘侧面得到保护。在型廓修整(Reprofilierung)的情况下不需要如在常规的车轮型廓中那样切除很多体积。
根据本发明的车轮的车轮型廓的重要的优点在于，不管是具有1∶20及1∶40的倾斜度的钢轨，还是具有其它倾斜度的钢轨，都可最佳地驶过。所选择的车轮型廓轮廓与目前的钢轨型廓、例如UIC60结合，可确保在轮组横向偏移时在车轮型廓的大的区域上具有连续移动的车轮/钢轨接触点。这还在整个型廓轮廓上给出了均匀的磨损剥落，即，大致保持磨损型廓的车轮型廓形状。
对于根据本发明的车轮的车轮型廓，车轮型廓的由运行型廓的凹部及工作面来描述的区域的设计尤其重要。车轮型廓的通过外工作面区段的倾斜部分和运行轮廓的倒角部以及通过外轮辋或轮箍端面来描述的区域可根据相应存在的上部结构情况如转辙器/道岔——例如辙叉尖端上的翼轨的转辙器、轨道过渡部分、铺面等并且根据车轮型廓(例如错误的轮缘/空心运行)的磨损形成而设计成较陡或较平。
附图说明
下面参照附图详细说明本发明的两个实施例。附图中：
图1示出具有小的车轮直径的用于货车的车轮的车轮型廓；
图2a～2c示出图1的车轮型廓在体坐标系中的型廓描述，包括描述该型廓的圆段的半径；
图3示出用于大直径车轮的车轮型廓；以及
图4a～4c示出图3的车轮型廓在体坐标系中的型廓描述，包括圆段的半径。
具体实施方式
图1示出用于小直径车轮的车轮型廓，该车轮型廓是直径为330～760mm的小车轮的特征。图2a以表格形式示出对于330～760mm、尤其是380mm的直径最佳型廓的各个坐标及半径，该最佳型廓是发明人经过多次试验及仿真而获得的；图2b及图2c给出了这些坐标及半径的取值范围。已经证实，如果这些坐标位于图2b及图2c中所给出的取值范围之内，同样具有本发明的优点。
用于小车轮的车轮型廓通过10个区域描述，这些区域分别位于点1～11之间。在体坐标系中描述型廓，该体坐标系的原点(y＝0，z＝0)位于测量圆平面中(距轮组中心平面750mm)。所描述的车轮型廓确定成用于具有符合国际规范(RIC，RIV，UIC)的轮距(Spurmaβ)的轮组，尤其是用于在1421mm与1426mm之间的轮距。
该车轮型廓位于点1与2、2与3、3与4、5与6、6与7以及7与8之间的区域通过圆段来描述，这些圆段由具有分别给出的圆心M1～M6及半径R的圆形成。这些具有所给出的圆心及半径的圆段彼此连续地过渡，即，在这些点处不存在不连续点。
描述点5与6、6与7以及7与8之间的圆段的半径M4、M5及M6对于有利的运行性能尤其重要。这些区域位于运行型廓的凹部及工作面中。
绕圆心M4的圆的半径R16处于15mm与18mm之间的容许范围，并且从轮缘的车轮背面测量以30～32mm的距离(延伸)进入轮缘的侧面中。绕圆心M5的半径R83处于80mm与84mm之间的容许范围，圆心则相应地变化。绕圆心M6的半径R303处于300mm与305mm之间的容许范围，并且从距测量圆的圆心4～6mm处开始，圆心则相应地变化。在该优选实施例中，所述半径分别为16mm、83mm及303mm。
在点4与5之间的型廓区域由直线来描述，该直线以75°的角度(轮缘外侧面的角度)与x轴相交。然而，该侧面角度也可在70°以下。
由于绕圆心M6较大的在300～305mm的范围内的半径R303，以及由于绕圆心M5及M4的邻接的分别在80～84mm及15～18mm的范围内的半径，与较小的轮距相结合，当轮组在直道上行驶时可获得较小的等效锥度。在驶入急剧的弯道时，沿轮缘侧面方向看，在距测量圆的圆心(直径)约16mm处，在轮组的车轮接触处，会出现车轮型廓轮廓较陡的升高，这是由于在绕圆心M5的较小的在80～84mm范围内半径而导致的。由此产生足够大的ΔR函数，以便在弯道运行时对于1∶20～1∶40的整个钢轨倾斜度范围及其它倾斜度由于切向的纵向滑动使该轮组具有相应大的调节力矩。因此，与绕圆心M5的半径(80～84mm)邻接的绕圆心M4的半径(15～18mm)在过渡到以75°倾斜的侧面时比现有技术的车轮型廓中稍大。由此，当轮缘接触时保证了较平稳的几乎无冲击的性能。因此，这个具有UIC60钢轨型廓(倾斜度1∶20～1∶40)的范围内得到了ΔR函数的“较连续的”一阶导数。因此在轮箍型廓与钢轨型廓之间不会存在两点接触。
在驶入弯道时，与绕圆心M6的半径R303邻接的绕圆心M5的较小的半径R83会在轮缘与轨顶接触的情况下使得ΔR函数迅速增大。这又导致轮组的有利的转向力矩，从而导致对轮组的更好的径向调节。与半径R83邻接的半径R16在过渡到以75°倾斜的侧面的过渡处可在钢轨的曲线分布中出现不连续的情况下实现轮缘与轨顶平稳的低冲击的接触，这种不连续可能在大的轨道误差的情况下出现。对于由于在弯道运行中较大的ΔR函数(值)而稍高的等值的锥度不必担心，因为会以较小的速度驶过急剧的弯道，或者说由于货车的离心力可得到与给定的道路布设/路基面(Trassierung)相符的稳定的运行。
图3示出用于具有大直径的大车轮的车轮型廓，该车轮型廓是直径为760～1000mm、尤其是920mm的车轮的特性。图4a以表格形式示出了对于920mm的直径最佳型廓的各个坐标及半径，该最佳型廓是发明人经过多次试验及仿真而获得的；图4b及图4c给出了这些坐标及半径的取值范围。已经证实，如果这些坐标位于图4b及图4c中所给出的取值范围之内，同样具有本发明的优点。
由于直径较大，对于点的坐标及半径得到了与参照图1及图2a～2c描述的用于小车轮的车轮型廓不同的值。同样，由半径M5、M6及M7的圆描述的在点6与7、7与8以及8与9之间的车轮型廓区域尤其重要。
绕圆心M5的圆的半径R16处于15mm与18mm之间的容许范围，并且从轮缘的车轮背面测量以36～39mm的距离进入轮缘的侧面中。绕圆心M6的半径R83处于80mm与84mm之间的容许范围，圆心则相应地变化。绕圆心M7的半径R303处于300mm与305mm之间的容许范围，并且从距测量圆的圆心1～2mm处开始，圆心则相应地变化。在该优选实施例中，所述半径分别为16mm、83mm及303mm。与图1及图2中所示的实施例不同，在点5与6之间的轮缘外侧面的角度为70°。
在驶入急剧的弯道时，沿轮缘侧面方向看，在距测量圆的圆心仅约13mm处，在轮组的车轮接触处，车轮型廓轮廓的较迅速地增大。如果尤其是点6、7、8及9的坐标处于所给出的取值范围中，则对于较大的车轮也可得到与参照图1及图2a～2c对于较小的车轮所描述的优点相同的优点。因此就这一点而言，参考第一实施例的描述。

Claims (14)

1.一种用于货运车辆的车轮，该车轮具有330-760mm、尤其是380mm的测量圆直径，该车轮的车轮型廓由内轮辋或轮箍端面、轮缘内侧面、轮缘顶部、轮缘外侧面、运行型廓的凹部、工作面、外工作面区段的倾斜部分、运行型廓的倒角部及外轮辋或轮箍端面来描述，其特征在于，在该运行型廓的凹部及该工作面的区域中，车轮型廓由原点(x＝0，y＝0)位于测量圆平面中的体坐标系中的以下坐标(X1～4，Y1～4)来描述，这些坐标位于所给出的取值范围之间。   Xmax   Xmin   ΔX   Ymax   Ymin   ΔY   X1   -39.791   -43.979   4.189   Y1   15.683   14.198   1.494   X2   -29.109   -32.173   3.064   Y2   3.823   3.459   0.364   X3   -15.398   -17.018   1.621   Y3   1.098   0.994   0.105   X4   -4.042   -4.468   0.426   Y4   0.223   0.201   0.021
2.根据权利要求1所述的车轮，其特征在于，在该运行型廓的凹部及工作面的区域中，车轮型廓通过所述体坐标系中的以下坐标(X1～4，Y1～4)来描述，这些坐标位于所给出的取值范围之间。   Xmax   Xmin   ΔX   Ymax   Ymin   ΔY   X1   -40.628   -43.142   2.513   Y1   15.384   14.488   0.896   X2   -29.722   -31.560   1.838   Y2   3.750   3.532   0.218   X3   -15.722   -16.694   0.972   Y3   1.077   1.015   0.063   X4   -4.127   -4.383   0.255   Y4   0.218   0.206   0.013
3.根据权利要求1或2所述的车轮，其特征在于，车轮型廓的位于所述各个坐标之间的区域由圆段来描述，其中在所述圆段之间的型廓的曲线分布是连续的。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的车轮，其特征在于，该运行型廓的凹部由半径在15mm与18mm之间的圆段来描述。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的车轮，其特征在于，在该运行型廓的凹部上连接有由半径在80mm与84mm之间的圆段来描述的工作面区域。
6.根据权利要求5所述的车轮，其特征在于，在连接在该运行型廓的凹部上的该工作面区域上连接有由半径在300mm与305mm之间的圆段来描述的区域。
7.具有根据权利要求1～6中任一项所述的车轮的轮组，其特征在于，该轮组具有在1420mm与1425mm之间的轨距。
8.一种用于货运车辆的车轮，该车轮具有760-1000mm、尤其是920mm的测量圆直径，该车轮的车轮型廓由内轮辋或轮箍端面、轮缘内侧面、轮缘顶部、轮缘外侧面、运行型廓的凹部、工作面、外工作面区段的倾斜部分、运行型廓的倒角部及外轮辋或轮箍端面来描述，其特征在于，在该运行型廓的凹部及该工作面的区域中，车轮型廓由原点(x＝0，y＝0)位于测量圆平面中的体坐标系中的以下坐标(X1～4，Y1～4)来描述，这些坐标位于所给出的取值范围之间。   Xmax   Xmin   ΔX   Ymax   Ymin   ΔY   X1   -37.311   -41.239   3.928   Y1   14.157   12.808   1.348   X2   -27.028   -29.873   2.845   Y2   3.693   3.341   0.352   X3   -13.175   -14.561   1.387   Y3   0.954   0.863   0.091   X4   -2.342   -2.589   0.247   Y4   0.129   0.117   0.012
9.根据权利要求8所述的车轮，其特征在于，在该运行型廓的凹部及工作面的区域中的车轮型廓由所述体坐标系中的以下坐标(X1～4，Y1～4)来描述，这些坐标位于所给出的取值范围之间。   Xmax   Xmin   ΔX   Ymax   Ymin   ΔY   X1   -38.097   -40.453   2.357   Y1   13.887   13.078   0.809   X2   -27.597   -29.304   1.707   Y2   3.623   3.411   0.211   X3   -13.452   -14.284   0.832   Y3   0.936   0.881   0.055   X4   -2.392   -2.539   0.148   Y4   0.127   0.120   0.007
10.根据权利要求8或9所述的车轮，其特征在于，该车轮型廓的位于各个坐标之间的区域由圆段来描述，其中在这些圆段之间的型廓的曲线分布是连续的。
11.根据权利要求8～10中任一项所述的车轮，其特征在于，该运行型廓的凹部由半径在15mm与18mm之间的圆段来描述。
12.根据权利要求8～11中任一项所述的车轮，其特征在于，在该运行型廓的凹部上连接有由半径在80mm与84mm之间的圆段来描述的工作面区域。
13.根据权利要求12所述的车轮，其特征在于，在连接在该运行型廓的凹部上的该工作面区域上连接有由半径在300mm与305mm之间的圆段来描述的区域。
14.具有根据权利要求8～13中任一项所述的车轮的轮组，其特征在于，该轮组具有在1420mm与1425mm之间的轨距。
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