轨道车辆车轮结构及作用

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一、车轮结构

车轮结构由车轮直径，轮辋、轮毂尺寸，毂辋距，辐板形状，轮缘踏面外形所决定。每个尺寸和每部位形状都有其特殊意义，车轮设计时需要对这些尺寸和形状进行研究确定。

1、车轮直径

车轮直径对其本身及整个货车都有较大影响。一方面车轮直径越大，货车重心越高，货车动力学性能越差。另一方面，增大车轮直径，可以降低轮轨的接触应力，降低车轮磨耗速率，增加车轮的热容量，提高踏面制动热负荷的承受能力。因此车轮直径大小应根据货车情况综合确定。但总的来说，货车轴重越大，车轮直径应越大，以提高车轮的热容量和增加轮轨接触面积，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化问题，以利于车轮制造和检修。目前铁路货车车轮直径大多为840mm，特殊铁路货车车轮直径为915mm。

2、轮辋

轮辋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，才能不使轮对脱轨。

《铁路技术管理规程》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。

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

轮轨安全搭载量按7mm

根据上述数据算得轮辋最小宽度应为120mm，考虑到货车过驼峰时实施的制动，车轮外侧面磨损5mm，则轮辋最小宽度应为125mm。目前，铁路货车车轮轮辋宽度为135mm～140mm。

轮辋厚度通常指新轮辋厚度。对正常服役的车轮的判废依据是轮辋剩余厚度，新轮辋厚度与轮辋报废限度之差为轮辋有限磨耗厚度。轮辋越厚，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。

货车检修时，为了满足货车之间悬挂要求，经常需要在心盘旁撑等位置增加调平垫板。如果新旧车轮直径差过大，所需增加的垫板厚度相应的厚。这样心盘螺栓越容易折断，同时也将增加检修工作量。

轮辋质量占车轮质量较大的比例，即车轮质量在很大程度上决定了车轮质量。特别是铸钢车轮，由于浇铸工艺原因，轮辋质量越大，就要求辐板越厚，车轮质量将更大。车轮质量为簧下质量，其质量的增加对轮轨垂向动作用力有较大的影响。

为了提高轮辋硬度以提高其使用寿命，生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。轮辋越厚，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辋厚度的增加而延长，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辋应越厚越好。但从车轮重量和新旧车轮直径差的角度来考虑轮辋厚度应越小越好。轮辋厚度尺寸各有利弊，应根据货车具体使用条件及上述各种影响因素综合确定。

目前，铁路货车车轮轮辋厚度主要有50mm和65mm两种。

3、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。铁路货车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，车轮质量就越大、轮轴间的紧固力也越大。合理的轮毂厚度应该是：在满足轮轴紧固力要求的前提下厚度尽可能地小，以减轻车轮质量。

4、毂辋距

毂辋距指轮辋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，因此在选取毂辋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。目前铁路货车车轮该值为68mm。

6、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，有效地提高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。

轮缘要有一定高度，过低易发生脱轨；若轮缘设计的过高，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或鱼尾板肩部。轮缘高度一般在26~30mm之间。考虑通过道岔安全，车轮轮径越小，轮缘应越高。轮缘有防止车轮脱线的功能，为防止低速车轮爬轨和高速车轮跳轨，轮缘外侧面与水平面之间应有足够的轮缘角，一般在60º~70º，过小容易爬轨，不能保证安全；过大使修复外形时切削量增加，且当轮对有冲角时轮缘顶部易与钢轨发生接触。

轮缘踏面形状主要取决于线路情况和列车运行速度，而与车轮本身的结构无关。当运行的线路和列车的速度没有较大变化时，即使车轮结构发生了变化，其踏面形状也无需改变。通常情况下踏面采用标准形状。

目前，铁路货车只有一种轮缘踏面外形，即LM型（磨耗形踏面外形）。其轮辋宽度为135mm；由车轮内侧面到踏面上70 mm处的点叫基准点；由车轮内侧面向外16 mm与轮缘外表面的交点为轮缘顶点；踏面采用R100 mm和R500 mm及R220mm为半径的三段弧线，圆滑连接成的一条曲线和斜度为1:8的一段直线所组成的几何图形。轮缘高度是由过基准点且与车轮内侧面的垂直线到轮缘顶点的距离，标准高度为27 mm。轮缘厚度是由过基准点且与车轮内侧面的垂直线向轮缘顶点方向12mm作一水平线交轮缘内外侧两点之间的距离，标准厚度为32mm。

二、车轮型式

1、符合TB/T2817－1997标准的S形辐板辗钢整体车轮型式。