專利名稱：具有高制動(dòng)能力的貸運(yùn)軌道車輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種貨運(yùn)軌道車輪，尤其是踏面(tread)制動(dòng)車輪，其包 括這樣的車輪，即，對于該車輪除了主制動(dòng)系統(tǒng)之外還有踏面制動(dòng)。本發(fā) 明提出了一種車輪設(shè)計(jì)，其具有在制動(dòng)操作期間以及之后保持所引起的應(yīng) 力和撓曲足夠低的很高的能力。該車輪尤其適合于重軸載荷貨運(yùn)業(yè)務(wù)，但 是也適合于客運(yùn)火車上的特殊應(yīng)用。
背景技術(shù)：
即使具有分離的圓圏(輪胎)的所謂的輪胎車輪已被使用，但是時(shí)至 今日，鐵路車輛的車輪仍主要是通過鍛造或鑄造整體地制造的，被稱為整 體(enbloc)或一體車輪。在這種情況下，僅考慮整體車輪。現(xiàn)代的客車 或貨車輪副包括剛性安裝在常規(guī)鋼制車軸上的兩個(gè)整體鋼車輪。
鍛鋼車輪被軋制以滿足所需的尺寸，并且常常被進(jìn)行機(jī)械拋光操作。 通過輪輞淬火可實(shí)現(xiàn)硬的和耐磨的踏面表面。此處理在車輪輪輞中引入了 有利的圓周壓縮，這有助于抑制橫向裂紋的形成和蔓延。車輪必須被設(shè)計(jì) 成耐受機(jī)械載荷，該機(jī)械載荷是由于車輪與軌道的接觸而導(dǎo)致的，以及由致的。
在踏面上制動(dòng)是貨車最常用的制動(dòng)系統(tǒng)。在車輪上的制動(dòng)動(dòng)作通過將 至少一個(gè)制動(dòng)閘塊壓在車輪的踏面或運(yùn)行表面上實(shí)現(xiàn)。制動(dòng)閘塊可由鑄鐵 或復(fù)合材料或燒結(jié)材料制成。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，運(yùn)行的火車的動(dòng)能被轉(zhuǎn)換成熱， 所述熱在車輪和制動(dòng)閘塊之間被分割。
在踏面制動(dòng)動(dòng)作期間，在車輪中產(chǎn)生溫度梯度，其中在車輪的踏面處
4溫度較高。此梯度使得在車輪輪輞的踏面表面附近圓周壓縮應(yīng)力增加?？?br> 達(dá)到高于材料的屈服應(yīng)力的壓縮應(yīng)力，隨后，當(dāng)在制動(dòng)動(dòng)作之后車輪冷卻 下來時(shí)，可在車輪輪輞中在運(yùn)行表面附近產(chǎn)生圓周拉伸應(yīng)力。此殘余應(yīng)力
常常產(chǎn)生安全問題，其中可能導(dǎo)致徑向裂紋在車輪的輪輞、輪輻和輪轂中芟延。
產(chǎn)生溫度梯度之后，還會(huì)發(fā)生車輪撓曲，尤其是車輪輪輞相對于輪轂 發(fā)生軸向撓曲。在制動(dòng)動(dòng)作期間，車輪的此軸向撓曲改變了輪副的輪距、 即輪副中的兩個(gè)車輪的輪輞之間的距離，并且當(dāng)車輪已經(jīng)冷卻下來時(shí)會(huì)發(fā) 生塑性屈服。
使用閘塊制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是它使得運(yùn)行表面變粗糙，因此促進(jìn)了車輪與軌 道之間的附著力，該附著力是牽引和制動(dòng)兩者的重要參數(shù)。但是，閘塊制 動(dòng)系統(tǒng)也存在一些嚴(yán)重缺陷。過量的加熱可損壞車輪并且成為 一個(gè)限制因 素。裝配有閘塊制動(dòng)車輪的火車所產(chǎn)生的噪聲級高于裝配有盤式制動(dòng)器的 火車，成為干擾環(huán)境的重要因素。但是，已發(fā)現(xiàn)利用復(fù)合或燒結(jié)材料制動(dòng) 的車輪產(chǎn)生的噪聲低于當(dāng)制動(dòng)閘塊由鑄鐵制成時(shí)車輪所產(chǎn)生的噪聲。 一個(gè) 重要方面是對于用于制動(dòng)閘塊的新材料，與傳統(tǒng)的鑄^^制成的閘塊制動(dòng)器 相比，通常有更高百分比的熱進(jìn)入車輪，這一事實(shí)會(huì)影響車輪針對踏面制 動(dòng)的熱載荷的尺寸設(shè)定。
最近引入的歐洲標(biāo)準(zhǔn)UIC 510-5和EN 13979-1在由車輪-軌道接觸產(chǎn)
定。根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，貨車車輪應(yīng)在45分鐘的一段時(shí)間上滿足由依賴于軸載 荷的制動(dòng)熱功率所產(chǎn)生的應(yīng)力和撓曲要求。車輪的性能應(yīng)使用制動(dòng)測試工 作臺(tái)測試。
在踏面制動(dòng)的軌道車輪的設(shè)計(jì)中，常常試圖在應(yīng)力和撓曲之間實(shí)現(xiàn)折 衷。具有直的輪輻的車輪具有良好的穩(wěn)定性，但是在輪輞中的應(yīng)力非常高。 具有圓錐形輪輻的車輪在制動(dòng)期間以及之后具有低的應(yīng)力，但是會(huì)遭受非 常高的橫向輪輞撓曲。
為了避免這些缺陷，已經(jīng)嘗試了許多不同的具有曲線輪輻的車^i殳計(jì)。但是，這些設(shè)計(jì)中的一些不能滿足當(dāng)前的性能需求，并且由于它們的幾何
形狀而不能裝配到已有的轉(zhuǎn)向架(bogie)上。
具有優(yōu)化的、部分因子設(shè)計(jì)的所謂的低應(yīng)力車輪屬于特殊的一類車輪。 FE計(jì)算表明具有C形輪輻(具有單一半徑)的車輪會(huì)經(jīng)受輪輞的高度撓 曲、即輪輞的高度傾側(cè)，這意味著輪輞的橫截面圍繞圓周軸線旋轉(zhuǎn)。
軌道車輪的鋼材料由用于鑄造車輪的EN 1362:2004( CEN )標(biāo)準(zhǔn)限定。 材料應(yīng)在抗張強(qiáng)度、硬度、粗糙度、延展性、疲勞強(qiáng)度和耐磨性方面具有 合適的特性。此外，材料應(yīng)能夠抵抗由于迅速冷卻之前的車輪滑動(dòng)而產(chǎn)生 的局部加熱所導(dǎo)致的易碎的馬氏體的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種車輪，該車輪易于制造，并且具有足夠高的 徑向柔性和軸向剛性以避免上述缺陷，上述缺陷分別與在一些專利文獻(xiàn)中 描述的其它車輪^L計(jì)和車輪中產(chǎn)生的應(yīng)力和撓曲有關(guān)。
本發(fā)明的目標(biāo)通過在車輪輪輞和輪轂之間引入新型彎曲輪輻實(shí)現(xiàn)，該 輪輻使得可調(diào)整設(shè)計(jì)，以在關(guān)于低應(yīng)力與小的橫向撓曲和輪輞傾側(cè)的相對 需求之間實(shí)現(xiàn)平衡。
在^:計(jì)軌道車輪輪輻時(shí)，必須滿足(l)與由于垂直和橫向機(jī)械載荷導(dǎo) 致的疲勞應(yīng)力有關(guān)的需求，和(2)與由于踏面制動(dòng)產(chǎn)生的熱載荷導(dǎo)致的輪 輞的應(yīng)力和撓曲有關(guān)的需求。需求(1)要求在車輪輪轂附近的輪輻的厚度 比較大，但是一般允許輪輻在輪輞附近適當(dāng)?shù)乇　］嗇椀拇藚^(qū)域的形狀和 斜度在能夠允許輪輻徑向擴(kuò)展時(shí)是決定性的，該徑向擴(kuò)展將根據(jù)需求(2) 導(dǎo)致輪輞應(yīng)力和橫向撓曲降低。此外，為了減少輪輞傾側(cè)，輪輻與車輪輪 輞的連接區(qū)域的橫向位置也變得重要。
已經(jīng)基于這樣的考慮構(gòu)想出了本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了一種至少根據(jù)權(quán)利要求 l的用于鐵路車輛、尤其用于貨車的軌道車輪。


6下文將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中示出軌道車輪的一部 分的徑向橫截面。
具體實(shí)施例方式
如圖所示，車輪包括輪轂l、輪輞2和輪輻中心或中間盤5，該輪輞具 有運(yùn)行表面或踏面3和在其內(nèi)側(cè)的凸緣4，該盤5連接到該輪轂和輪輞。
X-X指示車輪的幾何和旋轉(zhuǎn)軸線，而S指示車輪的垂直于X-X軸線的 徑向中間平面。
輪輻5的橫截面沿中心線AB延伸，并且在區(qū)域6中的點(diǎn)A與區(qū)域7 中的點(diǎn)B之間具有曲線形狀，區(qū)域6使該輪輻連接到輪輞2的徑向內(nèi)表面， 區(qū)域7使該輪輻連接到輪轂1的徑向外表面。
更具體地說，輪輻5具有彎曲的中間部分，該中間部分在位于中間點(diǎn) C的相對部分上的兩個(gè)拐點(diǎn)D、 E之間沿中心線S延伸，并且具有位于車 輪的一側(cè)的曲率中心(拱腹[intrados)，輪輻5還具有位于點(diǎn)D和與輪輞 的接合區(qū)域6中的上述的點(diǎn)A之間的第一末端部分，和位于點(diǎn)E和與輪轂 的接合區(qū)域7中的上述的點(diǎn)B之間的第二末端部分，這兩個(gè)末端部分具有 位于車輪的相對側(cè)的曲率中心(拱腹)。
此外，根據(jù)本發(fā)明
輪輻5的中心線AB上的兩個(gè)接合點(diǎn)A和B被定位在車輪的相對于徑 向中間平面S的相同側(cè)(在附圖中，在內(nèi)側(cè))；
中間點(diǎn)C位于徑向中間平面S的相對側(cè)(在附圖中，在外側(cè))，并且 在所迷中間點(diǎn)C處中心線AB的切線平行于所述徑向中間平面S;并且
在拐點(diǎn)(D, E )處輪輻的中心線AB的切線之間的角度在卯度和120 度之間。
車輪的輪輞2的內(nèi)部徑向表面的直徑為在輪輻的點(diǎn)C處的直徑的大約 1.2-1.4倍，并且點(diǎn)C與徑向中間平面S之間的距離優(yōu)選地在大約20-30mm 之間。
在輪輻5的位于點(diǎn)C和拐點(diǎn)D之間的中間部分中，中心線AB的半徑
7r在29-50mm的范圍內(nèi)，而在輪輻5的位于點(diǎn)C和拐點(diǎn)E之間的中間部分 中，中心線AB的半徑R在卯-200mm的范圍內(nèi)。此外，在輪輻5的位于 拐點(diǎn)D和接合點(diǎn)A之間的部分中，中心線AB的半徑rl在22-60mm的范 圍內(nèi)，而在輪輻5的位于拐點(diǎn)E和接合點(diǎn)B之間的部分中，中心線AB的 半徑r2在100-400mm的范圍內(nèi)。
輪輻在輪輞1附近的厚度將盡可能地薄，與輪輻本身的其它尺寸參數(shù) 一致。
權(quán)利要求
1. 一種軌道車輪，該車輪相對于垂直于該車輪的徑向中間平面(S)的旋轉(zhuǎn)軸線(X-X)具有非對稱形狀，該車輪包括輪轂(1)，具有運(yùn)行表面(3)和凸緣(4)的輪輞(2)，位于該輪輞和輪轂之間的輪輻中心或盤(5)，輪輻與輪輞的接合區(qū)域(6)和輪輻與輪轂的接合區(qū)域(7)，并且所述輪輻中心(5)的橫截面被構(gòu)造成沿中心曲線(AB)在位于輪輻(5)和輪輞之間的接合區(qū)域(6)處的點(diǎn)(A)與位于輪輻(5)和輪轂(1)之間的接合區(qū)域(7)處的點(diǎn)(B)之間延伸，其特征在于，-位于車輪的輪轂和輪輞之間的輪輻中心(5)具有曲線延展部，該曲線延展部具有彎曲的中間部分，該中間部分在中間點(diǎn)(C)的相對部分上的第一拐點(diǎn)(D)和第二拐點(diǎn)(E)之間沿中心線(S)延伸，并且具有位于車輪的一側(cè)的曲率中心，該曲線延展部還具有位于第一拐點(diǎn)(D)和與輪輞的接合區(qū)域(6)中的點(diǎn)(A)之間的第一末端部分，和位于第二拐點(diǎn)(E)和與輪轂的接合區(qū)域(7)中的點(diǎn)(B)之間的第二末端部分，這兩個(gè)末端部分具有位于車輪的相對側(cè)的區(qū)域中心，-位于所述接合區(qū)域(6，7)的兩個(gè)點(diǎn)(A，B)定位在所述徑向中間平面(S)的相同部分上，-在輪輻的中間點(diǎn)(C)處的中心線(AB)的切線平行于中間平面(S)并且相對于車輪位于所述中間平面(S)的相對側(cè)，以及-在所述拐點(diǎn)(D，E)處的輪輻的中心線(AB)的切線之間的角度在90-120度之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的軌道車輪，其中輪輞的內(nèi)側(cè)的直徑為在輪輻的 中間點(diǎn)(C)處的直徑的1.2-1.4倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2的軌道車輪，其中輪輻的中間點(diǎn)(C)與中間 平面(S)之間的距離在20-30mm之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3的軌道車輪，其中在輪輻的中間點(diǎn)(C)和第一 拐點(diǎn)(D)之間的部分中，中心線(AB)的半徑在29-50mm的范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求的軌道車輪，其中在輪輻的中間點(diǎn)(C)和第二 拐點(diǎn)(E)之間的部分中，中心線(AB)的半徑在卯-200mm的范圍內(nèi)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求的軌道車輪，其中在第一拐點(diǎn)(D )和接合點(diǎn)(A) 之間的部分中，中心線(AB)的半徑在22-60mm的范圍內(nèi)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求的軌道車輪，其中在第二拐點(diǎn)(E)和接合點(diǎn)(B) 之間的部分中，中心線(AB)的半徑在100-400mm的范圍內(nèi)。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求的軌道車輪，其中輪輻在輪輞附近具有最小厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軌道車輪，該車輪具有垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的中間平面(S)以及在與車輪的輪輞的接合點(diǎn)(A)和與車輪的輪轂的接合點(diǎn)(B)之間沿中心曲線(AB)延伸的輪輻(5)。輪輻具有中間點(diǎn)(C)和分別位于該中間點(diǎn)(C)和接合點(diǎn)(A，B)之間的兩個(gè)拐點(diǎn)(D，E)。兩個(gè)接合點(diǎn)(A，B)位于車輪的中間平面(S)的相同部分上，輪輻的中間點(diǎn)(C)處的與中心線(AB)的切線平行于中間平面(S)并且位于所述中間平面(S)的相對側(cè)，并且在拐點(diǎn)(D，E)處的輪輻的中心線(AB)的切線之間的角度在90-120度之間。
文檔編號(hào)B60B17/00GK101500822SQ200780029056
公開日2009年8月5日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月4日
發(fā)明者F·隆巴爾多, L·努德哈爾, R·倫登 申請人:盧基尼Rs公司