一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构的制作方法

本发明涉及轨道车辆车轮踏面领域，具体来说，涉及一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构。

背景技术：

1、目前，轮轨接触几何关系是机车车辆动力学研究的基础。其中，车轮踏面结构是轮轨接触几何关系中最为复杂的因素之一，是用以承担车辆重量的主要结构，由于整车质量较大，其结构会随着车辆运行不断磨损发生变化，而结构上的磨损变化会极大影响车辆的动力学性能。现有的车轮型面是经过长期运用改进而得，广泛采用的为磨耗型踏面，可使踏面长期保持在稳定阶段不发生较大磨耗，磨耗型踏面一般由多段几何尺寸不同的直线、圆弧、曲线构成，各种车轮踏面从外观上看虽然相似，但是在车轮踏面设计上需要综合考虑轮轨匹配接触参数、轮轨抗磨特性，以及基于上述轮轨接触参数下车辆的运行稳定性、横向平稳性、安全性情况，以获取兼顾和平衡上述性能指标的车轮踏面设计方案。

2、由于踏面设计的特殊性，需综合考虑大量的复杂因素的影响，因此，对于不同轨道建设标准的国家、不同轨道车辆生产厂家的车辆技术平台、不同车型之间的不同悬挂参数均有最适合的踏面设计匹配方案。

3、因此为较好适配此次的轨道线路特点(同时匹配60r2和cn50轨面)、最大限度优化传统轮对方案的有轨带电车车辆的各项动力学性能、提升轮轨抗磨耗特性、确保车辆的高速运行能力，亟需设计一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构。

技术实现思路

1、针对相关技术中的问题，本发明提出一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

2、为此，本发明采用的具体技术方案如下：

3、一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构，包括依次平滑设置的轮缘、喉根圆高锥度区域、常工作区、名义滚动圆、外端低锥度区域、外端倒角区域；其中，轮缘由个线段组成，分别包括依次以相切的形式设置的轮缘第一直线段、轮缘第一圆弧倒角段、轮缘第二水平直线段、轮缘第二圆弧倒角段及轮缘第三直线段，且不同的结构均由直线、圆曲线构成，且不同的直线、圆曲线之间均为平面相切的几何作图方法顺次连接而成。

4、进一步的，为了保证轮缘的稳定使用，轮缘的轮缘高度为28mm，轮缘宽度为23mm，轮缘第二圆弧倒角段的半径为3mm。

5、进一步的，为了保证踏面结构有较好的运行安全性性能，喉根圆高锥度区域由两个线段组成，包括依次以相切的形式设置的喉根圆第一圆弧段及喉根圆第二圆弧段。

6、进一步的，为了减少车辆产生的磨损，常工作区由三个线段组成，包括依次以相切的形式设置的常工作区第一圆弧段、常工作区第二圆弧段及常工作区直线段。

7、进一步的，为了保证踏面结构有较好的运行安全性性能，名义滚动圆的距离轮背的横向距离为60mm，名义滚动圆的轮辋宽度为120mm。

8、进一步的，为了在车轮出现爬轨倾向时，车辆的重力刚度能迅速将车辆拉回至运行中心位置，保证车辆的运行安全性，外端低锥度区域由外端低锥度区直线段组成。

9、进一步的，为了在车辆运行时，减少车辆的损耗，外端倒角区域由45度倒角的直线组成，45度倒角的直线的直角边为5mm。

10、本发明的有益效果为：

11、1、本发明的踏面结构轮缘部分采用薄轮缘结构形式，且1-1轮缘第一直线段、1-5轮缘第三直线段均采用加高直线段设计，加高为了减小车轮跳轨风险，而采用直线段的薄轮缘是为了让车轮有适量的横向裕度，减小轮缘磨耗；由于城轨踏面在正线需要适配60r2槽型轨，在车辆段需要兼顾cn50工字轨，需要保证踏面在匹配60r2槽型轨上有较好接触特性的情况下，匹配cn50工字轨接触特性不至于太差，为此该踏面也做了相应的适配性工作。

12、2、本发明踏面结构在0-5mm横移阶段均有较为平稳的等效锥度，在大于5mm横移阶段后，等效锥度迅速上升；这可以有效保证车轮在正常运行时，有较好的运行平稳性性能，防止车轮发生晃车现象，但在车轮出现爬轨倾向时，车辆的重力刚度能迅速将车辆拉回至运行中心位置，保证车辆的运行安全性。

13、3、本发明踏面结构匹配60r2、cn50下的接触角差在正常的车轮踏面接触区域内变化较为平稳，而在大横移区段，接触角差均呈快速上升趋势，可知该踏面结构有较好的运行安全性性能；本发明在匹配60r2槽型轨时，在正常的车轮踏面接触区域内，pz08踏面的踏面轮轨接触应力均能保证较小的接触应力，小于1000mpa，可以有效缓解轮对接触区的凹形磨耗。

14、4、在匹配cn50，由于等效锥度相对匹配60r2槽型轨时较大，但其接触应力也控制在合理的5000mpa以内，也能有效保证在车辆段运行时，车辆不产生过大的磨耗。

15、5、本发明的车轮踏面结构在60r2、cn50钢轨线路上具备接触应力低、轮轨磨耗小特点，同时踏面等效锥度、接触角差变化均匀，且踏面等效锥度和整车的悬挂参数相匹配，可有效保证该型有轨电车车辆在高速运行下具有较好的稳定性、平稳性和安全性。

技术特征：

1.一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构，其特征在于，包括依次平滑设置的轮缘（1）、喉根圆高锥度区域（2）、常工作区（3）、名义滚动圆（4）、外端低锥度区域（5）、外端倒角区域（6）；

2.根据权利要求1所述的一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构，其特征在于，所述轮缘（1）的轮缘高度为28mm，轮缘宽度为23mm。

3.根据权利要求1所述的一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构，其特征在于，所述轮缘第二圆弧倒角段（1-4）的半径为3mm。

4.根据权利要求1所述的一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构，其特征在于，所述喉根圆高锥度区域（2）由两个线段组成，包括依次以相切的形式设置的喉根圆第一圆弧段（2-1）及喉根圆第二圆弧段（2-2）。

5.根据权利要求1所述的一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构，其特征在于，所述常工作区（3）由三个线段组成，包括依次以相切的形式设置的常工作区第一圆弧段（3-1）、常工作区第二圆弧段（3-2）及常工作区直线段（3-3）。

6.根据权利要求1所述的一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构，其特征在于，所述名义滚动圆（4）的距离轮背的横向距离为60mm。

7.根据权利要求6所述的一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构，其特征在于，所述名义滚动圆（4）的轮辋宽度为120mm。

8.根据权利要求1所述的一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构，其特征在于，所述外端低锥度区域（5）由外端低锥度区直线段（5-1）组成。

9.根据权利要求1所述的一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构，其特征在于，外端倒角区域（6）由45度倒角的直线（6-1）组成。

10.根据权利要求9所述的一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构，其特征在于，所述45度倒角的直线（6-1）的直角边为5mm。

技术总结
本发明公开了一种适应高速运行的有轨电车的新型车轮踏面结构，包括依次平滑设置的轮缘、喉根圆高锥度区域、常工作区、名义滚动圆、外端低锥度区域、外端倒角区域；其中，轮缘由个线段组成，分别包括依次以相切的形式设置的轮缘第一直线段、轮缘第一圆弧倒角段、轮缘第二水平直线段、轮缘第二圆弧倒角段及轮缘第三直线段。本发明的车轮踏面结构在60R2、CN50钢轨线路上具备接触应力低、轮轨磨耗小特点，同时踏面等效锥度、接触角差变化均匀，且踏面等效锥度和整车的悬挂参数相匹配，可有效保证该型有轨电车车辆在高速运行下具有较好的稳定性、平稳性和安全性。

技术研发人员：门永林,马晓光,池茂儒,黄先富,成明金,肖天宇
受保护的技术使用者：中车南京浦镇车辆有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12