[发明专利]一种能够明显减少钢轨波磨的铁路车轮

说明书

本发明提供一种不会引起钢轨波磨的铁路车轮，包括轮毂、轮辐和轮辋，连接在轮毂和轮辋之间的轮辐并包括朝向轨道外侧的外侧面和朝向轨道内侧的内侧面，外侧面在垂直轮面的截面上形成的曲线由轮毂至轮辋包括顺次相切的外侧第一内凹段、外侧外凸段、外侧第二内凹段、外侧第三内凹段；内侧面在垂直轮面的截面上形成的曲线由轮毂至轮辋包括顺次相切的内侧第一外凸段、内侧第二外凸段、内侧内凹段、内侧第三外凸段。本发明的铁路车轮能够消除轮轨系统的摩擦自激振动，从而可以消除钢轨波磨，对控制轮轨噪声、防止扣件弹簧和螺栓断裂也起到有益的作用；地铁线路将不再需轨道打磨车，钢轨的使用寿命将大幅提高，轨道扣件断裂的现象将大为减少。

技术领域

本发明涉及铁路运输技术领域，具体为一种能够明显减少钢轨波磨的铁路车轮。

背景技术

钢轨波磨rail corrugation是指新铺设或者打磨过的钢轨使用一段时间后，在钢轨的工作表面产生的一种近似波浪形的磨耗。为了解决城市交通拥堵问题，我国的大中型城市都在建设地铁运输系统。由于受到地面建筑物基础的影响，绝大部分地铁线路都存在曲线半径R≤350m的路段。在这些小半径R≤350m线路路段上的钢轨内轨，几乎百分之百发生波磨。对一条新投入使用的地铁线路，波磨出现的时间少则2～3个月，多则1～2年。钢轨一旦出现波磨，则该波磨就难以消除，即使将出现波磨的钢轨更换成全新的钢轨，也很快就在原来出现波磨的地方产生新的波磨。波磨会引起严重的轮轨噪声以及地面建筑物的低频振动，影响到乘客的乘坐舒适性和环境噪声。波磨是世界性问题，世界各国的小半径铁路线路都存在或多或少的波磨问题。目前，在国内外可用于抑制和消除波磨的方法不多，主要是钢轨打磨法和轨面涂抹摩擦调节剂的方法，其中钢轨打磨法是目前用来控制波磨影响的主要方法。但钢轨打磨法需要使用价值数千万元的轨道打磨车设备，且打磨过的钢轨轨头轮廓形状变化较大，影响到轮轨接触几何关系和轮轨动力学性能。该方法既不经济，也不能从根本上消灭钢轨的波磨。轨面涂抹摩擦调节剂的方法技术性比较高，不容易保证涂抹质量，容易影响到列车的牵引动力性能，也不能彻底消灭钢轨波磨问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够明显减少钢轨波磨的铁路车轮，该车轮能够明显减少铁路小半径曲线半径R≤350m的内轨波磨，也能明显减少不常见的铁路小半径曲线外轨、大半径曲线内、外钢轨和直线线路左、右钢轨的波磨。技术方案如下：

一种能够明显减少钢轨波磨的铁路车轮，包括轮毂、轮辐和轮辋，连接在轮毂和轮辋之间的轮辐并包括朝向轨道外侧的外侧面和朝向轨道内侧的内侧面，外侧面在垂直轮面的截面上形成的曲线由轮毂至轮辋包括顺次相切的外侧第一内凹段、外侧外凸段、外侧第二内凹段、外侧第三内凹段；内侧面在垂直轮面的截面上形成的曲线由轮毂至轮辋包括顺次相切的内侧第一外凸段、内侧第二外凸段、内侧内凹段、内侧第三外凸段；所述外侧第一内凹段的曲率半径为50mm-80mm，外侧外凸段的曲率半径为100mm-160mm，外侧第二内凹段的曲率半径150mm-210mm，外侧第三内凹段的曲率半径为20mm-60mm，内侧第一外凸段的曲率半径20mm-60mm，内侧第二外凸段的曲率半径为80mm-140mm，内侧内凹段的曲率半径为170mm-230mm，内侧第三外凸段的曲率半径为20mm-60mm。

进一步的，所述外侧第一内凹段的曲率半径为62mm，外侧外凸段的曲率半径为130mm，外侧第二内凹段的曲率半径为180mm，外侧第三内凹段的曲率半径为40mm，内侧第一外凸段的曲率半径为40mm，内侧第二外凸段的曲率半径为110mm，内侧内凹段的曲率半径为199mm，内侧第三外凸段的曲率半径为40mm。

一种不会引起钢轨波磨的铁路车轮的尺寸形状确定方法，所述轮毂、轮辐和轮辋的尺寸和形状确定均基于轮轨系统有限元复模态特性分析：根据下述轮轨系统摩擦自激振动方程建立轮轨系统摩擦自激振动模型；

式中，M为轮轨系统质量矩阵，C为轮轨系统阻尼矩阵，K为轮轨系统刚度矩阵，K_f为摩擦力耦合引起的刚度矩阵，u、和分别为轮轨系统摩擦振动的位移、速度和加速度，