[发明专利]一种低应力反S型辐板车轮及其设计方法

说明书

本发明公开了一种低应力反S型辐板车轮及其设计方法，其车轮包括轮毂、辐板和轮辋，辐板的一端与轮毂连接，辐板的另一端与轮辋连接，所述辐板包括轮毂‑辐板过渡区、辐板主体和轮辋‑辐板过渡区，轮毂‑辐板过渡区位于轮毂与辐板主体之间，轮辋‑辐板过渡区位于轮辋与辐板主体之间，所述辐板为反S型结构，所述轮毂‑辐板过渡区包括圆弧曲线R1、R7，圆弧曲线R1连接位于轮毂外侧，圆弧曲线R7连接轮毂内侧，R1尺寸45mm‑125mm，R7尺寸25mm‑105mm；所述轮辋‑辐板过渡区包括圆弧曲线R4、R5，圆弧曲线R4连接位于轮辋外侧，圆弧R5连接位于轮辋内侧，R4尺寸＝R5尺寸40mm‑120mm。降低了车轮应力，易于成型。

技术领域

本发明涉及列车车轮技术领域，尤其是涉及一种低应力反S型辐板车轮及其设计方法。

背景技术

提速和重载是提高铁路运输能力的有效措施，已成为铁路发展的趋势。货车目前的制动方式仍然是踏面制动，列车车轮在强摩擦、高负荷以及大轮轨作用力等恶劣条件下工作。列车在制动过程中，动能逐渐转变为制动装置产生的热能，对于采用踏面制动的高速重载铁路货车，这样的制动过程非常苛刻，由此产生的的热裂纹损伤已成为车轮的主要失效形式之一。车轮经过多次制动后，会在车轮与铁轨的接触踏面上产生均匀分布的横向裂纹，周围会伴随剥离、掉块等现象。因此，在倡导货运列车提速的前提下，现有踏面制动正面临的严峻的挑战，也对车轮的抗热损伤能力和疲劳寿命提出了更高的要求。由于热损伤和疲劳损伤都与车轮在紧急制动过程中的温度场和应力场分布有密切的关系。因此货车车轮的低应力设计一直备受关注。

轨道车轮主要由轮毂，辐板，轮辋三部分组成，车轮结构主要指的是辐板结构。辐板结构主要分为5种：S型辐板，双S型辐板，盆型辐板，直辐板，斜辐板。其中S型辐板车轮，又分为正S型辐板车轮和反S型辐板车轮，反S型辐板车轮是轮毂连接处的辐板比轮辋连接处辐板更靠近外侧。

设计踏面制动轨道车轮，须考虑车轮辐板热-机械应力；辐板结构对轨道车辆车轮的刚度、强度及变形有直接影响。直辐板因便于安装制动盘，常用于轮盘制动的轨道客车车辆，但其力学性能较差；一般轮毂内侧面比轮辋内侧面更靠内侧，这样的接口尺寸按照S型辐板车轮进行设计，但是当轮毂内侧面比轮辋内侧面更靠外侧时，这样的接口尺寸就不能按照正S型辐板车轮进行设计，一般按照斜辐板车轮和直辐板车轮进行设计，但是这两种轮型车轮热-机械应力性能较差，所以选择反S型辐板进行设计。

但现有的反S型辐板车轮结构设计不是太合理，还是存在应力较高，不易成型的问题。如中国专利CN112060834A公开的一种机车整体车轮及其设计方法，轮毂-辐板过渡区包括圆弧曲线R1、R2、R3、R4，圆弧曲线R1与R2连接位于轮毂-辐板过渡区的轴线B的一侧，圆弧曲线R3与R4连接位于轮毂-辐板过渡区的轴线B的另一侧，圆弧曲线R1、R2、R4的弧度方向相同且均与R3的弧度方向相反；轮辋-辐板过渡区包括圆弧曲线R8、R7、R6、R5，圆弧曲线R8与R7连接位于轮辋-辐板过渡区的轴线A的一侧，圆弧曲线R6与R5连接位于轮辋-辐板过渡区的轴线A的另一侧，圆弧曲线R8、R7、R5的弧度方向相同且均与R6的弧度方向相反；其中，R1尺寸在40mm～60mm范围内，R2尺寸在110mm～200mm范围内，R4尺寸在150mm～240mm范围内，R3尺寸在40mm～120mm范围内，R8尺寸在40mm～60mm范围内，R7尺寸在70mm～150mm范围内，R5尺寸在100mm～180mm范围内，R6尺寸在40mm～80mm范围内；该车轮应力较高，不易轧制成型，产品合格率低。

发明内容

针对现有技术不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种低应力反S型辐板车轮及其设计方法，以达到降低车轮应力，易于成型的目的。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：