[发明专利]一种轻量化重载轮对及其设计方法

说明书

本发明公开了一种轻量化重载轮对及其设计方法，其轮对包括车轴和设在车轴上的车轮，车轴为圆柱形结构；车轴每端均包括车轴轮座区；所述车轮包括轮毂、辐板和轮辋，所述辐板为弯曲结构，辐板的一端与轮毂连接，辐板的另一端与轮辋连接，轮辋上远离辐板的一端设有踏面和轮缘；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；所述车轮设在车轴轮座区上，轴向上所述轮辋‑辐板过渡区位于轮毂‑辐板过渡区的外侧；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；辐板主体为弯曲结构，辐板通过圆弧，分别与轮辋及轮毂连接；可有效降低转向架的簧下重量，减小轮轨磨耗，提高运输效率。

技术领域

本发明涉及轨道车轮技术领域，尤其是涉及一种轻量化重载轮对及其设计方法。

背景技术

工矿企业普遍采用的运输车辆均为特殊用途的铁路货车，一般轴重可达40t以上。其中，炼铁厂专门用于转运铁水的工况车辆为鱼雷罐车，其满载总重可达600吨以上，鱼雷罐车的轮对轴重可达50t，属于重载轮对。

重载轮对主要由两片车轮和一根车轴通过过盈配合的方式组成。其中，车轴主要由轴颈、防尘座、轮座及轴身四部分组成；车轮主要由轮毂，辐板，轮辋三部分组成。车轴的结构主要是由轴端结构部分、轴端与轴颈过渡引锥、轴颈直线部分、轴颈卸荷槽部分、防尘座直线部分、防尘座卸荷槽部分、轮座、轮座与轴身过渡圆弧和轴身部分构成。车轮的结构主要指的是辐板结构。辐板结构主要分为4种：S型辐板、铃形辐板(又称双S型辐板)、盆型辐板和直辐板。S型辐板、铃型辐板(又称双S型辐板)和盆型辐板又可归类于弯曲辐板，相较直辐板，具有更好的力学性能。重载轮对的车轮由于轴重大，需要通过增加磨耗到限后车轮剩余辋厚的方式以保证车轮磨耗到限后的应力满足车轮设计、计算标准的要求，从而保证车轮运行的结构安全性能。但在车轮滚动圆直径不变的情况下，增加轮辋厚度就意味着车轮辐板区域缩小，更适合设计为直辐板或斜辐板，因为设计为力学性能优异的弯曲辐板的难度较大。

目前，国内铁水转运用鱼雷罐车的轮对用的车轮辐板均采用国外制造商设计的斜辐板形式，其车轮滚动圆踏面直径主要有Φ650mm，Φ760mm，Φ840mm三种，而以车轮滚动圆踏面直径Φ760mm的轮对应用最为广泛。由于鱼雷罐车轮对的车轮斜辐板形式，使得单个车轮重达330kg，大大增加了车辆转向架的簧下重量，严重影响了车辆的力学性能和运输效率。

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轻量化重载轮对及其设计方法，其可有效降低转向架的簧下重量，减小轮轨磨耗，提高运输效率。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种轻量化重载轮对，包括车轴和设在车轴上的车轮，车轴为圆柱形结构；所述车轴每端均包括车轴轴端区域、车轴轴颈直线区域、车轴防尘座直线区域、车轴轮座区以及车轴轴身区域；所述车轮包括轮毂、辐板和轮辋，所述辐板为弯曲结构，辐板的一端与轮毂连接，辐板的另一端与轮辋连接，轮辋上远离辐板的一端设有踏面和轮缘；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；所述车轮设在车轴轮座区上，轴向上所述轮辋-辐板过渡区位于轮毂-辐板过渡区的外侧；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；辐板主体为弯曲结构，辐板通过圆弧，分别与轮辋及轮毂连接。

所述车轴轴端区域与车轴轴颈直线区域之间由过渡引锥连接；车轴轴颈直线区域与车轴防尘座直线区域设置有轴颈卸荷槽；车轴防尘座直线区域与车轴轮座区域之间设置了防尘座卸荷槽；车轴轮座区域与车轴轴身区域设置有圆滑过渡的过渡圆弧。

所述轮毂外径面外侧轮廓线与轮箍外侧面的夹角≥98°，轮毂外径面内侧轮廓线与轮箍内侧面的夹角为≥100°，轮辋内径面外侧轮廓线与轮辋外侧面的夹角为≥96°，轮辋内径面内侧轮廓线与轮辋内侧面的夹角为≥96°；轴向上，轮辋内侧面位于轮毂内侧面的外侧，且轮辋内侧面与轮毂内侧面的距离≥35mm。

一种所述轻量化重载轮对的设计方法，包括以下步骤：