[发明专利]铁路轮圈

说明书

本发明涉及运输机械制造领域，更确切地说涉及铁路运输车轮构造。

本发明最适用于铁路车辆（干线运输和工业运输）的整体车轮和带箍圈车轮。

本发明可用于沿对称凸轨移动的任何类型的轨道运输。

广为人知的铁路车轮是，其滚动面由2个互相连接的锥面组成，锥面的内形成线具有坡度1∶20，与之连接的外形成线具有坡度1∶7。这种滚动面构造要求在滚动圈平面上和在轨头对称轴上单点接触。

在这种情况下，从理论上说，在车轮一钢轨上的相当大的接触应力（大约1300兆帕）不应导致车轮滚动面和车轮轮缘剧烈磨损，也不应导致轨头产生危险应力。但实际上远非如此。由于钢轨上轮对的动力摆动和摆头（这一摆动和摆头是因车轮滚动面和轨头间的单点接触以及因钢轨铺设容差造成的），在标准轮的滚动面和轨头之间，运动时大部分时间呈现双点接触：在轮缘的直线形成线与轨头侧表面的接触点和沿通常相对于轨头对称轴移动的滚动圈。这些点的接触应力分别为1450兆帕和1350兆帕。这就使轮缘剧烈磨损并很快变得薄于允许程度，而在滚动面形成马鞍形踏面磨耗并发生金属向外侧位移，这既增加了车轮滚动面和钢轨的磨损速度，又增加了轨头侧表面产生危险应力的可能性。目前还没有可以接受的消除锥面这些缺点的技术解决办法，因为不可能持续保持车轮滚动面和钢轨的原来形状，也不可能排除车轮在钢轨上的动力摆动和摆头。鉴于上述情况，锥面不容许增加轴荷重和提高车辆的运行速度。

还有一种铁路车轮（SU，A，619366），这种车轮的滚动面是带有形成线的转动抛物体，这一形成线是在实际运行情况下从最低磨损强度条件下获得的。这时，可保证车轮一钢轨的相当长度的线性接触，这会降低接触应力。但是，也会由于金属不可予测地向流动面外部再分布，不可能在最大可能的时间内避免出现马鞍形踏面磨耗，因而也不可能避免轨头出现危险应力。

本发明的基本任务是建造这样一种车轮结构，其滚动面形状能够靠减少动力摆动和摆头强度来提高运行的稳定性，在保证运行的绝对安全和排除对线路上部结构的否定影响的情况下，靠降低车轮一钢轨的接触应力来减少滚动面磨损。

上述任务的解决方法是，铁路车轮的轮圈包括轮缘和变型面滚动面，变型面带有凹面部分，凹面由转动抛物体组成，这一抛物体带有形成线，形成线表示为y＝axb（1），这里a＝4.8-5.4;b＝0.23-0.25，根据本发明，在上述轮圈中，凹面部分与凸面部分相连接，凸面由平滑的曲线组成并与锥面部分相连接，锥面的形成线可有自1∶5至1∶20的坡度，而且凹面与凸面两部分的连接线位于滚动圈上。

适宜的是，以平滑的曲线按照方程式y＝12.06-5.4（33-X）^0.23（2）来组成滚动面的轮缘外侧，而锥面的形成线将表示为y＝1.9+0.067X（3）。

这种滚动面形状可用于对垂直线有较大倾斜角的钢轨和用于包括大量小半径曲线的线路区段。这时，在保持金属沿滚动面均匀再分布的情况下，保证运行的更大稳定性。

也可用平滑的曲线（方程式为y＝2.95-8.65-0.14X（4））和与这一曲线相连接的锥面（锥面的形成线表示为y＝0.635+0.05X（5））来组成滚动面的轮缘外侧。

这种表面形状可用于对垂直线有较小倾斜角的钢轨和用于有较少数量的小半径曲线的线路。这时，可在保持稳定运行的情况下保证金属最适宜地再分布于滚动面。

下面，根据本发明，以附图来描述轮圈的实施。附图有：

图1表示根据本发明铁路轮圈在钢轨上的位置，横断面;

图2为已知型面恢复图;

图3为根据本发明的曲线滚动面的型面恢复图。

根据本发明，铁路轮圈1（图1）型面包括轮缘2和滚动面3，滚动面3由2个曲线部分AB与BC和直线形成线CD组成。AB部分由转动抛物体的形成线表示，方程式为y＝axb（1），这里a＝4.8-5.4 b＝0.23-0.25，而BC部分由平滑的凹曲线表示，而凹曲线又与CD部分的具有自1∶5至1∶20坡度的锥面形成线相连接。根据本发明的第一方案，凹形部分AB在选定的坐标系统中表示的方程式为y＝5.4（33+X）^0.23-12.06（6）。凸形部分BC表示为y＝12.06-5.4（33-X）^0.23（2）并与直线部分CD相连接，直线部分CD表示为y＝1.9+0.067x（3）。从轮缘2的外侧来说，滚动面3的末端通常为等于5毫米的斜棱。

根据此方案，曲线形成线各点的坐标（x，y）数列举于图表1。