机车车轮踏面.doc

机车车轮踏面机车车轮踏面（locomotive wheel tread）车轮与钢轨的接触部分。简称踏面。踏面与钢轨内侧接触的凸出部分称为轮缘，轮缘的作用是防止车轮脱轨，车轮通过曲线时，轮缘与外轨内侧面接触，引导机车在曲线上运行。踏面外形对机车的运行性能有很大的影响，设计必须合理。踏面必须具有斜度，图1为中国机车锥形踏面的外形。左右两轮装在车轴上成为轮对，两轮缘内侧距离为1353mm，在轮对组装时必须严格检查该尺寸，此距离决定了轮缘与钢轨的间隙。 图1中国机车锥形踏面 机车锥形路面的特点是： 轮缘的厚度为33mm，高度为28mm，轮缘外侧与水平面成65角，称为轮缘角，保证安全通过曲线。 踏面有1:20及1:10两段斜面，在外侧有545倒角。 轮缘内侧面有R16的圆弧，以便引导车辆顺利通过护轨。 轮对在曲线上运行时，外轮沿外轨所走距离大于内轮沿内轨所走距离。由于内外轮固装在同一车轴上，如果两轮的踏面为圆柱形，则势必引起内外轮的滑行。实际踏面具有斜度，当轮对在曲线上运行时，由于轮缘与钢轨之间有间隙，随着轮对向外偏移，外轮与外轨接触的直径大于内轮与内轨接触的直径，与外轨和内轨的不同长度相匹配，就能显著减少车轮的滑行。 因为踏面具有斜度，轮对在直道上运行时因轨道横向不平顺等原因，轮对偏离中央位置时，两轮以不同的半径滚动，形成轮对的蛇行运动，轮对向中央位置复原，在轮对蛇行运动的过程中自动对中。这种特性能防止在直道上轮缘与钢轨接触而形成轮缘偏磨。但是随着机车速度的提高，轮对的蛇行运动会引起机车横向振动加剧，使机车运行品质恶化。踏面斜度愈大，蛇行运动愈剧烈，因此要合理控制踏面斜度。 斜度为1:20的一段踏面经常与轨面接触，磨耗后使踏面呈凹陷，轮对在进入道岔或小半径曲线时可能发生剧烈跳动。为了避免这种现象，在1:20斜度的外侧有一段1:10的斜坡，这一段仅在小半径曲线上才与轨面接触。 锥形踏面与钢轨的接触宽度较窄，接触部分磨耗后踏面呈凹形。运动经验表明，踏面磨耗至某种凹形后，磨耗变慢，外形便相对稳定。如果把踏面外形设计成磨耗形（凹形），轮轨接触条件就比较稳定，这成是国际上20世纪60年代提出的磨耗形踏面设计。磨耗形踏面的优点为： 踏面磨耗较慢，延长了旋轮里程，减少了旋轮时的切削量； 轮轨接触面积较大，接触应力较小，在同样的接触应力下，允许更高的轴重； 减少机车通过曲线时的轮缘磨耗。轮对通过曲线时，轮缘向外轨帖靠，如果车轮为锥形踏面，则产生踏面及轮缘与钢轨的两点接触，踏面接触点为滚动的瞬时中心，而轮缘与钢轨的接触点具有相对的滑动速度，因此轮缘接触点磨耗快。而磨耗形踏面进入曲线时，从踏面过渡到轮缘与钢轨的接触是连续过程，始终是一点接触，轮缘与钢轨的相对速度小，磨耗小。轮轨接触点的位置随通过曲线时轮缘力的大小而变化。 现在，许多国家的铁路已把磨耗形踏面定为标准的踏面外形。中国机车JM型磨耗形踏面见图2，与锥形踏面一样，作为机车踏面的一种标准，按机车运行条件选用。中国地铁车辆及轻轨车辆的车轮踏面也都采用磨耗形踏面，以减少通过曲线时的轮缘磨耗。 图2 中国机车磨耗形踏 磨耗形踏面为凹形，不像锥形踏面那样具有直观的踏面斜度，但它却同样具有斜度特性，即轮对横移y时，左右轮滚动半径发生差异。因此，对磨耗形踏面引出等效斜度je的概念 式中，je为踏面等效斜度；y为轮对的横移量；r左，r右分别为左右轮的滚动半径；r为左右轮滚动半径差之半，r（r左r右）/2。 磨耗形踏面的等效斜度通常设计得比锥形踏面大，例如锥形踏面的斜度为0.05，而磨耗形踏面的等效斜度通常为0.15左右甚至更大。踏面等效斜度大有利于曲线通过，但对机车的蛇行稳定性不利。对于速度较高的机车，在设计时，必须要考虑这个因素。