【正文】 —1997 鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用了S形輻板取代了貨車車輪的斜輻板結(jié)構(gòu)形式，取消了輻板孔，輪輞厚度為65mm,型號(hào)HDS。為滿足減輕簧下質(zhì)量的要求，設(shè)計(jì)了輪輞厚度為50mm的S形輻板車輪，21t軸重的為HDSA型，25t軸重的為HESA型，這兩種車輪于2001年投入運(yùn)用。1999年制定了TB/T 1013—1999《碳素鋼鑄鋼車輪技術(shù)條件》，鑄鋼車輪材質(zhì)為ZLB，車輪型號(hào)為840HDZ。根據(jù)減輕車輪質(zhì)量的要求，2000年8月，設(shè)計(jì)出新產(chǎn)品840HDZA型鑄鋼車輪；2001年3月新型薄輪輞840HDZB型鑄鋼車輪；2003年1月，設(shè)計(jì)了第一種鑄鋼車輪為軸重25t的840HEZB型車輪；新設(shè)計(jì)了840HDZC型薄輪輞鑄鋼車輪。 車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)車輪結(jié)構(gòu)由車輪直徑，輪輞、輪轂尺寸，轂輞距，輻板形狀，輪緣踏面外形所決定。每個(gè)尺寸和每部位形狀都有其特殊意義。車輪設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)這些尺寸和形狀進(jìn)行研究確定。一、車輪直徑車輪直徑對(duì)其本身及整個(gè)貨車都由較大影響。一方面車輪直徑越大，貨車重心越高，貨車動(dòng)力學(xué)性能越差。另一方面，增大車輪直徑，可以降低輪軌的接觸應(yīng)力，降低車輪磨耗率，增加車輪的熱容量，提高踏面制動(dòng)熱負(fù)荷的承受能力，因此車輪直徑大小應(yīng)根據(jù)貨車情況綜合確定。但總的來(lái)說(shuō)，貨車軸重越大，車輪直徑應(yīng)越大，以提高車輪的熱容量和增加輪軌接觸面積，減少踏面損傷和磨耗。另外，車輪直徑的取值還應(yīng)注意規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化系列化問(wèn)題，以利于車輪制造和檢修。目前鐵路貨車車輪直徑大多為840mm，特殊鐵路貨車車輪直徑為915mm。二、輪輞輪輞寬度尺寸主要取決于輪軌的搭載量。當(dāng)輪對(duì)運(yùn)行在曲線上時(shí)，外側(cè)車輪輪緣靠近鋼軌，內(nèi)側(cè)輪緣遠(yuǎn)離鋼軌。只有內(nèi)側(cè)車輪踏面在鋼軌上的搭載量足夠，才能不使輪對(duì)脫軌?！惰F路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定，當(dāng)曲線半徑在300m以下時(shí)，規(guī)矩應(yīng)加寬15mm。因此，最大規(guī)矩1435+15+6=1456mm。輪對(duì)最小內(nèi)側(cè)距為1354mm；輪緣最小厚度為23mm。車輪踏面外側(cè)倒角5mm；鋼軌頭部圓弧半徑R13mm。鋼軌內(nèi)側(cè)磨耗2mm；軌枕玩去。道釘松動(dòng)等引起軌距擴(kuò)大8mm；重車時(shí)車軸微彎引起輪對(duì)內(nèi)側(cè)距離減少2mm。輪軌安全搭載量按7mm考慮。根據(jù)上述數(shù)據(jù)算的輪輞最小寬度應(yīng)為120mm，考慮到貨車過(guò)駝峰時(shí)實(shí)施的制動(dòng)，車輪外側(cè)面磨耗5mm，則輪輞最小寬度應(yīng)為125mm。目前鐵路貨車車輪輪輞寬度為135~140.輪輞厚度通常指心輪輞厚度。對(duì)正常服役的車輪的判廢依據(jù)是輪輞剩余厚度，新輪輞厚度與輪輞報(bào)廢限度之差為輪輞有限磨耗厚度。輪輞越厚，有效磨耗厚度就越大，但車輪自重也大。有效磨耗厚度越厚，車輪使用壽命越長(zhǎng)，新舊車輪直徑差就越大。貨車檢修時(shí)，為了滿足貨車之間懸掛要求，經(jīng)常需要在心盤旁撐等位置增加調(diào)平墊板。如果新舊車輪直徑差過(guò)大，所需增加的墊板厚度相應(yīng)的厚，這樣心盤螺栓越容易折斷，同時(shí)也將增加檢修工作量。輪輞質(zhì)量占車輪質(zhì)量較大的比例，即輪輞質(zhì)量在很大程度上決定了車輪質(zhì)量。特別是鑄鋼車輪，由于澆鑄工藝原因，輪輞質(zhì)量越大，就要求輻板越厚，車輪質(zhì)量將更大。車輪質(zhì)量為簧下質(zhì)量，其質(zhì)量的增加對(duì)輪軌垂向動(dòng)作用力有較大的影響。為了提高輪輞硬度以提高其使用壽命，生產(chǎn)中要對(duì)車輪踏面進(jìn)行淬火處理。由于淬火工藝特性，淬硬深度受到限制。輪輞越厚，內(nèi)部硬度越低，耐磨性能越差。雖然車輪使用壽命隨著輪輞厚度的增加而延長(zhǎng)，但延長(zhǎng)的比例越來(lái)越小。從車輪使用壽命的角度來(lái)考慮，輪輞應(yīng)越厚越好。但從車輪質(zhì)量和新舊車輪直徑差的角度來(lái)考慮，輪輞厚度應(yīng)越小越好。輪輞厚度尺寸各有利弊，應(yīng)根據(jù)貨車具體使用條件及上述各種影響因素綜合確定。目前鐵路貨車車輪輪輞厚度主要有50mm和65mm兩種。三、輪轂車輪和車軸考過(guò)盈配合組裝在一起，輪轂的主要作用是將車輪牢牢地固定到車軸上，其尺寸主要由輪軸配合所需要的緊固力所決定。鐵路貨車車輪輪轂長(zhǎng)度名義尺寸均為178mm，輪轂厚度隨軸重的不同而變化。在輪轂長(zhǎng)度尺寸和輪軸間配合過(guò)盈量一定的情況下，輪轂厚度越厚，車輪質(zhì)量就越大、輪軸間的緊固力也越大。合理的輪轂厚度應(yīng)該是：在滿足輪軸緊固力要求的前提下，厚度盡可能地校，以減輕車輪質(zhì)量。四、轂輞距轂輞距是指輪輞內(nèi)側(cè)面與輪轂內(nèi)側(cè)面間的軸向距離，該值與輪對(duì)內(nèi)側(cè)距、車軸兩輪座之間的距離有關(guān)，因此在選取轂輞距時(shí)不能僅從車輪的角度考慮，應(yīng)根據(jù)輪對(duì)內(nèi)側(cè)距與車軸協(xié)調(diào)考慮。目前鐵路貨車車輪該值為68mm。五、輻板形狀輻板的強(qiáng)度直接關(guān)系到行車安全，因此車輪輻板應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。輻板形狀對(duì)車輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度有較大的影響。較小的徑向剛度可使車輪具有較大的彈性，可以改善制動(dòng)熱負(fù)荷作用下車輪的應(yīng)力狀態(tài)和降低輪軌動(dòng)作用力，因此輻板的徑向剛度應(yīng)適當(dāng)?shù)匦?。輻板的軸向剛度應(yīng)盡量大，否則車輪將產(chǎn)生較大的軸向變形。軸向變形過(guò)大會(huì)改變輪軌正常接觸位置和輪緣角度，影響車輛運(yùn)行性能，增加爬軌的可能性。一個(gè)好的輻板形狀，可以在不增加自重的條件下大幅度地提高車輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，改善車輪的剛度。輻板形狀有：直輻板、S形輻板、波浪形輻板、盆型輻板。六、輪緣踏面外形輪緣踏面外形設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮與軌頭外形的配合，理想的輪軌型面配合狀態(tài)能有效地降低接觸應(yīng)力和磨耗，有助于改善列車通過(guò)曲線性能，有效地提高列車失穩(wěn)的臨界速度。同時(shí)設(shè)計(jì)的新踏面應(yīng)盡量與磨耗后的形狀接近，以降低修正踏面時(shí)金屬切削量。輪緣要有一定高度，過(guò)低易發(fā)生脫軌，若輪緣設(shè)計(jì)的過(guò)高，當(dāng)踏面磨耗深度較大時(shí)輪緣頂部可能觸碰鋼軌?mèng)~尾板螺栓或魚尾板肩部。輪緣高度一般在26~30mm之間。考慮通過(guò)道岔安全，車輪輪徑越小，輪緣應(yīng)越高。輪緣有防止車輪脫線的功能，為防止低速車輪爬軌和高速車輪跳軌，輪緣外側(cè)面與水平面之間應(yīng)有足夠的輪緣角，一般在60176。~70176。，過(guò)小容易爬軌，不能保證安全，過(guò)大使修復(fù)外形時(shí)切削量增加，且當(dāng)輪對(duì)有沖角時(shí)輪緣頂部易與鋼軌發(fā)生接觸。輪緣踏面形狀主要取決于線路情況和列車運(yùn)行速度，而與車輪本身結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。當(dāng)運(yùn)行的線路和列車的速度沒(méi)有較大變化時(shí)，即使車輪結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，其踏面形狀也無(wú)需改變。通常狀況下踏面采用標(biāo)準(zhǔn)形狀。目前鐵路貨車只有一種輪緣踏面外形，即LM型（磨耗形踏面外形），其輪輞寬度為135mm；由車輪內(nèi)側(cè)面到踏面上70mm處的點(diǎn)叫基準(zhǔn)點(diǎn)；由車輪內(nèi)側(cè)面向外16mm與輪緣外表面的交點(diǎn)為輪緣頂點(diǎn)；踏面采用R100mm和R500mm及R220mm為半徑的三段弧線，圓滑連接成的一條曲線和斜度為1：8的一段直線所組成的幾何圖形。輪緣高度是由過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn)且與車輪內(nèi)側(cè)面的垂直線到輪緣頂點(diǎn)的距離，標(biāo)準(zhǔn)高度為27mm。輪緣厚度是由過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn)且與車輪內(nèi)側(cè)面的垂直線向輪緣頂點(diǎn)方向12mm作一水平線交輪緣內(nèi)外側(cè)兩點(diǎn)之間的距離，標(biāo)準(zhǔn)厚度為32mm。 車輪各部分的名稱及作用1．踏面：車輪與鋼軌面向接觸的外圓周面，具有一定的斜度。踏面與軌面在一定的摩擦力下完成滾動(dòng)運(yùn)行。2．輪緣：車輪內(nèi)側(cè)面的徑向圓周突起部分，稱為輪緣。其作用時(shí)為防止輪對(duì)出軌，保證貨車在直線和曲線上安全運(yùn)行。3．輪輞：車輪具有完整踏面的徑向厚度部分，以保證踏面內(nèi)具有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)也便于加修踏面。4．輪轂：車輪中心圓周部分，固定在車軸輪座上，為車輪整個(gè)結(jié)構(gòu)的主干與支承。5．輪轂孔：用于安裝車軸，該孔與車軸輪座部分通過(guò)過(guò)盈配合組裝在一起。6．輻板：連接輪輞與輪轂的部分，呈板狀者稱為輻板，輻板呈曲面狀，使車輪具有彈性，賊力在傳遞時(shí)較為緩和。7．輻板孔：為了便于加工和吊裝輪對(duì)而設(shè)，每個(gè)車輪上有兩個(gè)?，F(xiàn)在由于用途不大且影響車輪的性能，在S形輻板車輪上予以取消。第2章 輪軸損傷形式 車軸損傷形式車軸的損傷形式主要有車軸裂紋、車軸碰傷、磨傷、車軸彎曲及磨損、打痕、碰傷、電焊打火凹痕、燃軸造成的軸頸碾長(zhǎng)等。這些故障可能導(dǎo)致切軸事故，而造成車輛脫軌、顛覆事故。 車軸裂紋裂紋：在工藝過(guò)程中金屬的連續(xù)性破壞而形成的缺陷。磁粉探傷時(shí)，其磁痕特征一般為線形鋸齒形，兩端呈尖角狀，磁粉聚集的圖像不規(guī)則，但清晰、密集。發(fā)紋：是由原材料中的微小氣孔、針孔、金屬和非金屬夾雜物等，經(jīng)鍛軋而成的原材料缺陷。磁粉探傷時(shí)，其磁痕特征呈直線或微彎的細(xì)線狀，磁粉聚集的圖像規(guī)則，呈細(xì)長(zhǎng)、平直狀。一、車軸裂紋及折損車軸裂紋及折損一般分為疲勞折損及一次性斷裂兩種。車軸的受力情況非常復(fù)雜，在運(yùn)行中除受很大的垂直力外，還要承受來(lái)自鋼軌接頭的剛性沖擊。車站內(nèi)部則長(zhǎng)期經(jīng)受交變的動(dòng)載荷作用。同時(shí)車輪與車軸壓配合也給車軸以附加應(yīng)力，沿車軸縱向還有變化著的水平力作用。因此車軸內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)是多種應(yīng)力的綜合，所以工作一定時(shí)間后，易于產(chǎn)生疲勞裂紋。車軸裂紋分為縱向裂紋與橫向裂紋兩種，若裂紋與車軸中心線夾角大于45176。時(shí)，稱為橫裂紋。橫裂紋的產(chǎn)生將減小車軸的有效橫截面積，對(duì)車軸強(qiáng)度的影響最大，車軸折損都是由于橫裂紋的深度不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致應(yīng)力上升而引起的。所以車軸上的橫裂紋時(shí)危險(xiǎn)性極大的一種損傷，是不允許存在的。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，車軸裂紋大多數(shù)發(fā)生在輪座上，而且多數(shù)在離輪座捏、外側(cè)邊緣10~20mm處。但也有一部分發(fā)生在軸頸和軸中央部分。二、車軸裂紋產(chǎn)生的原因主要的原因是車軸實(shí)際的疲勞極限較車軸鋼試樣的疲勞限度要低得多。至于在壓裝車輪后車軸輪座部分，產(chǎn)生疲勞裂紋特別多，顯然是由于在該處疲勞極限顯著下降而造成的，一般來(lái)講有以下幾方面的原因：1．采用壓配合的輪對(duì)。當(dāng)車軸壓入輪轂孔后，使輪對(duì)的形狀相當(dāng)于一個(gè)截面突然變化的整體軸，因而在車軸與車輪交界的截面突變處產(chǎn)生高度的應(yīng)力集中。2．當(dāng)車軸壓入輪轂孔后，在車軸表面產(chǎn)生很大的接觸壓應(yīng)力，這種接觸壓應(yīng)力的分布是不均勻的，在輪座接觸面兩側(cè)的壓應(yīng)力最大，輪座兩端內(nèi)向10~30mm處，此處彎矩最大，且輪轂孔上部有空隙，下部輪座受擠壓，在運(yùn)行中承受彎曲交變應(yīng)力的作用，因此容易產(chǎn)生裂紋。3．車軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，輪座部的纖維在交變應(yīng)力作用下交變地產(chǎn)生拉伸和壓縮，造成車軸輪座部分與輪轂邊緣有微小的滑動(dòng)摩擦，時(shí)間久了在摩擦處形成了磨損。而車軸在實(shí)際使用中，在各種腐蝕介質(zhì)（如空氣、水、油脂和雜物等）的作用下產(chǎn)生了摩擦腐蝕，使摩損表面形成了許多微小的腐蝕坑穴，而成為車軸裂紋疲勞源，使車軸疲勞極限下降，致使過(guò)早地出現(xiàn)疲勞裂紋。