一種高速動車組的新型車輪踏面結構的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于軌道車輛的車輪踏面結構領域，具體涉及一種高速動車組的新型車輪踏面結構。
【背景技術】
[0002]如圖1所示，軌道客車的車輪的踏面結構是車輪徑向截面上由輪緣和踏面Μ所形成的輪廓線，踏面結構按照本領域業內公知的定義方法，通常包括輪緣1、喉根圓高錐度區2、滾動圓3、常工作區4、外端低錐度5和外端面倒角區6等主要結構，它們的外輪廓線順次平滑連接形成整體踏面結構的輪廓曲線。其中，滾動圓3定義為距離踏面輪緣內側面Ll = 70mm的B點位置，以滾動圓3的豎直直徑為分界線，可將正常工作區4進一步分為常工作區左側圓弧段端面4-1和常工作區右側直線段端面4-2。輪緣厚度D為滾動圓3水平直徑上方10mm處輪的緣橫向厚度。常工作區4和外端低錐度5共同構成踏面區M。由于常工作區4和外端低錐度5是車輪用以承受整車重量的主要結構，其在與鐵軌廓型的配合和摩擦過程中的磨損和消耗較大，且影響到車輛臨界速度、車輛安全、整車舒適性、輪軌傷損等，其二者具有一定的等效錐度。踏面等效錐度越大則越有利于提高列車的圓弧軌道上的曲線通過能力，但同時，踏面等效錐度對機車的蛇行穩定性不利，因此，在設計動車組列車的車輪踏面結構時，必須根據踏面結構對鋼軌適應能力、踏面磨耗、車輛橫向穩定性、車體平穩性、輪軌接觸應力、接觸角差、車輛懸掛參數適應性等多方面綜合考量，以求篩選出踏面等效錐度適應性最佳的車輪的踏面結構參數，從而在抑制蛇行運動、提高高速動車穩定性和減少輪緣磨耗、延長旋輪周期、增加車輪使用壽命二者方面取得最優的兼顧和平衡。
[0003]另一方面，國內高鐵目前同時存在舊有的CH60型鋼軌廓形和全新的60N鋼軌廓型，而現有國內動車組S1002CN型等老舊型號的車輪踏面形狀均無法與舊有的CH60型鋼軌廓形和全新的60N鋼軌廓型同時匹配。
【發明內容】
[0004]為了解決現有國內動車組S1002CN型等老舊型號的車輪踏面形狀均無法與舊有的CH60型鋼軌廓形和全新的60N鋼軌廓型同時匹配，現有的老舊型號的車輪踏面形狀也無法在提高鏇修周期和提高列車動力學性能兩個方面均同時取得最佳的兼顧和平衡的技術問題，本發明提供一種高速動車組的新型車輪踏面結構。
[0005]本發明解決技術問題所采取的技術方案如下:
[0006]—種高速動車組的新型車輪踏面結構，包括輪緣、喉根圓高錐度區、滾動圓、常工作區、外端低錐度區和外端面倒角區，其特征在于:所述輪緣包括輪緣第一圓弧段端面、輪緣第二圓弧段端面、輪緣第三圓弧段端面和輪緣直線段端面，它們均順次以相切的形式平滑連接;所述喉根圓高錐度區包括喉根圓高錐度區第一圓弧段端面和喉根圓高錐度區第二圓弧段端面，其二者以相切的形式平滑連接;所述常工作區包括常工作區第一圓弧段端面和常工作區直線段圓錐面，其二者以相切的形式平滑連接;外端低錐度區自身均為直線段圓錐面;所述輪緣直線段端面的末端與喉根圓高錐度區第一圓弧段端面相切；喉根圓高錐度區第二圓弧段端面的末端與常工作區第一圓弧段端面以相切的形式平滑連接;常工作區直線段圓錐面的末端與外端側低錐度區的前端直線段以相切的形式平滑連接;外端低錐度區的末端與外端面倒角區呈45°夾角。
[0007]所述滾動圓橫移± 3mm時踏面與標準CH60軌匹配的等效錐度介于0.08-0.12之間。
[0008]所述常工作區第一圓弧段端面，其圓弧半徑R6范圍是315mm<R6< 385mm;所述常工作區直線段圓錐面與水平線的夾角K1的范圍是1/22 SK1 < 1/18。
[0009]所述踏面端部外側低錐度區與水平線的夾角K2的范圍是1/16SK2S 1/14;所述外端面倒角區是45°的等腰直角三角形倒角，其直角邊長度為5mm。
[0010]所述喉根圓高錐度區第一圓弧段端面的半徑R4的范圍是13.5mm<R4< 16.5mm;所述喉根圓高錐度區第二圓弧段端面的半徑R5 = 200mm。
[0011]所述輪緣第一圓弧段端面的半徑Rl= 25mm，輪緣第二圓弧段端面的半徑R2 =10_，輪緣第三圓弧段端面的半徑R3 = 20mm，輪緣直線段端面的延長線與水平線的夾角Θ為70。。
[0012]所述輪緣第二圓弧段端面的圓弧頂點是輪緣的最高點Α，該最高點Α到滾動圓豎直直徑的頂端最高點B的豎直距離Η為27.8163mm;所述輪緣的厚度D為32.1098_。
[0013]所述喉根圓高錐度區第一圓弧段端面的起點C到滾動圓豎直直徑的頂端最高點B的水平距離M3 = 39.0086mm。
[0014]所述滾動圓橫移±3mm時踏面與標準CH60軌匹配的等效錐度為0.1;所述正常工作區直線段圓錐面與水平線的踏面第一等效錐度角Kl = l/20，所述踏面端部外側低錐度區與水平線的夾角K2 = l/15，所述喉根圓高錐度區第一圓弧段端面的半徑R4 = 15mm。
[0015]本發明的有益效果是:該高速動車組的新型車輪踏面結構能夠完全匹配和適應CN60新型軌道的廓型，其通過較小的喉根圓高錐度區第一圓弧段端面的曲率半徑來避免列車車輪因踏面的等效錐度過高而產生的失穩，和避免因踏面的等效錐度過過低而導致車輛晃動。
[0016]通過使輪軌接觸點C隨通過曲線時輪緣力的大小而變化而使得輪緣根部與鋼軌的相對速度減小而虛弱磨耗作用，從而減少機車通過曲線時的輪緣磨耗。
[0017]通過正常工作區和踏面端部外側低錐度區配合起到增大踏面與軌道接觸面積的作用，能夠在同樣的接觸應力下允許車輪承受更高的軸重載荷。其通過優化滾動圓的最佳位置實現減緩踏面磨耗、延長旋輪周期，并通過給出計算優選后的參數設置使得該踏面結構對鋼軌廓變化適應能力獲得較大幅度提高，從而實現在抑制蛇行運動和延長旋輪周期兩個方面均能取得兼顧和平衡的理想效果，并在改善輪軌匹配關系、緩解車輛異常振動的同時，進一步提高輪對對車輛異常振動的緩解能力。
[0018]此外，該新型車輪踏面結構還在降低踏面對懸掛參數靈敏度、獲得較強的曲線通過能力、提高高速行駛穩定性，以及增加車輛懸掛參數適應性等方面，均了取得較為理想的綜合效果。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明一種高速動車組的新型車輪踏面結構的示意圖。
[0020]圖2是本發明一種高速動車組的新型車輪踏面結構與舊有的S1002CN型車輪踏面的橫移量與應力對應關系的比較曲線圖。
【具體實施方式】
[0021 ]下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0022]如圖1所示，本發明的高速動車組的新型車輪踏面結構包括輪緣1、喉根圓高錐度區2、滾動圓3、常工作區4、外端低錐度區5和外端面倒角區6，其特征在于:輪緣1包括輪緣第一圓弧段端面1-1、輪緣第二圓弧段端面1-2、輪緣第三圓弧段端面1-3和輪緣直線段端面1-4，它們均順次以相切的形式平滑連接。喉根圓高錐度區2包括喉根圓高錐度區第一圓弧段端面2-1和喉根圓高錐度區第二圓弧段端面2-2，其二者以相切的形式平滑連接。常工作區4包括常工作區第一圓弧段端面4-1和常工作區直線段圓錐面4-2，其二者以相切的形式平滑連接。外端低錐度區5自身均為直線段圓錐面。
[0023]輪緣直線段端面1-4的末端與喉根圓高錐度區第一圓弧段端面2-1相切。喉根圓高錐度區第二圓弧段端面2-2的末端與常工作區第一圓弧段端面4-1以相切的形式平滑連接。常工作區直線段圓錐面4-2的末端與外端側低錐度區5的前端直線段以相切的形式平滑連接。外端低錐度區5的末