∅920 mm货车车轮设计及开发

穆 伟 赵兴龙 张 磊 魏华成

(太原重工轨道交通设备有限公司技术中心，山西030032)

车轮作为铁路货车的关键走行部件，不仅要承受机械载荷还要承受制动热负荷。随着货车速度和轴重的增加，车轮的热应力和机械应力也相应增加，因此要求车轮有较高的强度、较低的当量应力和较好的辐板形状，有利于辐板区域的热输出，降低热应力[1]；此外车轮设计还应满足装备货车转向架接口尺寸的要求，不能与转向架发生干涉。先根据转向架接口尺寸设计车轮S型辐板形状初始方案，然后通过有限元分析计算，对设计方案进行验证和优化，选定最优方案后制造样轮，并依据EN 13979标准对车轮热力学性能及疲劳实验台进行测试，验证车轮踏面制动热力学性能及耐疲劳性能。

1 车轮方案设计

根据转向架接口尺寸设计车轮形状初始方案，见图1。车轮轴重为25 t，设计执行标准EN 13979，制造及检验执行标准EN 13262，材质为ER8，滚动圆直径为∅920 mm，踏面型式为EN 13715-S1002/h28/e32.5/6.7%，制动方式为踏面制动，辐板形式为S型，最小厚度为20 mm，轮毂孔直径为205 mm，内侧辋毂距为23 mm。

图1 车轮形状初始方案

2 有限元分析及优化

根据理论计算及实际经验，车轮磨耗到限状态比新造状态更危险，因此车轮有限元模型建立在车轮磨耗到限的基础上，并采用1/2对称结构，SOLID45实体单元划网；轮轴接触选用CONTA174和TARGE170单元。有限元分析模型如图2所示，其中模型施加对称约束，车轴施加全约束。

图2 车轮有限元模型

依据EN 13979，车轮静强度分析有五种工况：直线工况、曲线工况、道岔工况、直线制动工况、曲线制动工况[2]。……