CN221023104U - 轻量化拖车车轮 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种轻量化拖车车轮，包括依次连接的轮毂、锥形辐板、轮辋，轮毂的厚度为28mm，锥形辐板与轮毂之间的第一过渡大圆弧的半径R1为0.04m，锥形辐板与轮辋之间的第二过渡大圆弧的半径R3为0.6m，锥形辐板与轮辋之间的第三过渡大圆弧的半径R4为0.025m。本实用新型提供的轻量化拖车车轮，在车轮减重的同时增加了轻量化拖车车轮的结构强度，提高了轻量化拖车车轮的服役安全性和使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及拖车车轮技术领域，更具体地，涉及一种轻量化拖车车轮。
背景技术
高速铁路自诞生以来，以其安全可靠、舒适便捷、绿色环保以及灵活高效的优势备受世界交通运输的青睐。提升高铁运营速度，能够为旅客出行带来便利，更能加强和提高动车组运营能力和运行效率。随着“复兴号”中国标准动车组的正式运营，拥有完全自主知识产权的高速列车持续运行速度可达350km/h，中国高铁正在引领世界高速铁路的发展。目前，国内外尚未正式运营400km/h或更高速度等级动车组，研发400km/h动车组是大时代下铁路发展新的需求。为进一步满足中国高速铁路发展要求，巩固具有中国特色的世界一流自主化品牌，国铁集团已于2021年初开始组织实施复兴号“CR450科技创新工程”，研发更安全可靠、更节能环保、更先进智能的复兴号新产品。
随着运行速度的不断提高，将增大车轮多边形、车轮偏磨、踏面剥离和浅表层裂纹等伤损的发生概率，将会缩短车轮的服役寿命，现有技术中的拖车车轮的强度有待加强。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种轻量化拖车车轮，以在车轮减重的同时增加轻量化拖车车轮的结构强度，提高了轻量化拖车车轮的服役安全性和使用寿命。
基于上述目的，本实用新型提供一种轻量化拖车车轮，包括依次连接的轮毂、锥形辐板、轮辋，所述轮毂的厚度为28mm，所述锥形辐板与所述轮毂之间的第一过渡大圆弧的半径R1为0.04m，所述锥形辐板与所述轮辋之间的第二过渡大圆弧的半径R3为0.6m，所述锥形辐板与所述轮辋之间的第三过渡大圆弧的半径R4为0.025m。
可选的，还包括阻尼降噪板，所述阻尼降噪板贴合安装在所述锥形辐板的内侧面和外侧面。
可选的，还包括多个阻尼降噪块，所述轮辋的内径面开设有梯形槽，多个所述阻尼降噪块安装在所述梯形槽内。
可选的，还包括阻尼降噪板和多个阻尼降噪块，所述阻尼降噪板贴合安装在所述锥形辐板的内侧面和外侧面，所述轮辋的内径面开设有梯形槽，多个所述阻尼降噪块安装在所述梯形槽内。
可选的，还包括配套的螺栓和螺母，所述阻尼降噪块通过所述螺栓和所述螺母固定在所述梯形槽内。
可选的，所述阻尼降噪板采用压头滚压方式粘贴安装在所述锥形辐板的内侧面和外侧面。
可选的，所述锥形辐板与所述轮毂之间过渡区域的宽度范围为W1～W2，W1为0.038m，W2为0.016m。
可选的，所述轮毂的内侧和所述第一过渡大圆弧的切线与所述轮毂的外侧和所述第一过渡大圆弧的切线的交点到中心轴线的距离D1为0.135m。
可选的，所述轮辋的内侧和所述第三过渡大圆弧的切线与所述轮辋的外侧与所述第三过渡大圆弧的切线的交点到中心轴线的距离D2为0.395m。
可选的，所述第二过渡大圆弧的水平切线的切点到中心轴线的距离为HH2，HH2为0.33m。
可选的，所述第一过渡大圆弧的水平切线的切点到中心轴线的距离为HH1，HH1为0.185m。
本实用新型提供的轻量化拖车车轮，包括依次连接的轮毂、锥形辐板、轮辋，通过将轮毂的厚度设置为28mm，在保证轮轨接触强度与轮对装配紧固度的基础上对车轮进行减重优化设计，有利于降低簧下质量，提高车辆动力学性能，新制状态和磨耗到限状态对应的硬度差值小，磨耗到限时车轮的抗磨性能更优，运用中轮径差更容易控制；通过将锥形辐板与轮毂之间的第一过渡大圆弧的半径R1设置为0.04m，将锥形辐板与轮辋之间的第二过渡大圆弧的半径R3设置为0.6m，将锥形辐板与轮辋之间的第三过渡大圆弧的半径R4设置为0.025m，在车轮减重的同时增加轻量化拖车车轮的结构强度，提高了轻量化拖车车轮的服役安全性和使用寿命。
附图说明
下面将通过附图详细描述本实用新型中优选实施例，将有助于理解本实用新型的目的和优点，其中:
图1为本实用新型一实施例的轻量化拖车车轮的结构示意图；
图2为本实用新型一实施例的轻量化拖车车轮的参数化建模示意图；
图3为本实用新型一实施例的轻量化拖车车轮中质量作为优化目标时的质量曲线图；
图4为本实用新型一实施例的轻量化拖车车轮中质量作为优化目标时的疲劳性能曲线图；
图5为本实用新型一实施例的轻量化拖车车轮中疲劳性能作为优化目标时的质量曲线图；
图6为本实用新型一实施例的轻量化拖车车轮中疲劳性能作为优化目标时疲劳性能曲线图。
图7为本实用新型一实施例的轻量化拖车车轮中采用阻尼降噪板降噪的结构示意图；
图8为本实用新型一实施例的轻量化拖车车轮中采用阻尼降噪块降噪的结构示意图；
图9为本实用新型一实施例的轻量化拖车车轮中采用阻尼降噪板和采用阻尼降噪块组合降噪的结构示意图。
附图标记说明：
1：轮毂；2：锥形辐板；3：轮辋；4：阻尼降噪板；5：阻尼降噪块；6：螺栓。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型进行详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1和图2所示，本实用新型提供的轻量化拖车车轮，包括依次连接的轮毂1、锥形辐板2、轮辋3，轮毂1的厚度为28mm，锥形辐板2与轮毂1之间的第一过渡大圆弧的半径R1为0.04m，锥形辐板2与轮辋3之间的第二过渡大圆弧的半径R3为0.6m，锥形辐板2与轮辋3之间的第三过渡大圆弧的半径R4为0.025m。
需要说明的是：车轮轮缘踏面外形为LMA或LMB10，也可根据车辆需要采用其他踏外形。滚动圆直径为920mm，轮辋3宽度为135mm，轮辋3有效磨耗厚度35mm，磨耗到限时轮辋3剩余厚度23mm，轮毂1孔直径φ191mm，轮毂1宽度175mm，内侧毂辋距15mm。
本实用新型提供的轻量化拖车车轮，包括依次连接的轮毂1、锥形辐板2、轮辋3，通过将轮毂1的厚度设置为28mm，在保证轮轨接触强度与轮对装配紧固度的基础上对车轮进行减重优化设计，有利于降低簧下质量，提高车辆动力学性能，新制状态和磨耗到限状态对应的硬度差值小，磨耗到限时车轮的抗磨性能更优，运用中轮径差更容易控制；通过将锥形辐板2与轮毂1之间的第一过渡大圆弧的半径R1设置为0.04m，将锥形辐板2与轮辋3之间的第二过渡大圆弧的半径R3设置为0.6m，将锥形辐板2与轮辋3之间的第三过渡大圆弧的半径R4设置为0.025m，在车轮减重的同时增加轻量化拖车车轮的结构强度，提高了轻量化拖车车轮的服役安全性和使用寿命。
如图7所示，还包括阻尼降噪板4，阻尼降噪板4贴合安装在锥形辐板2的内侧面和外侧面。本实施例中，实施约束阻尼降噪时，通过预先设定的压紧力，在特定的安装设备上，在内外侧辐板安装阻尼降噪板4，降低了锥形辐板2的鼓形振动噪声，进而降低了轻量化拖车车轮的振动噪声。
如图8所示，还包括多个阻尼降噪块5，轮辋3的内径面开设有梯形槽，多个阻尼降噪块5安装在梯形槽内。本实施例中，轮辋3直接与钢轨接触，将车体重量传递给钢轨并承受钢轨的反作用力，通过摩擦实现车轮在钢轨上的滚动，在轮辋3上开槽可实现约束阻尼降噪块5的降噪措施，在轮辋3内经面开设的梯形槽，较好地将多个阻尼降噪块5安装在轮辋3内，从而降低了锥形辐板2的鼓形振动噪声，进而降低了轻量化拖车车轮的振动噪声。
如图9所示，还包括阻尼降噪板4和多个阻尼降噪块5，阻尼降噪板4贴合安装在锥形辐板2的内侧面和外侧面，轮辋3的内径面开设有梯形槽，多个阻尼降噪块5安装在梯形槽内。本实施例中，通过采用阻尼降噪板4和多个阻尼降噪块5组合的方式共同对锥形辐板2的鼓形振动噪声进行降低，从而降低了轻量化拖车车轮的振动噪声。
如图8和9所示，还包括配套的螺栓6和螺母，阻尼降噪块5通过螺栓6和螺母固定在梯形槽内。本实施例中，通过螺栓6和螺母将阻尼降噪块5固定在梯形槽内，提高了阻尼降噪块5安装的方便性，进而提高了轻量化拖车车轮的安装方便性。
本实用新型一实施例中，阻尼降噪板4采用压头滚压方式粘贴安装在锥形辐板2的内侧面和外侧面，提高了阻尼降噪板4的安装操作的方便性，进而提高了轻量化拖车车轮的安装方便性。
如图2所示，锥形辐板2与轮毂1之间过渡区域的宽度范围为W1～W2，W1为0.038m，W2为0.016m。本实施例中，上述锥形辐板2与轮毂1之间过渡区域的宽度范围保证了轻量化拖车车轮的结构强度。
如图2所示，轮毂1的内侧和第一过渡大圆弧的切线与轮毂1的外侧和第一过渡大圆弧的切线的交点到中心轴线的距离D1为0.135m，本实施例中，上述数值的设置保证了轻量化拖车车轮的结构强度。
如图2所示，轮辋3的内侧和第三过渡大圆弧的切线与轮辋3的外侧与第三过渡大圆弧的切线的交点到中心轴线的距离D2为0.395m，本实施例中，上述数值的设置保证了轻量化拖车车轮的结构强度。
如图2所示，第二过渡大圆弧的水平切线的切点到中心轴线的距离为HH2，HH2为0.33m，本实施例中，上述数值的设置保证了轻量化拖车车轮的结构强度。
如图2所示，第一过渡大圆弧的水平切线的切点到中心轴线的距离为HH1，HH1为0.185m，本实施例中，上述数值的设置保证了轻量化拖车车轮的结构强度。
本实用新型一实施例中，对锥形辐板2车轮进行优化设计时的设置条件如下：
①约束条件
约束条件1：FATIGJX≤180MPa；
约束条件2：Mises_max≤230MPa；
约束条件3：在名义尺寸下的质量不大于314.2kg。
②目标函数
优化设计过程中并没有将目标函数固定不变，在优化设计过程中不断调整和变更设置，如将当量疲劳应力FATIGJX作为目标函数，也可以将Mises最大值Mises_max作为目标函数，或者将车轮质量最小作为目标函数等。
③优化过程
为提高优化效率，采用单个车轮模型，并剔除过盈配合影响的简化模型和非标算法，开展车轮的有限元优化设计，优化过程中各参量随着设计方案的变化曲线见图3-图6所示。将当量疲劳应力和车轮质量最小作为目标函数，综合考虑，按照将疲劳性能作为优化目标的优化最优解作为最终方案的终选方案，其中各优化参数值和最终方案确定的数值见表1。
| 项目 | D1 | D2 | W1 | W2 | R1 | R3 | R4 | HH1 | HH2 |
| 初始模型参数 | 0.1375 | 0.392 | 0.035 | 0.016 | 0.045 | 0.5 | 0.025 | 0.18 | 0.323 |
| 优化设计参数 | 0.13477 | 0.39635 | 0.037861 | 0.01586 | 0.038494 | 0.58995 | 0.02464 | 0.18485 | 0.33071 |
| 优化参数修正 | 0.135 | 0.395 | 0.038 | 0.016 | 0.04 | 0.6 | 0.025 | 0.185 | 0.330 |
表1优化结果和修正结果单位：m
(4)最终方案的结构强度
应用TB/T3506-2018《动车组用整体车轮设计标准》对本实用新型的结构强度进行校核，静强度的校核结果见表2，静强度的安全系数最小值为1.32，疲劳强度的安全系数为180/125＝1.44，本实用新型的强度性能指标满足TB/T3506-2018的相关规定，且具有较高强度裕量。
表2本实用新型静强度性能指标
本实用新型与同类既有动车组车轮的性能对比情况见表3，本实用新型的设计质量介于CR400AF/BF、CRH380B拖轮-鲁奇霓和CRH380B拖轮-BVV之间，疲劳强度安全系数高于既有车轮。本实用新型结构和尺寸的基本参数与同类既有动车组车轮的对比情况见表3。
| 对比轮型 | 轮径(mm) | 车轮质量 | 疲劳强度安全系数 |
| 本实用新型 | 920 | 311 | 1.44 |
| CR400AF/BF拖车车 | 920 | 318 | 1.33 |
| CRH380B拖轮-鲁奇 | 920 | 334 | 1.34 |
| CRH380B拖轮-BVV | 920 | 302 | 1.19 |
表3本实用新型与同类既有车轮的性能对比
表4本实用新型与同类既有车轮基本尺寸的对比
本实用新型提供的轻量化拖车车轮，包括依次连接的轮毂1、锥形辐板2、轮辋3，通过将轮毂1的厚度设置为28mm，在保证轮轨接触强度与轮对装配紧固度的基础上对车轮进行减重优化设计，有利于降低簧下质量，提高车辆动力学性能，新制状态和磨耗到限状态对应的硬度差值小，磨耗到限时车轮的抗磨性能更优，运用中轮径差更容易控制；通过将锥形辐板2与轮毂1之间的第一过渡大圆弧的半径R1设置为0.04m，将锥形辐板2与轮辋3之间的第二过渡大圆弧的半径R3设置为0.6m，将锥形辐板2与轮辋3之间的第三过渡大圆弧的半径R4设置为0.025m，在车轮减重的同时增加轻量化拖车车轮的结构强度，提高了轻量化拖车车轮的服役安全性和使用寿命。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (11)
1.一种轻量化拖车车轮，包括依次连接的轮毂、锥形辐板、轮辋，其特征在于，所述轮毂的厚度为28mm，所述锥形辐板与所述轮毂之间的第一过渡大圆弧的半径R1为0.04m，所述锥形辐板与所述轮辋之间的第二过渡大圆弧的半径R3为0.6m，所述锥形辐板与所述轮辋之间的第三过渡大圆弧的半径R4为0.025m。
2.根据权利要求1所述的轻量化拖车车轮，其特征在于，还包括阻尼降噪板，所述阻尼降噪板贴合安装在所述锥形辐板的内侧面和外侧面。
3.根据权利要求1所述的轻量化拖车车轮，其特征在于，还包括多个阻尼降噪块，所述轮辋的内径面开设有梯形槽，多个所述阻尼降噪块安装在所述梯形槽内。
4.根据权利要求1所述的轻量化拖车车轮，其特征在于，还包括阻尼降噪板和多个阻尼降噪块，所述阻尼降噪板贴合安装在所述锥形辐板的内侧面和外侧面，所述轮辋的内径面开设有梯形槽，多个所述阻尼降噪块安装在所述梯形槽内。
5.根据权利要求3或4所述的轻量化拖车车轮，其特征在于，还包括配套的螺栓和螺母，所述阻尼降噪块通过所述螺栓和所述螺母固定在所述梯形槽内。
6.根据权利要求2或4所述的轻量化拖车车轮，其特征在于，所述阻尼降噪板采用压头滚压方式粘贴安装在所述锥形辐板的内侧面和外侧面。
7.根据权利要求1所述的轻量化拖车车轮，其特征在于，所述锥形辐板与所述轮毂之间过渡区域的宽度范围为W1～W2，W1为0.038m，W2为0.016m。
8.根据权利要求1所述的轻量化拖车车轮，其特征在于，所述轮毂的内侧和所述第一过渡大圆弧的切线与所述轮毂的外侧和所述第一过渡大圆弧的切线的交点到中心轴线的距离D1为0.135m。
9.根据权利要求1所述的轻量化拖车车轮，其特征在于，所述轮辋的内侧和所述第三过渡大圆弧的切线与所述轮辋的外侧与所述第三过渡大圆弧的切线的交点到中心轴线的距离D2为0.395m。
10.根据权利要求1所述的轻量化拖车车轮，其特征在于，所述第二过渡大圆弧的水平切线的切点到中心轴线的距离为HH2，HH2为0.33m。
11.根据权利要求1所述的轻量化拖车车轮，其特征在于，所述第一过渡大圆弧的水平切线的切点到中心轴线的距离为HH1，HH1为0.185m。
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