[发明专利]车轮优化设计方法及车轮

说明书

本发明公开了一种车轮优化设计方法及车轮，该车轮优化设计方法包括：S1，设计车轮初始轮型方案。S2，采用有限元分析对车轮轮型进行静强度和疲劳强度校核，并根据校核结果对车轮轮型进行优化。S3，试制样轮，对样轮进行热机械性能测试和疲劳测试。S4，若均满足需求，轮型设计完成；若有任一项不满足需求，返回S1对车轮轮型进行改进，重复步骤S2和S3直至各项测试均满足需求。本发明的车轮优化设计方法及车轮，通过对车轮轮型进行有限元分析、制作样轮进行实物性能测试，既能减少人力物力消耗，又能够获取满足使用需求的样轮。设计出的车轮能够达到预期要求。

技术领域

本发明涉及火车车轮技术领域，尤其涉及一种车轮优化设计方法及车轮。

背景技术

铁路车辆在构成铁路线的轨道上行驶。铁路车辆具备多个铁路车轮。铁路车轮支撑车辆，与轨道接触，边旋转边在轨道上移动。铁路车轮因与轨道接触而磨损。为了满足铁路车辆的正常运行，车轮需具备较高的强度和疲劳强度，才能保证使用安全性。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种车轮优化设计方法及车轮。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种车轮优化设计方法，所述方法包括：

S1，设计车轮初始轮型方案；

S2，采用有限元分析对车轮轮型进行静强度和疲劳强度校核，并根据校核结果对车轮轮型进行优化；

S3，试制样轮，对样轮进行热机械性能测试和疲劳测试；

S4，若均满足需求，轮型设计完成；若有任一项不满足需求，返回S1对车轮轮型进行改进，重复步骤S2和S3直至各项测试均满足需求。

在一种可能的设计中，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；车轮模型施加对称约束，车轴施加全约束。

在一种可能的设计中，车轮静强度校核时，分别在直线工况、曲线工况、道岔工况、直线制动工况和曲线制动工况下对车轮施加相应的载荷边界条件，分别计算各工况下最大Von Mises应力。

在一种可能的设计中，车轮疲劳强度校核时，分别在机械载荷工况、直线制动工况和曲线制动工况下对车轮施加相应的载荷边界条件，分别计算各工况下车轮转动过程中车轮应力的变化量。

在一种可能的设计中，所述方法还包括：对样轮进行解剖取样、测试样品的理化性能，理化性能包括：轮辋屈服强度、轮辋抗拉强度、轮辋延伸率、辐板抗拉强度、辐板延伸率、KU₂冲击功平均值、KV₂冲击功平均值、断面硬度。

在一种可能的设计中，车轮热机械性能测试中，测试前以不超过1.2倍Pa/2的制动功率对制动蹄片进行磨合，直到车轮与制动蹄片的接触面至少达到整个制动蹄片表面积的80％为止，各制动周期开始时，轮辋温度应不高于50℃。

在一种可能的设计中，车轮疲劳测试时，车轮疲劳危险位置处分别在车轮内外侧依次粘贴2组应变片，通过静态加载找到实际应力最大的位置，并在该位置轴向旋转90°的对应处粘贴三向应变花以测量真实应力，最后根据测得的载荷-应力关系确定动态载荷的幅值及频率，并按此循环加载1000万次，自动结束后进行磁粉探伤，若表面若存在长度≥1mm的裂纹，则认为疲劳失效，否则为合格。

在一种可能的设计中，车轮疲劳测试包括随机疲劳测试和单一阶段疲劳测试。

第二方面，提供了一种利用上述任一项所述的车轮优化设计方法设计出的车轮。

本发明技术方案的主要优点如下：