第二節　車輪

車輪是車輛直接與鋼軌接觸的部分，它將車輛的載荷傳給鋼軌，并在鋼軌上滾動，使車輛運行。目前我國鐵道車輛上使用的車輪為整體輾鋼輪和新型鑄鋼輪，簡稱為整體輪。我國鑄鋼整體輪主要是依賴國外進口的，近年來，國產化進程較快。為滿足高速車輛的要求，近年又研制了高速輕型車輪，使車輪輕量化，以減少高速運行時輪軌之間的動力作用力。車輪按其輻板形狀可分為直輻板形輪和S形輻板輪。

一、車輪各部分名稱及作用

整體輾鋼輪車輪各部分名稱及功用如圖2-4所示。

（1）踏面：車輪與鋼軌接觸的外圓周面，具有一定的斜度，其與軌面在一定摩擦力下完成滾動運行。

（2）輪緣：車輪內側面的徑向圓周突起部分，稱為輪緣。是為保持車輪沿鋼軌運動，起導向作用，防止脫軌的重要部分。

（3）輪輞：車輪具有完整踏面的徑向厚度部分，以保證踏面具有足夠強度的同時也便于加修。

（4）輪轂：輪與軸相互配合的部分，輪轂是保證車輪和車軸相互結合且保證有足夠壓裝力的部分。

（5）輪轂孔：安裝車軸的孔，它與車軸上的輪座部分實現過盈配合。

（6）輻板：輪輞與輪轂的板狀連接部分。

（7）輻板孔：便于輪對在切削加工時與機床固定和吊運輪對而設（新造車輪已取消）。

二、輪緣與踏面的形狀及作用

1.車輪踏面外形

為使輪對在鋼軌上平穩運行，能順利通過曲線和道岔，且使踏面磨耗比較均勻，對輪緣和踏面外型尺寸必須有嚴格的規定。我國鐵道車輛所使用的車輪輪緣和踏面有錐形（TB型）、磨耗型（LM型）和高速磨耗型（HLM型）三種，外形如圖2-5所示。錐形踏面已沿用多年，在長期使用過程中，發現其外形與鋼軌頭部斷面形狀不匹配，造成運用初期輪緣、踏面及鋼軌磨耗快、車輪使用壽命短等問題。針對這些問題，有關部門對踏面形狀和鋼軌頭部斷面形狀進行了大量的研究和試驗，設計制造了磨耗形踏面，并于1984年開始逐步在全路車輛上使用。磨耗型是在原錐型踏面的基礎上發展起來的，磨耗形踏面的幾何形狀與錐形踏面相比，其主要不同之處在于該踏面采用由三段弧線（R100mm，R500mm及R220mm）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，并具有非線性的等效斜度特性。錐形踏面有兩個斜度，在輪緣內側48～100mm范圍內設有1∶20的斜度，在離輪緣內側100mm以外的部分設有1∶10的斜度。《鐵路貨車輪對組裝檢修及管理規則》規定：車輪踏面及輪緣必須按磨耗型（LM型）踏面的外形加工及測量，車輪踏面及輪緣須采用數控的方式加工。

車輪內側面為加工基準面，車輪內側面和踏面外側面之間的距離稱為輪輞寬度，標準車輪的輪輞寬度為mm。

由車輪內側面向外70mm處踏面上一點稱為基點，基點沿車輪一周組成的圓稱為滾動圓，車輪的直徑、輪輞的厚度、踏面的圓周磨耗深度都在此處測量。

以LM型為例。由車輪內側面向外16mm處輪緣上一點稱為輪緣頂點，過踏面上基點做一水平線，為輪緣高度測定線。由輪緣頂點至輪緣高度測定線之垂直距離為輪緣高度，標準輪緣高度為27mm。由輪緣高度測定線鉛垂線上12mm作一水平線與輪緣相交，兩交點間的距離稱為輪緣厚度，標準輪緣厚度為32mm。

2.車輪踏面基本外形的作用

（1）便于通過曲線

車輛在曲線上運行時，由于離心力的作用，輪對偏向外軌，于是在外軌上滾動的車輪與鋼軌接觸的部分直徑較大，而沿內軌滾動的車輪與鋼軌接觸部分直徑較小。這樣，造成在同一轉角內，外輪行走的路程長而內輪行走的路程短，正好和曲線區間線路的外軌長內軌短的情況相適應，使輪對較順利地通過曲線，減少車輪在鋼軌上的滑行，如圖2-6所示。

（2）可自動調中

由于踏面中部設有斜度，為使踏面與鋼軌頂面接觸良好，鋼軌鋪設時也使它向線路中心有相同的斜度，因此鋼軌對車輪作用力的方向是指向線路中心的。車輛在直線線路上運行，當輪對受到橫向力的作用使車輛中心線與軌道中心不一致時，則輪對在滾動過程中能自動糾正偏離方向。

（3）能順利通過道岔

線路上的道岔對車輛運行的平穩性和安全性影響極大，因此踏面的幾何形狀也應適應通過道岔的需要。由于尖軌前端頂面低于基本軌頂面，當輪對由道岔的尖軌過渡到基本軌時（圖2-7），為了防止撞到基本軌，要求踏面具有一定的斜度，并且把踏面的最外側做成5×45°的倒角，以增大踏面和軌頂的間隔，保證車輪順利地通過道岔。

（4）使踏面磨耗沿寬度方向比較均勻

由于車輪踏面具有一定的斜度，當車輪在軌道上運行時，回轉圓的直徑也在不停地變化，致使車輪和鋼軌的接觸點也不停地變換著位置，結果使踏面磨耗比較均勻。

三、車輪的種類、尺寸及材質要求

車輪的結構、形狀、尺寸和材質是多種多樣的，按其用途可以分為客車用、貨車用、機車用車輪；按其結構分為整體輪和輪箍輪。整體輪按其材質又可分為輾鋼整體輪、鑄鋼整體輪等，輪箍輪又可分為鑄鋼輻板輪心、輾鋼輻板輪心及鑄鋼輻條輪心的車輪。為了降低噪聲，減小簧下質量，國外還采用彈性車輪、消聲車輪、S形輻板車輪等新型車輪。

1.輾鋼輪

目前，我國鐵道車輛上主要采用輾鋼整體輪（簡稱輾鋼輪），也有部分鑄鋼整體輪（簡稱鑄鋼輪）。輾鋼輪最大的優點是強度高，韌性好，適應載重大和速度高的要求。其次是自重較輕，輪緣磨耗后可以堆焊，踏面磨耗后可以旋削，維修費用較低。但輾鋼輪制造技術較復雜，設備投資較大，踏面耐磨性較差等。為了與不同的車輪相配合，輾鋼輪相應地規定了幾種形式，其各部分尺寸如圖2-8～圖2-10及表2-5～表2-7所示。

輾鋼輪的材質用Ⅱ牌號CL60鋼材，其化學成分和機械性能見表2-8～表2-11。

2.S形輻板車輪

為了適應高速、重載運輸發展的需求，近些年來又開發、研制了S形輻板整體輾鋼輪，如圖2-11所示。它主要的結構特點是輻板為不同圓弧連接成的S形狀、LM型踏面，取消了輻板孔，適當減薄輪轂孔壁厚度（為40mm）。各S形輻板系列車輪的使用范圍及代號見表2-12。S形輻板輪大多采用CL60車輪鋼，要求嚴格控制其純凈度，以提高車輪內在質量。采用先進的間歇淬火或三面淬火工藝，提高輪輞的淬透性和輪輞斷面的硬度分布均勻性。車輪為全加工、全噴丸、全探傷，有效消除了由于尺寸公差超差所造成的踏面不圓，車輪偏心等問題，故明顯有別于現有國際車輪。要求嚴控車輪殘余靜平衡值，使制造精度比現有國標車輪均普遍提高。

3.新型鑄鋼輪

新型鑄鋼輪采用的生產工藝有電弧爐煉鋼、石墨鑄型、雨淋式澆口澆鑄工藝。

新型鑄鋼輪與輾鋼輪相比，明顯的區別有以下幾點。

（1）鑄鋼車輪是由鋼水在生產線上直接鑄造成型。與輾鋼車輪相比，省去了鑄錠、截斷再加熱、水壓機壓型、沖孔等許多工序，勞動力消耗少、生產能耗低。

（2）由于采用石墨型澆鑄工藝，避免了輾鋼輪由于下料偏差引起的尺寸和重量偏差，使新型鑄鋼尺寸精確，幾何形狀好，內部工藝組織均勻，質量分布均勻，輪軌之間的動力作用相對小。

（3）新型鑄鋼輪輻板為流線型結構，耐疲勞、抗熱裂性的性能均優于輾鋼輪。

新型鑄鋼輪的化學成分與輾鋼輪相近，二者的標準中所有技術要求相同，探傷和檢驗的標準也相同。新型鑄鋼輪輪輞的要求更高一些。