轨道车辆车轴车轮同温时间研究

期刊: 环球探索 DOI: PDF下载

曹磊1 冯良波1 杨志宏1 王明萌1 李维康1

(1. 中车长春轨道客车股份有限公司,长春 130000)

摘要

轮对是轨道车辆的重要部件,其质量直接影响到行车安全。车轮、车轴的同温作为轮对生产的重要一环应引起我们的高度重视。本文通过建立模型、数据计算、绘制曲线等对车轴、车轮同温时间进行深入探讨。


关键词

轮对;同温;自然对流

正文

 

引言

轮对是轨道车辆的重要部件,其质量直接影响到行车安全。车轴、车轮一般为过盈配合,组装过程中需对车轴、车轮进行选配。为保证配合数据测量的准确性,车轴、车轮组装前须进行同温,目前轨道车辆行业,针对车轮、车轴同温时间主要采用2014年出版的《铁路客车轮轴组装检修及管理规则》,其中规定“轮座(盘座)及轮毂孔(盘毂孔)在选配和组装前,须与检测量具在相同环境下同温>8小时”。笔者认为此规范不适用于室内外温差较大的环境,本文通过建立模型、数据计算、绘制曲线等对车轴、车轮同温时间进行深入探讨。

 

建立模型

2.1 车轴模型

车轴模型简化为长:2200mm,直径:170mm,材质:E4AT。

2.2 车轮模型

车轮模型简化为外径:920mm,内径:200mm,宽度:60mm,材质:ER8。

同温时间计算

车轴、车轮在组装场地同温过程中,传热方式属于大空间中的自然对流。

3.1 热量计算

根据热量公式q=CmΔt=CρVΔt

C—物体的比热容;

m—物体的质量;

Δt—温度差;

ρ—密度,kg/m3

V—体积,m3

查得钢的密度ρ为7850kg/m3,比热容C0.4605KJ/(kg·℃)

则车轴质量m=ρV=0.05m3×7850kg/m3=392kg

则车轮质量m=ρV=0.04m3×7850kg/m3=314kg

3.2 传热速率计算

根据牛顿冷却定律:Q=αSt

式中:α—平均对流传热系数,W/(m2·℃);

      S—总传热面积,m2

      t—空气与零部件间温度差,℃。

由于车轴、车轴同温过程中t为变量,取其初始温度差为Δt,最终温度差为1℃,则对数平均温差t=Δt/lnΔt

3.3 同温时间计算

同温时间t=q/Q=CmlnΔt/αS

对于空气自然对流α范围:525W/(m2.℃),由于车轴、车轮同温过程中温度均在±40℃范围内,温度较低,故α=5W/(m2.℃)。

带入公式,则车轴同温时间t=8.5lnΔt

车轮同温时间t=6lnΔt

  根据以上公式,计算不同温度差(180℃)下车轴、车轮同温时间,计算结果详见表1

1 车轴、车轮与组装场地同温表

温度差

同温时间(小时)

温度差

同温时间(小时)

车轴

车轮

车轴

车轮

1

0

0

41

32

22

2

6

4

42

32

22

3

9

7

43

32

23

4

12

8

44

32

23

5

14

10

45

32

23

6

15

11

46

33

23

7

17

12

47

33

23

8

18

12

48

33

23

9

19

13

49

33

23

10

20

14

50

33

23

11

20

14

51

33

24

12

21

15

52

34

24

13

22

15

53

34

24

14

22

16

54

34

24

15

23

16

55

34

24

16

24

17

56

34

24

17

24

17

57

34

24

18

25

17

58

35

24

19

25

18

59

35

24

20

25

18

60

35

25

21

26

18

61

35

25

22

26

19

62

35

25

23

27

19

63

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25

24

27

19

64

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25

25

27

19

65

35

25

26

28

20

66

36

25

27

28

20

67

36

25

28

28

20

68

36

25

29

29

20

69

36

25

30

29

20

70

36

25

31

29

21

71

36

26

32

29

21

72

36

26

33

30

21

73

36

26

34

30

21

74

37

26

35

30

21

75

37

26

36

30

22

76

37

26

37

31

22

77

37

26

38

31

22

78

37

26

39

31

22

79

37

26

40

31

22

80

37

26

 





根据表1,以温度差为X轴,同温时间为Y轴绘制车轴、车轮与组装场地同温曲线图,如图1所示。


1车轴、车轮与组装场地同温曲线图

 

4 结论

根据车轴、车轮与组装场地同温曲线图可以得出如下结论:

(1)相同初始温度下,车轮同温所须时间比车轴短。

(2)对于室内外温差大于16℃时,车轴须同温24小时以上。

(3)对于热水清洗过的车轴、车轮,同温时间可参照图1进行确定。

 

[参考文献]

[1] 姚玉英黄凤廉陈常贵柴诚敬. 化工原理(上下册)(第二版) 天津科学技术出版社2004.7.

[2] 杨世铭传热学 第四版 高等教育出版社,2006.8.

 

作者简介:曹磊1986-),高级工程师轨道车辆转向架

 


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