为什么火车轮子叫什么的轮子能在铁轨上移动？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2023-10-27 06:45 标签： 火车轮子叫什么
2021-09-30 08:16
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高铁车轮是世界上公认的技术要求高、生产难度大的尖端产品，此前中国一直依赖进口。经过近些年的努力攻关，目前 “蓝海豚”和“金凤凰”两款型号的“复兴号”高铁车轮都实现了中国制造，改写了国外厂家垄断中国高铁车轮市场的历史。
（“复兴号”高铁）
（一）火车车轮的运行，就是一个搭起小车托着大车跑的过程
与汽车不同，火车是没有方向盘的，那么它是如何前进甚至实现拐弯的呢？主要靠转向架。
当车辆以一定速度开始进入曲线时，前轮对的外轮轮缘与外轨的内侧面接触，互相挤压产生导向力，并由导向力引起导向力矩，使转向架相对线路产生转动。
转向架实际上就是一个构架+两对车轮组成的“小车”，火车车厢就趴在这个“小车”上，通过“小车”实现一定程度的转动。每节火车车厢下面有两个这样的“小车”，共同托起大火车，奔驰在铁轨上。
不过，由于转向架安装在车厢下面，通常我们很难看到它长什么样。
（两对车轮和一个构架组成的火车转向架托起了车厢）
铁路轨距是固定的，在曲线上外轨长、内轨短。当火车的轮对通过曲线时，轮对向外移动后，外轨与车轮接触点的直径大，走行距离长，内轨与车轮接触点的直径小，走行距离短，这样便可以顺利通过曲线。
整个转向架中唯一与铁轨接触的就是车轮，它们把车辆承受的载荷传递到钢轨，在机车制动时又承受闸瓦的作用，因而车轮在复杂应力的状态下工作。而且，轮轨间的作用力是以速度的平方增长的，当列车速度由120 km/小时提高到220 km／小时、300 km／小时时，轮轨作用力分别增大3倍、6倍。
在时速超过 300 公里的情况下，高铁车轮的工作环境和承受的压力可想而知，车轮质量直接关系着列车的运行安全和旅客生命财产的安全。1998年，德国ICE-1高速列车脱轨，造成101人死亡、105人受伤，究其原因，正是由于车轮不过关导致。
（列车车轮外钢圈因疲乏爆裂是引发德国高速列车脱轨事故的主因）
剥离、磨损和热裂是火车车轮失效的三大主要原因，对高铁车轮来说，剥离缺陷尤为突出。
在高速运行条件下，快速启动和制动以及车轮运行过程中的滚滑现象都会导致车轮踏面（车轮与车轨的接触面）的表层受到极为剧烈的热影响。当滑动摩擦剧烈时，可使踏面表面温度上升1000℃以上，导致踏面表面剥离缺陷的产生，踏面表面不平顺度提高，进而加剧轮轨间振动，对线路、车辆都产生不良影响，所产生的轮轨噪声还构成环境问题。
（车轮踏面剥离缺陷）
（二）高铁车轮技术：不申报专利、不发表论文、不接受交流参观
自1963年全球首列时速210km的高速列车在日本投运以来，高速列车在日本、法国、德国、英国、荷兰、比利时等国快速发展。1989年，法国的TGV高速列车最高试验运行速度已达515.3公里/小时。
与高速列车的发展同步，高铁车轮的生产技术也得到飞速发展。到20世纪末，高铁车轮生产技术在国际上已是成熟技术，由法国、日本、德国、意大利的四家公司垄断。
高铁车轮生产的关键是保证铁路运输的安全性。在高速条件下，随着速度效应的增强和制动方式的变化，车轮的受力状态较之常规使用条件发生很大变化，助长了在疲劳条件下极小缺陷的发展，小至0.2mm的内部缺陷都有可能在运行过程中导致疲劳裂纹的萌生。
新的使用条件对车轮的外形结构和内在质量都提出了更高的要求，为保证列车运行安全，高铁车轮必须具有更高的强韧性、耐磨性、抗热裂性、抗疲劳性、抗剥离性。
要想车轮质量好，首先车轮钢的质量要好。车轮钢用电炉或转炉冶炼后，要经炉外精炼后再连铸成圆坯，车轮钢洁净度要求很高，氢含量需在百万分之二以下；对夹杂物级别要求也很严格，要求杂质含量极低且分布均匀。
（国外高铁车轮钢的化学成分）
一般来说，高铁车轮都是用模锻——轧制的方法制造。车轮钢材坯经锯切、锻轧、热处理、机加工等若干工序后，制造出车轮成品，然后进行超声波检测、磁粉检测、静平衡测量、喷丸强化、硬度测量、全尺寸测量等全方位严格检测。所有检测合格，方可出厂。
鉴于高铁车轮生产的难度之高，相关国家和企业都将高铁车轮技术列为战略性核心技术高度保密，坚持“不申报专利、不发表论文、不接受交流参观”的三不政策，以防外界获取相关技术的蛛丝马迹。也正是因此，四大高铁车轮制造巨头得以长期垄断全球市场，并按高于普通车轮十余倍的价格出口产品。
（三）中国高铁车轮，从进口到出口
如今的中国高铁是世界铁路领域的标杆，不仅拥有全球最长、密度最大的高铁网络，而且在2017年创造了605公里/小时的全球高铁试验速度纪录，拥有了世界上最快的高铁。但是很少有人记得，多年前，中国火车车轮是全部依赖进口的。直到上世纪60年代，中国先后成功轧制出第一个车轮轮箍和辗钢整体车轮，结束了中国只能用“洋箍、洋轮”的历史。
之后，伴随高速铁路的发展，中国又先后开发出KKD快速车轮和CL50材质高速车轮，CL50材质高速车轮在270公里/小时“中华之星”高速试验列车上安全运用60余万公里，最高时速达321.5公里。“纯中国血统”的中国车轮开始展露锋芒，也从此不再受制于人。
（2002年，装配国产车轮的“中华之星”创下了321.5公里/小时的速度纪录）
而进入新时代，高速列车成为中国走向世界的战略性高端装备产业，但车轮进口导致的知识产权问题，以及进口车轮服役过程中暴露出的多边形、寿命短等问题影响到高铁的运行安全和使用成本，严重制约了中国高铁“走出去”。
为全面掌握高铁关键装备的核心技术，2014年 “动车组关键技术自主创新深化研究——时速350公里中国标准动车组轮轴设计研究”重大课题正式立项，其中车轮开发是项目的重点。通过大量关键技术的突破与创新，中国最终开发出了一种中碳Si-V微合金化D2材质车轮。
特别是针对进口车轮服役过程中突出的多边形问题，D2车轮在确保韧性指标的前提下提高了材料硬度和相变点，并匹配复合热处理技术，使得车轮在硬度水平、抗热损伤性能、抗磨损性能等方面均好于进口ER8材质车轮。
与国外产品相比，国产高铁车轮在材料设计、冶金质量、综合性能、检测技术、智能制造方面明显优于同类进口产品，达到国际先进水平。国产高铁车轮还先后通过了德铁、韩国等市场资质认证，并出口韩国、印度、德国等国家，实现了从依赖进口到对外出口的华丽转变。
2015年，D2车轮装配于“蓝海豚”和“金凤凰”中国标准动车组；2016年7月15日，装配着国产高铁车轮的中国标准动车组，完成时速超420公里的世界最高速动车组交会、重联试验，跑出让世界惊叹的每秒“飞行”117米的“中国速度”；2017年1月，国产高铁车轮顺利通过60万公里装车运用，目前已安全运用超过100万公里。
（国产D2车轮）
高铁车轮实现国产化，不仅降低了中国铁路企业的采购成本，使进口车轮每件采购价格降低了一半，而且打破了现有高铁车型因采用进口车轮而不能用于出口的瓶颈约束，有效支撑了中国高铁产业的发展。返回搜狐，查看更多
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火车轴中间还有两个不接触轨道的轮子，这两个轮子是干嘛用的呢？仔细看，在高速运行的火车轴上，除了两个贴近铁轨运行的轮子之外，中间还有两个不接触轨道的轮子。这两个轮子是干嘛用的呢？这就要从火车的刹车系统说起了。
想必你一定疑惑过，行驶中的火车到站时是怎样减速停车的？一般火车的制动系统分为三种，分别是盘式制动、闸瓦制动和电磁履带制动。这三个制动器，则分别运用在列车的车轴、车轮和铁轨上。而那两个看似无用的车轮，就是盘式制动的主要部件。那么它究竟是如何帮助火车减速刹车的呢？
其实这种制动方式和汽车类似，都是在车轴上安装制动刹车片，利用两个闸片紧压制动盘的侧面，再通过摩擦力将动能转化为热能，以此来使列车减速。这种制动方法的优点就是平稳，不会产生什么噪音，且制动面积大，所以常用于时速120公里的高速列车。而闸瓦制动的方式则和老式自行车相似，它的原理就是当列车发出制动信号时，利用车轮上的制动片紧紧的压制住车轮表面。同样，通过摩擦力制止车轮运行，而此时摩擦力产生的热量温度高达400-500度。因此，闸瓦制动对车轮的磨损也是不可忽视的，既影响了车轮使用寿命，还容易造成安全隐患。
同样有此隐患的还有电磁履带制动，这种制动方法可能你很少会见到。它就像是一排牙齿挂在车底，当火车制动时向下贴紧铁轨，在摩擦力的作用下让车子停下来。而这种方式虽然不废车轮，但是废铁轨，在减速的过程中铁轨甚至被磨出了火星。所以对比下来，还是盘式制动更受青睐。说完了火车制动，那时速350公里的高铁，又是如何紧急制动的呢？
高铁因为速度更快所以刹车距离更长，制动起来就会更加复杂一些。一般采用的制动形式有空气制动和电制动，空气制动和火车的盘式制动相似，我国高铁的每个车轴上，都配有2-4个刹车制动盘。当需要制动时，就会让卡钳抱住制动盘达到减速目的。而当电制动时，列车会变成发电机，将动能转化为电能回输到接触网。当切断电源后会，产生一个与电机转向相反的电磁力矩，从而促使电机迅速停转。当然，除了自身携带的制动系统外，辅助的刹车也是必不可少的。
比如，所有的高铁在运行时，都会连接到总调度室，总调度室的主电脑每隔几秒，就会通过卫星连播一次安全信号，当有紧急情况发生时，卫星同步的列车会自动下达刹车系统。除此之外，高铁顶部还有电脑控制的减速板，它们平时是贴在车顶的。而当需要紧急制动时就会立刻竖起来，增加列车的风阻，起到减速效果。另外，铁路上还专门设有清障车，以确保铁轨上没有杂物影响列车行驶，从各个方面保障高铁的安全运行。

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