Οι τροχοί του τρένου είναι θεμελιώδη στοιχεία των σιδηροδρομικών οχημάτων και η απόδοσή τους επηρεάζει άμεσα τη λειτουργική ασφάλεια. Οι τροχοί όχι μόνο αντέχουν κάθετες και πλευρικές δυναμικές δυνάμεις και τριβή μεταξύ τροχού και σιδηροτροχιάς, αλλά αντέχουν και το θερμικό φορτίο κατά την πέδηση, εκπληρώνοντας πολλαπλές λειτουργίες όπως αντοχή βάρους, καθοδήγηση, μετάδοση δύναμης πέδησης και πρόσφυση.

Η σημασία του χείλους

Το χείλος είναι το ακτινωτό τμήμα πάχους του τροχού που εξασφαλίζει επαρκή αντοχή στο πέλμα ενώ διευκολύνει τη συντήρηση. Το πάχος της ζάντας αναφέρεται συνήθως στο πάχος μιας νέας στεφάνης και ο προσδιορισμός του εάν ένας τροχός σε λειτουργία έχει απορριφθεί βασίζεται στο υπόλοιπο πάχος του χείλους. Η διαφορά μεταξύ του πάχους του νέου χείλους και του ορίου απόρριψης είναι γνωστή ως το πραγματικό πάχος φθοράς. Ένα παχύτερο χείλος επιτρέπει μεγαλύτερο αποτελεσματικό πάχος φθοράς αλλά και αυξάνει το βάρος του τροχού. Όσο πιο παχύ είναι το πραγματικό πάχος φθοράς, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια ζωής του τροχού, οδηγώντας σε μεγαλύτερη διαφορά διαμέτρου μεταξύ νέων και παλαιών τροχών.

Ποιότητα ζάντας και απόδοση τροχού

Η ποιότητα της ζάντας αποτελεί σημαντικό ποσοστό του συνολικού βάρους του τροχού, καθορίζοντας σε μεγάλο βαθμό την απόδοσή του. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τους τροχούς από χυτό χάλυβα, όπου η μεγαλύτερη ποιότητα στεφάνης απαιτεί παχύτερο ιστό, αυξάνοντας κατά συνέπεια το συνολικό βάρος του τροχού. Το βάρος του τροχού ταξινομείται ως μη αναρτημένη μάζα και η αύξησή του επηρεάζει σημαντικά τις κατακόρυφες δυναμικές δυνάμεις που ασκούνται στη διεπαφή τροχού-ράγας.

Μέτρα για την ενίσχυση της διάρκειας ζωής

Για να ενισχυθεί η σκληρότητα του χείλους και να παραταθεί η διάρκεια ζωής του, το πέλμα του τροχού συνήθως υποβάλλεται σε σβήσιμο κατά την παραγωγή. Ωστόσο, τα χαρακτηριστικά της διαδικασίας σβέσης περιορίζουν το βάθος σκλήρυνσης. Καθώς το πάχος του χείλους αυξάνεται, η εσωτερική σκληρότητα μειώνεται, οδηγώντας σε μικρότερη αντίσταση στη φθορά. Αν και η διάρκεια ζωής ενός τροχού αυξάνεται με το πάχος της ζάντας, ο ρυθμός αυτής της αύξησης μειώνεται.

Επιλογή πάχους στεφάνης

Από την άποψη της διάρκειας ζωής, είναι προτιμότερο ένα παχύτερο χείλος. Ωστόσο, όταν εξετάζουμε το βάρος του τροχού και τη διαφορά διαμέτρου μεταξύ νέων και παλαιών τροχών, ένα λεπτότερο χείλος είναι πλεονεκτικό. Έτσι, η επιλογή του πάχους της ζάντας παρουσιάζει μια ισορροπία πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων, που απαιτεί πλήρη εξέταση των ειδικών συνθηκών λειτουργίας και των διαφόρων παραγόντων που επηρεάζουν τα φορτηγά βαγόνια. Επί του παρόντος, το πάχος της ζάντας για τους τροχούς σιδηροδρομικών εμπορευματικών αυτοκινήτων στην Κίνα περιλαμβάνει κυρίως δύο προδιαγραφές: 50 mm και 65 mm.