Struktura A koło kolejowe składa się z obręczy koła, bieżnika koła, piasty koła, szprych koła i średnicy koła, przy czym każda część ma swoje specyficzne znaczenie pod względem kształtu.

Średnica koła kolejowego

Średnica koła pociągu ma znaczący wpływ zarówno na same koła, jak i na cały pojazd.Z jednej strony wraz ze wzrostem średnicy koła podnosi się środek ciężkości pojazdu, co prowadzi do gorszych osiągów dynamicznych.Z drugiej strony zwiększenie średnicy koła może zmniejszyć naprężenie stykowe koła z szyną, zmniejszyć tempo zużycia koła, zwiększyć pojemność cieplną koła i zwiększyć jego zdolność do wytrzymywania obciążeń termicznych podczas hamowania na powierzchni bieżnika.

Dlatego też wielkość średnicy koła szynowego należy określić kompleksowo w oparciu o specyficzne warunki pojazdu.Generalnie, wraz ze wzrostem obciążenia osi pojazdu, średnica koła powinna również wzrosnąć, aby zwiększyć pojemność cieplną koła i zwiększyć powierzchnię styku z szyną, zmniejszając w ten sposób uszkodzenia i zużycie bieżnika.Dodatkowo przy wyborze wartości średnicy koła należy zwrócić uwagę na kwestie serii normalizacyjnych, aby ułatwić produkcję i konserwację kół.

Obręcz koła kolejowego

Szerokość wieńca koła szynowego zależy przede wszystkim od nośności szyny.Kiedy zestawy kołowe poruszają się po zakrętach, obręcz koła zewnętrznego szyny znajduje się bliżej szyny, natomiast obręcz koła wewnętrznego jest dalej.Aby zapobiec wykolejeniu, niezbędna jest wystarczająca nośność wewnętrznego bieżnika koła.

Masa felgi stanowi znaczną część całkowitej masy koła, przy czym jakość felgi w dużej mierze decyduje o jakości koła.Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku kół ze staliwa, gdzie większa masa początkowa felgi wymaga grubszych szprych, co skutkuje zwiększoną masą koła.Wraz ze wzrostem masy koła wywiera ono większą siłę pionową na szynę, wpływając na dynamikę pionową.

Piasta koła pociągu

The koło i oś kolejowa są ze sobą łączone poprzez pasowanie wciskowe.Główną funkcją piasty koła jest pewne zamocowanie koła do osi, a o jej wymiarach decyduje przede wszystkim siła dokręcania konieczna do dopasowania koła do osi.Grubość piasty koła zmienia się w zależności od obciążenia osi.Przy pewnym pasowaniu wciskowym pomiędzy długością piasty koła a osią, im grubsza piasta koła, tym większa masa koła pociągu i tym większa siła dokręcania między osiami.

Optymalna grubość piasty koła powinna być: możliwie najcieńsza przy jednoczesnym spełnieniu wymagań dotyczących siły dokręcania osi, w celu zmniejszenia masy piasty koło pociągu.

Odległość kołnierza piasty

Odległość kołnierza piasty odnosi się do odległości osiowej pomiędzy wewnętrzną stroną kołnierza koła a wewnętrzną stroną piasty koła.Wartość ta jest związana z odległością wewnętrzną pary kół i odległością pomiędzy obydwoma gniazdami kół osi.Dlatego przy wyborze odległości kołnierza piasty nie należy jej rozpatrywać wyłącznie z perspektywy koła, ale należy ją rozpatrywać w koordynacji z odległością wewnętrzną pary kół i osi.

Kształt szprych kół pociągu

Wytrzymałość szprych wpływa bezpośrednio na bezpieczeństwo eksploatacji pociągu, dlatego szprychy koła powinny mieć wystarczającą wytrzymałość.Kształt szprych ma znaczący wpływ na wytrzymałość konstrukcyjną i sztywność koła.Mniejsza sztywność promieniowa może zapewnić większej elastyczności koła, co może poprawić stan naprężenia koła pod obciążeniem cieplnym hamowania i zmniejszyć siły dynamiczne działające na koło i szynę.

Dlatego sztywność promieniowa szprych powinna być umiarkowanie mała.Sztywność osiowa szprych powinna być jak największa;w przeciwnym razie koło ulegnie znacznemu odkształceniu osiowemu.Nadmierne odkształcenie osiowe może zmienić normalne położenie styku koła z szyną oraz kąt obrzeża koła, wpływając na parametry użytkowe pojazdu i zwiększając ryzyko wspinania się na szynę.Dobrze zaprojektowany kształt szprych może znacznie zwiększyć sztywność strukturalną koła bez zwiększania masy, poprawiając ogólną sztywność koła.Dlatego szprychy są kluczowym obszarem zainteresowania przy projektowaniu i optymalizacji konstrukcji kół.

Zewnętrzny profil bieżnika koła

Projektując profil zewnętrzny bieżnika koła należy uwzględnić jego kompatybilność z profilem główki szyny.Idealny stan dopasowania profilu koło-szyna może skutecznie zmniejszyć naprężenia kontaktowe i zużycie, przyczyniając się do poprawy wydajności pociągów pokonujących zakręty i skutecznie zwiększając prędkość krytyczną, przy której pociąg staje się niestabilny.Jednocześnie nowo zaprojektowane bieżniki powinny bardzo przypominać kształtem po zużyciu, aby zminimalizować ilość metalu usuwanego podczas korekty bieżnika.