彈性車輪介紹

摘 要：隨著城市環(huán)境要求及公眾綠色出行的需要，室內(nèi)軌道交通已成為公眾最愿意選擇的一種交通工具。而彈性車輪作為一種能夠切實(shí)提高乘坐舒適性、降低運(yùn)用噪音排放的解決方案，正越來越成為市內(nèi)軌道交通車輛的主流配置。

關(guān)鍵詞：彈性車輪；地鐵；室內(nèi)軌道交通

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.210

隨著我國(guó)城市及城鎮(zhèn)化建設(shè)的高速發(fā)展，城市人口出現(xiàn)了集中爆發(fā)性增長(zhǎng)，大中型城市中公眾的出行方式就成為了目前制約城市發(fā)展的難題之一。城市軌道交通作為市內(nèi)交通方式的一種，具有運(yùn)量大、速度快、安全、準(zhǔn)時(shí)、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，正成為城市公眾優(yōu)先選擇的交通工具。目前，城市軌道交通按照其運(yùn)能范圍、車輛類型及主要技術(shù)特征可分為地鐵、有軌電車和輕軌等幾種類型。

地鐵是目前最常見的一種軌道交通系統(tǒng)，其由電力牽引、輪軌導(dǎo)向、軸重相對(duì)較重，按照運(yùn)行圖行車，車輛編組運(yùn)行在地下隧道內(nèi)，不污染環(huán)境，節(jié)省城市用地，適用于出行距離較長(zhǎng)、客流量需求較大的城市中心區(qū)域。

有軌電車是使用電車牽引、輕軌導(dǎo)向、1～3編組運(yùn)行在城市路面線路上的低運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)。有軌電車線路一般設(shè)在城市中心穿街走巷運(yùn)行，具有上下車方便的特點(diǎn)。

輕軌是在有軌電車基礎(chǔ)上改造發(fā)展而來的一種城市軌道交通系統(tǒng)，其軸重相對(duì)于地鐵一般比較輕。輕軌一般采用地面和高架相結(jié)合的方法建設(shè)，線路可以從市區(qū)通往近郊。

與高速動(dòng)車組采用的鐵路專線不同，市內(nèi)軌道交通線路一般建設(shè)在繁華的商業(yè)中心及居民區(qū)等客流量較大的區(qū)域，且線路需根據(jù)交通位置及周圍環(huán)境進(jìn)行規(guī)劃，在某些情況下將只能建設(shè)曲線半徑較小的線路。在這種情況下，提高列車的乘坐舒適性、降低列車運(yùn)行過程中對(duì)周邊環(huán)境的影響就成為列車設(shè)計(jì)時(shí)需著重考慮的一個(gè)問題。因此，彈性車輪應(yīng)運(yùn)而生。作為一種能切實(shí)提高乘坐舒適性、降低運(yùn)用噪音排放的解決方案，彈性車輪正越來越成為市內(nèi)軌道交通車輛的主流配置。

1 車輪部件

彈性車輪主要由以下幾種部件裝配而成：

輪箍：車輪上直接與軌道接觸的部分；

輪心：車輪上與輪對(duì)/車軸/軸橋接口的部分；

輪環(huán)：將橡膠塊鎖固在輪箍和輪環(huán)間形成的腔體內(nèi)，向橡膠塊提供合適的預(yù)加載荷；

橡膠塊：位于輪箍和輪心之間，提供柔性的徑向剛度、軸向剛度及周向剛度。根據(jù)車輪橡膠元件承受載荷的狀態(tài)可以分為剪切型、壓縮型、剪切壓縮型；

緊固螺釘和墊片：保證整個(gè)系統(tǒng)的緊固，為輪環(huán)提供合適的預(yù)緊力；

接地導(dǎo)線：保持輪箍和輪對(duì)之間的電流通路；

降噪板：可選件，必要時(shí)用于降低車輪運(yùn)用過程中的噪音排放。

通過在輪箍和輪心之間增加帶有阻尼作用的橡膠塊，可以減少輪軌沖擊噪聲，緩和輪軌沖擊振動(dòng)，減少轉(zhuǎn)向架傳動(dòng)裝置的動(dòng)應(yīng)力，降低輪軌磨耗，提高線路和車輛使用壽命，提升車輛運(yùn)行平穩(wěn)性。

由于彈性車輪采用分體式結(jié)構(gòu)配置，在檢修時(shí)，車輪無需從車軸或軸橋上退卸下來，僅需從外側(cè)將輪環(huán)和輪心上的緊固螺釘反松后，將輪箍及橡膠塊從輪對(duì)上卸下進(jìn)行更換即可。這種方式可大大提高輪對(duì)的檢修效率，避免輪座拉傷，降低維修成本及產(chǎn)品全壽命周期成本。

2 降噪系統(tǒng)

彈性車輪的鋼制輪箍和輪心之間已經(jīng)加入了橡膠塊，通過橡膠的阻尼作用已經(jīng)可以降低一部分噪音。但對(duì)于噪音排放要求較嚴(yán)的城市、或?qū)τ谀承┚€路工況非常惡劣（產(chǎn)生嘯叫）的線路，需采用降噪系統(tǒng)對(duì)車輪運(yùn)用過程中的噪音排放進(jìn)行控制。

經(jīng)過多年的研究及試驗(yàn)驗(yàn)證，路奇霓公司開發(fā)出了Gelene?降噪系統(tǒng)。該系統(tǒng)由兩片特別設(shè)計(jì)的與輪箍諧振頻率（該頻率可導(dǎo)致嘯叫）相匹配的鋼板組成，兩片鋼板間加入了具有阻尼作用的粘彈性層，從而在車輪達(dá)到諧振頻率時(shí)迅速衰減振動(dòng)能量，降低噪音排放水平。

降噪片可使用抗振螺釘直接裝配在輪箍上，或通過定位銷安裝在輪箍溝槽內(nèi)的專用裝配環(huán)上。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室分析，安裝了Gelene?降噪系統(tǒng)的彈性車輪噪音排放水平比未按照降噪系統(tǒng)的彈性車輪在同樣的激振狀態(tài)下噪音水平排放降低了10dB（A）左右。

3 安全性及運(yùn)用業(yè)績(jī)

彈性車輪的發(fā)展歷經(jīng)曲折，其中1998年裝用了彈性車輪的IEC動(dòng)車事故更使得彈性車輪的發(fā)展進(jìn)入了停滯階段。但通過對(duì)事故輪對(duì)進(jìn)行分析，主要是由于車輪輪箍材質(zhì)出現(xiàn)了缺陷，當(dāng)時(shí)不具備超探條件，導(dǎo)致超限缺陷未必及時(shí)發(fā)現(xiàn)。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，輪箍最終疲勞斷裂引發(fā)了事故。經(jīng)過了多年的改進(jìn)，車輪材料的制造水平已得到很大改進(jìn)，且橡膠塊的剛度控制也在不斷改善。在運(yùn)行速度低于110km/h且定期進(jìn)行預(yù)防性檢修的情況下，彈性車輪的運(yùn)行被證明是非常安全的。路奇霓的彈性車輪自1992年投入運(yùn)用以來，已經(jīng)具有了超過20年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，涉及50多種項(xiàng)目。目前，彈性車輪產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)效果良好，在歐洲地區(qū)、北美地區(qū)、澳大利亞及亞洲均有廣泛的運(yùn)用業(yè)績(jī)。2012年，由中國(guó)北車-長(zhǎng)客股份設(shè)計(jì)的沈陽輕軌列車開始采用路奇霓制造的彈性車輪。目前，公司正在進(jìn)行彈性車輪的國(guó)產(chǎn)化技術(shù)轉(zhuǎn)讓及試制。相信在不久的將來，國(guó)內(nèi)各大城市的市內(nèi)軌道交通車輛上將裝用越來越多的智奇彈性車輪，公司產(chǎn)品線將進(jìn)一步得到擴(kuò)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]Federico Bolis. Resilient wheels-Generalities. LUCCHINI RS，Italy. 2014.

[2]H.A.Richard. Fracture in a rubber-sprung railway wheel， Institute of Applied Mechanics， University of Paderborn， Germany， 2005.

作者簡(jiǎn)介：張偉（1987-），男 ，山西壽陽人，在讀研究生，材料工程專業(yè)。endprint