CN1603143A - 车轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在铁路、地铁、城市铁路、高架轻轨、高速铁路等轨道上运行的车辆车轮，它包括车轮本体，在车轮本体至少部分非工作表面上设置由阻尼材料构成的阻尼体。采用本发明，列车运行时车轮的振动强迫阻尼体产生的以剪切为主的变形，阻尼体由于其阻尼特性产生与变形方向相反的阻力，将车轮的振动能量转化热能，有效地降低了车轮所产生的振动，从而减少了噪音污染。

Description

车轮

                         技术领域

本发明属于铁路车辆，尤其是涉及一种在铁路、地铁、城市铁路、高架轻轨、高速铁路等轨道上运行的车辆车轮。

                         背景技术

随着交通技术的现代化发展，地铁和高架轻轨等城市轨道交通越来越多，在给城市居民带来方便的同时，也给沿线居民带来了不同程度的振动和噪声干扰。根据目前的理论和实践，振动主要通过轨道接触传递到道床，再通过道床传递到地基或隧道壁或桥梁至桥墩，再通过土壤传播到周围建筑中，在建筑物内产生振动和固体传声，形成干扰。噪声分为一次噪声和二次噪声。一次噪声包括车辆本身尤其是车轮振动产生的噪声、轨道接触和轨道振动发出的噪声；二次噪声是指道床、隧道壁、桥梁结构等因振动沿固体传播而激发出的噪声。根据上述认识，世界各国陆续开发出了各式各样的减振降噪措施，例如用隔声屏来吸收隔离噪音，用各式各样弹性扣件和道床型式来控制振动和噪声，比较著名的例如科隆蛋、弹性套靴、浮置板等。申请号为93232580的中国实用新型专利所公开的即是这一类方案。然而，这种结构并不能降低声源的发声强度，只是被动地吸收和隔离车辆和轨道发出的一次噪声，隔声效果与方位和距离有关。

普通铁路和高速铁路除了在市区内存在同样的振动和噪声问题外，还由于其轴重大，车速高，车轮振动大，车轮的磨损问题非常严重，例如在曲线段的轮沿和轮侧磨损。这些磨损增大以后，就会影响列车运行舒适性和安全性，因此，必须进行修复，如磨轨、更换车轮或轮箍，因而增加了列车运行成本。

就目前的技术而言，还没有经济、有效的方法从振动的源头来解决车轮振动、车轮一次噪声和车轮磨损问题。根据结构力学，增大结构的阻尼能有效吸收结构振动能量，抑制结构振动。车轮和钢轨都是低阻尼结构，极易振动和发声。但车轮是高速滚动的部件，钢轨是很长的连续体，两者形状都相对复杂，附近可利用空间狭小，且强度和受力都很大，一般的弹性材料如普通橡胶和在弹性区工作的金属铅都不能提供足够的有效的阻尼。这种情况导致了车轮振动、车轮一次噪声和车轮磨损等技术问题长期困扰着本领域的技术人员而无法解决。

                         发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种显著增大车轮的阻尼，从而能够有效吸收车轮振动能量的车轮。

本发明是这样实现的，它包括车轮本体，其是由轮辐、轮缘等组成，在车轮本体至少部分非工作表面上设置由阻尼材料构成的阻尼体。

本发明所说的阻尼材料，有别于一般的弹性材料或仅在大变形时有较大塑性阻尼的铅。它包括任何能够提供足够阻尼的材料，分固体阻尼材料和液体阻尼材料两大类，固体阻尼材料包括粘弹性和粘塑性的高分子材料，如具有较高阻尼的橡胶、高阻尼聚氨酯、超塑性硅氧橡胶，沥青橡胶、及工作温度下呈固态的阻尼改性沥青基材料等，这些阻尼材料具有较高的阻尼比；液体阻尼材料包括具有较高粘度的粘滞液体，例如硅油、以及工作温度下呈粘滞状态的改性沥青等。本发明的阻尼材料还包括以上述阻尼材料为基体、添加有其它填充物的材料，如添加短纤维、云母粉等可以增大阻尼材料内在阻尼，添加橡胶粉可以增加材料的弹性，添加金属纤维可以增加材料的导热性能。

本发明所说的一种阻尼体，是指设置在车轮本体非工作面的至少一层固体阻尼材料，其中对称设置在车轮本体两侧为优选方案；固体阻尼材料可以通过化学粘结、热熔粘结、硫化、浇注、夹持、喷涂及涂覆等方式与轨道本体联结为一体。

本发明所说的另一种阻尼体，是指设置在车轮本体非工作面的阻尼结构体，该阻尼结构体由内向外依次由阻尼材料和约束体构成，约束体首选刚度比阻尼材料大的材料，其中对称设置在车轮本体两侧为优选方案。

这种阻尼体中的一种阻尼结构体，其约束体呈板状，其边缘密封连接在车轮本体上，比如焊接，形成密闭腔室，固体阻尼材料位于该腔室内。轮本体上，比如焊接，形成密闭腔室，固体阻尼材料位于该腔室内。

这种阻尼体中的另一种阻尼结构体，其阻尼结构体由至少一层固体阻尼材料和板状约束体组成，板状约束体通过穿透轮辐的紧固件将固体阻尼材料固定在车轮本体上，紧固件可以是螺栓。

这种阻尼体中的再一种阻尼结构体，其约束体呈板状，其边缘密封连接在车轮本体上，形成密闭腔室，液体阻尼材料位于该腔室内，密封连接可以采用焊接。

这种阻尼体中的再一种阻尼结构体，其阻尼结构体由至少一层固体阻尼材料和带有密闭腔室的约束体组成，约束体的边缘密封连接在车轮本体上，比如焊接，其腔室内填充液体阻尼材料。

为了消除因液体阻尼材料的流动性所带来的腔室间距的不确定性，可以在腔室内间隔设置定距件，定距件为联结腔室两壁的块状物、网格状物、条状物，或者是约束体自身的凸起，从阻尼效果和密封安全角度来讲，能够分割阻尼体所在腔室的网格状或条状定距件为优选方案。为不影响阻尼效果，定距件优先选用固体阻尼材料。

由于车轮在高速运动中产生巨大的离心力，阻尼材料受其作用向约束体施加压力，为了克服上述离心力的作用，保证两壁之间的连接，需要充分考虑定距件的连接强度，作为约束体自身凸起式的定距件应当与车轮本体焊接为一体。

上述阻尼体可以是一个整体，也可以是多个，尤其是大小相同的多个，其均匀分布在轮辐的每侧。

上述阻尼结构体与轨道本体的联结方式除了采用螺栓式紧固外，还可以是固体阻尼材料通过自粘、化学粘结、热熔粘结、硫化、浇注、夹持、喷涂及涂覆等方式与轨道本体或者约束体联结。

当车轮本体为分体式时，可以同时或分别在分体部件的联结面之间设置固体阻尼材料；而且可以在分体部件的联结面之间的阻尼体上设置散热通道。

本发明的有益效果是：车轮采用上述阻尼结构后，列车运行时车轮的振动强迫阻尼体产生的以剪切为主的变形，阻尼体由于其阻尼特性产生与变形方向相反的阻力，将车轮的振动能量转化热能，有效地降低了车轮所产生的振动，由于振动为噪声之源，噪声也大幅降低，尤其是一般方法很难消除的一次噪声，减轻了列车运行过程中对周围建筑物及居民的影响。这种阻尼减振对于各种频率都有较好的减振效果，即宽频带减振效果。另外由于列车的振动能量被阻尼材料有效吸收，提高了车轮和轨道的使用寿命及列车运行的舒适性。

                        附图说明

图1是本发明的结构示意图之一；

图2是本发明的结构示意图之二；

图3是本发明的结构示意图之三；

图4是本发明的结构示意图之四；

图5是本发明的结构示意图之五；

图6是本发明的结构示意图之六；

图7是本发明的结构示意图之七；

图8是图6的A-A剖视图；

图9是图7的B-B剖视图；

图10是图4的K向视图；

图11是本发明的结构示意图之八；

图12是本发明的结构示意图之九；

图13是本发明的结构示意图之十。

图中，11为轮辐，12为轮缘；21为固体阻尼材料，22为液体阻尼材料；3为约束体；4为定距件；5为螺栓；6为碟簧；7为压环；8为阻尼涂层；9为压盘；10为散热通道。

                        具体实施方式

实施例1

参见图1，本发明的车轮它包括车轮本体，其是由轮辐11、轮缘12等组成，在车轮本体至少部分非工作表面上设置由阻尼材料构成的阻尼体，阻尼体为一层固体阻尼材料21。固体阻尼材料具体可以是阻尼橡胶，其可以通过硫化、粘结等方式与轨道本体联结为一体。

这种结构的车轮，列车在运行时，车轮所产生的振动，强迫阻尼体产生的以剪切为主的变形，阻尼体由于其阻尼特性产生与变形方向相反的阻力，将车轮的振动能量转化热能，有效地降低了车轮所产生的振动，由于振动为噪声之源，噪声也大幅降低，尤其是一般方法很难控制的一次噪声，减轻了列车运行过程中对周围建筑物及居民的影响。这种阻尼减振对于各种频率都有较好的减振效果，即宽频带减振效果。另外由于列车的振动能量被阻尼材料有效吸收，提高了车轮和轨道的使用寿命及列车运行的舒适性。

实施例2

参见图2，阻尼体为对称设置在车轮本体两侧的阻尼结构体，该阻尼结构体由内向外依次由固体阻尼材料21和约束体3构成。阻尼材料可以是由常温下呈固态的阻尼改性沥青为基体，添加橡胶粉、滑石粉、云母粉等制成的阻尼材料，中间夹嵌一层高强纤维网制成阻尼卷材，下称改性沥青阻尼卷材。该固体阻尼材料在常温下呈粘弹性固态，加热后为粘稠液体。约束体3通常为刚度较大的铝板、彩钢板或不锈钢板，折弯或轧制成横截面与轮辐相近的型材，或工程塑料挤塑的型材，亦即约束板，热熔粘贴至少一层固体阻尼材料21改性沥青阻尼卷材，制成阻尼结构体，然后在车轮本体的非工作面轮辐11两侧直接焊接粘结。

为了克服离心力的作用，在约束体上设置多个凸起，该凸起与车轮焊接为一体。

实施例3

参见图3，与实施例2不同的是，其阻尼结构体由至少一层固体阻尼材21料和板状约束体3组成，该阻尼结构体为一整体呈环形设置在轮辐11的两侧，板状约束体3通过穿透轮辐的螺栓5将固体阻尼材料21固定在车轮本体上。同时在螺栓下设置碟簧6，可以防止螺栓5的松动和均衡紧固压力。

这种连接方式，可以使得阻尼体随车轮高速运转时不易脱落，保证了使用安全性。

实施例4

参见图4、图10，相对实施例3而言，该阻尼结构体有大小相同的多个，分别均匀固定在轮辐11的每一侧。该阻尼结构体可以如图所示呈圆形，也可以是扇形等对称结构。

实施例5

参见图5，相对实施例2而言，阻尼结构体内为液体阻尼材料22。

本例为在常温下呈液态的阻尼改性沥青，当约束体刚度大时，腔室内可不设置定距件。反之，应当在密封腔室内间隔设置定距件4。定距件4也可以是约束体3自身的凸起，该凸起与车轮本体焊接为一体。

固体阻尼材料和液体阻尼材料相比较，同为阻尼材料，但是两者用于车轮的阻尼效果是有差异的，具体表现为：固体阻尼材料与金属板之间可以通过粘贴、硫化等方式联结，但是随着使用时间的增长，阻尼材料有可能与车轮本体脱离，这样就降低了阻尼效果，而液体阻尼材料则不存在这一问题，只需做好密封，万一泄漏也是渐进的，有预警时间，因此是容易发现的。另外，液体阻尼材料与钢的弹性梯度更大，对振动传递的弹性阻抗更大，减振效果更好。

实施例6

参见图6、图8，阻尼结构体由一层固体阻尼材料21和带有密闭腔室的约束体3组成，固体阻尼材料热粘在车轮本体和约束体上，约束体3的边缘焊接在车轮本体上，其腔室内填充液体阻尼材料22，本例为硅油；而且该约束体内的密闭腔室有多个，呈扇形均匀分布在轮辐的两侧。

在隔振效果方面，相对前述实施例，本例同时设置了内层的固体阻尼材料和阻尼结构体夹层的液体阻尼材料，充分利用了两种阻尼材料的优势，提高了阻尼效果。

实施例7

参见图7、图9，相对实施例6而言，阻尼结构体为一个整体呈环形设置在轮辐的两侧。为了消除因液体阻尼材料的流动性所带来的腔室间距的不确定性，可以在包容液体阻尼材料的腔室内间隔设置圆形定距件4，定距件相互距件为固体阻尼材料，定距件与约束体通过热熔粘接或化学粘结方式联接。

实施例8

参见附图11，车轮本体在轮缘部分沿圆周方向分为内外两个环形部分，联结面呈锥形，分体的两部分通过螺栓5和压环7固定。

同实施例1，在分体车轮的内环部分的外表面热熔一层固体阻尼材料21；同时在分体车轮的内外环形部分的联结面之间设置固体阻尼材料21，固体阻尼材料有两块，此例为阻尼橡胶，其嵌入联结面之间与其对应的锥形凹槽内，由锁紧螺栓5压紧压环7，从而将固体阻尼材料压紧固定；在分体车轮的外环部分的非工作表面喷涂起阻尼减振作用的阻尼涂层8。

由于阻尼体被压缩和剪切产生热量，为此在联结面之间的固体阻尼材料21上设置散热通道，该通道可以是设置在阻尼体内部或表面及车轮本体上的若干通风散热槽10，利用车轮转动所产生的风将热量带走。

采用本发明，在实施例1的阻尼减振效果基础上，又由于在分体部件的联结面之间设置了阻尼体，从而使分体部件之间的振动传递转变为阻尼体的压缩和剪切受力，最终以热能的形式释放，这样进一步降低了车轮的振动，使得噪声污染得到有效控制。又由于在阻尼体及车轮本体上设置了散热通道，可以将阻尼体产生的热量有效排出，避免了阻尼体过热失效或者热膨胀过大损坏车轮，保证了车轮的安全性。

实施例9

参见附图12，车轮本体在轮辐11部分沿径向分为内外两个环形部分，分体的两部分通过螺栓5固定。

在分体车轮的内外环形部分的联结面之间设置固体阻尼材料21，同时在分体车轮的其他非工作面上设置固体阻尼材料21和阻尼涂层8，固体阻尼材料21的外部设置环形约束板3，并分别由车轮本体的内外两个环形部分压紧。

同实施例8，在联结面之间的固体阻尼材料21上沿轴向、径向或其他适合气体流动方向的轨迹设置散热通道。

本例螺栓5优先采用弯曲刚度较低的细杆螺栓，或者在螺帽处采用球形垫圈，可以防止其分流过多的径向载荷。圈，可以防止其分流过多的径向载荷。

实施例10

参见附图13，车轮本体在轮辐11部分沿径向分为内外两个环形部分，分体的两部分通过螺栓5和压盘9固定。

在分体车轮的内外环形部分的联结面之间以及分体部件与压盘9之间设置固体阻尼材料21，同时在分体车轮的其他非工作面上设置固体阻尼材料21和阻尼涂层8。

同实施例8，在联结面之间的固体阻尼材料21上沿轴向、径向或其他适合气体流动方向的轨迹设置散热通道。

压盘9相对另外两个分体部件而言是可拆卸式连接，其内径表面与其配合表面采用精密间隙配合，相对实施例9而言，本例轮辐两侧完全由固体阻尼材料夹持，不仅受力均匀，而且阻尼效果更好。

Claims (11)

1.一种车轮，它包括车轮本体，其是由轮辐、轮缘等组成，其特征在于在车轮本体至少部分非工作表面上设置由阻尼材料构成的阻尼体。

2.根据权利要求1所述的车轮，其特征在于阻尼体为设置在车轮本体非工作面的至少一层固体阻尼材料。

3.根据权利要求1所述的车轮，其特征在于阻尼体为设置在车轮本体非工作面的阻尼结构体，该阻尼结构体由内向外依次由阻尼材料和约束体构成。

4.根据权利要求3所述的车轮，其特征在于约束体呈板状，其边缘密封连接在车轮本体上，形成密闭腔室，固体阻尼材料或液体阻尼材料位于该腔室内。

5.根据权利要求3所述的车轮，其特征在于阻尼结构体由至少一层固体阻尼材料和板状约束体组成，板状约束体通过穿透轮辐的紧固件将固体阻尼材料固定在车轮本体上。

6.根据权利要求3所述的车轮，其特征在于阻尼结构体由至少一层固体阻尼材料和带有密闭腔室的约束体组成，约束体的边缘密封连接在车轮本体上，其腔室内填充液体阻尼材料。

7.根据权利要求4或者6所述的车轮，其特征在于密闭腔室内间隔设置定距件，定距件为联结腔室两壁的块状物、网格状物、条状物，或者是约束体自身的凸起，定距件可以采用固体阻尼材料或者弹性材料。

8.根据权利要求1～6任一项所述的车轮，其特征在于阻尼体有多个，其均匀分布在轮辐的每侧。

9.根据权利要求1～6任一项所述的车轮，其特征在于固体阻尼材料通过自粘、化学粘结、热熔粘结、硫化、浇注、夹持、喷涂及涂覆等方式与车轮本体或者约束体联结。

10.根据权利要求1～6任一项所述的车轮，其特征在于车轮本体为分体式，由阻尼材料构成的阻尼体设置在分体部件的联结面之间。

11.根据权利要求10所述的车轮，其特征在于在分体部件的联结面之间的阻尼体上设置散热通道。

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