弹性车轮介绍

摘 要：随着城市环境要求及公众绿色出行的需要，室内轨道交通已成为公众最愿意选择的一种交通工具。而弹性车轮作为一种能够切实提高乘坐舒适性、降低运用噪音排放的解决方案，正越来越成为市内轨道交通车辆的主流配置。

关键词：弹性车轮；地铁；室内轨道交通

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.24.210

随着我国城市及城镇化建设的高速发展，城市人口出现了集中爆发性增长，大中型城市中公众的出行方式就成为了目前制约城市发展的难题之一。城市轨道交通作为市内交通方式的一种，具有运量大、速度快、安全、准时、保护环境等优点，正成为城市公众优先选择的交通工具。目前，城市轨道交通按照其运能范围、车辆类型及主要技术特征可分为地铁、有轨电车和轻轨等几种类型。

地铁是目前最常见的一种轨道交通系统，其由电力牵引、轮轨导向、轴重相对较重，按照运行图行车，车辆编组运行在地下隧道内，不污染环境，节省城市用地，适用于出行距离较长、客流量需求较大的城市中心区域。

有轨电车是使用电车牵引、轻轨导向、1～3编组运行在城市路面线路上的低运量轨道交通系统。有轨电车线路一般设在城市中心穿街走巷运行，具有上下车方便的特点。

轻轨是在有轨电车基础上改造发展而来的一种城市轨道交通系统，其轴重相对于地铁一般比较轻。轻轨一般采用地面和高架相结合的方法建设，线路可以从市区通往近郊。

与高速动车组采用的铁路专线不同，市内轨道交通线路一般建设在繁华的商业中心及居民区等客流量较大的区域，且线路需根据交通位置及周围环境进行规划，在某些情况下将只能建设曲线半径较小的线路。在这种情况下，提高列车的乘坐舒适性、降低列车运行过程中对周边环境的影响就成为列车设计时需着重考虑的一个问题。因此，弹性车轮应运而生。作为一种能切实提高乘坐舒适性、降低运用噪音排放的解决方案，弹性车轮正越来越成为市内轨道交通车辆的主流配置。

1 车轮部件

弹性车轮主要由以下几种部件装配而成：

轮箍：车轮上直接与轨道接触的部分；

轮心：车轮上与轮对/车轴/轴桥接口的部分；

轮环：将橡胶块锁固在轮箍和轮环间形成的腔体内，向橡胶块提供合适的预加载荷；

橡胶块：位于轮箍和轮心之间，提供柔性的径向刚度、轴向刚度及周向刚度。根据车轮橡胶元件承受载荷的状态可以分为剪切型、压缩型、剪切压缩型；

紧固螺钉和垫片：保证整个系统的紧固，为轮环提供合适的预紧力；

接地导线：保持轮箍和轮对之间的电流通路；

降噪板：可选件，必要时用于降低车轮运用过程中的噪音排放。

通过在轮箍和轮心之间增加带有阻尼作用的橡胶块，可以减少轮轨冲击噪声，缓和轮轨冲击振动，减少转向架传动装置的动应力，降低轮轨磨耗，提高线路和车辆使用寿命，提升车辆运行平稳性。

由于弹性车轮采用分体式结构配置，在检修时，车轮无需从车轴或轴桥上退卸下来，仅需从外侧将轮环和轮心上的紧固螺钉反松后，将轮箍及橡胶块从轮对上卸下进行更换即可。这种方式可大大提高轮对的检修效率，避免轮座拉伤，降低维修成本及产品全寿命周期成本。

2 降噪系统

弹性车轮的钢制轮箍和轮心之间已经加入了橡胶块，通过橡胶的阻尼作用已经可以降低一部分噪音。但对于噪音排放要求较严的城市、或对于某些线路工况非常恶劣（产生啸叫）的线路，需采用降噪系统对车轮运用过程中的噪音排放进行控制。

经过多年的研究及试验验证，路奇霓公司开发出了Gelene?降噪系统。该系统由两片特别设计的与轮箍谐振频率（该频率可导致啸叫）相匹配的钢板组成，两片钢板间加入了具有阻尼作用的粘弹性层，从而在车轮达到谐振频率时迅速衰减振动能量，降低噪音排放水平。

降噪片可使用抗振螺钉直接装配在轮箍上，或通过定位销安装在轮箍沟槽内的专用装配环上。经过实验室分析，安装了Gelene?降噪系统的弹性车轮噪音排放水平比未按照降噪系统的弹性车轮在同样的激振状态下噪音水平排放降低了10dB（A）左右。

3 安全性及运用业绩

弹性车轮的发展历经曲折，其中1998年装用了弹性车轮的IEC动车事故更使得弹性车轮的发展进入了停滞阶段。但通过对事故轮对进行分析，主要是由于车轮轮箍材质出现了缺陷，当时不具备超探条件，导致超限缺陷未必及时发现。在高速运转下，轮箍最终疲劳断裂引发了事故。经过了多年的改进，车轮材料的制造水平已得到很大改进，且橡胶块的刚度控制也在不断改善。在运行速度低于110km/h且定期进行预防性检修的情况下，弹性车轮的运行被证明是非常安全的。路奇霓的弹性车轮自1992年投入运用以来，已经具有了超过20年的运行经验，涉及50多种项目。目前，弹性车轮产品运营效果良好，在欧洲地区、北美地区、澳大利亚及亚洲均有广泛的运用业绩。2012年，由中国北车-长客股份设计的沈阳轻轨列车开始采用路奇霓制造的弹性车轮。目前，公司正在进行弹性车轮的国产化技术转让及试制。相信在不久的将来，国内各大城市的市内轨道交通车辆上将装用越来越多的智奇弹性车轮，公司产品线将进一步得到扩展。

参考文献：

[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.

作者简介：张伟（1987-），男 ，山西寿阳人，在读研究生，材料工程专业。