彈性車輪介紹

摘 要：隨著城市環境要求及公眾綠色出行的需要，室內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提高乘坐舒適性、降低運用噪音排放的解決方案，正越來越成為市內軌道交通車輛的主流配置。

關鍵詞：彈性車輪；地鐵；室內軌道交通

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

隨著我國城市及城鎮化建設的高速發展，城市人口出現了集中爆發性增長，大中型城市中公眾的出行方式就成為了目前制約城市發展的難題之一。城市軌道交通作為市內交通方式的一種，具有運量大、速度快、安全、準時、保護環境等優點，正成為城市公眾優先選擇的交通工具。目前，城市軌道交通按照其運能范圍、車輛類型及主要技術特征可分為地鐵、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，其由電力牽引、輪軌導向、軸重相對較重，按照運行圖行車，車輛編組運行在地下隧道內，不污染環境，節省城市用地，適用于出行距離較長、客流量需求較大的城市中心區域。

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

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

與高速動車組采用的鐵路專線不同，市內軌道交通線路一般建設在繁華的商業中心及居民區等客流量較大的區域，且線路需根據交通位置及周圍環境進行規劃，在某些情況下將只能建設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、降低列車運行過程中對周邊環境的影響就成為列車設計時需著重考慮的一個問題。因此，彈性車輪應運而生。作為一種能切實提高乘坐舒適性、降低運用噪音排放的解決方案，彈性車輪正越來越成為市內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/車軸/軸橋接口的部分；

輪環：將橡膠塊鎖固在輪箍和輪環間形成的腔體內，向橡膠塊提供合適的預加載荷；

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。根據車輪橡膠元件承受載荷的狀態可以分為剪切型、壓縮型、剪切壓縮型；

緊固螺釘和墊片：保證整個系統的緊固，為輪環提供合適的預緊力；

接地導線：保持輪箍和輪對之間的電流通路；

降噪板：可選件，必要時用于降低車輪運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，減少轉向架傳動裝置的動應力，降低輪軌磨耗，提高線路和車輛使用壽命，提升車輛運行平穩性。

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

2 降噪系統

彈性車輪的鋼制輪箍和輪心之間已經加入了橡膠塊，通過橡膠的阻尼作用已經可以降低一部分噪音。但對于噪音排放要求較嚴的城市、或對于某些線路工況非常惡劣（產生嘯叫）的線路，需采用降噪系統對車輪運用過程中的噪音排放進行控制。

經過多年的研究及試驗驗證，路奇霓公司開發出了Gelene?降噪系統。該系統由兩片特別設計的與輪箍諧振頻率（該頻率可導致嘯叫）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，從而在車輪達到諧振頻率時迅速衰減振動能量，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的專用裝配環上。經過實驗室分析，安裝了Gelene?降噪系統的彈性車輪噪音排放水平比未按照降噪系統的彈性車輪在同樣的激振狀態下噪音水平排放降低了10dB（A）左右。

3 安全性及運用業績

彈性車輪的發展歷經曲折，其中1998年裝用了彈性車輪的IEC動車事故更使得彈性車輪的發展進入了停滯階段。但通過對事故輪對進行分析，主要是由于車輪輪箍材質出現了缺陷，當時不具備超探條件，導致超限缺陷未必及時發現。在高速運轉下，輪箍最終疲勞斷裂引發了事故。經過了多年的改進，車輪材料的制造水平已得到很大改進，且橡膠塊的剛度控制也在不斷改善。在運行速度低于110km/h且定期進行預防性檢修的情況下，彈性車輪的運行被證明是非常安全的。路奇霓的彈性車輪自1992年投入運用以來，已經具有了超過20年的運行經驗，涉及50多種項目。目前，彈性車輪產品運營效果良好，在歐洲地區、北美地區、澳大利亞及亞洲均有廣泛的運用業績。2012年，由中國北車-長客股份設計的沈陽輕軌列車開始采用路奇霓制造的彈性車輪。目前，公司正在進行彈性車輪的國產化技術轉讓及試制。相信在不久的將來，國內各大城市的市內軌道交通車輛上將裝用越來越多的智奇彈性車輪，公司產品線將進一步得到擴展。

參考文獻：

[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.

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