弹性车轮的分析(华东交通大学 杨星).pdf

弹性车轮的分析弹性车轮的分析 弹性车轮的诞生背景 弹性车轮的诞生背景 目前我国铁路上大多数采用的车轮为整体辗钢轮 1 踏面2 轮缘3 轮辋4 辐板5 轮毂 我们大家都了解整体辗钢轮中的踏面 轮缘 轮辋 辐板 轮毂都是同一种合金钢 以下表格中是几种马鞍山厂生产的几款 整体辗钢车轮的化学成分 火车车轮直接与钢轨接触 并承受车辆的全部载荷 这就要 求火车车轮具有高强度 高硬度 良好的耐磨性等技术要求 随着整体辗钢轮的强度 硬度的提高 整体辗钢车轮的刚性 也就随之提高了 车轮刚性的提高 也就是说车轮的整体弹性会 有一定的下降 导致车轮的振动问题也就日益突出 之后 人们将轮箍与轮心分开制造 轮箍 在整体辗钢轮是 由踏面 轮缘 轮辋组成 轮心 在整体辗钢轮中是由轮毂 辐板组成 轮箍和轮心分别用两种不同的材料制造 轮箍用高硬度 高 强度 良好的耐磨性材料制造 轮心在满足刚度的条件下 用弹 性较好的材料 这就是所谓的轮箍轮 也就是弹性车轮的鼻祖 就这样弹性车轮这一概念也就诞生了 弹性车轮的发展 弹性车轮的发展 随着弹性车轮这一概念的产生 人们就不断的优化升级弹性 车轮的设计 目前弹性车轮主要分为这几类 1 压缩型弹性车轮 最初的弹性车轮钢件及橡胶元件都比较 简单 橡胶元件只承受压应力 其轴向弹性比径向弹性 大得多 这种弹性车轮结构简单 质量小 适用于小半 径车轮 在运行和制动时 垂向变形较小 变形热也不 大 不用加热即可更换轮箍 2 剪切型弹性车轮 剪切型弹性车轮在垂直载荷和冲击载荷 作用下 其橡胶元件主要承受径向和切向的剪切作用 轴向承受 压缩载荷产生压缩变形 轴向弹性较小 3 压剪复合型弹性车轮 压剪复合型弹性车轮采用既能承剪 又能承压的结构 橡胶元件通常采用 V 型布置 不仅能广泛利用 车轮侧面的空间 而且压应力和剪应力的合理分配可以随橡胶环 的倾角大小而改变 即轴向刚度和径向刚度能达到期望的最佳匹 配 这种形式的弹性车轮结构简单 安装和检修很方便 节约检 修时间及费用 使用比较普遍 它代表着弹性车轮的发展方向 接下来我们来欣赏几张现代弹性车轮的照片 总而言之 弹性车轮最基本的就是 轮箍与轮心分开制造 轮箍 与轮心之间有橡胶夹层 弹性车轮的优点 弹性车轮的优点 1 弹性车轮减小曲线噪声的效果比较显著 弹性车轮降低曲线 噪声的能力与车轮模态损失因子有关 模态是结构的固有振动特 性 每一个模态具有特定的固有频率 阻尼比和模态振型 弹性 元件能增加车轮模态阻尼因子 可以抑制可能发生的弯曲模态而 产生的自激共振 弹性车轮不能阻止车辆在曲线上运行时产生的 噪声 但可降低噪声 2 与钢制车轮相比 弹性车轮的轮重减载率和轴箱垂直振动速 度都较低 具有抑制钢轨激振力 减小 30 20 轨道动作用力 减小渣床沉降和轨道损坏方面的作用 同时弹性车轮具有垂向 横向和纵向弹性 还能减小轮轨接触面 踏面和轮缘的磨耗 使 轮轨的使用寿命提高 20 40 3 弹性车轮改变平直轨道上滚动噪声频谱特征 使用弹性车轮 后 滚动噪声的低频成分比钢性车轮低 高频成分比钢性车轮的 高频成分高 又因为列车地板结构过滤高频成分 所以车内的噪 声要比普通车轮车内低 弹性车轮的缺点 弹性车轮的缺点 1 相对于钢性车轮 弹性车轮结构复杂 制造以及维修成本高 运行安全性差 2 弹性车轮对轴重要求比较严格 较大轴重受到橡胶强度等条 件的限制以及橡胶原件易老化 从而限制了它的应用和发展 3 连接轮箍和弹性垫之间的定位槽尖角应力集中 螺栓孔边的 应力集中 弹性车轮的受力模型 弹性车轮的受力模型 建立弹性车轮车辆动力学模型时