[發(fā)明專利]一種具有仿生非光滑表面的高速列車車輪

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510908455.8
• 申請(qǐng)日: 2015-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105480012A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張國(guó)耕;宋小文;張鳴曉;王耘;黃長(zhǎng)林;胡樹(shù)根
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B60B17/00
• 分類號(hào): B60B17/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高速列車車輪，尤其涉及一種具有仿生非 光滑表面的高速列車車輪。

背景技術(shù)

高速列車的不斷發(fā)展在給人提供方便、快捷、舒適的交通服務(wù)的同時(shí)，對(duì)列車 對(duì)環(huán)境的影響以及本身的質(zhì)量安全也提出新的要求。

列車在高速行駛時(shí)車輪與輪軌之間的會(huì)產(chǎn)生刺耳的噪聲，這主要是由列車車輪 與軌道間的沖擊、接觸、摩擦引起的。特別隨著我國(guó)高速鐵路事業(yè)的蓬勃發(fā)展，列 車運(yùn)營(yíng)速度的不斷提高，列車在行進(jìn)過(guò)程車輪與輪軌間接觸噪音也不斷增大，對(duì)鐵 路線附近的居民生活造成了影響，降低了沿線居民的生活品質(zhì)。車輪的降噪技術(shù)也 是列車在發(fā)展中需要解決的一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題。

為了降低列車運(yùn)行時(shí)輪軌間產(chǎn)生的噪聲，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者和工程技術(shù)人員提出了 應(yīng)對(duì)方法，并取得了一定的效果。具體有以下幾種方法：

(1)車輪表面涂抹阻尼材料

列車車輪輻板表面涂抹阻尼材料可以有效的阻隔列車輻板的振動(dòng)，從而減小 了由于車輪機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。但是，通過(guò)在輪輻表面涂抹阻尼材料來(lái)降低噪聲 的方法只對(duì)頻率在2KHz以上高頻噪聲有一定的效果，對(duì)于頻率在1KHz以下的噪 聲，其減噪的作用不明顯。

(2)采用具有彈性的車輪

彈性車輪是現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外列車普遍采用的降噪方式，有的是在輪輞內(nèi)側(cè)阻尼 塊，有的是在輻板上安裝彈性阻尼片，也有的是在輪輞與輻板間加橡膠環(huán)。彈性 車輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，橡膠環(huán)易老化，運(yùn)行安全性差。

(3)改變車輪的形狀

列車車輪產(chǎn)生的噪聲與車輪的形狀有關(guān)，斜形輻板車輪產(chǎn)生的噪聲要比S形 輻板車輪產(chǎn)生的噪聲大，而直輻板車輪產(chǎn)生的噪聲最小。據(jù)分析，主要是因?yàn)橹陛? 板車輪的滾動(dòng)接觸點(diǎn)兩邊的受力對(duì)稱，使踏面上傳來(lái)的力直接傳到軸上，確保車輪 上的載荷相對(duì)軌道接觸能對(duì)稱分布，從而減小輪輞的搖頭，增加了車輪半徑方向的 剛度。出于制造及成本的考慮，改變車輪形狀在實(shí)踐中難以推廣。

隨著高速列車速度及運(yùn)量的提高，承載整個(gè)車體重量并且傳遞著機(jī)車的牽引力 和制動(dòng)力的列車車輪的耐磨損和抗疲勞性能就更顯突出。據(jù)北美鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)統(tǒng) 計(jì)，每年更換踏面損傷的車輪就耗資近1.5億美元。而我國(guó)的大連機(jī)車廠僅在 2001年上半年，處理踏面損傷的車輪耗資就高達(dá)2700多萬(wàn)。由此可見(jiàn)，提高列車 車輪的耐磨性及抗疲勞性是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

為了提高列車車輪的使用壽命，必須最大限度地降低車輪的疲勞和磨損，國(guó)內(nèi) 外的學(xué)者和工程技術(shù)人員在該方面提出了應(yīng)對(duì)方法，并取得了一定的效果。具體有 以下幾種方法：

(1)車輪潤(rùn)滑

為了減少軌頂面的摩擦系數(shù)，通常采用輪緣軌側(cè)潤(rùn)滑來(lái)減輕磨損。根據(jù)輪軌系 統(tǒng)的特點(diǎn)，潤(rùn)滑形式通常只能為邊界潤(rùn)滑。通過(guò)第三介質(zhì)的作用，形成邊界潤(rùn)滑 膜，從而減小滑動(dòng)阻力，降低了車輪表面的磨損。車輪潤(rùn)滑減磨的效果直接取決于 潤(rùn)滑劑性能。通過(guò)潤(rùn)滑油減磨的方式存在污染踏面，誘發(fā)空轉(zhuǎn)的缺陷，且經(jīng)濟(jì)成本 較高。

(2)優(yōu)化車輪的踏面形式

列車車輪踏面應(yīng)用最廣泛的一種形式為磨耗型車輪踏面，這種踏面以圓弧形代 替錐形踏面車輪的直線形。這樣的設(shè)計(jì)很大程度上減免了車輪經(jīng)過(guò)曲線時(shí)與軌道出 現(xiàn)的兩點(diǎn)接觸，從而大大減緩了車輪的側(cè)磨，同時(shí)磨耗型踏面也有利于降低踏面磨 損。踏面優(yōu)化減磨的方式給車輪的加工制造提出了新的要求，設(shè)計(jì)成本較高。

(3)改善車輪的材料強(qiáng)度

根據(jù)車輪的工作要求，一方面要求車輪材質(zhì)具有高強(qiáng)度和高耐磨性，另一方面 還要具有良好的抗斷裂性能和抗熱裂性能。其主要設(shè)計(jì)思路是保證材料強(qiáng)度和硬度 不太降低的前提下，提高材料的韌性。設(shè)計(jì)方案包括降低碳含量并摻入合金元素， 應(yīng)用低碳貝氏體車輪等，同時(shí)提高車輪鋼的冶金質(zhì)量，保證車輪鋼應(yīng)有的高純度， 改進(jìn)熱處理工藝等對(duì)防止高速列車車輪損傷失效非常有利。改善材料減磨的方式需 找到材質(zhì)強(qiáng)度與抗斷裂性能間的最佳平衡點(diǎn)，材料的熱處理工藝十分復(fù)雜。