專利名稱：車輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鐵路車輛，尤其是涉及一種在鐵路、地鐵、城市鐵路、高架輕軌、高速鐵路等軌道上運行的車輛車輪。
背景技術(shù)：
隨著交通技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展，地鐵和高架輕軌等城市軌道交通越來越多，在給城市居民帶來方便的同時，也給沿線居民帶來了不同程度的振動和噪聲干擾。根據(jù)目前的理論和實踐，振動主要通過軌道接觸傳遞到道床，再通過道床傳遞到地基或隧道壁或橋梁至橋墩，再通過土壤傳播到周圍建筑中，在建筑物內(nèi)產(chǎn)生振動和固體傳聲，形成干擾。噪聲分為一次噪聲和二次噪聲。一次噪聲包括車輛本身尤其是車輪振動產(chǎn)生的噪聲、軌道接觸和軌道振動發(fā)出的噪聲；二次噪聲是指道床、隧道壁、橋梁結(jié)構(gòu)等因振動沿固體傳播而激發(fā)出的噪聲。根據(jù)上述認識，世界各國陸續(xù)開發(fā)出了各式各樣的減振降噪措施，例如用隔聲屏來吸收隔離噪音，用各式各樣彈性扣件和道床型式來控制振動和噪聲，比較著名的例如科隆蛋、彈性套靴、浮置板等。申請?zhí)枮?3232580的中國實用新型專利所公開的即是這一類方案。然而，這種結(jié)構(gòu)并不能降低聲源的發(fā)聲強度，只是被動地吸收和隔離車輛和軌道發(fā)出的一次噪聲，隔聲效果與方位和距離有關(guān)。
普通鐵路和高速鐵路除了在市區(qū)內(nèi)存在同樣的振動和噪聲問題外，還由于其軸重大，車速高，車輪振動大，車輪的磨損問題非常嚴重，例如在曲線段的輪沿和輪側(cè)磨損。這些磨損增大以后，就會影響列車運行舒適性和安全性，因此，必須進行修復(fù)，如磨軌、更換車輪或輪箍，因而增加了列車運行成本。
就目前的技術(shù)而言，還沒有經(jīng)濟、有效的方法從振動的源頭來解決車輪振動、車輪一次噪聲和車輪磨損問題。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)，增大結(jié)構(gòu)的阻尼能有效吸收結(jié)構(gòu)振動能量，抑制結(jié)構(gòu)振動。車輪和鋼軌都是低阻尼結(jié)構(gòu)，極易振動和發(fā)聲。但車輪是高速滾動的部件，鋼軌是很長的連續(xù)體，兩者形狀都相對復(fù)雜，附近可利用空間狹小，且強度和受力都很大，一般的彈性材料如普通橡膠和在彈性區(qū)工作的金屬鉛都不能提供足夠的有效的阻尼。這種情況導(dǎo)致了車輪振動、車輪一次噪聲和車輪磨損等技術(shù)問題長期困擾著本領(lǐng)域的技術(shù)人員而無法解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，提供一種顯著增大車輪的阻尼，從而能夠有效吸收車輪振動能量的車輪。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，它包括車輪本體，其是由輪輻、輪緣等組成，在車輪本體至少部分非工作表面上設(shè)置由阻尼材料構(gòu)成的阻尼體。
本發(fā)明所說的阻尼材料，有別于一般的彈性材料或僅在大變形時有較大塑性阻尼的鉛。它包括任何能夠提供足夠阻尼的材料，分固體阻尼材料和液體阻尼材料兩大類，固體阻尼材料包括粘彈性和粘塑性的高分子材料，如具有較高阻尼的橡膠、高阻尼聚氨酯、超塑性硅氧橡膠，瀝青橡膠、及工作溫度下呈固態(tài)的阻尼改性瀝青基材料等，這些阻尼材料具有較高的阻尼比；液體阻尼材料包括具有較高粘度的粘滯液體，例如硅油、以及工作溫度下呈粘滯狀態(tài)的改性瀝青等。本發(fā)明的阻尼材料還包括以上述阻尼材料為基體、添加有其它填充物的材料，如添加短纖維、云母粉等可以增大阻尼材料內(nèi)在阻尼，添加橡膠粉可以增加材料的彈性，添加金屬纖維可以增加材料的導(dǎo)熱性能。
本發(fā)明所說的一種阻尼體，是指設(shè)置在車輪本體非工作面的至少一層固體阻尼材料，其中對稱設(shè)置在車輪本體兩側(cè)為優(yōu)選方案；固體阻尼材料可以通過化學(xué)粘結(jié)、熱熔粘結(jié)、硫化、澆注、夾持、噴涂及涂覆等方式與軌道本體聯(lián)結(jié)為一體。
本發(fā)明所說的另一種阻尼體，是指設(shè)置在車輪本體非工作面的阻尼結(jié)構(gòu)體，該阻尼結(jié)構(gòu)體由內(nèi)向外依次由阻尼材料和約束體構(gòu)成，約束體首選剛度比阻尼材料大的材料，其中對稱設(shè)置在車輪本體兩側(cè)為優(yōu)選方案。
這種阻尼體中的一種阻尼結(jié)構(gòu)體，其約束體呈板狀，其邊緣密封連接在車輪本體上，比如焊接，形成密閉腔室，固體阻尼材料位于該腔室內(nèi)。輪本體上，比如焊接，形成密閉腔室，固體阻尼材料位于該腔室內(nèi)。
這種阻尼體中的另一種阻尼結(jié)構(gòu)體，其阻尼結(jié)構(gòu)體由至少一層固體阻尼材料和板狀約束體組成，板狀約束體通過穿透輪輻的緊固件將固體阻尼材料固定在車輪本體上，緊固件可以是螺栓。
這種阻尼體中的再一種阻尼結(jié)構(gòu)體，其約束體呈板狀，其邊緣密封連接在車輪本體上，形成密閉腔室，液體阻尼材料位于該腔室內(nèi)，密封連接可以采用焊接。
這種阻尼體中的再一種阻尼結(jié)構(gòu)體，其阻尼結(jié)構(gòu)體由至少一層固體阻尼材料和帶有密閉腔室的約束體組成，約束體的邊緣密封連接在車輪本體上，比如焊接，其腔室內(nèi)填充液體阻尼材料。
為了消除因液體阻尼材料的流動性所帶來的腔室間距的不確定性，可以在腔室內(nèi)間隔設(shè)置定距件，定距件為聯(lián)結(jié)腔室兩壁的塊狀物、網(wǎng)格狀物、條狀物，或者是約束體自身的凸起，從阻尼效果和密封安全角度來講，能夠分割阻尼體所在腔室的網(wǎng)格狀或條狀定距件為優(yōu)選方案。為不影響阻尼效果，定距件優(yōu)先選用固體阻尼材料。
由于車輪在高速運動中產(chǎn)生巨大的離心力，阻尼材料受其作用向約束體施加壓力，為了克服上述離心力的作用，保證兩壁之間的連接，需要充分考慮定距件的連接強度，作為約束體自身凸起式的定距件應(yīng)當(dāng)與車輪本體焊接為一體。
上述阻尼體可以是一個整體，也可以是多個，尤其是大小相同的多個，其均勻分布在輪輻的每側(cè)。
上述阻尼結(jié)構(gòu)體與軌道本體的聯(lián)結(jié)方式除了采用螺栓式緊固外，還可以是固體阻尼材料通過自粘、化學(xué)粘結(jié)、熱熔粘結(jié)、硫化、澆注、夾持、噴涂及涂覆等方式與軌道本體或者約束體聯(lián)結(jié)。
當(dāng)車輪本體為分體式時，可以同時或分別在分體部件的聯(lián)結(jié)面之間設(shè)置固體阻尼材料；而且可以在分體部件的聯(lián)結(jié)面之間的阻尼體上設(shè)置散熱通道。
本發(fā)明的有益效果是車輪采用上述阻尼結(jié)構(gòu)后，列車運行時車輪的振動強迫阻尼體產(chǎn)生的以剪切為主的變形，阻尼體由于其阻尼特性產(chǎn)生與變形方向相反的阻力，將車輪的振動能量轉(zhuǎn)化熱能，有效地降低了車輪所產(chǎn)生的振動，由于振動為噪聲之源，噪聲也大幅降低，尤其是一般方法很難消除的一次噪聲，減輕了列車運行過程中對周圍建筑物及居民的影響。這種阻尼減振對于各種頻率都有較好的減振效果，即寬頻帶減振效果。另外由于列車的振動能量被阻尼材料有效吸收，提高了車輪和軌道的使用壽命及列車運行的舒適性。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之一；圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之二；圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之三；圖4是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之四；圖5是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之五；圖6是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之六；圖7是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之七；圖8是圖6的A-A剖視圖；圖9是圖7的B-B剖視圖；圖10是圖4的K向視圖；圖11是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之八；圖12是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之九；圖13是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之十。
圖中，11為輪輻，12為輪緣；21為固體阻尼材料，22為液體阻尼材料；3為約束體；4為定距件；5為螺栓；6為碟簧；7為壓環(huán)；8為阻尼涂層；9為壓盤；10為散熱通道。
具體實施例方式
實施例1參見圖1，本發(fā)明的車輪它包括車輪本體，其是由輪輻11、輪緣12等組成，在車輪本體至少部分非工作表面上設(shè)置由阻尼材料構(gòu)成的阻尼體，阻尼體為一層固體阻尼材料21。固體阻尼材料具體可以是阻尼橡膠，其可以通過硫化、粘結(jié)等方式與軌道本體聯(lián)結(jié)為一體。
這種結(jié)構(gòu)的車輪，列車在運行時，車輪所產(chǎn)生的振動，強迫阻尼體產(chǎn)生的以剪切為主的變形，阻尼體由于其阻尼特性產(chǎn)生與變形方向相反的阻力，將車輪的振動能量轉(zhuǎn)化熱能，有效地降低了車輪所產(chǎn)生的振動，由于振動為噪聲之源，噪聲也大幅降低，尤其是一般方法很難控制的一次噪聲，減輕了列車運行過程中對周圍建筑物及居民的影響。這種阻尼減振對于各種頻率都有較好的減振效果，即寬頻帶減振效果。另外由于列車的振動能量被阻尼材料有效吸收，提高了車輪和軌道的使用壽命及列車運行的舒適性。
實施例2參見圖2，阻尼體為對稱設(shè)置在車輪本體兩側(cè)的阻尼結(jié)構(gòu)體，該阻尼結(jié)構(gòu)體由內(nèi)向外依次由固體阻尼材料21和約束體3構(gòu)成。阻尼材料可以是由常溫下呈固態(tài)的阻尼改性瀝青為基體，添加橡膠粉、滑石粉、云母粉等制成的阻尼材料，中間夾嵌一層高強纖維網(wǎng)制成阻尼卷材，下稱改性瀝青阻尼卷材。該固體阻尼材料在常溫下呈粘彈性固態(tài)，加熱后為粘稠液體。約束體3通常為剛度較大的鋁板、彩鋼板或不銹鋼板，折彎或軋制成橫截面與輪輻相近的型材，或工程塑料擠塑的型材，亦即約束板，熱熔粘貼至少一層固體阻尼材料21改性瀝青阻尼卷材，制成阻尼結(jié)構(gòu)體，然后在車輪本體的非工作面輪輻11兩側(cè)直接焊接粘結(jié)。
為了克服離心力的作用，在約束體上設(shè)置多個凸起，該凸起與車輪焊接為一體。
實施例3參見圖3，與實施例2不同的是，其阻尼結(jié)構(gòu)體由至少一層固體阻尼材21料和板狀約束體3組成，該阻尼結(jié)構(gòu)體為一整體呈環(huán)形設(shè)置在輪輻11的兩側(cè)，板狀約束體3通過穿透輪輻的螺栓5將固體阻尼材料21固定在車輪本體上。同時在螺栓下設(shè)置碟簧6，可以防止螺栓5的松動和均衡緊固壓力。
這種連接方式，可以使得阻尼體隨車輪高速運轉(zhuǎn)時不易脫落，保證了使用安全性。
實施例4參見圖4、圖10，相對實施例3而言，該阻尼結(jié)構(gòu)體有大小相同的多個，分別均勻固定在輪輻11的每一側(cè)。該阻尼結(jié)構(gòu)體可以如圖所示呈圓形，也可以是扇形等對稱結(jié)構(gòu)。
實施例5參見圖5，相對實施例2而言，阻尼結(jié)構(gòu)體內(nèi)為液體阻尼材料22。
本例為在常溫下呈液態(tài)的阻尼改性瀝青，當(dāng)約束體剛度大時，腔室內(nèi)可不設(shè)置定距件。反之，應(yīng)當(dāng)在密封腔室內(nèi)間隔設(shè)置定距件4。定距件4也可以是約束體3自身的凸起，該凸起與車輪本體焊接為一體。
固體阻尼材料和液體阻尼材料相比較，同為阻尼材料，但是兩者用于車輪的阻尼效果是有差異的，具體表現(xiàn)為固體阻尼材料與金屬板之間可以通過粘貼、硫化等方式聯(lián)結(jié)，但是隨著使用時間的增長，阻尼材料有可能與車輪本體脫離，這樣就降低了阻尼效果，而液體阻尼材料則不存在這一問題，只需做好密封，萬一泄漏也是漸進的，有預(yù)警時間，因此是容易發(fā)現(xiàn)的。另外，液體阻尼材料與鋼的彈性梯度更大，對振動傳遞的彈性阻抗更大，減振效果更好。
實施例6參見圖6、圖8，阻尼結(jié)構(gòu)體由一層固體阻尼材料21和帶有密閉腔室的約束體3組成，固體阻尼材料熱粘在車輪本體和約束體上，約束體3的邊緣焊接在車輪本體上，其腔室內(nèi)填充液體阻尼材料22，本例為硅油；而且該約束體內(nèi)的密閉腔室有多個，呈扇形均勻分布在輪輻的兩側(cè)。
在隔振效果方面，相對前述實施例，本例同時設(shè)置了內(nèi)層的固體阻尼材料和阻尼結(jié)構(gòu)體夾層的液體阻尼材料，充分利用了兩種阻尼材料的優(yōu)勢，提高了阻尼效果。
實施例7參見圖7、圖9，相對實施例6而言，阻尼結(jié)構(gòu)體為一個整體呈環(huán)形設(shè)置在輪輻的兩側(cè)。為了消除因液體阻尼材料的流動性所帶來的腔室間距的不確定性，可以在包容液體阻尼材料的腔室內(nèi)間隔設(shè)置圓形定距件4，定距件相互距件為固體阻尼材料，定距件與約束體通過熱熔粘接或化學(xué)粘結(jié)方式聯(lián)接。
實施例8參見附圖11，車輪本體在輪緣部分沿圓周方向分為內(nèi)外兩個環(huán)形部分，聯(lián)結(jié)面呈錐形，分體的兩部分通過螺栓5和壓環(huán)7固定。
同實施例1，在分體車輪的內(nèi)環(huán)部分的外表面熱熔一層固體阻尼材料21；同時在分體車輪的內(nèi)外環(huán)形部分的聯(lián)結(jié)面之間設(shè)置固體阻尼材料21，固體阻尼材料有兩塊，此例為阻尼橡膠，其嵌入聯(lián)結(jié)面之間與其對應(yīng)的錐形凹槽內(nèi)，由鎖緊螺栓5壓緊壓環(huán)7，從而將固體阻尼材料壓緊固定；在分體車輪的外環(huán)部分的非工作表面噴涂起阻尼減振作用的阻尼涂層8。
由于阻尼體被壓縮和剪切產(chǎn)生熱量，為此在聯(lián)結(jié)面之間的固體阻尼材料21上設(shè)置散熱通道，該通道可以是設(shè)置在阻尼體內(nèi)部或表面及車輪本體上的若干通風(fēng)散熱槽10，利用車輪轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的風(fēng)將熱量帶走。
采用本發(fā)明，在實施例1的阻尼減振效果基礎(chǔ)上，又由于在分體部件的聯(lián)結(jié)面之間設(shè)置了阻尼體，從而使分體部件之間的振動傳遞轉(zhuǎn)變?yōu)樽枘狍w的壓縮和剪切受力，最終以熱能的形式釋放，這樣進一步降低了車輪的振動，使得噪聲污染得到有效控制。又由于在阻尼體及車輪本體上設(shè)置了散熱通道，可以將阻尼體產(chǎn)生的熱量有效排出，避免了阻尼體過熱失效或者熱膨脹過大損壞車輪，保證了車輪的安全性。
實施例9參見附圖12，車輪本體在輪輻11部分沿徑向分為內(nèi)外兩個環(huán)形部分，分體的兩部分通過螺栓5固定。
在分體車輪的內(nèi)外環(huán)形部分的聯(lián)結(jié)面之間設(shè)置固體阻尼材料21，同時在分體車輪的其他非工作面上設(shè)置固體阻尼材料21和阻尼涂層8，固體阻尼材料21的外部設(shè)置環(huán)形約束板3，并分別由車輪本體的內(nèi)外兩個環(huán)形部分壓緊。
同實施例8，在聯(lián)結(jié)面之間的固體阻尼材料21上沿軸向、徑向或其他適合氣體流動方向的軌跡設(shè)置散熱通道。
本例螺栓5優(yōu)先采用彎曲剛度較低的細桿螺栓，或者在螺帽處采用球形墊圈，可以防止其分流過多的徑向載荷。圈，可以防止其分流過多的徑向載荷。
實施例10參見附圖13，車輪本體在輪輻11部分沿徑向分為內(nèi)外兩個環(huán)形部分，分體的兩部分通過螺栓5和壓盤9固定。
在分體車輪的內(nèi)外環(huán)形部分的聯(lián)結(jié)面之間以及分體部件與壓盤9之間設(shè)置固體阻尼材料21，同時在分體車輪的其他非工作面上設(shè)置固體阻尼材料21和阻尼涂層8。
同實施例8，在聯(lián)結(jié)面之間的固體阻尼材料21上沿軸向、徑向或其他適合氣體流動方向的軌跡設(shè)置散熱通道。
壓盤9相對另外兩個分體部件而言是可拆卸式連接，其內(nèi)徑表面與其配合表面采用精密間隙配合，相對實施例9而言，本例輪輻兩側(cè)完全由固體阻尼材料夾持，不僅受力均勻，而且阻尼效果更好。
權(quán)利要求
1.一種車輪，它包括車輪本體，其是由輪輻、輪緣等組成，其特征在于在車輪本體至少部分非工作表面上設(shè)置由阻尼材料構(gòu)成的阻尼體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪，其特征在于阻尼體為設(shè)置在車輪本體非工作面的至少一層固體阻尼材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪，其特征在于阻尼體為設(shè)置在車輪本體非工作面的阻尼結(jié)構(gòu)體，該阻尼結(jié)構(gòu)體由內(nèi)向外依次由阻尼材料和約束體構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輪，其特征在于約束體呈板狀，其邊緣密封連接在車輪本體上，形成密閉腔室，固體阻尼材料或液體阻尼材料位于該腔室內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輪，其特征在于阻尼結(jié)構(gòu)體由至少一層固體阻尼材料和板狀約束體組成，板狀約束體通過穿透輪輻的緊固件將固體阻尼材料固定在車輪本體上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輪，其特征在于阻尼結(jié)構(gòu)體由至少一層固體阻尼材料和帶有密閉腔室的約束體組成，約束體的邊緣密封連接在車輪本體上，其腔室內(nèi)填充液體阻尼材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或者6所述的車輪，其特征在于密閉腔室內(nèi)間隔設(shè)置定距件，定距件為聯(lián)結(jié)腔室兩壁的塊狀物、網(wǎng)格狀物、條狀物，或者是約束體自身的凸起，定距件可以采用固體阻尼材料或者彈性材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～6任一項所述的車輪，其特征在于阻尼體有多個，其均勻分布在輪輻的每側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～6任一項所述的車輪，其特征在于固體阻尼材料通過自粘、化學(xué)粘結(jié)、熱熔粘結(jié)、硫化、澆注、夾持、噴涂及涂覆等方式與車輪本體或者約束體聯(lián)結(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～6任一項所述的車輪，其特征在于車輪本體為分體式，由阻尼材料構(gòu)成的阻尼體設(shè)置在分體部件的聯(lián)結(jié)面之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的車輪，其特征在于在分體部件的聯(lián)結(jié)面之間的阻尼體上設(shè)置散熱通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在鐵路、地鐵、城市鐵路、高架輕軌、高速鐵路等軌道上運行的車輛車輪，它包括車輪本體，在車輪本體至少部分非工作表面上設(shè)置由阻尼材料構(gòu)成的阻尼體。采用本發(fā)明，列車運行時車輪的振動強迫阻尼體產(chǎn)生的以剪切為主的變形，阻尼體由于其阻尼特性產(chǎn)生與變形方向相反的阻力，將車輪的振動能量轉(zhuǎn)化熱能，有效地降低了車輪所產(chǎn)生的振動，從而減少了噪音污染。
文檔編號B60B17/00GK1603143SQ0313506
公開日2005年4月6日 申請日期2003年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者尹學(xué)軍 申請人:尹學(xué)軍