[发明专利]测定铁路车轮轴向剖面轮廓的方法及所制得的车轮

说明书

本发明涉及一种具有低的声发射率的铁路车轮。

铁路车轮在它接触到它所行驶的铁轨时，会受激振动而发射出行驶噪声，此种噪声的功率与频谱取决于车轮的设计、接触面的光洁度以及车辆的速度；特别是对于高速列车说来，此种噪声的功率是很高的，当车速超过250km/h时可以达到85dB。

事实上，铁路车轮乃是一种供特殊应用的部件。在各项应用中，此种车轮都是一项特定设计的主题，而这种设计则涉及到几何约束、各个轴所能经受的载荷约束、以及在制动下行为的约束。但是，却未曾考虑到声的发射，而声发射的结果使得车轮一般有很强的共振。

为了克服此种缺点，已提出过在车轮上设置共振器或消音器等各种技术，它们干扰着车轮，调整其自振频率，并降低声发射率。

上述技术存在着这样的缺点，即需要相对于车轮的固有频率来对共振器或消音器进行精细调节，而这类固有频率则每当轮轨接触面因机械加工作用而更新时就会改变。结果使得各个车轮在每当它经受再次的机械加工作用后就必须进行调整。

但在任何情形下，上述这类技术都是权宜之计。

本发明之目的在于提出一种设计铁路车轮的方法，它考虑到车轮的声学性能，并可将车轮设计成在各种应用中使噪声尽可能地减至最低限度。

为此目的，本发明的主题涉及到这样一种方法，它用来测定通过一车轮之转动轴线之平面上的剖面轮廓，特别是这样一种具有低的声发射率的铁路车轮，它包括轮毂、轮芯以及形成凸缘与软轨接触面的轮缘，车轮的外形可根据外部因素调整，这种车轮是计划用在由一批轨道构成的铁路网上的，这批轨道具有一定的轮廓并根据铁路网的专门规程铺设，其中车轮通过轴向平面之剖面的最佳轮廓的确定，取决于车辆各轴上的负荷、名义速度以及车辆的制动条件，特征在于：为了在使用中令车轮的声发射率尽可能地低；

车轮在运行中与轨道实际接触点P在轮轨接触面上的位置，应该根据此轮轨接触面的规定外形、轨道的轮廓以及铺设轨道时的条件确定；

轮缘和轮芯剖面上的质量分布应调节到，使得接触点P、轮缘剖面的惯性中心G1以及轮芯剖面的惯性中心G2均位于垂直于车轮轴线YY′之同一直线XX′上；

此外，车轮之剖面轮廓应调整成，使得上述接触点P乃是使用中之车轮(1)的轮缘(4)的轴向振动模式的一个振动节。

具体地说，此轮缘剖面的轮廓可以调节成，使得当原点位于此剖面惯性中心G1的基准坐标系(G1X，G1Y1)中且轴线G1X是在直线XX′上而轴线G1Y1平行于车轮轴线YY′时，所计算出的这一轮缘剖面的惯性矩矩阵包括的交错项Ixy与Iyx要小于各对角项Ixy与Iyy的10％。要是交错项Ixy与Iyx小于对角项Ixx与Iyy的3％，就会取得更佳结果。

最好是，上述轮芯的剖面轮廓应选择成为相对于直线XX′对称。

还能够将轮芯剖面轮廓调节成，使得在为轮缘剖面与轮芯剖面所形成之组合体的惯性矩矩阵中，所包括的交错项Ixy与Iyx小于对角项Ixx与Iyy的10％而最好是小于它们的3％。

本发明的主题还涉及到这样一种低的声发射率的铁路车轮，它包括一个轮毂、一个轮芯以及一个配有凸缘与轮轨接触面的轮缘，其中，对于任何一个在经过车轮轴线之平面上的剖面，上述轮轨接触面与铁轨的实际接触点、轮缘剖面的惯性中心、以及轮芯剖面的惯性中心都排列在与该车轮轴线相垂直的直线ZZ′上。

轮芯的剖面最好相对于直线ZZ′对称，而以轮芯的剖面为直的形式更为理想，亦即此轮芯的剖面是由两条与直线ZZ基本平行的直线所界定时更为理想。    

特别是，此铁路车轮轮缘的剖面可以在此车轮的内侧面上包括一下降部，而在此车轮的外侧面上则有一平衡部(flyweight)，此平衡部或与车轮整体成形或装附于车轮之上。轮芯与平衡部可以界定出一个槽，在此槽内能设置一个最好由不锈钢制的环。

为了改进车轮的声学性能，可用树脂将一个侧边部件粘合到轮芯上；轮轨接触面也可以是辊光式的。

轮缘剖面的惯性矩矩阵最好使得它所包括的交错项Ixy与Iyx小于对角项Ixx与Iyy的10％，而更为理想的是小于它们的3％。

下面对照唯一的附图来描述本发明，此附图表示的是车轮的一个通过此车轮轴线之平面上的半个剖面。    

铁路车轮是一个轴对称体，由通过一轴向平面的剖面1绕轴线YY′旋转而成。此剖面1分成三个部分：轮毂2的剖面、轮芯3的剖面、以及轮缘4的剖面，此轮缘4的剖面包括与此车轮的内面5、凸缘6、轮轨接触带7与外面8相对应的轮廓。