CN108116156A - 高铁车轮降噪块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铁车轮降噪块，包括：外护板，为具有给定圆心角的圆柱面板；内护板，与外护板具有相同的圆心角，且构成与外护板同轴线的圆柱面板；弹性辐体，连接在内护板与外护板之间，且弹性辐体阵列有外护板轴向的容腔，容腔至少在外护板的径向有两层；橡胶棒，嵌入所述容腔；其中，高铁车轮降噪块的两端设有径向的螺栓孔。依据本发明的高铁车轮降噪块能够有效产生弹性阻尼和弹性弛豫。

Description

高铁车轮降噪块

技术领域

本发明涉及一种高铁车轮降噪块。

背景技术

高铁是高速铁路的简称，尽管在不同国家会有不同的标准，但高铁起算点基本上在250公里/小时（运营时速），我国动车、高铁等均在此列，尤其是复兴号（运营速度高达350公里/小时，接近100米/秒），其速度非常快，对噪声的控制应是全方位的。

高铁噪声源主要有轮架轨噪声、设备噪声、受电弓噪声和气动噪声。对高铁噪声的技术开发也越来越多，如中国专利文献CN102167050A所涉及的是高速动车组车辆连接部部分的降噪方案，中国专利文献CN104454641A所涉及的是高速电力机车冷却系统降噪的方案，中国专利文献CN205223751U是对轨道进行降噪处理的方案。本发明所属的是从轮架轨侧，更具体是从车轮侧进行降噪的领域。

中国专利文献CN106004226A的背景技术部分对现有的车轮噪声解决方案进行了分析，并进一步提出了一种车轮用约束阻尼环，其通过中间销轴和弹簧把两个半圆环及所附设的橡胶阻尼层组配成匹配车轮外轮廓结构的约束阻尼环，进而通过紧固螺钉安装在车轮轮缘内侧，该种结构基于所形成的约束阻尼环可以有效的降低车轮噪声。该种结构需要配置一定数量的紧固螺栓，以使半圆环和橡胶阻尼层能够更好地发挥效能。受其销接结构的限制，其通常只能设置一层橡胶阻尼层，减震效能有限。

有鉴于此，目前真正用到高铁上的结构是如图1所示的降噪块结构，该降噪块整体上是一个扇环结构，其圆心角通常不大于90度。该种降噪块的两端为开有螺栓孔2的连接部1，在两个连接部1间为子扇环堆叠结构，即一层钢板4堆叠一层橡胶层5，钢板4和橡胶层5都是扇环结构，钢板4与橡胶层5同心，从而依次堆叠后能够形成一个大的扇环结构。该种结构一般会设有3或者4层橡胶层4，可以大幅的提高减震效果。该种结构的缺点是多层堆叠结构需要在两个连接部1处进行集束，如果先进行钢板间的焊接，则会影响橡胶层5的装配，如果在装配橡胶层5后再进行钢板4间的焊接，则会损伤橡胶层5.另外，由于集束需要配置如图1所示的约束体3，约束体3也是钢材材质，其与前述钢板4间也需要焊接，影响橡胶层5的性能。

需要进一步说明的是，降噪块实际上是一种消声瓦结构，其整体形状也是瓦块状。消声瓦最初应用在潜水艇上，具体是将消声瓦贴装在潜水艇表面，消声瓦对声波的损耗作用主要是通过材料的粘性内摩擦作何和弹性弛豫过程完成，其中的粘性内摩擦作用的原理就是减振领域经常说的阻尼损耗。实际上图1所示的降噪块主要使用阻尼损耗实现减震，弹性弛豫效能的发挥相对有限，在于其变形空间有限，很难产生弹性滞后现象，从而无法有效发挥弹性弛豫效能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效产生弹性阻尼和弹性弛豫的高铁车轮降噪块，从而有效提高阻尼块的减震效果。

一种高铁车轮降噪块，包括：

外护板，为具有给定圆心角的圆柱面板；

内护板，与外护板具有相同的圆心角，且构成与外护板同轴线的圆柱面板；

弹性辐体，连接在内护板与外护板之间，且弹性辐体阵列有外护板轴向的容腔，容腔至少在外护板的径向有两层；

橡胶棒，嵌入所述容腔；

其中，高铁车轮降噪块的两端设有径向的螺栓孔。

上述高铁车轮降噪块，可选地，所述弹性辐体为蜂巢结构，蜂巢结构所对应六边形单元构造出所述容腔。

可选地，六边形单元的外接圆直径为内护板与外护板间距的三分之一~五分之一。

可选地，橡胶棒为圆柱棒，橡胶棒直径小于等于六边形单元外接圆直径，且大于六边形单元外接圆直径的0.732倍。

可选地，橡胶棒的直径为六边形单元外接圆直径的0.925倍。

可选地，外护板与内护板的间距为25~40mm。

可选地，螺栓孔为带有沉孔的螺栓孔。

可选地，弹性辐体的辐板厚度为1.8~2.3mm。

可选地，外护板的圆心角为90~120度。

依据本发明的实施例，不同于当前多层堆叠结构的降噪块，而是采用在两块护板间设置弹性辐体，弹性辐体自身具有弹性，具备一定的弹性阻尼能力。而弹性辐体阵列有外护板轴向的容腔，容腔内置橡胶棒，相当于把原来的层状橡胶体换成颗粒状橡胶体，颗粒状橡胶体自身也具有一定的弹性阻尼作用，同时，颗粒状橡胶体的弹性弛豫作用比层状橡胶层明显，整体而言，基于本发明的结构，既具有较好的弹性阻尼作用，而且具有较好的弹性弛豫作用，可以更加有效的提供减震效能。

附图说明

图1为目前国内高铁上使用的降噪块的结构示意图。

图2为本发明一实施例中高铁车轮降噪块结构示意图。

图3为一实施例是高铁车轮降噪块固定结构示意图。

图中：1.连接部，2.螺栓孔，3.约束体，4.钢板，5.橡胶层。

6.外护板，7.弹性辐体，8.橡胶棒，9.内护板。

具体实施方式

图2所示结构为高铁车轮降噪块的部分结构，主要用于显示其降噪功能部分，其基体部分主要包括一个外护板6和一个内护板9，两者都是圆柱面板，相应地，内护板9偏置于柱面所确定参考系的内侧，即向心侧，而外护板6则偏置于柱面所确定参考系的外侧，即离心侧，两个护板同轴线。

相应地，两个护板之间在留有阻尼结构配置空间的条件下，两个护板的半径必然不同，内护板9的半径小，外护板6的半径大，外护板6的内径减去内护板9的外径即为两个护板之间的距离。

内护板9与外护板6之间不采用直接的刚性的连接，这不同于如图1中所示的已知的一种降噪块，图1中所示的降噪块需要在其两端进行集束，形成如图1所示的连接部1，连接部1的存在使位于最外面的钢板4和位于最内面的钢板4之间产生刚性连接，刚性连接对机械振动的传播能力比较强，从而影响整体的减震效果。

在图2所示的结构中内护板9与外护板6之间采用弹性辐体7进行连接，弹性辐体7本身具有弹性，具有较强的缓冲作用。

关于弹性辐体7，常见于目前正在推广应用的无气轮胎上，用于取代充气轮胎，弹性辐体7的制作工艺已经比较成熟，并且已经有比较成熟的无气轮胎投入市面。

弹性辐体7目前主要用于取代充气轮胎的胎体部分，其自身具有较好的劲度系数，并且弹性辐体7都具有空心，尽管空心形状各异，但其形成方式都是靠具有弹性的辐板直接确定出来，例如图2中所示的蜂窝式的弹性辐体7，其辐板按照六边形依序连接，确定出具有六边形结构的容腔，容腔的结构适配为六棱柱结构。

容腔在无气轮胎中都是在轮胎的轴向设置的，如前所述，弹性辐体7都是辐板连接结构，辐板的板条方向即为轮胎的轴向，所确定出的容腔必然是轮胎的轴向。在本发明中，弹性辐体7所确定出的容腔的延伸方向也是基体的轴向，即外护板6和内护板9的轴向。

现有的弹性辐体7所确定出的容腔都是空心的，但在本发明的实施例中，弹性辐体7所确定出的容腔内置有橡胶棒8。

另外，现有的弹性辐体7的类型较多，其容腔既有类似于图2所示的蜂窝状结构的具有较小容腔单元的结构，也有例如斜置辐板所确定出的具有较大容腔单元的结构，在本发明的实施例中，在外护板6的径向，至少应具有两层容腔，通过小型化容腔，进而匹配出小型化的橡胶单元，以提高弹性弛豫性能。在图2所示的结构中，所匹配的容腔等效为四层结构，所对应的橡胶棒8相比于橡胶层，个体较小，作为整体的降噪块的弹性弛豫被逐级体现，从而具有良好的弹性弛豫效能。

在图3所示的结构中，在高铁车轮降噪块的两端设有径向的螺栓孔2，用于高铁车轮降噪块在高铁车轮轮缘内侧面的装配，其装配方式与现有的降噪块相同。不过如前所述，由于基于本发明的降噪块其内护板9与外护板6采用弹性辐体7连接，而不像图1所示的结构，其必须在连接部1处形成连接，而无法提供最外层的钢板4与最内层的钢板4间的机械波的阻断。在本发明的实施例中，一般而言，对于螺栓孔2，作为被连接的高铁车轮降噪块上的螺栓孔2，通常是光孔，光孔直径大于螺栓的大径，也就是说螺栓并不会成为机械波在高铁车轮降噪块中可靠传播的部件。

在图2所示的结构中，所述弹性辐体7为蜂巢结构，蜂巢结构所对应六边形单元构造出所述容腔，蜂巢结构的弹性辐体7是最早出现的弹性辐体7，制作工艺最成熟。但在本发明的实施例中，主要是充分利用其具备多层容腔，即具有多层六边形单元的特点，以填充入足够多，且个体相对较小的橡胶棒8，而产生更好的弹性弛豫效应。

优选地，六边形单元的外接圆直径为内护板9与外护板6间距的三分之一~五分之一，那么容腔大致可以形成3~5层，能够比较有效的发挥弹性弛豫效能。

在一些实施例中，橡胶棒8可以采用六棱体结构的橡胶棒8，以方便插入到容腔中，并且对容腔的填充效果比较好。不过经过试验发现，填充效果比较好的六棱体结构的橡胶棒8弹性阻尼效果的发挥较好，但对弹性弛豫的效果发挥相对较差，并且其填充效率并不高。

在优选的实施例中，橡胶棒8为圆柱棒，并且橡胶棒8直径小于等于六边形单元外接圆直径，且大于六边形单元外接圆直径的0.732倍，橡胶棒8在填入容腔时会产生一定的预变形，并且实际无法填满六边形单元，橡胶棒8的迟滞作用更好，从而能够更好的发挥弹性弛豫效应。

优选地，橡胶棒8的直径为六边形单元外接圆直径的0.925倍，能够具有对容腔的填充度，并且其预变形能够更好地发挥弹性弛豫效应。

此外，外护板6与内护板9的间距为25~40mm，其整体厚度不大，与已知的降噪块厚度相差不多，方便其在高铁车轮上的装配。

优选地，螺栓孔2为带有沉孔的螺栓孔。

另外，弹性辐体7的辐板厚度为1.8~2.3mm。

Claims (9)

1.一种高铁车轮降噪块，其特征在于，包括：

外护板，为具有给定圆心角的圆柱面板；

内护板，与外护板具有相同的圆心角，且构成与外护板同轴线的圆柱面板；

弹性辐体，连接在内护板与外护板之间，且弹性辐体阵列有外护板轴向的容腔，容腔至少在外护板的径向有两层；

橡胶棒，嵌入所述容腔；

其中，高铁车轮降噪块的两端设有径向的螺栓孔。

2.根据权利要求1所述的高铁车轮降噪块，其特征在于，所述弹性辐体为蜂巢结构，蜂巢结构所对应六边形单元构造出所述容腔。

3.根据权利要求2所述的高铁车轮降噪块，其特征在于，六边形单元的外接圆直径为内护板与外护板间距的三分之一~五分之一。

4.根据权利要求2或3所述的高铁车轮降噪块，其特征在于，橡胶棒为圆柱棒，橡胶棒直径小于等于六边形单元外接圆直径，且大于六边形单元外接圆直径的0.732倍。

5.根据权利要求4所述的高铁车轮降噪块，其特征在于，橡胶棒的直径为六边形单元外接圆直径的0.925倍。

6.根据权利要求4所述的高铁车轮降噪块，其特征在于，外护板与内护板的间距为25~40mm。

7.根据权利要求1所述的高铁车轮降噪块，其特征在于，螺栓孔为带有沉孔的螺栓孔。

8.根据权利要求1所述的高铁车轮降噪块，其特征在于，弹性辐体的辐板厚度为1.8~2.3mm。

9.根据权利要求1所述的高铁车轮降噪块，其特征在于，外护板的圆心角为90~120度。