弹性车轮的发展背景及分类

（一）弹性车轮的发展背景

轨道车辆用橡胶弹性车轮设计方案可以追溯到1880年，但由于当时对橡胶特性的研究匮乏，弹性车轮的研制一直处于试验阶段。直到1950年，第一个嵌有橡胶缓冲垫的商用车轮（橡胶弹性车轮）由美国HER-SCHFELD研制出来，其主要目的是降低有轨电车质量，增大车辆的加速度及减速度，增强有轨电车与汽车的竞争力。之后，由于HERSCHEELD等的不断研究与改进，弹性车轮最终获得了认可。自此，弹性车轮在世界范围内得到广泛的发展与应用。

（二）弹性车轮的结构与分类

弹性车轮在国外许多低地板车辆中得到不同程度的引用，其中应用在世界各地的弹性车轮结构如图4-17所示。

图4-17　各种弹性车轮结构（E为弹性材料）

弹性车轮种类繁多，按其承载方式的不同可分为3种类型：受压型、受剪型、压剪复合型，如图4-18所示。

图4-18　3种橡胶弹性车轮结构示意图

一般来说，要求弹性车轮具备较大的径向挠度和较小的轴向挠度，但由于很难匹配受压型弹性车轮的横向刚度和径向刚度，现已很少使用。同时，普遍认为弹性车轮的减震效果随着垂向静挠度的减小而增大。而受剪型弹性车轮径向弹性较大轴向弹性较小，曾被广泛使用。压剪复合型弹性车轮是指在车轮由于受到轮轨间冲击力及垂直载荷作用，橡胶弹性元件产生剪切和压缩变形。压剪复合型弹性车轮橡胶元件呈V形布置，具有一定夹角。V型角度的改变会使剪切力和压缩力的分配发生变化，即能做到合理的匹配轴向刚度与径向刚度，且压剪复合型弹性车轮结构简单，检修方便，这种形式已在弹性车轮中广泛采用。

压剪复合型橡胶弹性车轮又可分为橡胶块式压剪复合型橡胶弹性车轮和橡胶环式压剪复合型橡胶弹性车轮，如图4-19所示。

图4-19　压剪复合型橡胶弹性车

（三）弹性车轮的优点

由于在城市中开设的轨道线路路基基本为混凝土结构，且线路曲线半径相对较小，刚性较大，所以在车辆运行时会产生较大的冲击振动和噪声，同时也会加速轮轨磨耗。采用弹性车轮则能明显降低轮轨噪声和轮轨间动作用力。弹性车轮在轮芯和轮箍之间加装弹性元件，由于弹性单元的弹性和阻尼特性，相当于弹性车轮的单自由度质量、弹簧阻尼系统代替了原来的单质量系统，这样不仅降低了轮轨动作用力，车轮和轨道振动幅值也相应减小，而且也削弱了轮轨间所辐射的噪声。值得强调的是橡胶弹性车轮基本上消除了刚性车轮通过曲线时的尖啸声。用橡胶来吸收高频振动、缓和冲击降低噪声并改善轮轨的摩擦；通过橡胶的弹性变形，使车辆通过曲线和道岔时，轮缘和钢轨的摩擦力大大降低，改善轮缘磨耗。