[发明专利]一种抑制列车蛇形震动的车轮轴

说明书

本发明是提供一种抑制列车蛇形震动的车轮轴，其特征是在所述车轮轴上安装固定有飞轮，所述飞轮是形状规则的均质刚体，所述飞轮的重量大于车轮轴的重量，所述飞轮是位于两车轮之间并且与车轮轴中线保持左右对称，所述左右对称包括位置对称、形状对称、重量对称，所述抑制车轮轴的蛇形运动的能力是随蛇形运动强弱变化而同步变化。所述车轮轴包括：宽体单飞轮式车轮轴，双飞轮式车轮轴，全轴飞轮式车轮轴，轮挂全轴飞轮式车轮轴，轮缘飞轮式车轮轴，一体化车轮式车轮轴。本发明实现了对蛇形震动发生源的控制，实现了动态控制，可以同时提高列车的直线和弯道运行速度，适合于转向架上无动力装置的货运列车和轻轨列车。

技术领域

本发明涉及铁路类的铁道交通设备和运行的领域，特别涉及列车的车轮轴设备。

背景技术

列车的蛇形震动又称为蛇形曲线运动简称蛇形运动，是列车运行在铁路轨道直线区间由车轮踏面发生的自律水平横向震动而引起，速度越快蛇形震动越剧烈，超过蛇形临界速度就会发生事故。本发明针对转向架无动力装置的货运列车和轻轨列车提出一种减弱蛇形震动方案。

现有抑制蛇形震动方法是优化车轮踏面的斜面勾配，但已到极限；其他主要方法是双抗蛇形减振器，但该方法因为是静态机械方式，仅对转向架加以控制，间接地影响车轮，没有对蛇形运动发生源加以控制，所以效果有限，当列车高速运行时蛇形震动仍然发生。本发明从新视点认识到蛇形运动是一种动态现象，速度为零时蛇形运动也为零，蛇形运动随速度增加而增大，因此，本发明以动态为基础，构建一种新的动态理论来设计一种抑制能力随着蛇形运动同步变化的解决方案。

虽然列车蛇形震动发生源是车轮踏面，但是因为与其刚性固定连接的是整个车轮轴如图1所示，蛇形震动现象表现在整个车轮轴，所以本发明将车轮轴作为发生源，以抑制车轮轴的蛇形运动达到抑制列车蛇形震动。

分析主要影响蛇形运动强弱的主要有三种因素：车轮踏面的构造、列车运行速度和车轮轴动量方向；其中第三种动量因素至今未被认识或被忽略。

当列车在铁路轨道直线区间运行的特定条件下，车轮轴具有的动能会抵抗其状态变化，即抵抗其动量的大小和方向的改变，动量的大小代表其抵抗状态变化的能力的大小；车轮轴受两种动量的影响，一种是直线方向的运动动量，另一种是斜线方向的运动动量。斜线运动动量的发生来源是当横向震动力积蓄增大并发生车轮横向外移时，因左右车轮斜面在轨道上的接点的圆周不同而使左右车轮的速度发生差异，使车轮轴斜着前进而呈现斜线运动动量；斜线运动的周期变化表现为蛇形曲线运动，如图2所示。所以这两种动量的合动量的方向决定车轮轴的前进方向，这两种动量的比率的周期变化决定车轮轴的蛇形运动状态。斜线运动动量又称为曲线运动动量。由此可知，改变这两种动量的比率，可以改变车轮轴运动方向；即增加直线运动动量就能减小曲线运动动量的比率，减弱蛇形运动状态。也即是增加直线运动动量可以抑制车轮轴运动方向的变化，抑制蛇形震动。

基于以上原理，本方案以不改变车轮轴的基本功能为前提，以改变车轮轴动量和重力的大小和方向为主要实施手段来减小车轮轴运动方向的波动和减小车轮横向外移量，从而达到抑制车轮轴蛇形运动。

发明内容

本发明提供一种抑制列车蛇形震动的车轮轴，其特征在于：在所述车轮轴上设置固定有飞轮，所述飞轮是形状规则的均质刚体，所述飞轮的重量大于车轮轴的重量，所述飞轮是位于两车轮（1）之间并且与车轮轴中线（5）保持左右对称，所述对称包括位置对称、形状对称、重量对称。具有所述技术特征的车轮轴包括：车轮轴上的飞轮为宽体单飞轮6的宽体单飞轮式车轮轴构造，车轮轴上的飞轮为双飞轮8的双飞轮式车轮轴构造，车轮轴上的飞轮为全轴飞轮9的全轴飞轮式车轮轴构造，车轮轴上的飞轮为轮挂全轴飞轮10的轮挂全轴飞轮式车轮轴构造，车轮轴上的飞轮为轮缘飞轮11的轮缘飞轮式车轮轴构造，车轮轴上的飞轮为一体化车轮12的一体化车轮式车轮轴构造。

本发明的有益效果如下。