[发明专利]一种导向轮变刚度设计方法及变刚度导向轮

说明书

本发明涉及一种导向轮变刚度设计方法及变刚度导向轮：通过调整导向轮的弹性层的自由型面形状，使得弹性层与导轨形成由点到面的接触方式，使得弹性层与导轨刚接触时的初始刚度小，然后逐渐增大，使得导向轮具有变刚度特性。通过在轮毂两侧设置凸缘形成凹槽，弹性层嵌入凹槽内，使得弹性层填满凹槽后，形成刚度拐点，进一步增大刚度，以控制径向变形。同时凸缘还起到硬止挡的作用，以控制弹性层的最大径向变形，避免车体偏离正常运行的位置。此外凸缘还能保证弹性层即使脱胶也不会脱落，避免由此造成的安全隐患。这种变刚度导向轮所需的空间小、成本低、安装维修简便。

技术领域

本发明属于轨道车辆车轮技术领域，具体涉及一种导向轮变刚度设计方法及变刚度导向轮。

背景技术

随着轨道交通立体发展，跨坐式单轨、空轨车、磁悬浮等车辆引用越来越广泛。目前磁悬浮列车和部分单轨车在运行过程中，都是依靠导向轮进行转弯导向以及控制车体与轨道之间的间隙。

为了保证车辆运行平稳，通常导向轮外圈设置有橡胶减振层。但现有导向轮橡胶减振层为圆筒形、刚度是线性的，橡胶减振层的变形量与受力成正比。在导向轮与轨道开始接触时，为了避免产生过大的冲击力、造成车辆晃动，此时橡胶减振层应具有较大的弹性，也就是说要求导向轮橡胶减振层具有较小的刚度。

在车辆运行过程中，由于转弯以及轮轨间隙等因素，将导致导向轮受力会不断变化。特别是转弯过程时，导向轮受力较大，将导致导向轮橡胶减振层的变形较大，将导致车体偏离正常运行的位置。而这种情况是不允许出现的，因此需要新增设减振装置（弹簧、减振器等）加以解决，从而导致导向轮安装所需的空间比较大、导向装置成本较高。因此有必要研制一种橡胶减振层的弹性刚度随受力增大而增大的变刚度导向轮。

另外现有的导向轮没有考虑橡胶减振层在运行过程中因开胶而脱落的问题，存在安全隐患。

经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：

1、申请号为“201810389560.9”、申请日为“2018.04.27”、公开号为“CN108454311A”、公开日为“2018.08.28”、名称为“轨道车辆用实心轮胎及轨道车辆用实心轮胎的设计方法”、申请人为“株洲时代新材料科技股份有限公司”的中国发明专利，该发明专利包括内轮毂和套装在内轮毂外周的外轮毂硫化体，外轮硫化体为多瓣组合结构，且每瓣均可拆卸的固定在内轮毂上。该发明将实心轮胎分为内轮毂和外轮毂硫化体，并将外轮毂硫化体设计为多瓣组合结构，即将外轮毂硫化体分解为多瓣，其尺寸更小，进行硫化生产时所需的硫化模具和硫化设备的尺寸更小，相比于采用尺寸大的硫化模具和硫化设备，其操作更简单，生产工艺难度更低，而且小尺寸硫化产品相比于大尺寸硫化产品产生局部气泡、缺胶、鼓包的风险更小，产品合格率更高，更换维护简单，而且拆装简易，横向承载大，提高车辆运行的平稳性和安全性。该专利只涉及到实心轮胎的制造方法，并没有涉及实心轮胎的变刚度的技术问题。

2、申请号为“202010578570.4”、申请日为“2020.06.23”、公开号为“CN111674420A”、公开日为“2020.09.18”、名称为“轨道车辆用自适应型导向轮装置及其设计方法”、申请人为“株洲时代新材料科技股份有限公司”的中国发明专利，该轨道车辆用自适应型导向轮装置及其设计法，包括与轨道导向配合的导向轮、安装在导向轮上的轮轴、与车体连接的底座和连接在轮轴与底座之间的减振器组件，其特征在于所述的减振器组件的数量为多个且对称设置在轮轴两端，减振器组件倾斜设置，减振器组件随车体的运动而在轮轴和底座之间伸缩和/或摆动以适应运行工况，使导向轮与轨道保持导向配合并支撑轮轴保持沿垂向设置，以阻止导向轮倾斜。该专利利用导向轮与弹簧组合成导向装置，所需的空间比较大、导向装置成本较高。