轮对设计如何提高未来的机车车辆性能?

在ETR1000转向架上装配有噪声吸收板的轮对。资料来源:Lucchini RS Group

自第一条铁路建成以来，轮轨干扰的效率决定了铁路在全球客运和货运方面的竞争优势。铁路运输的发展，从马车，到蒸汽时代，再到现代重载和高速列车，一直与轮轨相互作用的发展密切相关，因为在不影响车轮和轮对本身质量的情况下，发动机动力的最佳转换可以推动火车。因此，轮对的发展或先于或与铁路运输的发展齐头并进，并直接影响其所有的努力，如更高的负载，更高的速度，更低的噪音排放，可持续性和生态友好型解决方案(与CO有关)₂每吨/乘客创造的数量)。

ERWA(欧洲铁路轮对协会)的欧洲制造商通过开发、设计和制造用于全球所有铁路运输模式的轮对，为这一发展做出了贡献。其成员包括:

• 德国商会联合会(BVV)
• CAF MiiRA
• GHH-BONATRANS(即BONATRANS和GHH-RADSATZ)，
• Lucchini RS集团(即Lucchini RS、Lucchini Unipart Rail、Lucchini瑞典、Lucchini波兰)、
• MG-VALDUNES。

ERWA轮对目前每天都在收入服务中使用，范围从瑞士山区;英吉利海峡下的隧道和美国东北部高度城市化的地区;中国的风景优美;斯堪的纳维亚半岛艰苦的乡村，以及马格里布和沙特阿拉伯的沙漠环境。

为什么ERWA轮对在这个行业占据主导地位，它们是如何在如此不同的条件下为铁路和客户服务的?下面是几个例子，展示了成员如何为这项最先进的技术的发展做出贡献。

德国商会联合会(BVV)

换规轮对

几乎没有任何轨道车辆可以与其他车辆相比。在许多情况下，需要考虑到特殊要求。由于在轮对技术方面的丰富经验，BVV为客运和货运开发了量身定制的解决方案。这些发展的目标是，例如，通过引入改进或新开发的钢种来提高耐磨性，减轻轮对部件的重量和减少噪音排放。

三维模型的压力表改变轮组完成制动盘和轴承。资料来源:bochmer Verein Verkehrstechnik

改进和专业化轮对开发的另一个方面是提高乘客乘坐的舒适性。最近开发的解决方案，这是其轨距变化轮对的更新版本。通过这次更新，BVV找到了一种提高乘客舒适度并显著减少旅行时间的方法。在两个轨距不同的区域之间行驶的客车将配备自动换轨轮对，在通过自动换轨轨时，轮对的解锁、换轨和安全重锁将完全自动完成。该功能无需卸载轮对。在设计改进过程中，重点讨论了提高锁紧机构零件耐磨性的措施。无需改变轨距宽度，转向架可以配备标准单轨距轮对。这种设计的轮对将用于Stadler制造的客运客车，并将在阿塞拜疆和土耳其之间运行。

CAF MiiRA

不同的铁路车辆要承受非常不同的运行条件。正如预期的那样，在沙特阿拉伯沙漠中行驶的乘用车与在极端制动载荷下行驶的货车的要求将非常不同。

成型前热处理。资料来源:CAF MiiRA

这一事实表明，开发适合每种特定车辆及其使用条件的改进材料等级是一个持续的挑战。在车轮的情况下，挑战尤其严峻，因为使用条件会对理论或预期的最终车轮寿命产生巨大的直接变化。

CAF MiiRA作为最极端环境的车轮制造商拥有广泛的经验。CAF MiiRA与客户密切合作，开发了特定的材料等级，使总体使用寿命和安全性得到了重要提高。

在恶劣操作条件下工作的马车用车轮

货运作业通常意味着超长的制动周期，会在车轮踏面中心形成密集的热裂纹网络(热疲劳)。这一事实意味着车轮寿命的急剧减少和维护成本的显著增加。CAF MiiRA开发了一种特殊合金，符合EN16262标准下ER7级的要求。车轮一直在有问题的车队中工作，并被密切监测了两年多。进行的检查显示胎面热疲劳损伤显著降低，从而减少了重新剖模的需要。当然，这意味着车轮的预期寿命将大大提高，在使用中具有更高的安全性。

磨蚀环境用车轮

几年来，CAF MiiRA一直为客车(由CAF制造)和货车提供在沙漠环境中运行的铁路车轮。这些地区极具磨蚀性的环境(火车必须在沙丘中穿行)会对车轮造成严重磨损，从而将车轮寿命降低到传统预期值的一小部分。经过广泛的研究，包括几次现场停留，CAF MiiRA推出了高硬度耐磨合金系列，称为“CAF- sand”。经过四年多的使用经验，这些新车轮的组装显示，车轮寿命平均提高了20%以上，这对车辆的整体维护成本产生了巨大影响。

GHH-BONATRANS

GHH-BONATRANS密切关注噪音问题。他们的研发部门已经开发了许多解决方案，以减少铁路车轮运行造成的噪音。安装在车轮上的专门开发的噪声吸收器就是这样一种方法，以实现减少车轮在运行中的振动(从而也减少噪音)。采用GHH-BONATRANS噪声吸收器的车轮可以实现对滚动噪声的最高5 dB(A)的吸收，而安装GHH-BONATRANS噪声吸收器的车轮最令人讨厌的尖叫噪声比没有安装GHH-BONATRANS噪声吸收器的车轮低30 dB(A)，特别是在重要频段。完整的系统专为不同的细分市场设计，如城市，郊区和干线客运，高速和超高速列车。最近，货运也对这种解决方案提出了需求。

单块车轮上动态噪声吸收器的细节。信贷:BONATRANS

博纳沉默^®是GHH-BONATRANS开发并多样化的动态噪声吸收系统系列。最近的例子是Stadler公司为柏林地铁公司(Berliner Verkehrsbetriebe, BVG)提供的新地铁车厢。驱动轮对和标准轮对均装有多分段减震器，安装在车轮上，与标准轮对相比，可将车轮滚动噪声降低10 dB。减震器还显著降低了尖叫噪音，预期寿命至少为15年。模拟阻尼器可以设计成适合任何车轮直径。

GHHULTRA-S^®是一款新开发的超弹性车轮，可承受12.5吨轴重，满足弹性车轮的所有要求，胎面直径为600mm新胎面直径/ 520mm旧胎面直径，并确保低径向刚度(20-40kN/mm)。所有部件的设计都得到了加强，橡胶元件完全重塑。采用德国质量标准(采用fkm准则进行应力有限元分析和评估)获得了优异的强度。

独立轮轴

这种技术在30多年前被引入欧洲，如今，世界范围内几乎所有新的有轨电车和轻轨车辆的招标都要求使用低地板车辆。这些车辆需要设计成高容量运输。新的12.5吨独立轮轴是基于久经考验和可靠的GHHV60^®轮类型。它的现代升级高轴负荷是基于一个整体，模锻门轴设计和一对圆锥滚子轴承，在装配过程中进行优化调整。车轮直径增加，以满足更高的轴重要求。可以提供适用于1型(车轮内径从1355毫米到1392毫米)和2型(从1380毫米及以上)应用的门式轴。最后但并非最不重要的是，具有改性化合物的弹性车轮橡胶组件满足EN 45545的防火性能。

Lucchini RS集团

高速低噪音

乘火车旅行正在成为一种“体验”，而不仅仅是单个乘客的交通解决方案。提高与此相关的运输乐趣是现代铁路的目标之一，以客户满意度为重点，并得到顶级技术的支持。2010年9月，意大利铁路运营商Trenitalia订购了50列ETR1000/V300ZEFIRO列车(400节车厢)，这是一种超现代列车，由于采用了先进的空气动力学、室内设计、节能技术以及出色的高速性能、安全性和降噪性能，将该路段的最高载客量与领先的乘客舒适度相结合。

由于Syope的应用，Lucchini RS从设计阶段就被系统集成商参与到生产轮对中，以满足铁路运营商雄心勃勃的目标^®-减少车轮/轨道滚动接触动力学产生的噪声的解决方案。Lucchini RS于20世纪90年代中期开始开发低噪声Syope轮毂，该产品目前应用于多种机车车辆类型。该解决方案基于由特殊聚合物组成的多层面板，具有阻尼特性，可以消散导致噪音排放的振动能量。通过特殊的解决方案，该面板应用于车轮的腹板上，成为单体车轮本身不可区分的一部分，从源头上实现了降噪。Zefiro轮对也使用Lursak^®-符合EN13261 1级标准的最新一代轴保护系统，经抗镇流器验证，由阿克苏诺贝尔航空航天技术开发^®并以复合材料为基础。

改进的车轮钢

提高机车车辆性能的途径之一是改进车轮钢。Lucchini Unipart Rail已成功引进母公司Lucchini RS的改进车轮钢Superlos^®在过去的十年里，这种系统被引入英国，现在一些火车车队已经将其作为标准。其中之一是Coradia 175级，它的2车和3车柴油多单元的最高速度为100英里每小时，由阿尔斯通在1999年至2001年间在英国生产。由于滚动接触疲劳(RCF)，标准R8T车轮在大约75000英里的距离上被重新配置。车轮的总寿命约为50万英里，这意味着车轮的寿命比轴承和制动盘短得多。

最初四列火车(2 × 2节车厢和2 × 3节车厢)安装了Superlos^®车轮和监测在2006年。他们完成了超过25万英里的轮胎转弯，没有记录在车轮上的RCF。即使法兰高度和宽度在英国铁路集团标准规定的操作范围内，车轮也被重新加工以恢复P8型线。由于试验的成功，整个175级列车(11 × 2节车厢列车和16 × 3节车厢列车)在过去10年里都安装了Superlos^®．在行驶了大约23万英里后，车轮被重新改造，以使车轮的寿命与轴承和制动盘保持一致。它们的预期寿命超过100万英里。

MG-VALDUNES

载重的应用程序

MG-VALDUNES为铁矿石运输的重载应用提供车轮设计优化和钢品位改进。在澳大利亚、加拿大、南非和欧洲已经取得了发展，以提高轮对性能。车轮设计能够支持50吨每轴已提出使用欧洲标准计算规则和美国AAR实践。对于这样的服务负载，仍然需要一些改进:锻造车轮的潜力已经在这种极端应用中得到了证明。设计优化还与使用微合金添加剂的钢种相结合。后续和测试表明，在挪威条件下，重载车轮里程可提高15%。

上述所有例子都证明，ERWA成员致力于发展生态友好和可持续的交通方式。目前研发工作的成果，建立在200多年的开发、设计、制造和对轮对生命周期的关注的经验之上，在世界各地的各种负载和速度的应用中得到了明显的应用。

近期的主要目标?

近期的主要目标(由客户指定)包括进一步提高车轮的生命周期，适应不同的世界标准和条件，并专注于降低噪音。