CRH380BL高速列車空氣彈簧

PAGEPAGE3摘 要CRHCRH380BL動車組空氣彈簧懸掛裝置的分析與改進(jìn)。關(guān)鍵詞 ：二系懸掛裝置空氣彈簧設(shè)計改進(jìn)目 錄第1章空氣彈簧簡介 1空氣彈簧原理 1空氣彈簧分類 1空氣彈簧特點 2空氣彈簧在CRH380BL的應(yīng)用 3第2章 CRH380BL空氣彈簧的結(jié)構(gòu)原理與結(jié)構(gòu)分析 5CRH380BL空氣彈簧系統(tǒng)的工作原理 5空氣彈簧系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 5空氣彈簧 5高度閥 6差壓閥 8抗測滾扭桿 8抗蛇行減振器 11二系橫向減振器 11二系垂向減振器 12CRH380BL整體轉(zhuǎn)向架特點 12第3章日本空氣彈簧系統(tǒng) 15日本新干線高速動車組二系懸掛空氣彈簧技術(shù) 15抗蛇行減振器 16半有源懸掛和有源懸掛 16第4章 CRH380BL空氣彈簧的設(shè)計改進(jìn)分析 17空氣彈簧的支撐方式 17垂向減振器方式的選擇 17空氣彈簧氣囊大小的選擇 18存在問題 20分析問題 20改進(jìn)方案 21參考文獻(xiàn) 23致 謝 2411第1章空氣彈簧簡介空氣彈簧是一種在可伸縮的密閉容器中充以壓縮空氣，利用空氣可壓縮性實現(xiàn)其彈性作用?？諝鈴椈删哂休^理想的非線性彈性特性，加裝高度調(diào)節(jié)裝置后，車身高度不隨載荷增減而變化，彈簧剛度值可以設(shè)計得較低，乘坐舒適性好。但空氣彈簧懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本較高。空氣彈簧原理（1∶2容易控制；缺點是相對體積沒有螺旋彈簧小，成本高、使用壽命相對較短?？諝鈴椈煞诸惪諝鈴椈砂礆饽业慕Y(jié)構(gòu)形式可以分成囊式、膜式和復(fù)合式三種。1氣囊的上下蓋板將氣囊密閉。圖1囊式空氣彈簧圖如圖2膜式空氣彈簧的密閉氣囊由橡膠膜片和金屬壓制件組成。與囊式的相比，其彈性彈性曲線比較理想，因其剛度較囊式較小，車身自然振動頻率較低；且尺寸較小，在車上便于布置，故多用于轎車上。PAGEPAGE24圖2膜式空氣彈簧圖了上述兩種空氣彈簧的優(yōu)點，具有較低的彈簧剛度，但制造工藝復(fù)雜。經(jīng)得到廣泛的運用?？諝鈴椈商攸c掛裝置設(shè)計得很柔軟，這樣可降低車輛的自振頻率。設(shè)計成具有比較理想的彈性特性（曲線。在平衡位置振動幅度較小時（即正常運行時的振動，剛度較低；若位移過大，剛度顯著增加，可限制車體的振動幅度。時，車體自振頻率幾乎相等，使空、重車不同狀態(tài)的運行平穩(wěn)性幾乎相同。持地板面距軌面的高度基本不變。輕自重。能產(chǎn)生適宜阻尼。在空氣彈簧本體與附加空氣室之間設(shè)有適宜的節(jié)流孔，可以產(chǎn)生適宜的阻尼，以代替垂向液壓減振器。具有吸振和隔音性能?？諝鈴椈删哂辛己玫奈崭哳l率振動和隔音的性能。空氣彈簧的缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，附件多，制造成本高，維修檢修復(fù)雜。CRH380BLCRH 中所采用的是膜式空氣彈簧中的自由膜式空氣彈簧。380BL在膜式空氣彈簧中還可以分為約束膜式空氣彈簧和自由膜式空氣彈簧兩種。約束膜式空氣彈簧：在內(nèi)、外筒將橡膠囊約束在內(nèi)，如圖3所示。圖3約束膜式空氣彈簧圖特點：剛度小，振動頻率低，可方便地通過調(diào)整約束裙（內(nèi)、外筒）的形狀來控制其彈性特性。但橡膠囊（膜）工作狀況復(fù)雜，耐久性差。自由膜式空氣彈簧：無內(nèi)、外約束筒，如圖4所示。圖4自由膜式空氣彈簧圖特點：無約束膜橡膠囊變形的內(nèi)、外筒，可減輕橡膠囊的磨耗，提高使用使用壽命；安裝高度低，可明顯降低車輛地板面距軌面的高度；具有良好的負(fù)載特性，其彈簧特性可通過改變上蓋板邊緣的包角加以調(diào)整；重量輕。CRH1CRH2CRH3CRH5所采用的空氣彈簧，盡管結(jié)構(gòu)尺寸各不相同，但均屬于自由膜式空氣彈簧。起著決定性作用，故采用高強(qiáng)度人造絲，維尼龍或卡普隆作為簾線。第2章 CRH380BL空氣彈簧的結(jié)構(gòu)原理與結(jié)構(gòu)分析CRH380BL一般空氣彈簧系統(tǒng)由列車主風(fēng)管、T形支管、截斷塞門、濾塵止回閥、空氣彈簧貯風(fēng)缸、連接軟管、高度控制閥、空氣彈簧本體、差壓閥和附加空氣室等組成，空氣彈簧系統(tǒng)工作原理(即壓力空氣傳遞過程)，如圖5所示。圖5空氣彈簧裝置工作原理圖1--列車主分管；2--空氣彈簧截斷塞門；3--高度閥截斷塞門；4--高度控制閥；5--空氣彈簧；6—差壓閥；7—附加空氣室；8—節(jié)流閥壓力空氣：列車主風(fēng)管1→高度閥截斷塞門3→高度控制閥4→空氣彈簧截斷塞門2→空氣彈簧5→節(jié)流閥8→附加空氣室7。體與構(gòu)架之間的距離保持不變?？諝鈴椈上到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)空氣彈簧6正常工況下（充氣狀態(tài)，橡膠堆有助于膠囊適應(yīng)轉(zhuǎn)向架的轉(zhuǎn)動如果膠囊失效，（0.08-0.12的運行安全性。

圖6空氣彈簧圖高度閥的主要作用及要求是維持車體在不同靜載荷作用時與軌面保持一定高度閥組成主要包括高度閥座、高度閥、水平桿、螺紋桿、調(diào)節(jié)環(huán)和下座等部件，如圖7所示。圖7高度閥圖8所示。（使車輛地板不受車（使車輛地板不受車內(nèi)乘客的多少和分布不均的影響，始終保持水平。其調(diào)節(jié)原理如下圖8：圖8高度閥調(diào)節(jié)原理圖在正常載荷位置，即h=H時，充氣通路V→L和放氣通路L→E均關(guān)閉。當(dāng)車載荷增加時，此時h<H，閥動作，使V→L通路開啟，壓縮空氣向空氣彈簧充氣，直至地板面上升到指定高度（即h=H）為止。當(dāng)車體載荷減小時，此時h>H，閥動作，使L→E通路開啟，空氣彈簧向大氣排氣，直至地板面下降到標(biāo)定高度（即h=H）為止。差壓閥壞，差壓閥將開通，使轉(zhuǎn)向架的兩只氣囊保持壓力平衡。這樣可防止客車由于一只氣囊充氣而另一只氣囊沒有充氣而向一邊嚴(yán)重傾斜。差壓閥工作原理如圖9所示對比差壓閥連接與氣管連接的優(yōu)勢：

圖9差壓閥圖抗測滾扭桿是一根彈性桿，他只阻止車體測滾，不妨礙其垂向振動。如圖9所示。其工作原理：兩端裝于構(gòu)架上的軸套內(nèi)，中間與簧上部分鉸接。車體測滾時：扭桿的轉(zhuǎn)臂反向運動產(chǎn)生的復(fù)原力矩，從而阻止車體測滾；正常時：扭桿轉(zhuǎn)臂同向運動，扭桿自由轉(zhuǎn)動。如圖10所示，扭力桿1安裝在枕梁上的兩個空心套3內(nèi)。軸承套是由枕梁（c）（上軸套）8、945-710間是通過可調(diào)長度的量感實現(xiàn)連接的。（c）測滾運動。（a）動車組使用的扭桿長度和剛度需要根據(jù)車體的寬度和載荷進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，其中兩端的頭車因車體較窄，采用較短的扭桿。（a）（b）（d）圖10抗測滾扭桿在轉(zhuǎn)向架上的位置圖1-扭力桿；2-可調(diào)節(jié)的連桿；3-空心套組成；4-盤式墊圈；5-定距墊圈1mm；6-定距墊圈2mm；7-定距墊圈5mm；8-左側(cè)涂漆軸套；9-右側(cè)涂漆軸套；11-六角螺釘；12-墊圈；13-密封堵塞；14-墊圈；15-螺釘；

16-堵塞；17-螺釘；18-墊圈4個抗蛇行減振器支座（枕梁端與枕梁相連，小端通過抗蛇行減振器支座（架端）311所示。圖11抗蛇行減振器在轉(zhuǎn)向架上的位置圖二系橫向減振器2通過支座（枕梁端座（縱向梁端）312所示。圖12二系橫向減振器在轉(zhuǎn)向架上的位置圖二系垂向減振器22（枕梁端）1過支座（構(gòu)架端）312CRH380BLCRH380BLICEoSF500CRH3SF500SGP（M）和非動力轉(zhuǎn)向架（T）1314示。13CRH380BL動車組動車轉(zhuǎn)向架圖14CRH380BL動車組拖車轉(zhuǎn)向架圖H形焊接構(gòu)架，圓錐滾柱軸承單Z二者的區(qū)別122個輪盤式制動盤和一組齒輪箱223（3）動力轉(zhuǎn)向架比非動力轉(zhuǎn)向架多一個電機(jī)吊架。CRH380BL動車組轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)見表1所列。軌距/mm1435軸式B-B軌距/mm1435軸式B-B（M）00B-B（T）軸距/mm2500車輪直徑/mm920質(zhì)量/t最小通過曲線半徑/m動車轉(zhuǎn)向架拖車轉(zhuǎn)向架<7.5t聯(lián)掛時250單車調(diào)車150驅(qū)動裝置懸掛方式及驅(qū)動方式架懸式、WN（M）基礎(chǔ)制動方式4（M）6（T）軸箱定位方式轉(zhuǎn)臂式速度/（km/h）300330CRH380BL在二系懸掛方面與其原型車（CRH3C）CRH3C型動車力，提高了枕梁抗蛇行減振器座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；牽引拉桿由鑄件改為鍛件。第3章日本空氣彈簧系統(tǒng)日本新干線高速動車組二系懸掛空氣彈簧技術(shù)5-10、100系采用的約束膜式空氣彈簧，發(fā)展到以后100系、200400E1300500系列車的空氣彈簧系統(tǒng)又采用了固定節(jié)流孔。100、200系轉(zhuǎn)向架為有搖枕結(jié)構(gòu)，其空氣彈簧橫向剛度大，水平方向變又要求空氣彈簧具有非線性剛度，隨變?yōu)榈脑黾觿偠纫黾?。日本高速動車組所采用的動力分散式動力轉(zhuǎn)向架的一個特點是采用單位拉3彈簧設(shè)計成橫向變位大，復(fù)原能力強(qiáng)和隔離垂向振動的特點?？諝鈴椈尚褪郊s束膜 約束 約束膜 自由 自由 自由空氣彈簧型式約束膜 約束 約束膜 自由 自由 自由自由膜式自由 自由壓力（Mpa）垂向剛度空 車 橫向剛（N/mm）（N/mm）壓力標(biāo) 垂向剛度定 （N/mm）載 橫向剛度荷 （N/mm）縱向剛（N/mm）標(biāo)準(zhǔn)工作高度（mm）列車系列100系200系300400系500系E1車輛類型MT MMT MM MT式膜式式膜式膜式膜式膜式膜式0.390.450.470.300.320.420.390.410.36186200360176186262225392363240270343163167160137-2602302202402703431631671601372302200.510.510.580.370.370.460.390.440.44216216372196196280245411441284284372172172182147-27023623628428437217217218214723623624024021420120119020021021015151713±50±50±50±100±100±100±100±100±100列車系列100200列車系列100200300400500E1輔助空氣室容積（L）33334263.5 63.560707070節(jié)流孔類型固定固定 固定 可變 可變 可變固定可變 可變節(jié)流孔直徑（mm）最大水平方向允許變位（mm）接近零時仍能產(chǎn)生一定的衰減力，使減振效果不間斷。半有源懸掛和有源懸掛主動控制懸掛技術(shù)是目前解決橫向振動和進(jìn)一步提高列車速度和旅客舒適性的發(fā)展方向。500700，積極地抑制車輛的隨機(jī)振動。1990400系動車組上進(jìn)行性能試驗；1993年又進(jìn)行了有源懸掛的樣機(jī)開發(fā)，完成了故障檢測和控425km/h速度下的性能試驗；1998年完成了車輛系統(tǒng)的設(shè)計，2000ICE2取得了良好的效果。200112E2-1000系動車組上首次批275km/h8dB。第4章 CRH380BL 空氣彈簧的設(shè)計改進(jìn)分析下面以CRH2-300型為例進(jìn)行說明，計算時采用列車模型，這里僅僅給出頭車的計算結(jié)果CRH2-300（見5工作高度基本不隨載荷變化、內(nèi)部可設(shè)置節(jié)流孔提供等效阻尼等。圖15轉(zhuǎn)向架的無搖枕空氣彈簧懸掛系統(tǒng)空氣彈簧的支撐方式424點支2同時如果抗?jié)L扭桿剛度選取不當(dāng)，還會傳遞高頻振動給車體。垂向減振器方式的選擇空氣彈簧氣囊大小的選擇車輛的橫向和垂向平穩(wěn)性跟空氣彈簧的橫向剛度和垂向剛度有很大的關(guān)系，23；1617所示。而空氣彈簧的橫向剛度主要取決于氣囊的大小和結(jié)構(gòu)，垂向18所19KKsy0.080.120.160.200.240.280.330.360.402.012.032.052.072.122.192.212.252.30yy標(biāo)指性2.2穩(wěn)2.15平向橫2.12.05車200.10.20.30.40.5二系橫向剛度K/(MNm1)sy圖16二系橫向剛度對平穩(wěn)性的影響圖表3二系垂向剛度對平穩(wěn)性的影響數(shù)據(jù)分析二系垂向剛度K/(MN·m-1)SZ0.101.85z0.151.890.201.950.252.010.302.100.352.200.402.302.52.5z標(biāo)指2性1.5穩(wěn)平向垂1車000.10.20.30.40.5二系垂向剛度K/(MNm1)SZ圖17二系垂向剛度對平穩(wěn)性的影響圖圖18氣囊和附加氣室體積對垂向剛度的影響圖 圖19大小氣囊剛隨頻率的變化圖（速度和乘坐舒適性都會下降220-30kN·s/m即可達(dá)到較好的效果。為了避免把過多的高頻振動10MN/m左右比較好，dv個卸荷力dF2222可以看出抗蛇行減振器的dvdF荷力dF而減小卸荷速度dvdv0.001-0.01m/sdF取值10kN以上比較合適。圖22抗蛇行減振器卸荷速度dv和卸荷力dF對平穩(wěn)性指標(biāo)的影響圖存在問題CRH380BL動車組利用抗測滾扭桿裝置來減小列車通過道岔時車體的測滾角，減少車體的晃動次數(shù)。但是增加了抗測滾扭桿裝置，就增加了CRH380BL動車組的檢修量，使