【铁路动车空气弹簧漏气故障分析（论文）4400字】

铁路动车空气弹簧漏气故障分析TOC\o"1-3"\h\u108731前言 1209412空气弹簧漏气故障及仿真 1115442.1铁道车辆空气弹簧漏气出现故障的原因及影响 1135862.2空气弹簧漏气工况仿真 2262483空气弹簧漏气过程的动力学模型 3289653.1空气弹簧漏气过程分析 3170843.2刚度衰变模型 3200633.3黏滑接触力元 4276964转向架空气弹簧漏气过程仿真 5191374.1黏滑接触漏气故障模型运动分析 5226384.2黏滑接触漏气故障模型稳定性分析 6325054.3漏气故障模型直线平稳性分析 7311224.4漏气故障模型曲线通过安全性分析 8266995结束语 917662参考文献 101前言我国的高铁发展越来越快，并且随着动车的投入使用越来越多，在动车的运行中也有着很高的标准来保证动车的运行安全以及成本和效率，对此我国使用科学的维修策略，对动车进行有针对性的故障风险优化运营检修。这就要求我们在动车的关键装置，尤其是空气弹簧，在承载动车组转向架二系悬挂上，会对车辆曲线通过的安全和平稳等方面有着非常明显的作用，也因此在动车的作用和检上，空气弹簧都是不可缺少的装置。在动车组运行过程中常常会出现空气弹簧阀门、充气、高度调节和胶囊破裂等等故障形式。我们在研究空气弹簧的作用中，对于空气弹簧造成故障的过程方面的研究比较有限。主要针对研究动车组在出现车辆悬挂系统故障以后的性能状况，以及紧急解决方案上面，在对于故障发生中所存在的性能数据改变情况没有进行有效的统计以及思考。直接使用应急弹簧替代空气弹簧进行紧急解决方案使用。2空气弹簧漏气故障及仿真2.1铁道车辆空气弹簧漏气出现故障的原因及影响在铁路车辆运行过程中，我们可以发现，往往在冬季容易出现空气弹簧漏气故障。这主要是由于，动车在运行过程中气囊上子口和上盖板密封配合的地方会出现泄漏现象。用肥皂水或检漏剂喷涂在上盖板与扣环之间（见图1），可以观察到因漏气而缓缓形成的肥皂泡，如图2所示。图1空气弹簧漏气部分示意图图2空气弹簧漏气照原因分析：冬季普遍气温过低，由于热胀冷缩的原理，橡胶在冬天冷空气的作用下，会出现收缩的现象，这就造成空气弹簧气囊上子口的密封处会出现压缩量变少的情况发生，这时就会造成空气弹簧漏气故障。影响分析：漏气情况的出现大多是呈缓慢的状态进行的，不会快速流出。因此，空气弹簧对于车辆运行的影响在可以控制范围内；当空气弹簧漏气速度较快也比较多的情况下，车辆运行就会收到很大的影响，这是就必须对空气弹簧更换，来优化动车运行。2.2空气弹簧漏气工况仿真我们在本文中，对于空气弹簧漏气工况进行仿真工作过程中，主要是使用黏滑接触-弹簧力元模型模拟空气弹簧漏气失效故障情况。与此同时，我们由于空气弹簧出现漏气故障的位置存在的差异性，所造成的影响也有着很大的差异。因此，我们根据以下3种漏气模型作出详细的结果分析。第一：图3（a）为前转向架采用空气弹簧漏气模型，后转向架采用正常空气弹簧模型（简称模型1）；第二：图3（b）为前转向架采用正常空气弹簧模型，后转向架采用空气弹簧漏气模型（简称模型2）；第三：图3（c）为整车空气弹簧均采用漏气模型（简称模型3）。图3空气弹簧漏气工况3空气弹簧漏气过程的动力学模型3.1空气弹簧漏气过程分析在车辆装置中，空气弹簧不是单单存在的，还有着一个应急弹簧进行串联，主要作用在空气弹簧出现漏气故障后，借助应急弹簧来达到弹性定位的效果。假如此时在运行中的列车到达时刻t0的时候发生空气弹簧漏气故障，那么漏气过程时长为te，此时的二系悬挂的支撑作用会有明显的消逝，也就是说，二系悬挂刚度由正常刚度呈指数函数衰减至0，在此种紧急情况下，应急弹簧的作用立刻得到了显现，能够使二系悬挂刚度由0上升到应急弹簧的刚度。列车也就可以继续正常行驶。若转向架左侧空气弹簧发生破裂，由于差压阀的关系，左右空气弹簧相互连通，会导致两侧的空气弹簧出现同样的漏气过程，且右侧空气弹簧漏气过程延迟τ。此时有可能出现垂向脱离、纵向和横向相对滑动三种情况是。在上盖板与下支承座不发生错动时，二系悬挂相当于应急弹簧替代空气弹簧提供悬挂刚度；当上盖板与下支承座发生错动时，车辆二系悬挂时应急弹簧与上盖板之间的摩擦共同起定位作用。3.2刚度衰变模型根据下图4我们可以直观的看出，在出现空气弹簧漏气故障的过程当中，二系悬挂刚度Kssz的指数函数衰减至0，但是当上盖板与下支承座进行接触的时候，二系悬挂垂向刚度变成应急弹簧垂向刚度Kbz，此时，横向刚度和纵向刚度变化规律与垂向相同。图4二系悬挂垂向刚度变化规律3.3黏滑接触力元在列车运行过程中出现空气弹簧漏气故障情况之后，上盖板和下支承座之间的摩擦因数低至0.1，而此时的应急弹簧切向的刚度因数则完全相反，因数非常高，因此，我们根据干摩擦的力学特征，可以分析出此时列车会出现纵横相对滑动的现象。在此，我们构建横向和纵向为摩擦与弹簧-阻尼串联的黏滑力元模型，并且由图5我们可以看出，当出现空气弹簧漏气故障之后，横向出现强非线性黏滑振动现象，与此同时，上盖板和下支承座之间的状态也不断进行变化，当处于黏着状态时则会出现弹簧力元的特征，但是在处于滑动摩擦状态下，则表示出干摩擦的特征。图5黏滑接触模型图5中：Cbz：应急弹簧垂向阻尼；Kbxy：应急弹簧横向刚度；Cbxy：应急弹簧横向阻尼；μ：上盖板与下支承座之间摩擦面的摩擦因数。4转向架空气弹簧漏气过程仿真4.1黏滑接触漏气故障模型运动分析在进行黏滑接触漏气故障模型运动分析的过程中，首先要构建出黏滑接触模型，根据空气弹簧漏气故障的具体特征进行还原设计，同时根据力学稳定性对列车在出现空气弹簧漏气故障中的各方面的数据指标变动作出详细的分析总结。具体的漏气过程仿真参数详情见表1。表1漏气过车给你仿真参数值漏气开始时间t0/s2.0左侧漏气过程时间te/s0.1右侧漏气迟滞时长τ/s0.1正常二系悬挂垂向刚度/（MN·m-1）0.182正常二系悬挂横向刚度/（MN·m-1）0.124应急弹簧垂向刚度/（MN·m-1）0.62应急弹簧横向刚度/（MN·m-1）2.15上下盖板间垂向距离/m0.035摩擦因素0.1根据图4，我们可以看出3种漏气模型的计算结果。在模型1中，前转向架在出现漏气现象的同时，在空气弹簧的垂向力上会有着明显的降低现象，此时，列车随之出现下沉现象，并且有着一定时间的振动直到恢复平衡。根据图6（a）可以知道，在出现1、2位空气弹簧二系垂向位移减小的情况之后，会随之产生短时间内的振荡现象，直至35mm左右，并且3、4位也出现有比较轻微的振荡现象，但是，在结束振荡现象以后基本在原位置处达到稳定；而二系垂向力发生振荡情况则比较猛烈，但是基本只出现在最初的时间内，振荡结束后在名义力左右达到平衡状态。因此，我们得出模型1与模型2之间的现象和状态进行详细的对比后，是处于完全相反的情况。并且模型3和4个之间所存在的空气弹簧的运动规律有着高度相似，下沉程度也是一样，都保持在35mm左右。而二系垂向力也都是在出现空气弹簧漏气故障的最初阶段出现剧烈振荡，但是最后都是平衡在名义力附近。图6二系垂向位移及垂向力4.2黏滑接触漏气故障模型稳定性分析在此，通过三种模型对动态失效和失效后的稳态过程进行模拟之后，进一步分析，在六种工作状况下的列车运行系统的稳定性，详情可见下表2。表2漏气过程稳定性结果工况动态临界速度稳态临界速度模型1195.94208.44模型2249.06249.06模型3192.81202.10根据实际运行情况我们可以知道，在车辆保持正常工作的情况下，临界速度可以达到593km/h。但是我们由表2中能够发现，当空气弹簧出现漏气故障之后的临界速度出现大幅度的降低情况。但是此时的后转向架的临界速度处于最高的状态，但是也低于250km/h，由此可以看出，在出现空气弹簧漏气的情况下前转向架比后转向架的危险系数更加高。并且根据空气弹簧泄漏故障发生后的临界速度，也能够确定在稳定状态下的临界速度要高于动态。如下图7中，6种工况的分岔图，由图中可以分析出，动态失效模型线性临界速度高于非线性临界速度，此时的静止状态下的失效模型的2个临界速度值几乎相同。最后我们通过3个模型的分岔图之间的详细对比，可以得出，在出现空气弹簧漏气的情况下前转向架比后转向架的危险系数更加高。图7漏气故障模型分岔图4.3漏气故障模型直线平稳性分析通过对以上六种工作状态下的直线平稳性进行详细的分析之后，得出的具体计算结果可见下图8-10。图8横向平稳性指标图9垂向平稳性指标图10舒适性指标根据上图8、9中，我们可以知道，在出现空气弹簧漏气故障时的动态和静态的工作状况中的平稳性都比较低下。但是我们由失效位置上进行分析，后转向架的平稳性最好，同时与4.2中的结论相吻合。最后我们可以由图10知道，动态要高于静态的舒适性。因此，我们可以总结出，失效情况在舒适度和平稳性的指标都有着一定的影响，其中舒适度的指标影响要更高一些。4.4漏气故障模型曲线通过安全性分析在车辆正常工作状态中，出现空气弹簧漏气故障，是危险性较高的状况。在本文中，我们使用前转向架失效工况来进行车辆运行系统在曲线阶段通过的安全性。主要采取半径为5000m的曲线进行计算，详细数据见下表3。表3R5000m的曲线工况半径/m超高/mm直线段长/m缓和曲线长/m圆曲线长/m车速/（km·h-1）5000126100150500180直线段漏气、缓和曲线漏气和圆曲线漏气等工况的动力学性能指标进行详细的计算之后，具体计算结果从表4可见。表4不同漏气工况下的安全性指标指标直线段缓和曲线圆曲线最大轮轨横向力/kN16.3630.1136.73最大脱轨系数0.28660.46770.6685最大轮重减裁率0.43350.48970.6053由上表4，我们可以知道，空气弹簧故障发生的阶段是不固定的，而不同的阶段之间的影响也不尽相同。如果漏气故障出现在直线段的时候，则对列车行驶的正常行驶影响有限，此时可以通过曲线；但是当漏气故障出现在曲线段上的时候，对列车的正常行驶的平稳性以及安全都有着非常大的影响，这就需要进行相应的措施来确保列车安全运行。5结束语在本文中，根据动力学仿真原理，将铁道车辆在运行过程中出现的空气弹簧漏气故障的整个过程进行模拟，并同时构建模型，直观的去从动力学性能上车辆运行中出现的空气弹簧漏气故障的详细情况进行分析，从而得出列车在运行失效的情况下，在通过直线和曲线路段的稳定性和安全性的具体测试数据进行归纳总结。并且我们根据详细的数据统计计算后，可以发现，列车在运行过程中出现的空气弹簧漏气故障会造成二系悬挂刚度剧变的现象，这是轮轨垂力也会有相应的剧变发生，主要表现在轮轨垂力在减小之后又增大的现象；在轮重减载率和脱轨系数上会有非常明显的增大甚至超过限制系数，但是这些在影响轮轨横向力的作用上却很小。但是在通过对空气弹簧漏气故障出现是的具体数据状态分析后，可以得出结论，当列车以每小时120千米的时速行驶的时候，在直线和曲线路段都能够保持安全性和平稳性，从而达到安全行驶，顺利通过此路段。参考文献[1]莫荣利,丁玮彦,李生新,陈灿