铁路客车中央悬挂装置

铁路客车中央悬挂装置,任尊松,北京交通大学,第六章中央悬挂任尊松,第六章中央悬挂任尊松,第一节悬挂装置设计要求,中央悬挂系统主要承担任务中央悬挂装置主要部件及功能中央悬挂装置设计基本要求,支撑车体，使车体的质量及载荷比较均衡地传递给各个轮轴。要求二系悬挂系统刚度足够硬，能够保证车体和转向架一起运动。衰减因线路不平顺以及车轮缺陷等原因引起的车辆振动和冲击，使得车体具有良好的乘坐舒适性。要求中央悬挂足够软，能够很好地隔离和衰减来自于转向架的高频振动。,中央悬挂系统主要承担任务,如何选择中央悬挂系统参数，既需要考虑对车体的支撑功能，又需要兼顾车体的乘坐舒适性。,第六章中央悬挂任尊松,中央弹簧：传递构架与车体之间载荷，影响乘座舒适性横向减振器：减小横向振动、改善横向动力学性能。横向缓冲器：限制过大的横向振动和减小横向振动。垂向减振器：减小垂向振动、改善垂向振动性能。扭杆式横向稳定器：减少车体侧滚、提高乘座舒适性。抗蛇行减振器：抑制车辆蛇行运动，提高车辆系统稳定性、安全性和乘座舒适性。,中央悬挂装置主要部件及功能,第六章中央悬挂任尊松,减小振动、抑制蛇行运行、保证运行安全和有利于通过曲线等；悬挂装置的结构型式还应尽可能满足检修、制造，使用耐久可靠；成本低和通用性好。,中央悬挂装置设计基本要求：,第六章中央悬挂任尊松,第二节中央悬挂装置,中央悬挂装置分类（有摇枕钢簧、无摇枕空气弹簧）中央悬挂装置主要部件及特性（空气弹簧、高度控制阀、差压阀、减振装置、橡胶元件）,第六章中央悬挂任尊松,摇枕弹簧悬挂装置：206、206G、206P、209T、209P空气弹簧悬挂装置：209PK、209HS、CW-2、SW-160、206KP,一、中央悬挂装置分类,第六章中央悬挂任尊松,第六章中央悬挂任尊松,第七章轴箱定位型式任尊松,第七章轴箱定位型式任尊松,有摇枕弹簧悬挂装置,第六章中央悬挂任尊松,第六章中央悬挂任尊松,组成：摇枕、摇枕弹簧、油压减振器、横向缓冲器、摇枕吊、弹簧托梁（弹簧托板）、下心盘、下旁承、安全吊等；特点：弹簧多采用外侧悬挂以增加车辆系统平稳性、二系一般设置有油压减振器以增加乘座舒适性；缺点：难以实现车体与转向架在横向和纵向间的大变位；部件多，高速运行动力学性能受到限制；应用转向架：209T、206、206P,第六章中央悬挂任尊松,无摇枕空气弹簧中央悬挂,组成：空气弹簧、高度控制阀、附加气室等。功能：实现了车辆运行时在正常振动中，空气弹簧不进气或不排气，当静载荷变化或车辆通过曲线时空气弹簧要充气或排气的要求。,第六章中央悬挂任尊松,实现了车体与转向架间纵向和横向大变位；维持车体地板和车钩同一高度；非线性刚度对提高乘座舒适性有利；限制了车体较大的侧滚偏转；部件少，维修与更换方便；提高列车高速运行稳定性。,无摇枕空气弹簧优点,取消了传统的摇枕、摇动台和旁承等零部件，不仅减轻了转向架质量，而且大大简化了转向架的结构，便于维修。,第六章中央悬挂任尊松,中央悬挂空气弹簧系统,第六章中央悬挂任尊松,降低车体的自振频率垂直柔度大；能使车体自振频率几乎保持不变（保持空、重车不同状态的运行平稳性接近）非线性特性；可保持地板高度不变（高度控制阀）变刚度特性；简化转向架结构和减轻自重（替代摇动台）横向刚度特性；良好的吸收高频振动和隔音性能；替代垂直安装的液压减振器（装设节流孔）。,1.采用空气弹簧的优点,第六章中央悬挂任尊松,2.空气弹簧刚度决定因素,垂向刚度,大气压力工作缸压力工作缸容积附加气室容积空气弹簧当量高度,横向刚度,几何参数与内压力,几何参数与内压力橡胶囊材质橡胶囊结构,第六章中央悬挂任尊松,高度控制阀,维持车体在不同静载荷下都与轨面保持一定的高度；直线运行时，车辆在正常振动情况下不发生进、排气作用；在车辆通过曲线时，如果车体倾斜程度超过无感区后，转向架左右两侧的高度控制阀分别产生进、排气的不同作用，从而减少车辆的倾斜。,第六章中央悬挂任尊松,高度调整阀,初次启动列车之前，二次悬架的气垫不充气。启动时，高度调整阀开启，压缩空气进入气囊并使气囊膨胀。,一旦达到了合适的地板高度，高度调整阀关闭，压缩空气停止流入气囊，从而将地板高度保持在稳定值。,如果列车上乘客减少或位置移动使气囊过分膨胀，高度调整阀开启并，降低气囊内空气压力，直到达到正常地板高度。,第六章中央悬挂任尊松,差压阀,每一转向架的两只气囊都通过差压阀相连，以确保一个转向架两侧空气弹簧的内压差不能超过为保证行车安全规定的某一定值。若超出时差压阀自动沟通左右两侧的空气弹簧，使压差维持在该定值以下。在极端情况下，如果气囊突然破裂或毁坏，差压阀将运行使转向架的两只气囊压力保持平衡。这可防止客车由于一只气囊充气而另一只气囊没有充气而向一边严重倾斜。,第六章中央悬挂任尊松,第七章轴箱定位型式任尊松,减振元件,弹簧缓冲作用减振器衰减振动的作用减振器与弹簧一起构成弹簧减振装置,作用力总是与运动的方向相反，起着阻止振动的作用；有变机械能为热能的功能；减振性能受减振阻力的方式和数值的影响。,第六章中央悬挂任尊松,阻力特性分类：常摩擦减振器变摩擦减振器,结构特性分类：摩擦减振器液压减振器,减振器分类,第六章中央悬挂任尊松,两种减振器特点与适用范围,液压减振器振幅的衰减量与幅值大小有关，振幅大时衰减量也大，反之亦然；广泛应用于客车。,摩擦减振器：结构简单，制造、维修方便；广泛应用于货车转向架。,第六章中央悬挂任尊松,振幅的衰减量与幅值大小有关的特性，决定了液压减振器适合于客车车辆。,当车辆在运行过程中产生大振幅的振动时，就要求减振器对振幅的衰减量也大，即希望减振器具有这种“自动调节”减振的性能。摩擦减振器没有这种特性，当振幅小时摩擦阻力可能过大而形成对车体的硬性冲击，当振幅大时阻力又显得不足而不能使振动迅速衰减。,客货车减振器选型,第六章中央悬挂任尊松,摩擦减振器,第六章中央悬挂任尊松,第六章中央悬挂任尊松,液压减振器,第六章中央悬挂任尊松,液压减振器工作原理,第六章中央悬挂任尊松,液压减振器类型,垂向减振器（轴箱悬挂、中央悬挂）横向减振器（车体与转向架之间）抗蛇形减振器（车体与转向架之间）,抗蛇形减振器可以明显提高车辆临界速度，但阻尼值过大临界速度反而有所下降，且不利于曲线通过，选择合理的参数值可以同时使得车辆蛇行运动稳定性和曲线通过性能都得到兼顾。,第六章中央悬挂任尊松,特性曲线-轴箱减振器,第六章中央悬挂任尊松,特性曲线-横向减振器,第六章中央悬挂任尊松,特性曲线-抗蛇行减振器,第六章中央悬挂任尊松,1）.目的：为了减小振动和噪声改善车辆动力学性能,2）.应用状况:弹簧装置与定位装置（空气弹簧）；车体与构架、轴箱与构架、弹簧支承面等金属直接接触部位之间，广泛地采用橡胶衬垫、衬套、止挡等元件)。,橡胶元件,第六章中央悬挂任尊松,第七章轴箱定位型式任尊松,橡胶垫在不同振动频率时的吸振率,第六章中央悬挂任尊松,可以自由确定形状，使各个方向的刚度根据设计要求确定，容易实现不同方向不同弹性特性的要求并简化结构；弹性模量比金属小得多，可以得到较大的弹性变形，容易实现预想的良好的非线性特性；减轻质量（橡胶的密度约为钢的1/6）；良好的减振和隔音性能；避免金属的磨耗，便于制造和维修，降低成本。,3）.采用橡胶弹簧元件优点,橡胶元件（续）,第六章中央悬挂任尊松,蠕变现象（弹性滞后）：即压缩橡胶元件时，当载荷加到一定数值后，虽不再增加载荷但变形仍继续；当卸去载荷后，也不能立即恢复原状。受温度影响明显：温度升高刚度和强度显著降低；温度降低刚度和强度有所提高且一般先硬后脆（-300C-700C范围内具有比较稳定的弹性特性，可以满足铁道车辆的运用要求）；性能离散度大；长时间使用易老化。,4）.橡胶特殊性能:,橡胶元件（续）,第六章中央悬挂任尊松,橡胶模数与硬度间关系,第六章中央悬挂任尊松,橡胶弹簧动刚度特性,第六章中央悬挂任尊松,第七章轴箱定位型式任尊松,5）.橡胶元件设计原则:,必须保持形状改变的可能性：体积不变（不可压缩），其弹性是受力后体积形态发生变化的结果；必须考虑到载荷种类对变形的影响：承受剪切载荷时变形最大，承受压缩载荷时变形最小（承载能力变化）;必须避免应力集中：如方孔与圆孔引起的应力集中差异明显;必须注意到橡胶散热不良的特性：多层片状，中间夹以金属板，以增强散热性。,橡胶元件（续）,第六章中央悬挂任尊松,橡胶元件属于粘弹性材料，其力学特性比较复杂。特性与成分、制造工艺、金属元件支承面结合方式以及工作温度等因素有密切关系。通常它的性能是不稳定的，所以要精确计算它的弹性特性相当困难，在设计时应充分考虑。,橡胶元件（续）,第六章中央悬挂任尊松,有孔橡胶元件,第六章中央悬挂任尊松,横向缓冲器,第六章中央悬挂任尊松,横向止挡力特性,第六章中央悬挂任尊松,第四节不同速度客车转向架悬挂特点,普通客车转向架悬挂特点准高速客车转向架悬挂特点高速客车转向架悬挂特点200km/h动车组悬挂特点,第六章中央悬挂任尊松,1.普通客车转向架悬挂特点,第六章中央悬挂任尊松,2.准高速客车转向架悬挂特点,第六章中央悬挂任尊松,3.高速客车转向架悬挂特点,第六章中央悬挂任尊松,4.高速动车组转向架悬挂方式,CRH2动车组CRH1动车组CRH5动车组,第六章中央悬挂任尊松,高速动车组转向架动力学主要技术特色：,优良的乘座舒适性（两级减振系统、空气弹簧系统）；高速运行稳定性好（轴箱定位方式、空气弹簧无摇枕转向架）；良好的曲线通过性能；低轮轨动力作用（轻量化簧下质量）；良好的轮轨粘着能力（车轮安装踏面清扫装置、电子防滑装置实现了降低行驶噪音和提高轮轨粘着性的功能）；优良的牵引与制动功能（全部车轮装备有机械制动盘；电动车组在转向架上安装小型感应电动机，拖车在车轴上安装机械式或涡流式制动盘）；,第六章中央悬挂任尊松,CRH2动车组转向架轴箱架定位与中央悬挂,转臂式轴箱定位轴箱垂向钢弹簧轴箱油压减振器中央空气弹簧横向减振器抗蛇行减振器横向缓冲器磨耗型踏面无抗侧滚扭杆,第六章中央悬挂任尊松,第七章轴箱定位型式任尊松,一次悬架,第六章中央悬挂任尊松,一次悬架,转向构架,JR-W700系,第六章中央悬挂任尊松,轴箱定位装置组成,第六章中央悬挂任尊松,BSP动车组转向架,转臂式轴箱定位轴箱垂向钢弹簧轴箱油压减振器中央空气弹簧横向减振器抗蛇行减振器横向缓冲器磨耗型踏面LMA有抗侧滚扭杆,空气弹簧横向间距1860mm,第六章中央悬挂任尊松,定位转臂,轴箱定位装置,第六章中央悬挂任尊松,长客/阿尔斯通动车组转向架,转臂式轴箱定位轴箱垂向钢弹簧轴箱油压减振器4中央空气弹簧2横向减振器2抗蛇行减振器2横向缓冲器2磨耗型踏面有抗侧滚扭杆2,空气弹簧横向间距2000mm,第六章中央悬挂任尊松,轴箱定位装置,第六章中央悬挂任尊松,第五节中央悬挂参数与系统动力学性能关系,中央悬挂纵向和横向刚度对系统临界速度有一定的影响。即随着刚度的增加，系统临界速度会有所增大，但增加幅度不明显。,第六章中央悬挂任尊松,二系垂向阻尼值对系统临界速度几乎没有影响，二系横向阻尼值对临界速度有明显的影响，即当横向阻尼值增加，系统临界速度明显增大。,二系垂向阻尼和横向阻尼,第六章中央悬挂任尊松,抗蛇行减振器阻尼值对系统临界速度有十分重要的影响。当阻尼值较大时，在其它参数保持良好状态下，系统可以达到很高的临界速度值；当整车抗蛇行减振器失效后，系统的临界速度将明显下降。为了避免因抗蛇行减振器