液压减振器阻力特性分析

1、文章编号:100227602(2002 1220005204液压减振器阻力特性分析龚洪波, 杨国桢, 王福天(同济大学铁道与城市轨道交通研究院, 上海200331摘要:以实例对液压减振器阻力特性进行了分析, 提出了实现拉伸和压缩对称特性的措施。关键词:机车车辆; 液压减振器; 阻力特性; 分析中图分类号:U 270. 331+. 5文献标识码:A液压减振器是铁道机车车辆上的一个重要部件。由于机车车辆的车轮与钢轨面之间是钢对钢的接触, 因此, 车轮表面的不规则和轨道的不平顺都直接经车轮传到悬挂部件上去, 使机车车辆各部分高频和低频振动。如果这种振动不经过减振器来衰减, 就会降低机械部件的结构强度

2、和使用寿命, 恶化运行品质, 因此, 有必要使用性能良好的减振器。收稿日期:2002207229作者简介:龚洪波(19772 , 男, 硕士研究生。1液压减振器阻力特性的计算液压减振器按照液流方向可以分为油液单向循环流动和双向往复流动2种类型。它们的基本动作都是拉伸和压缩。当活塞杆相对于缸筒作拉伸和压缩运动时, , 。, 阻力计算简图如图1所示。对活塞图6安装横向减振器时车辆平稳性(a 前端; (b 后端。更为明显, 这表明垂向减振器安装方式在减小车辆垂向振动的同时, 更能有效地抑制车辆的横向振动。图6为安装横向减振器时车辆前后端平稳性指标的变化情况。从计算结果来看, 安装横向减振器时, 当阻

3、尼系数小于100kN s m 时,随着阻尼系数的增大, 车辆前后端的横向平稳性指标显著下降, 但垂向有所增大; 当阻尼系数达到100kN s m 时, 继续增加阻尼系数各观察点的平稳性指标变化不大。表1是同时安装横向和垂向减振器的计算结果。当横向和垂向阻尼系数达到50kN s m 时, 车辆的横向和垂向平稳性指标同时明显下降。表1同时安装横向和垂向减振器时平稳性指标计算结果阻尼系数(kN s m -1 前端后端垂向横向 横向垂向横向垂向002. 392. 342. 392. 3520202. 352. 342. 382. 3450502. 102. 092. 112. 071001002. 1

4、12. 082. 102. 063结论在车辆之间安装适当的横向和垂向减振器可明显减小由线路不平顺随机激扰所引起的列车振动响应。不管是垂向还是横向减振器都是在抑制车辆的横向振动方面更有效果。当横向和垂向减振器同时安装时, 垂向振动也可以得到较好的抑制。(编辑:田玉坤5试验研究铁道车辆第40卷第12期2002年12月出拉伸阻力表达式为:F e =32g 22f 22v2(1式中:82活塞上部液流的截面积;液体的重率; 2孔口流量系数;f 2节流孔面积; v 活塞运动速度。上式表示拉伸阻力与运动速度的平方成正比, 与节流孔面积的平方成反比。减振器压缩时, 计算简图如图2所示。与拉伸时的情况相仿, 同

5、样由伯努利方程可得流经节流孔1与2的流量公式:Q 2=2f2(P 1-P 2Q 3=3f3(P 1-P 3(2图1拉伸时的计算简图图2压缩时的计算简图压缩阻力的计算公式为:F c =32g 222f 22+32g 232f 23(3式中:83活塞杆截面积;3节流孔2处流量系数;f 3节流孔2处节流面积。比较式(3 与式(1 可见, 如果拉伸和压缩的节流孔面积相同, 则式(3 可表示为:F c =F e +32g 232f 23(4 从上式可看出压缩阻力大于拉伸阻力。拉伸和压缩方向的阻力是不对称的, 对于双向流动的减振器, 要使拉伸和压缩方向的阻力特性对称, 就必须分别设置拉伸和压缩时的节流孔面

6、积。1. 2单向流动减振器的拉伸和压缩阻力单向流动减振器的计算简图如图3所示。与前面的分析相似, 经过节流孔1的流量Q e 为:Q e =v 82式中:v 活塞运动速度;82活塞上部的油压截面积。拉伸阻力为:F e =32g 22f2v2(5 当减振器压缩时, 活塞上的单向阀开启, 底阀上的单向阀关闭, P 1=P 2, 此时经过节流孔1的流量为:Q c =v (81-82 =v 83式中:81活塞下部油压的截面积;83活塞杆的截面积。所以压缩阻力为: =222(6图3单向流动减振器的计算简图由式(5 与式(6 可知, 当83=82时, F e =F c , 即当活塞杆的截面积等于压力缸的截面

7、积的一半时, 阻力有对称性。实际上, 几乎所有的单向流动减振器都具有拉压对称特性。2影响减振器阻力特性的主要因素2. 1节流阀的结构和参数不同类型的节流阀, 其结构虽然各不相同, 但基本参数主要都是初始节流孔、可变节流孔、弹簧的刚度和弹簧的初压缩力。2 . 2结构参数对阻力特性的影响2. 2. 1节流孔的面积变化对阻力特性的影响6铁道车辆第40卷第12期2002年12月各种结构参数的影响最终表现在节流孔面积随压力的变化上, 以下对图4的节流阀考虑几种特例进行分析 。图4柯尼单向流动减振器的节流阀(a 节流阀; (b 节流阀关闭; (c 节流阀开启; (d 卸荷阀。(1 设弹簧的刚度非常小, 且

8、初压缩力近于0, 此时节流孔的面积为常数, 即f =f 1+f 2。由式(5 知, 拉伸阻力为:F e =32g 22f2v 2=v 2(7 其中, 常数=32g 22f 2, 比。(2 00, 0, , 即f =kF e , 由式(1 式(5 知, 拉伸阻力为:F e =32g 22(kF e 2v2即:F e =332g 22k2v2 3=v 2 3(8其中, 常数=332g 22k2, 即阻力与速度的2 3次方成正比。(3 设初始节流孔f 0=0, 弹簧初压力为0, 若要求阻力与速度成正比, 此时节流孔应随压力按某种规律变化, 由式(5 得:F e =32g 22f2v 2=Cv(9则:

9、v =C=f2832F e =22832f2即当阻力与节流孔的面积平方成正比时, C 保持为常数, 阻力具有线性特性。对以上3种情况, 以柯尼02A 1612型减振器为例进行计算, 压力缸直径为49mm , 活塞杆直径为3417mm , 节流系统如图4所示, 节流孔f 0的直径为1mm , f 1的直径为2mm , f2的直径为015mm (3孔 ,相应的最大节流孔的面积为f =f 1+f 2, 即f =3173mm 2。铭牌上要求当活塞速度为0125m s 时, 阻力应为2500N , 计算中取=0189×10-3kg c m 3, 2=0182, 由此可计算出阻力特性结果。图5(

10、a 是节流孔的面积与阻力的关系曲线, 图5(b 是阻力随速度变化的特性曲线(图6、图7亦如此 。2. 2. 2初始节流孔对阻力特性的影响假定弹簧的刚度一定, 但初压缩力很小, 节流系统有一个初始节流孔, 其面积为f 0,同时有一个可变节流孔, 其随压力增大而成比例增大。以图4的节流系统为例当初始节流孔的直径为1mm 、114mm 和1, 相应的初始节流孔面积122154mm 2, 弹簧的刚度设2537N 时, 节流孔面积达到2, 3种情况的阻力特性计算结果如图6所示。由图6可见, 具有一定的初始节流孔并配合适当刚度的弹簧, 可以得到近似的线性特性。图5节流孔面积变化对阻力特性的影响-F c =

11、v 2 3; F c =Cv ; 2F c =v 2。图6初始节流孔对特性的影响-f 0=0. 78mm 2; f 0=1. 54mm 2; 2f 0=2 . 54mm 2。7液压减振器阻力特性分析龚洪波, 杨国桢, 王福天2. 2. 3弹簧的初压缩力对阻力的影响在上面的实例中, 如果对于直径114mm 的初始节流孔, 令其弹簧有不同的初压缩力, 则其特性如图7所示。可见, 一定的初始节流孔和适当的弹簧刚度、适当的弹簧初压缩力相配合, 同样可以得到近似的线性特性 。图7弹簧初压缩力对阻力特性的影响-F c =0. 6kN ; F c =0. 6kN ; 2F c =0。3液压双向流动减振器阻力

12、特性分析对于双向往复式液流的减振器, 为例, 3. 1拉伸阻力特性, 其拉伸特性的规律与单向液流减振器基本相同。由于活塞杆的直径较小, 其节流孔的面积要大得多。例如, 对于活塞直径为50mm 、活塞杆直径为22mm 的减振器, 如果同样要求在速度为0125m s 时具有2500N 的拉伸阻力, 则按式(1 计算, 当初始节流孔面积f 0=3114mm 2, F e =2500N 时, 总节流面积F e =81182mm 2; 弹簧的初压缩力很小, 且弹簧具有适当刚度 , 减振器具有近似线性阻尼特性。3. 2压缩阻力特性当双向液流减振器压缩时, 其阻力将同时产生于活塞上的节流孔和底阀上的节流孔,

13、 所以与拉伸特性有所不同。由式(4 可知, 如果活塞上拉伸和压缩时的节流孔相同, 则压缩阻力肯定大于拉伸阻力, 且压缩阻力与拉伸阻力的不对称率为:F c +F e =282+83=2D 2-d 2则当D =50mm , d =22mm 时,F c +F e=1017%, 拉伸和压缩的不对称特性如图8所示。图8拉伸和压缩阻力的不对称性加大压力缸的直径, 可以减小不对称率。上例中若取D =70mm , d =25mm , 则不对称率可降为618%。为实现拉压方向的阻力对称, 可以从节流孔的设计上采取措施。4, , 实现。 实现拉压对称的另一措施是取拉伸和压缩节流阀的弹簧刚度相同, 但在拉伸节流阀上

14、设置一个比节流阀略大的弹簧初压缩力, 同样可以得到拉伸和压缩方向基本对称的线性特性。通过对阻力特性和节流孔面积变化关系的讨论得知, 可以根据节流孔面积变化的要求来设计弹簧的刚度。参考文献:1杨国桢. 液压减振器的阻力特性和线性减振器的研究A . 1963年铁路科学技术论文报告会文集(第四辑 车辆M . 北京:人民铁道出版社, 1964.2KON I R ail w ay Shock A bso rbers T echnical P resentati on Z .KON I IT T AU TOM O T I V E . 1994.(编辑:田玉坤8铁道车辆第40卷第12期2002年12月ABS

15、TRACTD evelop m en t of Coupled W heelsetsW AN G Kai 2w en , et al. (m ale , bo rn in 1945, p rofesso r , L ocom o tive &Ro lling Stock R esearch In stitu te of Sou thw est J iao 2tong U n iversity , Chengdu 610031, Ch ina Abstract :T he advan tages and disadvan tages of the traditi onal fixed w

16、 heelsets and independen t ro tat 2ing w heelsets in the dynam ics p erfo r m ance of ro lling stock are analyzed . T he research p rocess from inde 2p enden t ro tating w heels to coup led w heelsets is de 2scribed , in the m ean ti m e , ano ther schem e of coup led w heelsets m agnetic flu id cou

17、p led w heelsets , is p u t fo r w ard . T he analysis show s that , due to the con tro llab le p erfo r m ance of the m agnetic flu id cou 2p led w heelsets , the dynam ics p erfo r m ance of the cars w ill be i m p roved greatly .Key words :coup led w heelset ; ro lling stock ; dy 2nam ics perfo r

18、 m ance ; developm en tD iscussion on Param eters of Dam pers between CarsL I U Yong 2jun , et al. (m ale , bo rn in 1967, lectu rer , M echan ical and E lectron ic Con tro l Engineering In stitu te of N o rthern J iao tong U n iversity , B eijing 100043, Ch ina Abstract :T he effect of the dam pers

19、 in i m p rovem en t of the runn ing r is described . T he in itial si m is ade on the dam p ing p aram ith the u se of the dynam ics m odel .Key words :dam per ; railcar set ; si m u lati on Ana lysis of Resistance Fea turesof Hydraul ic Dam persGON G Hong 2bo , et al. (m ale , bo rn in 1977, gradu

20、ate studen t , R ail w ay and U rban R ail T raffic R esearch In stitu te of Tongji U n iversity , Shanghai 200331, Ch ina Abstract :T he resistance featu res of hydrau lic dam p ers are analyzed w ith actual exam p les . T he m easu res to realize the ten sile and com p ressive sym 2m etrical chara

21、cteristics are given ou t .Key words :locom o tives &ro lling stock ; hy 2drau lic dam p er ; resistance featu re ; analysisSevera l Thoughts on D evelop i ng Spec i a l H igh Speed Fre ight Car Bog ies with ex isti ng Technolog iesZHAN G M ing , et al. (m ale , bo rn in 1966, sen i o r engineer

22、 , T raffic &T ran spo rtati on In stitu te of Zhongnan U n iversity , Changsha 410075, Ch ina Abstract :T he design target , u sage of sp ecial h igh speed freigh t car bogies are described . T he key structu res of sp ecial h igh speed freigh t car bogies de 2velop ed w ith ex isting techno lo

23、gies are analyzed and com p ared , the m ain techn ical param eters are given . It is stressed that the si m p lificati on of the bogie structu re and the excellence degree of the perfo r 2m ance shou ld be reached com p rehen sively in thep roduct developm en t .Key words :special h igh speed freig

24、h t car bogie ; su sp en si on structu re ; dam p ing structu re ; bogie structu re typeD evelop m en t of Ra ilway Refr igera tionTran sport Tools a s V iewed from M odern iza tion of Fre ight Tran sportL I Shao 2rong(m ale , bo rn in 1944, researcher , T ran spo rt &Econom y R esearch In stitu

25、 te of the R ail w ay Science A cadem y , B eijing 100081, Ch ina Abstract :General conditi on s of the m odern iza 2ti on of rail w ay freigh t tran spo rt bo th in ou r coun try and ab road as w ell as its effect on the developm en t of rail w ay refrigerati on tran spo rt too ls are described . T

26、 he op in i on s on the developm en t of rail w ay refriger 2ati on tran spo rt too ls in ou r coun try are expounded .Key words :on tran spo rt ; refrigerato r car ; refrigerated con t Type of Fre ight Brak i ng Equ ip m en tL I U Gu i 2junale , bo rn in 1968, engineer , P roduct D evel 2en t D epa

27、rtm en t of Zhuzhou Ro lling Stock W o rk s , Zhuzhou 412003, Ch ina Abstract :D escribed are the m ain techn ical p a 2ram eters , fundam en tal structu res , m ain featu res and testing , etc . of the new type of freigh t car beam un it b rak ing equ i pm en t .Key words :freigh t car ; beam un it b rake equ i p 2m en t ; un it b rake cylinder ; developm en t ; test The