第3章-动车组转向架-3.4一系悬挂装置

第3章动车组转向架授课内容第3章动车组转向架3.1转向架概述3.2几种典型的动车组转向架简介3.3转向架构架3.4一系悬挂装置3.5二系悬挂装置3.6轮对装置3.7轴箱装置及其定位装置3.8驱动装置3.9基础制动装置3.10转向架强度分析3.4一系悬挂装置第3章动车组转向架3.4.1弹簧减振装置3.4.2一系悬挂装置的组成及作用3.4.3一系弹簧3.4.4一系垂向减振器3.4.5几种典型动车组的一系悬挂装置1.了解一系悬挂装置的组成及作用2.能够解释和说明一系悬挂装置的定义、类型、及工作原理3.了解典型的动车组一系悬挂装置学习知识点学习目标3.4.1一系悬挂装置的组成及作用第3章动车组转向架弹簧减振装置的主要功能是：缓和和衰减车辆振动和冲击，使车辆运行平稳，提高列车乘坐舒适性。弹簧减振装置：缓和冲动、衰减振动的装置车辆上的弹簧减振装置分为三类(按作用)：缓冲装置：主要起缓和冲击作用的弹簧装置；(中央弹簧、轴箱弹簧)减振装置：主要起衰减振动作用的减振装置；(垂向、横向、抗蛇行减振器)定位装置：主要起弹性约束作用的定位装置。(轴箱定位、中央定位、抗侧滚扭杆)3.4.1一系悬挂装置的组成及作用第3章动车组转向架(1)圆弹簧(2)板弹簧(3)空气弹簧(4)橡胶弹簧(5)扭杆弹簧(6)环形弹簧动车组常用的弹簧：动车组常用的减振器：(1)液压减振器(2)摩擦减振器圆弹簧和橡胶弹簧常用于一系悬挂；空气弹簧常用于二系悬挂；动车组采用液压减振器。3.4.1一系悬挂装置的组成及作用第3章动车组转向架弹簧悬挂一系悬挂：是指仅在构架与轴箱间设有一系簧的弹簧悬挂。采用二系悬挂的目的：可减少弹簧装置的合成刚度，增大其总静挠度，以改善机车铅垂方向的运行平稳性和减少机车车辆对线路的动作用力。二系悬挂：是指既有第一系弹簧，还在构架与车体间设有第二系弹簧的弹簧悬挂。63.4.1一系悬挂装置的组成及作用第3章动车组转向架一系悬挂装置一系弹簧一系垂向减振器圆弹簧橡胶弹簧承担车体和轮对之间的垂向载荷，提供必要的弹性支撑辅助圆弹簧工作，通过其良好的弹性和阻尼特性，进一步吸收高频振动和冲击通过油液阻尼作用，有效衰减车体和轮对之间的垂向相对振动一系悬挂装置又称轴箱悬挂装置。它是在转向架构架和轮对之间所设置的弹簧和液压减振器系统。一系悬挂装置由一系弹簧和一系垂向减振器组成，一系弹簧分为圆弹簧和橡胶弹簧。橡胶节点上拉杆下拉杆一系垂向减振器圆弹簧横向弹性垫3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架

弹簧装置作用：(1)均衡车辆系统中的载荷(2)缓和线路不平顺和各种因素引起的车辆的振动(3)提高车辆运行的舒适性和平稳性(4)延长车辆和轨道使用寿命均载定位、缓冲减振。3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架弹性装置作用(1)无弹簧装置的情况

在一系弹簧装置之上的重量称为簧上重量

在一系弹簧装置之下的重量称为簧下重量。没有弹簧减振装置时，瞬时动作用力Q为轮载有弹簧减振装置时，瞬时动作用力q为簧下重量

可见，簧下部分对钢轨的动作用力，随线路状况和车辆速度而异；而簧上部分对钢轨的动作用力，则除受线路影响外，还与弹簧装置的刚度有关。弹簧越软，动作用力也就越小，但由于结构和其他方面的要求，对弹簧装置的柔度也有一定的限制。随着速度的不断提高，我们必须尽力降低的簧下重量和采用适当刚度的弹簧装置。如图1所示，当车轮行经轨道不平顺时(h不超过10mm)时，车轮产生一个向上的垂向加速度：(2)有弹簧装置的情况图1图23.4.2一系弹簧第3章动车组转向架举例(1)没有弹簧减振装置时，瞬时动作用力：

(2)有弹簧减振装置时，瞬时动作用力：设轮荷重Q=100000N，簧下重量q=19000N，弹簧刚度k=1000N/mm，线路不平顺度h=2mm，d2Z/dt2=2g，则有(3)比较：(4)结论：1)采取有效措施尽可能降低簧下质量；2)选择合理的

弹簧刚度；3)加装液压减振器。3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架圆弹簧是一种最常见的、最普通的弹簧。利用钢材本身的弹性制成的。一般情况下，它是利用特殊的弹簧钢条(或钢丝)绕成各种不同的圆柱形。1.圆弹簧的特点：(1)质量轻(2)运动灵活(3)无阻尼2.结构：圆柱螺旋压缩弹簧，支撑圈(两端各有3/4圈)+工作圈。(一)圆弹簧圆弹簧3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架3.类型按卷数分：单卷、双卷(内外卷反向)、多卷。按性能分：等刚度、变刚度。按组合形式分：串联、并联、先单独后并联(不等高)、先串联后单独。1)空车——内外串联，重车——外簧承载，缺点，不用2)空车——外簧承载，重车——内外并联，简单，多用3)空车——内外串联，重车——内外并联，复杂，特种车用。1)2)3)两级刚度弹簧形式图3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架4.主要参数尺寸参数：簧条直径d，弹簧平均直径D，有效圈数n，总圈数N，弹簧全压缩高度Hmin，弹簧自由高度H0，弹簧指数m=D/d

性能参数：垂向静挠度fv和垂向刚度Kv。3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架5.主要特性刚度(k)：弹簧产生单位挠度所需的力的大小。柔度(i)：单位载荷下，弹簧产生的挠度。挠度(f)：弹簧在外力作用下产生弹性变形的大小或弹性位移量(动、静挠度)圆弹簧的主要特性有：挠度、刚度、柔度fP0

线性弹簧分段线性弹簧非线性弹簧fP0fP0弹簧特性曲线图附加内容3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架非线性弹簧：弹簧刚度特性表达式：线性弹簧：fP0

线性弹簧分段线性弹簧非线性弹簧fP0fP0弹簧特性曲线图3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架6.弹簧的并联、串联刚度的计算(1)并联弹簧：如果各弹簧刚度相等：附加内容3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架如果各弹簧刚度相等：(2)

串联弹簧：3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架串并联弹簧刚度计算步骤：

1)先将各级并联弹簧当量刚度计算出来；2)然后简化成串联布置的当量弹簧系统；

3)计算串联系统的当量刚度。(3)串并联弹簧：3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架(1)

螺旋弹簧结构及主要参数通常为簧条截面为圆形的圆柱压缩螺旋弹簧，即圆簧材质：55Si2Mn,60Si2MN主要参数：簧条直径d，弹簧平均直径D，

有效圈数n，总圈数N，

弹簧全压缩高度Hmin，

自由高度H0，

弹簧指数m=D/d，

垂向静挠度fv，

垂向刚度Kv。7.钢弹簧结构及计算附加内容3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架(2)

单卷弹簧的轴向(垂向)特性计算刚度：有效圈数：弹簧总圈数：应力：弹簧稳定性较核：3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架(3)

双卷弹簧的轴向(垂向)特性计算1)可提高载重，减小弹簧占用空间2)内外卷弹簧的螺旋方向要一个左旋，一个右旋3)弹簧指数相等4)应力相等，充分利用材料强度5)各卷弹簧挠度相等，以保证性能一致3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架在货车上应用，可兼顾货车的空重车特性。8.两级弹簧的轴向(垂向)特性3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架9.对于车辆悬挂系统的设计：

(1)应采用尽可能大的弹簧静挠度，即小的弹簧刚度；(2)可降低车体的振动频率；

(3)提高运行平稳性。3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架橡胶弹簧(二)橡胶弹簧橡胶弹簧减振效率高，使用寿命长，成本低，成型简单，能够承受多方向的负荷通常采用块状橡胶元件，橡胶与金属加强板采用硫化或粘接的方法牢固地连接一起，这样提高了橡胶弹簧的可靠性、寿命和刚度。特点：三维弹性、多变形状。类型：缓冲垫、衬套、止挡。用途：定位、隔音、减振。3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架性能参数1.硬度：通常用肖氏硬度HS表示，它是橡胶弹簧的主要性能参数。静剪切模数G与肖氏硬度HS的关系可表示为：静弹性模数E拉伸变形时为：压缩变形时为：i为几何形状和硬度影响系数，垫圈、衬套和矩形块分别：补充知识3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架2.硬度修正系数：温度升高→硬度修正系数()减小；温度降低→硬度修正系数()增大；温度达240℃时，橡胶完全失去弹性。硬度修正系数与温度的关系如图所示：3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架3.刚度：橡胶弹簧的弹性刚度(变形)与其初始形状有关。对于一般弹簧来说，载荷P与刚度k、挠度之间符合胡克定律，即：而对橡胶弹簧，有：式中，为应力；为承载面积。橡胶元件在简单拉伸和压缩变形时，其应力与应变之间的关系式为：3.4.2一系弹簧第3章动车组转向架从橡胶弹簧承受疲劳强度考虑，一般应变量均控制在<15%，此时可近似地取于是：我国动车组几乎都采用圆弹簧作为一系弹簧，橡胶则制成两端带有圆角的直柱形，再与金属板硫化在一起，以橡胶垫的形式，配合圆弹簧减振。例如，CRH5和CRH380等系列动车组的一系悬挂装置中均使用了橡胶弹簧。3.4.3一系垂向减振器第3章动车组转向架1.液压减振器特点及组成SFK1型油压减振器组成：活塞、缸筒、活塞阀、进油阀、上下连接部、储油缸和各种密封圈等组成。特点：自调节特性(振幅大时，衰减量也大)。优点：阻力是振动速度的函数。缺点：结构复杂、维护困难、成本高及受外界温度影响大。应用：客车转向架293.4.3一系垂向减振器第3章动车组转向架A.拉伸状态：活塞杆向上运动，B腔油液的压力增大，压差使其经过心阀的节流孔流入A腔。油液通过节流孔时产生大小与油的流速、节流孔的形状和大小有关的阻力。B.压缩状态：活塞杆向下运动，受到活塞压力的A腔油液通过心阀的节流孔流入B腔而产生阻力。C.油量调节：活塞杆有一定体积，当活塞上下运动时，A腔和B腔体积变化不相等。为保证减振器正常工作，在油缸外增加一贮油筒(C腔)实现油量调节。小孔节流阻尼减振利用液体的粘滞阻力做负功来吸收振动能量。压缩行程拉伸行程阻尼力F主要取决于阻尼系数(节流孔大小)q和相对运动速度v。2.油压减振器工作原理3.4.3一系垂向减振器第3章动车组转向架排出和补充油液之差值下部排出的油液上部补充的油液3.4.4几种典型动车组的一系悬挂装置第3章动车组转向架1.CRH5型动车组一系悬挂装置CRH5型动车组一系悬挂装置采用两组螺旋钢弹簧、橡胶垫和一系垂向减振器等结构组成。轴箱弹簧组成包括内圈弹簧、外圈弹簧、上定位板、下定位板、弹性垫、调整垫等。CRH5型动车组一系轴箱弹簧分为外侧和内侧弹簧，如图所示橡胶垫上拉杆下拉杆一系垂向减振器螺旋钢弹簧3.4.4几种典型动车组的一系悬挂装置第3章动车组转向架2.CRH380B型动车组一系悬