铁路客车中央悬挂装置

1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2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3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4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5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6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7•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8第六章中央悬挂任尊松9第七章轴箱定位型式任尊松10第七章轴箱定位型式任尊松11有摇枕弹簧悬挂装置第六章中央悬挂任尊松12第六章中央悬挂任尊松13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14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15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16中央悬挂空气弹簧系统第六章中央悬挂任尊松17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182.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19高度控制阀1.高度阀座2.高度阀3.右杆端部4.杆5.左杆端部6.下座组成③②①④⑤⑥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20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。充气不足装货供气风缸压力合适供气风缸过量充气卸货供气风缸第六章中央悬挂任尊松21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22第七章轴箱定位型式任尊松23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24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25两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26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27摩擦减振器P螺旋弹簧摇枕楔块第六章中央悬挂任尊松第六章中央悬挂任尊松0.2500.2750.3000.3250.350812160.350.360.370.380.390.40斜块与立柱间摩擦力/kN10.2500.2750.3000.3250.3501516171819200.350.360.370.380.390.40斜块与摇枕间摩擦力/kN130354045505560012345510152025斜块与立柱间摩擦力/kN3035404550556001234515202530斜块与摇枕间摩擦力/kN31液压减振器第六章中央悬挂任尊松32液压减振器工作原理第六章中央悬挂任尊松33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34AXLEBOXDAMPER0100020003000400050006000700080009000010203040506070VEROCITY(cm/s)FORCE(N)500TEC700E2,E3,E4特性曲线-轴箱减振器第六章中央悬挂任尊松35LATERALDAMPER020004000600080001000012000051015202530VEROCITY(cm/s)FORCE(N)500,TEC700E4特性曲线-横向减振器第六章中央悬挂任尊松36YAWDAMPER020004000600080001000012000140001600018000200000510152025VEROCITY(cm/s)FORCE(N)500,TEC700E2,E3E4特性曲线-抗蛇行减振器第六章中央悬挂任尊松371）.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38第七章轴箱定位型式任尊松3901020304050020406080100吸振率%频率/s-1厚度50mm厚度100mm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40•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41•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423040506070801.01.52.02.53.03.5动模数/静模数硬度/Hs橡胶模数与硬度间关系第六章中央悬挂任尊松43橡胶弹簧动刚度特性0.11101001.01.11.21.3Kd/KsHz0123451.01.21.41.6Kd/Ks%Strain第六章中央悬挂任尊松44第七章轴箱定位型式任尊松455）.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46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47FF有孔橡胶元件第六章中央悬挂任尊松48横向缓冲器第六章中央悬挂任尊松49Ofr0FyFFxf位止挡自由间隙，在-f～+f区间内，止挡力为零；r为橡胶变形间隙，在该区间内止挡力将随着橡胶变形量增大而逐步上升；若车体与构架间横向总位移量超过r+f，两者间接触刚度发生变化，使得止挡力急剧增加，以阻止车体与构架间相对横向位移进一步增加。横向止挡力特性第六章中央悬挂任尊松50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511.普通客车转向架悬挂特点206206G206P209T209P209PK摇枕弹簧装置形式圆弹簧外侧悬挂圆弹簧外侧悬挂圆弹簧外侧悬挂圆弹簧外侧悬挂圆弹簧超外侧悬挂空气弹簧有摇动台减振形式二系油压减振器横向缓冲器二系油压减振器横向缓冲器二系油压减振器横向缓冲器二系油压减振器横向缓冲器二系油压减振器横向缓冲器二系为节流孔、横向缓冲器回转阻尼无无无无无无抗侧滚装置无无无无无有轴箱弹簧装置形式圆弹簧圆弹簧圆弹簧圆弹簧圆弹簧圆弹簧轴箱定位装置形式干摩擦导柱式定位干摩擦导柱式定位干摩擦导柱式弹性定位干摩擦导柱式弹性定位干摩擦导柱式弹性定位干摩擦导柱式弹性定位最高运行速度km/h140140140140140160第六章中央悬挂任尊松52209HSCW-2SW-160206KP摇枕弹簧装置形式空气弹簧有摇动台空