第5章 转向架常用悬挂元件

悬
挂
元
件弹性元件减振元件钢簧
橡胶簧空簧摩擦减振器液压减振器
第5章转向架悬挂元件
弹性元件的作用：
•均衡
•缓冲•提高•延长车辆和轨道使用寿命
铁道车辆的主要弹性元件：
•橡胶簧
•空气弹簧
min 垂向静挠度f v ，
垂向刚度K v 。

(1)垂向刚度计算：
(2)强度校核：
348nD Gd K v =][83max max τπτ≤=d DC P D
H 5.30≤呈线负三次方关系，比较显著)
（3）弹簧圈数n 越多，垂向刚度越小；(呈线负一次方关系)
（1）横向刚度计算
（3）应力计算
i D
H K K v l ]384.0)(295.0[2+=][11τττ≤⎦
⎤⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++=l l f K H K D f
）各卷弹簧挠度相等以保证性能一致。

21m m =
两相邻车辆的车钩水平中心线最大高度差不得大于75mm
2）降低弹簧应力；
(a)钢簧一端加橡胶垫(b)钢簧两端加橡胶垫(c)钢簧加橡胶垫计算模型
1.
橡胶元件在铁道车辆中的应用
1. 橡胶元件在铁道车辆中的应用
3040
50
吸 /s -1
厚度 100 mm
2. 橡胶元件的优点：
阻力也愈大，减振隔音性能也愈好，如图所示；
得多；
缺点：
耐高低温和耐油性能差；
性能离散度大(同批产品差别可达10%)；
3.
橡胶元件的蠕变特性
载荷后，也不能立即恢复原状，这种特性称为时效蠕变或弹性滞后现象。

由于这种蠕变特性，同样大小的静载荷将比动载荷产生的变形大。

因 0
345
1.2/% Strain
4. 橡胶元件的有关计算
)
(119.0034.0MPa e
G HS
=iG
E a =st
d d K m K =（4）动刚度由动静模数比来决定：
50607080
模静硬度橡胶簧的刚度主要由：
5. 橡胶元件设计时的注意事项
果，所以应保证具有足够空间来改变形状。

用不同材质，以满足运用要求。

必须避免产生应力集中现象(如图)。

1. 空气弹簧装置的应用及特点
•
具有良好的高频吸振和隔音性能；
另外，空气弹簧的密封要求高，以保证弹簧性能稳定和节省压缩空气。

空簧本体
附加气室差压阀
高度阀
2.
空气弹簧的组成
弹簧本体
空气弹簧大体上可分为囊式和膜式两类。

（1）囊式空气弹簧。

可分为单曲、双曲和多曲等。

（2）膜式空气弹簧。

可分为约束模式和自由模式。

约束模式空气弹簧：自由模式空气弹簧：在无摇动台转向架上应用较多。

自由模式空气弹簧
1—列车主风管
空气弹簧)3—排风塞门
(高度阀
)高度控制阀6—差压阀7—附加空气室8 —节流阀
差压阀工作原理
调整阀使压缩空气停止流如果列车上乘客减少，高度调整阀打开通往大气的阀门，向外界排气，直到达到正常
的地板高度。

高度控制阀工作原理
(1) 高度控制阀的作用：
3）在通过曲线时，左右侧高度阀产生充、排气动作，减小车体倾斜。

和‘无感区’特性。

）充排气时间：左右空簧的充排气时间尽量相等，减小承载不均衡性。

5）供风风压：0.6MPa(6kg/cm)，要求符合空簧正常工作所需数值。

空气弹簧的优点只有在采用良好的高度控制阀情况下，才能充分体现出来。

高度控制阀的作用和主要特征参数空簧充气不足的危害(举例)
右空簧
左空簧
差压阀的工作原理
空气弹簧的内压差不能超过某一规定值（如0.08MPa
）。

空气弹簧，均衡左右侧的垂直载荷。

差压阀
空气弹簧系统(简图)
转向架
2
高度调整阀2
高度调整阀1
高度调整阀2
气囊
气囊
气囊
气囊
差动阀
差动阀
-转向架1BCU LVIC
-转向架2空气弹簧支撑控制方式：四点控制、三点控制、两点控制
2
01).(V A
P P n K a +=a
a V A P P n K 2
02).
(+=dz
dA P K 0
03.
−=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+++−+=212213)/()1(11K wC N N
K K Ke 3
2
002).(d
A
P P C a +=γ空簧面积变化产生的附加刚度：（1）Va 越大，刚度越小，阻尼越大；
（2）V0越大，刚度越小，阻尼越小；4
400
(k N s /m )
刚度 阻尼
振动频率(Hz)
()
010
4050
60
70
振动幅值对空簧阻尼的影响规律：
（1）小幅振动时，阻尼随频率变化比较平缓；
）随着振动幅值的增大，低频阻尼增大，但高频阻尼减小；）随着振动幅值的增大，峰值点逐渐减小(低频刚度应减小)；
扭臂
扭杆
吊杆
CRH5
CRH1
（3）主要提供抗侧滚刚度，其他方向的约束尽量释放掉(原理)
2. 抗侧滚扭杆刚度计算
δ
φK B
L
K ⋅=22
L
Gd
K 324
πδ=
2
4
32B
GLd
K πφ=
)呈线负二次方关系)
减振元件的作用：
消耗减小车辆系统的振动幅值改善
铁道车辆的主要减振元件：
摩擦减振器：
主要包括：摇枕斜楔变摩擦减振器、
摇枕斜楔变摩擦减振器、轴箱斜楔减振器、
利诺尔减振器。

•
液压减振器：受温度影响，常应用于机车和客车。

1. 变摩擦楔块减振器作用原理
摩擦楔块的一边嵌入摇枕端部的楔形槽中(称为副摩擦面，角度由于楔块有a 和β两个斜面，在车体重量作用下，楔块与摇枕之
2. l
Δsin cos u Δ−βμβ1cos sin z K N F u
+==αμαμμ
⎩⎨⎧==a
le l a le l P F P F 11μμ⎪⎩⎪⎨⎧Δ+=Δ−=l l le le βμβμμαμαμμsin cos cos sin 111⎩⎨⎧==a ue u a ue u P F P F 11μμ⎪⎩
⎪⎨⎧Δ−=Δ+=u u ue ue βμβμμαμαμμsin cos cos sin 1113. 主副摩擦面的摩擦力对比
⎪⎭⎪⎬⎫⋅+=⋅+⋅=⋅+=]cos )1[( ]cos )1[()
1(11ββαδαβαβδβαtg tg z tg tg tg z tg tg z z 4.
主副摩擦面相对位移对比
为δ，楔块和侧架立柱间的相对位移为δ。

根据三角形abc 可得：主摩擦面的位移远大
于副摩擦面的位移。

2.5
45cos cos 1αδ
5. 主副摩擦面摩擦功对比
α
αμαμββμβμηcos )cos (sin sin )sin (cos 1111−+==A A l l 0.086
0.1280.266μ=0.25, μ=0.40
0.1120.215μ=0.25, μ=0.35
ηη副摩擦面摩擦系数μ
6. 主摩擦面上下行摩擦力对比
下行摩擦力稍小于上行摩擦力；
3)当β=0时，是上下行摩擦力发生突变的拐点；
因此，应避免主摩擦角β≤00u 118.5
9.40.5320.4470.377λ←→-3o -1.5o 0
P F F P
F F l u l u +=+=222ϕ7. 相对摩擦系数
挂装置中摩擦力与垂直力的比值(只考虑主摩擦面)。

由于上下行的)
1)(2(tan .21μμαμϕ++=n 077.0)
37.0*3.01)(25(0.1*3.0*2=++=ϕ,n=5,μ=0.3, μ=0.37
该值正符合振动理论要要求的φ=0.07-0.1的范围。

运用实践证明，转8A选取的φ是合适的。

减振弹簧不是支撑在侧架上，而是支撑在摇枕上，减振弹簧的上部顶在
[与变摩擦减振器不同]
[力平衡，β=0]
常摩擦
2. 常摩擦减振器特点
3) 主摩擦面上行和下行的摩擦力基本相等；
楔块较宽，加强了摇枕与侧架之间的联系，对侧架的菱形变形
用于构架式货车转向架ZK3;
的影响较小，且磨耗板易于维护。

1. 液压减振器结构
是产生减振阻力的主要部件。

减振器油液: 产生阻尼的基本介质，
要求在-40~40 o C 范围内粘度变化不大；
2. 液压减振器工作原理
下运动，缸筒内的液体通过节流孔产生
卸荷区(阻力上升很慢)。

横向减振器一般水平安装，为了防止进
油阀露出油面而使空气进入缸筒，增加
客车的常用液压减振器
3. 铁道车辆常用液压减振器
BYE-FLOW
UNI-FLOW
使用例
ＹＡＷＤＡＭＰＥＲ使用例
ＹＡＷＤＡＭＰＥＲＬＡＴＥＲＡＬＤＡＭＰＥＲ
特徴
特徴
大径
微振動使用不向
20
40
60
246810轴箱减振器阻尼力/k N
速度/cm.s -1
TEC700 500
E2,E3,E4
0510********
246810
横向减振器阻尼力/k N
速度/cm.s -1
500,TEC700 E4
05101520
10
形器 E2,E3
速度大，一般振动速度都在卸荷速度之内，在计算模型中可以直接用阻尼系数来计算。

2) 抗蛇行减振器卸荷速度小，转向架蛇行速度很容易超过卸荷速度，在计算模型中不能直接用阻尼系数来计算，而要根据卸荷速度和卸荷力来计算。

抗蛇行减振器阻尼特性
V
F
旁承库伦摩擦阻尼特性
4.
旁承库伦摩擦与抗蛇行减振器区别
¾1) 旁承摩擦力矩载荷增大而增大；¾¾
¾¾¾
(通过曲线时，转向架与车体相对回转速车体相对回转速度较大，回转阻力变大，可抑制蛇行失稳)。

旁承库伦摩擦结构简单，制造维修方便，成本低；
抗蛇行减振器结构复杂，制造维修较难，成本较高；
摇枕斜楔常摩擦与变摩擦的区别？
轴箱斜楔与利诺尔减振器的区别？
抗蛇行减振器与旁承摩擦的区别？。