CRH2动车组空气弹簧垂向力学性能分析
动车组空气弹簧系统的组成及其特性分析
动车组总体题目：动车组空气弹簧系统的组成及其性能分析姓名：谭兆利学号：EMU 2015007 成绩：二〇一五年一月摘要：铁路机车车辆上采用弹簧装置来缓冲冲击，使列车平稳运行，改善机车横向运动性能和曲线通过性能。
随着高速铁路的发展，传统的弹簧装置已经不能满足高速列车性能的要求，现在多采用圆弹簧、橡胶弹簧及空气弹簧。
圆弹簧和橡胶弹簧经常被用作一系悬挂，而空气弹簧则被广泛运用于二系悬挂。
本文主要介绍空气弹簧的组成及其各部件性能的分析。
关键字：空气弹簧；高度调整；差动阀1.系统组成。
主要有空气弹簧本体、附加空气室、高度控制阀、差压阀和滤尘器等组成（见图1）。
2.压力空气传递过程（见图1）压力空气由列车主风管1→T形支管2→截断塞门3→滤尘止回阀4→空气弹簧储风缸5→主管→连接软管6→高度控制阀7→附加空气室10和空气弹簧本体8。
3.高度调整阀工作原理。
为了保持车体距轨面的高度不变，在车体与转向架之间装有高度调整阀，以调节空气弹簧橡胶囊中的压缩空气，使车辆地板面不受车内乘客的多少和分布不均匀的影响，基本保持水平。
3.1调节过程（见图2）：在正常载荷位置，及H h =时，充气通路L V →和放气回路E L →均被关闭； 当车体载荷增加时，此时H h <，阀动作，使L V →通路开启，压缩空气向空气弹簧充气，直至地板上面上升到标定高度为止。
当车体载荷减少时，此时H h >，阀动作，使E L →通路开启，空气弹簧向大气排气，直至地版面下降到标定高度为止。
3.2高度调整阀装置结构。
不同动车组所使用的高度调整装置结构有所区别，这里以2CRH 和3CRH 动车组所采用的高度调整阀装置为例来加以说明。
2CRH 的结构如图3 所示。
该高度调整阀内使用的工作油特性如下：种类：硅油；黏度：25,/1023s m -℃；温度系数：0.6.；流动点：-50℃以下。
高度调整阀工作过程分进气过程和排气过程，具体如图4，图5当然，上述调整只是在静态时进行，不能影响车体与转向架间的正常震动。
CRH2型动车组转向架二系悬挂装置
CRH2型动车组转向架二系悬挂装置5.6.1结构布置及特点CRH2型动车组转向架二系悬挂装置主要由空气弹簧系统、牵引装置、横向减振器、抗蛇行减振器及横向缓冲橡胶止挡等零部件组成，如图5.22所示。
每辆车体及其以上所有重量通过4个空气弹簧传递给两个转向架，纵向力(牵引力或制动力)由单牵引拉杆传递，而横向力则由空气弹簧和横向缓冲橡胶止挡共同传递。
空气弹簧是车体与转向架之间的重要悬挂元件，主要作用除支承车体载荷外，还可以隔离转向架构架的振动，并在通过曲线过程中通过变位实现车体与转向架间的相对旋转和横移。
因此，空气弹簧是二系悬挂中的关键零部件，是影响车辆运行平稳性的关键因素。
5.6.2空气弹簧装置空气弹簧装置主要包括空气弹簧及其附属的高度调整阀、调整阀保温箱及差压阀等。
空气弹簧采用自由膜式气囊，与下部的叠层橡胶堆组成一体。
该空气弹簧的特点：(1)垂向变形由空气弹簧本体(即气囊)和其下面的叠层橡胶堆共同承担，确保垂向大变形量；(2)在水平方向，一方面利用叠层橡胶堆进一步降低刚性，另一方面通过改变气囊形状，可以产生一定的阻尼，以改善乘坐舒适性。
5.6.2.1工作原理一般空气弹簧装置由列车主风管、T形支管、截断塞门、滤尘止回阀、空气弹簧贮风缸、连接软管、高度控制阀、空气弹簧本体、差压阀和附加空气室等组成，空气弹簧系统工作原理(即压力空气传递过程)见图5.23。
压力空气由列车主风管1→高度阀截断塞门3→高度控制阀4→空气弹簧截断塞门2→空气弹簧5→节流阀8→附加空气室7。
5.6.2.2空气弹簧结构空气弹簧主要由橡胶气囊、上下盖板、橡胶堆等零部件组成，如图5.24所示。
空气弹簧采用上进气设计，压缩空气经过高度调整阀进人橡胶气囊和构架内腔形成的附加空气室，橡胶气囊和附加空气室间设直径为φ14mm的节流孔，空气通过节流孔时产生的节流效应构成二系悬挂的垂向阻尼。
当空气弹簧上盖板相对于底座产生垂向位移时，空气弹簧内的气体容积发生变化，引起压力的变化。
空气弹簧系统的结构和垂向特性研究
空气弹簧系统的结构和垂向特性研究作者：张配来源：《时代汽车》2020年第17期关键词：空气弹簧系统组成工作原理垂向特性1 引言随着我国动车组运行速度的提高，人们对列车运行安全性的要求也越来越高。
保障动车组行车安全的最关键技术为高速动车组转向架，其在列车运行中具有承载、导向、牵引、制动等作用，直接影响轮轨作用力与车辆的运行品质，而转向架的动力学性能直接取决于悬挂系统。
目前，动车组采用的悬挂系统由一系悬挂系统和二系悬挂系统组成，如图1 所示。
其中，一系悬挂系统由钢弹簧和油压减振器组成，初步隔离轮轨之前的高频振动传向转向架;二系悬挂由空气弹簧系统组成，阻止了高频振动由转向架传向车体，使乘客乘坐舒适性明显提高。
所以研究空气弹簧系统的结构特点和垂向特性尤为重要。
2 空气弹簧系统的组成空气弹簧系统由空气弹簧本体、附加空气室、高度控制阀和差压阀等组成，如图2所示。
两个空气弹簧分别坐落在构架左右两侧的侧梁上，对于无揺枕的转向架，构架的测梁或者横梁的部分密闭空腔用作附加空气室，扩大空气弹簧内容积。
高度控制阀安装在车体和转向架之间，主要是用来控制空气弹簧的高度，从而调整車体的高度。
它有三个通气孔，分别和空气弹簧、大气、列车管相通。
差压阀安装在两空气弹簧之间，当两空气弹簧的压差达到150Kpa 时，差压阀内部通道自动打开。
2.1 空气弹簧本体的结构空气弹簧本体由橡胶气囊和应急橡胶弹簧组成，橡胶气囊内的空气因为可压缩性可实现车体的减振效果，应急橡胶弹簧和实现车体的缓冲效果。
空气弹簧有三种结构类型：囊式、约束膜式、自由膜式。
囊式和约束膜式的性能较差，主要应用在低速列车上。
自由膜式的具有较低的垂向、横向、纵向刚度，并且具有较大的抗扭转变形能力，因此，国内动车主要采用自由膜式，自由模式的结构如图3 所示。
2.2 高度控制阀的结构高度控制阀一般由高度控制结构、进排气机构和延时机构等三部分组成，如图4 所示。
高度控制机构主要包括连杆套筒、连杆和主轴等组成，主要完成进排气的控制作用。
CRH2动车组轴箱弹簧疲劳试验方案研究_宁晓丹
[收稿日期]2008-06-14 [作者简介]宁晓丹(1983-),女,2006年大学毕业,硕士生,现主要从事车辆零部件的现代设计理论与方法方面的研究工作。
CRH2动车组轴箱弹簧疲劳试验方案研究宁晓丹,孙保卫,商跃进,王 红 (兰州交通大学机电工程学院,甘肃兰州730070)[摘要]在现有机车车辆圆柱螺旋弹簧试验标准的基础上,针对CR H2动车组轴箱弹簧的特点,利用疲劳理论确定了该弹簧的疲劳试验方案,即在弹簧表面质量完好的情况下,疲劳试验次数达到300万次后,弹簧未发生断裂,可判定其合格。
研究表明,该方案可以作为CRH 2动车组轴箱弹簧进行产品质量检验的疲劳试验依据。
[关键词]动车组;轴箱弹簧;疲劳试验;疲劳寿命[中图分类号]U 260 4[文献标识码]A [文章编号]1673-1409(2008)03-N 258-02随着铁路客车第6次大提速,动车组在我国许多线路上得到了广泛应用,这使得研究如何对其零部件进行试验评价的问题提到议事日程上来。
为此,笔者针对CRH 2动车组轴箱弹簧的疲劳试验方案进行可行性分析。
1 试验方案确定依据铁路车辆采用的圆柱压缩螺旋弹簧通常按TB/T 2211-1991进行疲劳试验。
按式(1)确定试验载荷P,达到规定的试验次数N 后,未发生断裂者,判定其为合格。
可见试验方案取决于动荷系数K 和试验次数N 。
P =(1 K ) P m(1)式中,P m 为作用于弹簧上的垂向静载荷;K 为动荷系数。
2 试验参数确定2 1 动荷系数确定表1 常数a 、b 、c 、d 的取值a 簧上簧下b c 簧上簧下d 货车客车1 53 50 050 4270 5691 653TB/T1335-1996 铁道车辆强度设计及试验鉴定规范 规定车辆零部件的动荷系数计算公式为:K dy =a +bV f j +dc f j (2)式中,V 为车辆构造速度;f j 为静挠度;a 、b 、c 、d 为常数,按表1取值。
高速动车组空气弹簧动力学特性及其故障模式
使用维护高速动车组空气弹簧动力学特性及其故障模式刘志贺(上海中车艾森迪海洋装备有限公司，上海201306)摘要:在我国高速铁路发展的过程中，动车的使用原来越广泛，其使用的安全性成为了当前中国铁路致力研究的问题。
在研究的过程中，空气弹簧悬挂系统成为了主要研究的装置之一，能够有效提高动车组的动力学性能，但是在应用中也显示出了一些问题。
据此，主要对其特性及故障模式下的运行展开探讨。
关键词:高速动车；空气弹簧动力学；故障模式随着我国经济的发展，高速铁路网日益的密集对高速列车运营的质量提出了更加严格的要求，人们出行次数的增加也对高速列车的舒适感提出了更高的要求。
在高速动车的运行装置中，在悬挂系统中应用空气弹簧能够有效提升动车运行的安全性和舒适性,研究其故障模式有利于进一步提升高速动车组的可靠性。
1高速动车组空气弹簧动力学特性空气弹簧是一种有弹性作用的非金属弹簧，它的弹性主要是通过在橡胶气囊里空气的可压缩性来实现的。
其应用在动车组的悬挂系统中，很大程度上提高了动车运行的质量,在实际使用中显示出了以下特性:(1)高度调整阀对空气弹簧进行充气和排气的工作，维持空气弹簧在工作时一定的高度，能够使高速动车组不管在什么载荷情况下都能保持车体和轨道面一定的距离。
(2)由于空气弹簧的垂向柔性较大，因此能够使高速动车的二系悬挂系统保持较低的固有频率，空气弹簧的作用类似于低通滤波器,能够隔离转向架较高频率的振动。
(3怪气弹簧具有垂向刚度,能够在载荷增加的时候也随之增加，帮助高速动车组在不同载荷的情况下都保持固有的频率，从而提升动车组的动力学性能。
(4：)空气弹簧的振动是以气体作为媒介的，气体对高频振动的吸收效果较好個此能减小动车运行的噪音，保证乘客乘坐动车的舒适感。
(5)空气弹簧在和附加空气室交换气体时产生的阻力能够在一定情况下代替垂向液压减振器，能够节省动车的结构空间，降低制造成本。
(6怪气弹簧X较低的水平刚度，保证了较大的横移量，因此在高速动车组的转向架中，可以取消摇动台装置,简化转向架的结构，减轻车辆自身的重量。
空气弹簧动力学特性参数分析
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09级CRH2动车组轮对与弹簧设计解析
12012年12月18日CAD/CA 设CRH2动车组轮对与轴箱弹簧 •iiaM吏:班级 学号 姓名车辆091XXX XXX随着列车速度的不断提高，对转向架性能的要求越来越高。
与传统转向架相比，保持高速运行稳定性、充分利用轮轨之间的粘着和减轻轮轨相互作用力是动车组转向架特有的任务和技术关键。
转向架可以说是铁道车辆上最重要的部件之一，它直接承载车体重量，保证车辆顺利通过曲线。
同时，转向架的各种参数也直接决定了车辆的稳定性和车辆的乘坐舒适性。
尤其是轮对装置，轴箱弹簧。
从而保证转向架的各个部分有足够的强度，稳定性。
本文将以CRH2动车轮对与轴箱弹簧研究对象，建立有限元模型。
并对产生结构进行分析。
其相关参数如表二。
CRH2型动车组转向架的丄要参数1、制造工艺过程修正下料7端部加热7锻尖7加热7卷绕7淬火7回 火7强化处理（喷丸、强压、渗碳）7磨平端面7试验或 验收。
2、用三段直线扫描法绘制轴箱外弹簧弹簧是由簧条圆绕三条首尾相连的直线扭转而成的，故其造型过程为：先绘制三条首尾相连的直线，再绘制簧条圆，然后利用扫描特征中的沿路径扭转命令依次创建弹簧基体，最 后利用拉伸切除特征创建支撑圈。
如图 1所示CRH2轴箱外簧。
其基本参数如表一所示灿 £阳".”一2：-1 •由窘•已 <? \ 0 pJ .. 0 r 4 踊豪 警彎I □ .-A 小釦常購悬鮒荃砂」 ,,0 ■ © L * * F ■■ b 衽酥'活 翌 I Sffl I ：-科］DimJtpert I 賊野黑 1 ginwiinn f'*T轴脚2•噸外«逊心_£秋!0 1>]3f5ffl WAJil*iz 合全fl$«晦而 &上豳itffi 番启般唯而 it .用点 畑辛1£③却 S 圖理ft 抽机（一 ）轴箱弹簧CAD/CAE分析、轴箱弹簧（外簧）的CAD/CA 分析项目内圈簧 外圈簧簧条直径/mm 26 41 簧ffl 直径/mm 143 220自由高度/mni 240256压紧高度/mm 153.4 180.4 总圈数/#效圈数64/4.4 4恥9旋向 左右弹性系数/kgf/niin 单35,52 91.51总127.03 横向弾性系数 /kgfymm 》 S 000 8 000 应力修正系数1.278 L286「嘴.# 氐<■-常・图1.1三段直线扫描法轴箱外簧UXLUA ——二、CAE分析1.受力分析：弹簧下端受到轴箱支撑面的支持力，上端受到簧上质量的压力，分析时可简化为一端固定，另一端受到向下压力作用。
CRH2动车组轮对与轴箱弹簧
CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计一、轴箱弹簧的CAD/CAE设计（一）问题描绘2轴箱弹簧组构成参数：图轴箱弹簧组构成及参数1—外圈弹簧； 1—内圈弹簧；3—防雪罩2轴箱弹簧载荷在双圈弹簧中的载荷分派计算：CRH2动车组当定员数为 100 人时，定员重量为56t 。
则有：P v 56 1000 9.8 8 68600 N ；由载荷在双圈弹簧中的分派 P P P和内外圈弹簧中的变形相等条v 1 2件 P1 / k1 P2 / k2可得：P 49418 N , P19182 N1 2对 CRH2高速动车组，取动载荷系数k 0.25，则外簧和内簧的最大载荷分别为：P max1(1 k )P1 1.25 4941861772.5NP max 2 (1 k ) P21.25 1918223977.5NCRH2轴箱弹簧外簧圈建模过程如图2-1-1 所示：（二）轴箱弹簧组的CAD设计1.轴箱内弹簧的 CAD设计采纳三段直线扫描法：绘制三条首尾相连的直线→绘制簧条圆→利用扫描特点中的沿路径扭转命令挨次创立弹簧基体→利用拉伸切除特点创立支撑圈。
达成如下列图所示的部件造型：图内弹簧图外弹簧( 三）轴箱弹簧组的CAE设计1.轴箱外弹簧的 CAE设计刚度计算受力剖析弹簧下端遇到轴箱支撑面的支持力，上端施加 1mm的位移，计算支撑反力即可获得弹簧刚度的大小。
应力计算(1)前办理：基本思想：弹簧一端固定，此外一端施加单位位移，所得固定端支反力即为弹簧刚度。
定种类： CRH2轴箱外弹簧属于静态剖析画模型：调用以前成立好的轴箱外弹簧模型设属性：设弹簧资料为碳钢板分网格：共 13137 个节点， 6999 个单元。
以下列图所示 :图网格区分(2)求解：添拘束：在弹簧下端加固定几何体拘束；加载荷：在弹簧上端施加1mm的位移；图施加拘束与载荷查错误：载荷列表后进行检查；求结果：进行有限元剖析。
(3)后办理：列结果：列举拘束反力下结论：轴箱外弹簧的刚度为652N/mm。
CRH2型高速列车空气弹簧悬挂装置
CRH2型高速列车空气弹簧悬挂装置引言CRH2型高速列车是中国铁路系统中的一种高速列车。
它是中国自主研发的高速列车，具有较高的速度、较好的乘坐舒适度和安全性能。
其中，空气弹簧悬挂装置是CRH2型高速列车的重要部件之一，起到支撑和缓冲列车的作用。
本文将重点介绍CRH2型高速列车空气弹簧悬挂装置的原理、结构和工作原理。
原理空气弹簧悬挂装置是一种基于压缩空气原理的悬挂系统。
它包括弹簧、气囊、气压控制系统和阻尼器等组成部分。
当列车通过不平整的轨道时，弹簧和气囊会缓冲列车的震动，提供更平滑的乘坐体验。
结构CRH2型高速列车空气弹簧悬挂装置的结构主要包括： - 弹簧：弹簧起到支撑和缓冲的作用，可以根据列车不同的运行状态进行调节。
- 气囊：气囊是由柔性材料制成的蓄气室，通过调节气囊内气体的压力来调整列车的悬挂高度和硬度。
- 气压控制系统：气压控制系统包括气源、气缸、压力传感器和控制阀等组成，用于控制气囊内的气压，以实现悬挂高度和硬度的调节。
- 阻尼器：阻尼器用于消除列车的弹簧振动，提高乘坐舒适度。
工作原理CRH2型高速列车空气弹簧悬挂装置的工作原理如下： 1. 弹簧支撑：列车靠弹簧支撑在轨道上，弹簧会根据列车的重量和运行状态来调整自身的长度和硬度，以支撑列车的重量。
2. 气囊调节：气囊内的气压可以通过气压控制系统来调节，当气囊内气压增加时，气囊会变硬，提高列车的悬挂高度；反之，气囊内气压减小时，气囊会变软，降低列车的悬挂高度。
3. 阻尼控制：阻尼器通过控制阀来调整液体或气体的流动速度，消除弹簧振动，提高列车的乘坐舒适性。
4. 自动调节：CRH2型高速列车空气弹簧悬挂装置往往具有自动调节功能，它可以根据列车的速度、荷载、车轴的垂向位移等参数，自动调节气囊内的气压，以提供最佳的悬挂效果。
结论CRH2型高速列车空气弹簧悬挂装置是一种基于压缩空气原理的悬挂系统，通过弹簧、气囊、气压控制系统和阻尼器等部件的协调工作，为列车提供良好的悬挂和乘坐舒适性。
CRH2型高速列车空气弹簧悬挂装置
摘要随着高速动车组在我国铁路客运中所占比例不断增长，高速动车组的安全性和舒适性也越来越得到重视，而空气弹簧悬挂装置在这方面的作用是十分巨大的。
分析和改进空气弹簧悬挂装置，将对我国铁路迈向高速时代，起到至关重要的作用。
本毕业设计通过对国内外高速列车空气弹簧悬挂装置的介绍，分析了空气弹簧悬挂装置的各个部件及其作用。
同时以CRH2—300型动车组为对象，对其空气弹簧悬挂装置进分析，总结出优点与不足，最后提出优化改进方案。
关键词：空气弹簧悬挂装置；分析；改进目录摘要 (1)第 1 章绪论 (3)1.1研究背景 (3)1.2研究思路 (3)第2章国外空气弹簧悬挂装置的分析 (4)2.1瑞典X2000型摆式列车 (4)2.2 德国第二代ICE客车 (4)2.3 法国第二代TGV—A列车 (5)2.4 日本300系、400系、500系、700系客车 (6)第3章国内空气弹簧悬挂装置的分析 (8)3.1 CRH2型空气弹簧悬挂装置的组成 (8)3.1.1空气弹簧装置 (8)3.1.2高度调节阀 (10)3.1.3差压阀 (12)3.1.4横向悬挂装置 (12)3.1.5抗蛇形减振器 (13)3.1.6横向缓冲橡胶止挡 (13)3.2 CRH2型空气弹簧悬挂装置的特点 (13)第4章优化改进后的空气弹簧设计方案 (15)4.1二系悬挂系统设计 (15)4.1.1空气弹簧的支撑方式 (15)4.1.2垂向减振方式的选择 (15)4.1.3空气弹簧气囊大小的选择 (16)4.1.4抗蛇形减振器的选择 (16)4.2存在的问题 (16)4.3改进方案 (17)参考文献 (18)致谢 (19)CRH2型高速列车空气弹簧悬挂装置分析与改进第1章绪论1.1研究背景随着我国高速铁路的快速发展，高速动车组的运营里程日益增加、开行密度不断提高，如何保障高速动车组在高运营强度下的行车安全与可靠性，已成为中国铁路的研究焦点。
空气弹簧悬挂系统作为高速转向架的关键技术之一，在提高动车组动力学性能的同时，对其气动装置复杂、材料非线性、依靠气体流动减振等特点进行分析。
CRH2型动车组称重过程中空簧尺寸变化原因分析及对策
CRH2型动车组称重过程中空簧尺寸变化原因分析及对策史科柯【摘要】针对CRH2型动车组在全列称重及尺寸调整过程中空簧尺寸的变化现象进行原因分析,提出解决措施,有效提高全列称重的通过率,确保动车组车下天线在标准范围内,确保动车组平稳运行.【期刊名称】《上海铁道科技》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】3页(P116-117,115)【关键词】CRH2型动车组;全列称重;空簧尺寸【作者】史科柯【作者单位】上海铁路局上海动车段【正文语种】中文称重试验和尺寸测量调整是CRH2型动车组落成后一个必不可少的工序。
主要检测车辆的自重及轮重的均衡性，测量车底至转向架各构件以及车底至轨面的距离，以确保动车组的安全平稳运行。
车体主要由4个二系悬挂装置，即空气弹簧直接提供缓冲力以调节和保持车体相对平衡。
每一个空气弹簧由2个一系悬挂装置（即轴箱弹簧）提供缓冲力给空气弹簧，间接调节和保持车体相对平衡。
从而保证行车安全和提高旅客乘坐舒适度。
而轮对是车体重量的承受者，轮对受力数值是车体能否平衡的最直接体现，车体是否受力平衡主要由轮重差（%）和轴重体现。
车体是否平衡除轮重差体现外还包括车体的各项尺寸。
车体距转向架各部件，以及车体距轨面的高度将影响到车体运行的动力学性能。
车体和转向架由空气弹簧支撑，头车车底还安装Balise、STM等天线，所以空气弹簧的尺寸将影响车体和天线的各项尺寸。
空簧高度调整阀和空簧尺寸测量如图1和图2所示。
如图1所示，高度调整阀安装在车体底部，高度调节杆底端安装在转向架构架上，上端与高调杆杠杆相连。
如图2所示空簧尺寸指转向架构架测量基准点至车体底面的高度。
所以空簧高度由高度调节杆和高调杆杠杆的位置决定。
按照最新工艺要求，CRH2A、2B、2E及2C一阶段同一转向架空簧高度差不大于8 mm。
而在实际称重过程中，空簧调整完毕后，经过连续3次称重后，重新测量空簧高度与称重前的调整高度存在差异，个别情况空簧尺寸变化较大，超出空簧高度差。
关于对CRH2E型动车组空气弹簧部位惯性漏风问题的整治建议
排查 与漏 风有 关 的部件 ， 通过 更换 不 同部 位 的配 件排 查
出具 体 的故 障部位 。 １ ． Ｉ 更换 空 气弹簧 密封胶 圈
Ｃ ＲＨ ２ Ｅ ２ １ ３ ８漏 风 点 多 达 １ ０处 （ １ —１ 、 １ —３ 、 ２ —２ 、 ２
图 ｌ 空气弹簧上 、 下 密 封 圈
座， 试 验 均 未 出现 漏 风 ， 为 验 证 空 气 弹 簧 补 给 座 问题 ， Ｃ ＲＨ ２ １ ３ ８动 车组 ５车 ｌ位 重 新 更换 为 旧 的 补给 座 ，
试 验 未发生 漏 风 。
１ ． ３ 更 换 空气 弹簧 Ｃ ＲＨ： ２ １ ２ ５动车 组 在 重 新 落 下 和 更 换 橡 胶 圈 后 ， 试验 时 漏风 ４处 （ １ ～４ 、 ｌ ３ ３ 、 ｌ ３ —４ 、 １ ６ —４ ） ， 采 用更 换 ６个空 气 弹簧 （ １ —３ 、 １ —４ 、 １ ３ —３ 、 ｌ ３ —４ 、 １ ６ —３ 、 ｌ ６ —４ ）
Ｃ ＲＨ 型动 车 组 是 卧铺 动 车 组 ， ２ ０ ０ ９年 开 始 上 线 运行， 至 今 已运行 ８年 多 。近期 在 Ｃ ＲＨ 型 动车 组进
行 三级检 修 时发 现 ， 动 车组转 弯 时在 车体 与 转 向架 连接
部位 漏 风严 重 ， 致 使 称 重 作 业 无 法 正 常进 行 。１ ０月 １ ４ 日， Ｃ ＲＨ２ １ ２ ８ Ｅ型动车组 首 次称 重 即发 生 ６ 、 ９车漏风 的 情况 ， 重新 架 车进行 全面 检查 ， 没有 发 现异 状 ， 怀 疑 是落 车时 车体 与转 向架 对 位 不 准 造 成 。 １ ０月 １ ５日继 续 称
CRH2型高速列车空气弹簧悬挂装置
1摘 要随着高速动车组在我国铁路客运中所占比例不断增长，高速动车组的安全性和舒适性也越来越得到重视，而空气弹簧悬挂装置在这方面的作用是十分巨大的。
分析和改进空气弹簧悬挂装置，分析和改进空气弹簧悬挂装置，将对我国铁路迈向高速时代，将对我国铁路迈向高速时代，将对我国铁路迈向高速时代，起到至关重要起到至关重要的作用。
的作用。
本毕业设计通过对国内外高速列车空气弹簧悬挂装置的介绍，分析了空气弹簧悬挂装置的各个部件及其作用。
同时以CRH2CRH2——300型动车组为对象，对其空气弹簧悬挂装置进分析，总结出优点与不足，最后提出优化改进方案。
弹簧悬挂装置进分析，总结出优点与不足，最后提出优化改进方案。
关键词：空气弹簧悬挂装置；分析；改进空气弹簧悬挂装置；分析；改进目 录摘 要.............................................................. 1 第 1 章 绪 论.. (3)1.1研究背景研究背景..................................................... ..................................................... 3 1.2研究思路研究思路..................................................... ..................................................... 3 第2章 国外空气弹簧悬挂装置的分析国外空气弹簧悬挂装置的分析................................... ...................................4 2.1瑞典X2000型摆式列车型摆式列车......................................... ......................................... 4 2.2 德国第二代ICE 客车客车 .......................................... 4 2.3 法国第二代TGV TGV——A 列车列车 .......................................5 2.4 日本300系、系、400400系、系、500500系、系、700700系客车系客车........................ ........................6 第3章 国内空气弹簧悬挂装置的分析国内空气弹簧悬挂装置的分析................................... ...................................8 3.1 CRH2型空气弹簧悬挂装置的组成型空气弹簧悬挂装置的组成................................ ................................8 3.1.1空气弹簧装置空气弹簧装置 ........................................... 8 3.1.2高度调节阀高度调节阀 ............................................ 10 3.1.3差压阀差压阀 ................................................ 12 3.1.4横向悬挂装置横向悬挂装置 .......................................... 12 3.1.5抗蛇形减振器抗蛇形减振器 .......................................... 13 3.1.6横向缓冲橡胶止挡横向缓冲橡胶止挡...................................... 13 3.2 CRH2型空气弹簧悬挂装置的特点型空气弹簧悬挂装置的特点............................... ............................... 13 第4章 优化改进后的空气弹簧设计方案优化改进后的空气弹簧设计方案................................ ................................15 4.1二系悬挂系统设计二系悬挂系统设计............................................ ............................................15 4.1.1空气弹簧的支撑方式空气弹簧的支撑方式.................................... 15 4.1.2垂向减振方式的选择垂向减振方式的选择 .................................... 15 4.1.3空气弹簧气囊大小的选择空气弹簧气囊大小的选择 ................................ 16 4.1.4抗蛇形减振器的选择抗蛇形减振器的选择 .................................... 16 4.2存在的问题存在的问题.................................................. .................................................. 16 4.3改进方案改进方案.................................................... .................................................... 17 参 考 文 献........................................................ 18 致 谢. (19)CRH2型高速列车空气弹簧悬挂装置分析与改进第1章 绪论1.1研究背景随着我国高速铁路的快速发展，高速动车组的运营里程日益增加、开行密度不断提高，如何保障高速动车组在高运营强度下的行车安全与可靠性，如何保障高速动车组在高运营强度下的行车安全与可靠性，已成为中已成为中国铁路的研究焦点。
CRH2动车组CADCAE分析
CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计班级：车辆091班姓名：李磊学号：200903516日期：2012年12月一、问题描述CRH2型动车组以日本新干线E2-1000型动车组为原型，通过引进-消化-吸收-再创新，初步实现了国内制造。
1-1日本新干线E2-1000在国产化中，车轮踏面的适应性改造如下图1-2所示：图.1-2（左为日本新干线E2-1000，右为CRH2）为适应更高速速度与我国线路状况需要，在转向架的轴箱定位方式上改为转臂式轴箱定位（如图1-3所示），对构架、空气簧和轮对悬挂参数进行了优化。
图.1-3（左为E2-1000拉板式定位）众所周知，新干线自开通以来以它的优越性能，精准的正点率，非自然灾害之外的零伤亡事故赢得世界瞩目，长期的运营也证明了其出色的性能，但是在国内引进消化吸收再创新过程中，所采取的适应性改造是否合理，究竟是提升了其运行安全性和运行品质使得更加适应国内线路条件和车速需求，还是仅仅为了创新而创新需要经过理论和实践的双重检验。
由于我国高铁投入运营时间尚短，设计理念、设计方法不能与德国、法国、日本这些高铁大国同日而语，而通过试验运行来检验其设计合理性势必会有风险而且会增加设计周期减少经济效益，因而必要的计算机辅助分析与仿真是必不可少的。
下面就针对我国在对日本新干线动车组E2-1000引进国产化过程中的适应性改造进行CAE分析：即轴箱弹簧（悬挂参数优化）、轮对（踏面适应性改造）。
本文以CRH2动车组轮对与轴箱弹簧为研究对象，建立其有限元模型。
按照相关标准，应用solidworks2012对其进行CAD/CAE设计分析附：CRH2动车组拖车转向架基本参数二、 CAD设计1、轴箱弹簧CRH2型动车组轴箱弹簧的参数如下表2-1-1所示：（表2-1-1）CRH2轴箱弹簧外簧圈建模过程如图2-1-1所示：建模过程仿真在实际加工中的工艺流程：修正下料-端部加热-锻尖-加热-卷绕-淬火-回火-强化处理-磨平端部-试验或验收（使用三段直线法进行仿真）2、拖车空心车轴CRH2转向架车轴按照JIS E 4501（铁道车辆－车轴强度设计）进行设计，按JIS E 4502标准进行生产。
CRH2动车组空气弹簧垂向力学性能分析
研究空气弹簧胶囊铺层 中的帘线层数为 ２层。 帘布层作为空气 弹簧的主要承载部分 ， 采用高强度 的纤维尼龙材料 。 在本文分析模 型中， 胶囊模 型采用壳体单元 ， 帘线层采用 ｒ ｅ ｂ ａ ｒ 单元 ， 帘线层相对于胶囊子午线方 向分别成 ８ 。 和一 ８ 。 布置 ， 帘线层厚 度为 ｌ ｍ ｍ， 帘线横截面面积为 ｌ ｍ ｍ ， 在壳 体内的间距为 ３ ． ５ ｍ ｍ， ｒ ｅ — ｂ ａ ｒ 单元材料选取 １ ６ Ｍｎ 钢， 杨氏模量为 ０ ． ２ １ Ｍｐ ａ ， 泊松比 ０ ． ３ 。 １ ． ３气 体 单元 在动车组实际运行 中，簧上质量的变化改变 了胶囊的形状 ， 进 而 改 变 了胶 囊 内部 气 体 的压 力 ，从 而 实 现支 反 力 和载 荷 的 动态 平
Ｗ（ ｈｌ ２ ） ＝Ｃ ＊ ｏ （ ｈ一３ ） ＋Ｃ ｏ １ （ １ ２ —３ ） （ １ ）
衡， 保证 了乘 坐舒 适 性 。 在本文研究 中， 假设胶囊 内的气 体为理想 气体 ， 并且温度是恒 定不变 的， 即等温变化。由理想气体方程：
Ｐ Ｖ＝ｎ Ｒ （ ４ ）
式 中， Ｐ 一 气压 ， Ｖ 一 容积 ， ｎ 一 摩尔数 ， Ｒ 一 气 体 常数 ， Ｔ 一 温度 。 由于本文分析 中没有考虑节流阀的作用 ， 所以胶囊 内的气体质 量不会产生变化 ， 从而有 Ｐ Ｖ ＝ 常数。 图１ 是一个流体单元 ， 四个节点与其它单元的节点共用 ， 随着 其它单元节点位置变化而变化 。因此在计算 中， 由边界节点的位移 可 以得到某个单元 的体积变化 Ａ Ｖ 。为气囊 内多有气体单元选取一
。， ，
（ ２ ）
（ ３ ）
式中， ｖ 初 始橡 胶 容 积 。 １ ． ４ 接 触 问题 上 下 盖板 和 胶 囊 的接 触 对空 气 弹 簧 的力 学 性 能有 很 大 的影 响
高速列车空气弹簧二系悬挂垂向振动规律研究
高速列车空气弹簧二系悬挂垂向振动规律研究
张传阳;罗仁
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2024(53)2
【摘要】建立空气弹簧系统垂向非线性动力学模型和某高速列车动力学模型,根据空簧垂向振动传递试验结果,验证空簧非线性动力学模型的准确性,采用数值仿真分析空簧的垂向动刚度特性和振动传递规律。
研究二系抗侧滚扭杆刚度、空簧节流孔直径和二系垂向减振器阻尼对振动传递规律的影响,对比不同二系悬挂结构对车辆动力学指标的影响,发现节流孔直径对空簧动刚度和传递率影响很大,减小节流孔直径会增大空簧垂向动刚度;采用节流孔方式有利于改善高频减振效果,采用二系垂向减振器有利于低频减振。
研究结果表明:采用合适直径的节流孔可以实现和二系垂向减振器近似的振动传递率,且减小垂向平稳性指标值及车体垂向加速度值。
【总页数】6页(P214-219)
【作者】张传阳;罗仁
【作者单位】中国铁路设计集团有限公司;西南交通大学牵引动力国家重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】U260.11
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垂向悬挂系统设计解析表达式5.基于超磁致伸缩作动器的高速列车主动悬挂垂向振动控制研究
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CRH2动车的结构参数
m
77
轮对内侧距
1353
mm
19.6
kN.s/m
71
二系空气弹簧提供的垂向阻尼（单个）
9.8
kN.s/m
72
二系横向减振器的阻尼（单个、每转向架两个）
58.5
kN.s/m
73
二系抗蛇行减振器的阻尼（单个、每转向架两个）
2450
(0.003,7360)
kN.s/m
74
轮径
860 (新轮)
mm
75
最大运用速度
200
km/h
76
通过的最小曲线半径
128304
kg.m2
49
车体绕y轴的转动惯量（相对于车体质心点头）
1940400
kg.m2
50
车体绕z轴的转动惯量（相对于车体质心摇头）
1831104
kg.m2
51
一系轴箱弹簧的纵向刚度（每轴箱）
980000
N/m
52
一系轴箱弹簧的横向刚度（每轴箱）
980000
N/m
53
一系轴箱弹簧的垂向刚度（每轴箱）
—
N.m/rad
65
牵引杆橡胶关节绕z轴的转动刚度（每轴箱）
—
N.m/rad
66
二系空气弹簧的纵向刚度（单个）
189100
N/m
67
二系空气弹簧的横向刚度（单个）
189100
N/m
68
二系空气弹簧的垂向刚度（单个）
220500
N/m
69
二系横向止挡橡胶元件的横向刚度
630150
N/m
70
一系垂向减振器的阻尼（单个）
CRH2型动车组转向架二系悬挂装置
CRH2型动车组转向架二系悬挂装置5.6.1结构布置及特点CRH2型动车组转向架二系悬挂装置主要由空气弹簧系统、牵引装置、横向减振器、抗蛇行减振器及横向缓冲橡胶止挡等零部件组成，如图5.22所示。
每辆车体及其以上所有重量通过4个空气弹簧传递给两个转向架，纵向力(牵引力或制动力)由单牵引拉杆传递，而横向力则由空气弹簧和横向缓冲橡胶止挡共同传递。
空气弹簧是车体与转向架之间的重要悬挂元件，主要作用除支承车体载荷外，还可以隔离转向架构架的振动，并在通过曲线过程中通过变位实现车体与转向架间的相对旋转和横移。
因此，空气弹簧是二系悬挂中的关键零部件，是影响车辆运行平稳性的关键因素。
5.6.2空气弹簧装置空气弹簧装置主要包括空气弹簧及其附属的高度调整阀、调整阀保温箱及差压阀等。
空气弹簧采用自由膜式气囊，与下部的叠层橡胶堆组成一体。
该空气弹簧的特点：(1)垂向变形由空气弹簧本体(即气囊)和其下面的叠层橡胶堆共同承担，确保垂向大变形量；(2)在水平方向，一方面利用叠层橡胶堆进一步降低刚性，另一方面通过改变气囊形状，可以产生一定的阻尼，以改善乘坐舒适性。
5.6.2.1工作原理一般空气弹簧装置由列车主风管、T形支管、截断塞门、滤尘止回阀、空气弹簧贮风缸、连接软管、高度控制阀、空气弹簧本体、差压阀和附加空气室等组成，空气弹簧系统工作原理(即压力空气传递过程)见图5.23。
压力空气由列车主风管1→高度阀截断塞门3→高度控制阀4→空气弹簧截断塞门2→空气弹簧5→节流阀8→附加空气室7。
5.6.2.2空气弹簧结构空气弹簧主要由橡胶气囊、上下盖板、橡胶堆等零部件组成，如图5.24所示。
空气弹簧采用上进气设计，压缩空气经过高度调整阀进人橡胶气囊和构架内腔形成的附加空气室，橡胶气囊和附加空气室间设直径为φ14mm的节流孔，空气通过节流孔时产生的节流效应构成二系悬挂的垂向阻尼。
当空气弹簧上盖板相对于底座产生垂向位移时，空气弹簧内的气体容积发生变化，引起压力的变化。
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摘要：对crh2动车组空气弹簧非线性问题进行了分析，得到了材料非线性、几何非线性和状态非线性在仿真分析中的处理方法。
用abaqus有限元软件建立了空气弹簧的有限元模型。
计算了空气弹簧的垂向刚度，并分析了胶囊内气体初始内压、帘线角度和下座橡胶堆对垂向刚度的影响。
有限元计算结果显示，空气弹簧的垂向刚度随气体初始内压的增加而增加，随帘线角度的增大而减小。
关键词：有限元法；abaqus；空气弹簧；垂向刚度
空气弹簧属于具有自适应性弹性元件，刚度可随载荷的变化而适当调节[1]。
目前随着铁道车辆轻量化、高速化发展，空气弹簧发展与应用前景更为广阔了[2]。
我国的crh系列动车组也均采用了空气弹簧作为二系悬挂。
在以往的研究中往往将胶囊内的气体压力简单处理为胶囊内壁压力，本文在计算过程中采用空气单元模拟胶囊内空气。
研究以crh2动车组空气弹簧为研究对象，采用abaqus有限元软件分析其垂向刚度。
1 空气弹簧非线性成分分析
1.1 橡胶材料计算模型
空气弹簧的胶囊是空气弹簧的主要承载部件，是由交叉的多层帘线层和橡胶层组成的复合材料结构，是典型的非线性材料。
空气弹簧中的下座橡胶堆部分和胶囊部分都采用了橡胶材料。
在计算过程中假设空气弹簧系统中橡胶材料的体积是不可压缩的，并且在实际情况下胶囊和橡胶堆的橡胶材料实际变形不是很大，故可采用mooney-rivlin模型。
（1）
（2）
（3）
式中：c10，c01为超弹性材料参数；i1，i2为第1和第2应变常量；λ1，λ2，λ3为3个主拉伸方向的伸长量。
1.2 帘线的处理
研究空气弹簧胶囊铺层中的帘线层数为2层。
帘布层作为空气弹簧的主要承载部分，采用高强度的纤维尼龙材料。
在本文分析模型中，胶囊模型采用壳体单元，帘线层采用rebar单元，帘线层相对于胶囊子午线方向分别成8°和-8°布置，帘线层厚度为1mm，帘线横截面面积为1mm2，在壳体内的间距为3.5mm，rebar单元材料选取16mn钢，杨氏模量为0.21mpa，泊松比0.3。
1.3 气体单元
在动车组实际运行中，簧上质量的变化改变了胶囊的形状，进而改变了胶囊内部气体的压力，从而实现支反力和载荷的动态平衡，保证了乘坐舒适性。
在本文研究中，假设胶囊内的气体为理想气体，并且温度是恒定不变的，即等温变化。
由理想气体方程：
（4）
式中，p-气压，v-容积，n-摩尔数，r-气体常数，t-温度。
由于本文分析中没有考虑节流阀的作用，所以胶囊内的气体质量不会产生变化，从而有pv=常数。
图1是一个流体单元，四个节点与其它单元的节点共用，随着其它单元节点位置变化而变化。
因此在计算中，由边界节点的位移可以得到某个单元的体积变化？驻v。
为气囊内多有气体单元选取一个参考节点，就可以得到胶囊内气体的变化量？驻v=？驻v=■？驻ve。
[3]由式（4）就有：
（5）
式中，v0-初始橡胶容积。
1.4 接触问题
上下盖板和胶囊的接触对空气弹簧的力学性能有很大的影响，由于胶囊材料为超弹性材料，可以将上下盖板假设为刚体，因此就将胶囊与下盖板的接触问题转换成了壳单元与刚性曲面的接触问题。
在本文分析中，把刚性曲和壳体面定义为被动体和主动体。
用abaqus中的tie功能，将流体单元的节点和盖板刚性曲面的参考点固定，气囊上沿的一圈节点和上盖板刚性曲面的结点连接，下沿的一圈节点与下盖板刚性曲面的结点连接[4]。
2 空气弹簧的有限元模型
crh2空气弹簧的本体主要由胶囊、上下盖板、橡胶堆构成[5]，有效直径为528mm。
图2为crh2空气弹簧系统的三维模型。
图2 crh2空气弹簧本体的三维模型
在abaqus中建立空气弹簧的有限元模型。
胶囊内气体采用f3d4三维四节点流体单元。
橡胶超弹性材料计算参数为c10=0.42，c01=0.12，d1=0.00012。
橡胶堆部分采用三维八节点的实体单元，橡胶堆之间的钢板定义为钢材，离散模型如图3。
图3 空气弹簧系统有限元模型
本模型共定义了11364个节点，4692个c3d8rh三维八节点实体单元，5202个四节点s4r 壳单元，80个s3r三节点壳单元，3644个f3d4三维四节点流体单元。
在本文仿真分析过程中，第1步模拟对空气弹簧充气，约束住上盖板刚性曲面和橡胶堆底面，对f3d4流体单元加初始压力。
第2步利用与第一步计算所得反作用力方向相反，大小相同的垂向力来替代上盖板刚性曲面参考点的垂向位移约束。
第3步给上盖板钢体施加垂向位移，得出空气弹簧系统的垂向特性曲线。
3 分析结果
橡胶囊帘线角度为8°，垂向位移加载20mm，计算得出胶囊初始内压为200kpa，300kpa，400kpa，500kpa四种工况下垂向位移与载荷曲线。
图4为初始内压为200kpa，帘线角度为8°，加载位移20mm时的空气弹簧变形图。
图4 初始内压为200kpa空气弹簧的变形图
图5为初始内压分别为200kpa，300kpa，400kpa，500kpa，帘线角度为8°时，对应的垂向位移与垂向载荷曲线。
由图5可以看出，在相同的位移变化下，随着内压的增大载荷也增大，即随着内压的增大，空气弹簧的垂向刚度也增大。
计算初始内压为400kpa时，连线角度为4°、8°、12°、16°、20°、24°六种工况下弹簧刚度。
图6为刚度变化曲线。
表1为初始内压400kpa，帘线角度为8°时，有无下座橡胶堆对空气弹簧的垂向性能的影响。
从表中可以看出，橡胶堆对空气弹簧的垂向刚度的影响率达到了5.1%。
所以，下座撑橡胶堆能改善空气弹簧的品质，从而能提高动车组的舒适性。
表1 橡胶堆对空气弹簧垂向性能的影响
4 结束语
对crh2动车组空气弹簧中的各种非线性问题进行了分析，得出了他们在有限元分析中的处理方法。
运用大型有限元软件abaqus对空气弹簧垂向刚度和胶囊内压缩气体的初始压力、胶囊帘线角和下座橡胶堆的关系进行了分析。
结果显示，随着初始内压的增大，空气弹簧的垂向刚度也增大；气囊帘线角越大则垂向刚度越小；下座橡胶堆对垂向刚度影响率为5.1%。