CRH380BL高速列车空气弹簧

在普通机车车辆中，常常采用弹簧装置来缓冲冲击，使列车平稳运行，从而改善车辆横向运动性能和曲线通过性能。在高铁迅猛发展的今天，普通机车传统的弹簧装置已经无法满足CRH系列动车组的列车性能要求了，所以采用圆弹簧，橡胶弹簧以及空气弹簧。圆弹簧和橡胶弹簧常常用于一级悬挂系统中，而空气弹簧则主要应用于二级悬挂系统中。本文主要介绍的是CRH380BL动车组空气弹簧悬挂装置的分析与改进。

关键词：二系悬挂装置空气弹簧设计改进

第1章空气弹簧简介 (1)

1.1空气弹簧原理 (1)

1.2空气弹簧分类 (1)

1.3空气弹簧特点 (2)

1.4空气弹簧在CRH380BL的应用 (3)

第2章 CRH380BL空气弹簧的结构原理与结构分析 (5)

2.1CRH380BL空气弹簧系统的工作原理 (5)

2.2空气弹簧系统的结构 (5)

2.2.1空气弹簧 (5)

2.2.2高度阀 (6)

2.2.3差压阀 (8)

2.2.4抗测滚扭杆 (8)

2.2.5抗蛇行减振器 (11)

2.2.6二系横向减振器 (11)

2.2.7二系垂向减振器 (12)

2.3CRH380BL整体转向架特点 (12)

第3章日本空气弹簧系统 (15)

3.1日本新干线高速动车组二系悬挂空气弹簧技术 (15)

3.1.1抗蛇行减振器 (16)

3.1.2半有源悬挂和有源悬挂 (16)

第4章CRH380BL空气弹簧的设计改进分析 (17)

4.1空气弹簧的支撑方式 (17)

4.2垂向减振器方式的选择 (17)

4.3空气弹簧气囊大小的选择 (18)

4.4存在问题 (20)

4.5分析问题 (20)

4.6改进方案 (21)

参考文献 (23)

致谢 (24)

第1章空气弹簧简介

空气弹簧是一种在可伸缩的密闭容器中充以压缩空气，利用空气可压缩性实现其弹性作用。空气弹簧具有较理想的非线性弹性特性，加装高度调节装置后，车身高度不随载荷增减而变化，弹簧刚度值可以设计得较低，乘坐舒适性好。但空气弹簧悬架结构复杂、制造成本较高。

1.1空气弹簧原理

工作原理是在密闭的压力缸内充入惰性气体或者油气混合物，使腔体内的压力高于大气压的几倍或者几十倍，利用活塞杆的截断面积小于活塞的截断面积从而产生的压力差来实现活塞杆的运动，由于原理上的根本不同，所以气弹簧比普通弹簧有着很显著的优点：速度相对缓慢、动态力变化不大（一般在1∶2以内）、容易控制；缺点是相对体积没有螺旋弹簧小，成本高、使用寿命相对较短。

1.2空气弹簧分类

空气弹簧按气囊的结构形式可以分成囊式、膜式和复合式三种。

囊式空气弹簧由夹有帘线的橡胶气囊和密闭在其中的压缩空气组成。气囊的内层用气密性的橡胶制成，而外层则用耐油橡胶制成。气囊一般做成如图1所示的两节，但也有单节或三、四节的。节数越多，弹性越好，但密封性差，节和节之间围有钢制的腰环，使中间部分不致有径向扩张，并防止两节之间相互摩擦。气囊的上下盖板将气囊密闭。

图1 囊式空气弹簧图

如图2膜式空气弹簧的密闭气囊由橡胶膜片和金属压制件组成。与囊式的相比，其弹性弹性曲线比较理想，因其刚度较囊式较小，车身自然振动频率较低；且尺寸较小，在车上便于布置，故多用于轿车上。

图2 膜式空气弹簧图

从结构上看，复合式空气弹簧，是介于囊式和膜式之间的一种型式，它综合了上述两种空气弹簧的优点，具有较低的弹簧刚度，但制造工艺复杂。

空气弹簧的质量比任何弹簧的质量都小，且寿命较长，但高度尺寸较大，适用于在大型车辆上的布置，故近年来在大型客车上，尤其是高档豪华大客车上已经得到广泛的运用。

1.3空气弹簧特点

刚度小，当量静挠度大。空气弹簧能大幅度地增加当量静挠度，可使弹簧悬挂装置设计得很柔软，这样可降低车辆的自振频率。

具有非线性特性。空气弹簧具有非线性特性，可以根据车辆振动性能的需要，设计成具有比较理想的弹性特性（曲线）。在平衡位置振动幅度较小时（即正常运行时的振动），刚度较低；若位移过大，刚度显著增加，可限制车体的振动幅度。

刚度随载荷变化。空气弹簧的刚度随载荷而变化，从而可基本保持空、重车时，车体自振频率几乎相等，使空、重车不同状态的运行平稳性几乎相同。

高度可调节。空气弹簧和高度调节阀并用时，可使车体在不同静载荷下，保持地板面距轨面的高度基本不变。

可充分利用和横向弹性。同一空气弹簧可以同时承受三维方向的载荷，利用空气弹簧的横向弹性特性，可以代替传统转向架的摇动台装置，从而简化节，减轻自重。

能产生适宜阻尼。在空气弹簧本体与附加空气室之间设有适宜的节流孔，可

以产生适宜的阻尼，以代替垂向液压减振器。

具有吸振和隔音性能。空气弹簧具有良好的吸收高频率振动和隔音的性能。

空气弹簧的缺点：结构复杂，附件多，制造成本高，维修检修复杂。

1.4空气弹簧在CRH380BL的应用

空气弹簧广泛应用于商业汽车、巴士、轨道车辆、机器设备以及建筑物记作的自调节式空气悬挂。气弹簧又被称为支撑杆、调角器、气压棒、阻尼器等。在CRH380BL中所采用的是膜式空气弹簧中的自由膜式空气弹簧。

在膜式空气弹簧中还可以分为约束膜式空气弹簧和自由膜式空气弹簧两种。

约束膜式空气弹簧：在内、外筒将橡胶囊约束在内，如图3所示。

图3 约束膜式空气弹簧图

特点：刚度小，振动频率低，可方便地通过调整约束裙（内、外筒）的形状来控制其弹性特性。但橡胶囊（膜）工作状况复杂，耐久性差。

自由膜式空气弹簧：无内、外约束筒，如图4所示。

图4 自由膜式空气弹簧图

特点：无约束膜橡胶囊变形的内、外筒，可减轻橡胶囊的磨耗，提高使用使用寿命；安装高度低，可明显降低车辆地板面距轨面的高度；具有良好的负载特