城轨车辆空气弹簧系统常见故障分析

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供了思路和方法。
关键词：城轨车辆；空气弹簧；常见故障；故障分析
中图分类号：U279.3
文献标识码：B
文章编号：1006-8686 （2019） 01-016-04
1 引言
2 空气弹簧的分类及特征
空气弹簧诞生于 1950 年代，是现代铁道车辆必 不可少的减震装置之一，它是一种由橡胶、网线贴合 成的曲形胶囊。胶囊两端部用两块钢板相连接，形 成一个压缩空气室。空气弹簧的工作原理是在密闭 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 杆的横截面积小于活塞的横截面积从而产生的压力 差来实现活塞杆的运动。空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、容 易控制；缺点是相对体积没有螺旋弹簧小，成本高、 寿命相对短。空气弹簧凭借其卓越的优势已被广泛 应用于城轨车辆的二系悬挂系统中。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，弹簧刚度可设计得较 低，乘坐舒适性好，使列车在运行中具有很高的平稳 性，同时又能大幅降低噪声，对建设绿色城市也起到 了促进作用。
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3）按密封形式分类空气弹簧：一般可分为 LHF 型、JBF 型、GF 型、HF 型、ZF 型五种结构形式。
2.2 空气弹簧的特征 1）刚度特性。所谓的刚度特性就是指空气弹 簧受力后产生形变或恢复，这种特性称之为刚
度特性。而空气弹簧的形变量往往又和其气压、有 效受力面积、气体温度、气流速度等因素有关，此外， 空气弹簧刚度特性的复杂性不仅体现在上述种种不
2.1 空气弹簧的分类 空气弹簧分类一般有三种 分法：按空气弹簧的结构类型分类、联接方式分类、 密封形式分类。
1）按结构类型分类的空气弹簧：一般可分为囊 式、膜式、混合式；而其中的膜式空气弹簧又可分为 自由膜式和约束膜式；至于混合式空气弹簧一般是 囊式和膜式的混合体。
2）按联接方式分类空气弹簧：一般可分为固定 式法兰联接型、活套式法兰联接型、非法兰联接自密 封型。
然而空气弹簧从某些方面来说也是脆弱的，在 列车运营过程中受外界一些不利因素往往会加速空 气弹簧的磨损和老化，从而大大缩短空气弹簧系统 的使用寿命，为此我们应加强对城轨车辆空气弹簧 的故障分析，深入研究空气弹簧可能出现的故障，切 实做好预防和保养工作，尽量延长空气弹簧使用寿命。
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自空气弹簧诞生以来，国内外的众多专家学者 对其结构、原理、特性等方面进行了众多深入研究分 析，也获得了不同程度的成果。
图 3 气囊破损
4 空气弹簧胶囊故障
胶囊部分是空气弹簧最脆弱的部分，因而它最 容易受到伤害，下面重点分析空气弹簧胶囊部分的 常见故障。
4.1 气囊裂纹 城轨空气弹簧的气囊由于长时间 暴露在大气中，不仅受到灰尘，各种有机物污染还经 常与各种酸，碱物质接触，慢慢地气囊外部的胎面会 被 腐 蚀 ，从 而 导 致 橡 胶 囊 所 能 承 载 的 气 压 大 大 降 低。当充入正常工作气压时，气囊就有可能无法承 受相应的压力产生裂纹。（如图 4 所示）
2）纵向位移：牵引拉杆连接的是空气弹簧上的 摇枕和构架，其对列车的纵向位移有定位作用。当 列车两个空气弹簧存在相对高度差时，会导致摇枕 不正位，若牵引拉杆紧固太紧，摇枕将不易复位，久 之产生纵向倾斜，加剧了空气弹簧的不正位，出现漏 风现象。
3.2 空气弹簧密封性故障 1）空气弹簧上盖板和气囊贴合处的橡胶发生老
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3 车站站型选用研究
应结合地区的客流特点、工程建设时序、站址所 在地的地形地貌和城市规划，车站的工程代价及远 期发展情况对客运中心站车站站型进行选择，确保 设计、选择对象建成运用后有较好的综合效益。
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图 5 帘线层磨损
4.3 龟裂老化 由于城轨车辆空气弹簧气囊是橡 胶制成的，受温度影响较大，夏季列车在高温下持续 作业，橡胶气囊受热软化；冬季受低温影响，橡胶气 囊收缩变硬，日积月累气囊就会逐渐老化变得脆弱， 失去弹性。这时如果突然遇到载客突然增大或者充 入的风压过大就有可能造成气囊被压下弹不起来或 者气囊直接被气流冲破产生龟裂。（如图 6 所示）
四线并行拉开间距合场站型(见图 3) 车站场坪 较长，用地较大，对车站的平纵断面要求较高，本线
通过列车、跨线列车车流顺畅，丙-丁方向本线折返 列车需在车站两端正线间设联络线，工程代价大。 本站型适用于设站条件较好，本线通过列车和跨线 列车相当，且本线折返列车较少，两条线路建设不同 步的车站。
四线并行线路别及方向别站型（见图 4）为四线 并行合场站型和四线并行拉开间距合场站型组合， 适用于仅有甲-丁方向跨线车，无丙-乙方向跨线车 情况，整个车场的布置既能实现跨线车的车流顺直， 又能在四线并行拉开间距合场站型的基础上减少用 地和工程投资。
摘 要：空气弹簧具有较理想的非线性弹性特性，弹簧刚度可设计得较低，使列车在运行中具有很高的平稳
性，同时又能大幅降低噪声。在列车运营过程中的一些不利因素往往会加速空气弹簧的磨损和老
化，从而大大缩短空气弹簧系统的使用寿命,通过本文的分析研究总结了空气弹簧常见的漏风故障
和胶囊故障，分析了各种故障的现象以及故障产生的原因，为有针对性地防范和解决此类故障 提
3）阻尼特性。空气弹簧的阻尼特性与其主气室 和附加气室的空气流通而导致的压力差密切相关， 当空气弹簧产生形变时，其主风室和副风室之间便 有了压力差，从而产生空气流通，阻尼也随之出现。 产生的阻尼会吸收空气弹簧的部分振动能量，起到 减振作用。
4）垂向特性。当空气弹簧受到垂直方向的外力 时，空气弹簧的胶囊体便开始在垂直方向上压缩或 伸 长 ，我 们 把 空 气 弹 簧 的 这 种 现 象 称 之 为 垂 向 特 性。当然，我们也可以逐步研究空气弹簧在各个位 移量下其胶囊体的形变程度，然后将所得的点数据 用曲线绘制成图：空气弹簧的垂向位移—载荷变化 规律图。空气弹簧垂向特性的利用对于提升机车车 辆减震效果和列车运行平稳性、安全性起到非常重 要的作用。
城轨车辆空气弹簧系统常见故障分析
定因素，光是对其分析导出的公式进行计算就足以 体现其复杂性。
2）频率特性。空气弹簧的频率特性是指空气弹 簧在受到外力时，其内部产生振动，这种现象赋予了 空气弹簧一种特性，称之为频率特性。这种特性也 叫空气弹簧的固有频率，它与弹簧内部的气压以及 弹簧的有效面积变化率等因素有关，对其的研究也 是比较复杂的。
第 25 卷第 1 期 2019 年 1 月
10.13572/j.cnki.tdyy.2019.01.006
铁道运营技术
Railway Operation Technology
Vol.25 No.1 January 2019
城轨车辆空气弹簧系统常见故障分析
方松
（南京铁道职业技术学院，讲师 江苏 南京 210031）
严重影响行车安全。造成空气弹簧漏风主要为：空 气弹簧产生位移导致漏风、空气弹簧密封性问题导 致漏风和气囊破损导致漏风。
3.1 空气弹簧产生位移 城轨车辆在运行中过弯 道、上下坡时转向架的相关部件产生横向或纵向位 移，使得空气弹簧和上下盖板之间产生摩擦而产生 间隙，导致漏风故障。
1）横向位移：当空气弹簧两端高度不一致时，列 车的车体就会发生倾斜，在倾斜状态下列车过弯道， 其空气弹簧就会受到横向离心力。在离心力的作用 下空气弹簧的上盖板和气囊产生相对运动趋势，因 而便有了摩擦力，时间长了盖板和气囊就会产生间 隙。更严重的是当横向位移产生后，会使得旁承水 平面变成斜面，加剧了车体的倾斜，随着位移量的逐 渐增大，漏风现象会越趋严重。
3 空气弹簧漏风故障
空气弹簧在减震方面有众多优点，因而在现代 公路和轨道交通车辆以及工业机械等领域获得广泛 应用。然而在应用过程中，空气弹簧系统在外界因 素（如：温度，湿度，酸碱度，压力等）和内在因素（如： 磨耗，破损等）的双重影响下，会产生一些故障，直接 威胁到空气弹簧的使用寿命，因此有必要对空气弹 簧的常见故障进行系统分析。
化从而导致密封性能下降，运行中再受到冲击，密封 部脱落漏气。（如图 1 所示）
图 1 密封部脱落
2）空气弹簧上盖板和底座的密封部和中间的气 囊是硫化橡胶粘接的，当它们之间的粘合强度因为 某些因素降低时，也会导致空气弹簧漏气。（如图 2 所示）
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铁道运营技术
共站分场设联络线站型（见图 1）车站场坪最 短，对车场设置的平纵断面要求最低，但为实现跨线 车运行需在车站两端咽喉设置联络线，联络线设置 条件较差时会致联络线较长。本站型适用于联络线 设置条件好，两条线路不同步建设或建设条件限制 时的特殊情况，有利于划分工程及管理界限。
四线并行合场站型（见图 2）车站场坪较短，且 节约用地，跨线列车均通过车站咽喉实现跨线，不需 要设联络线，但本线折返列车、跨线列车与本线通过 列车间的行车干扰较大。本站型适用于两线线路本 线通过列车较多，本线折返及跨线列车较少，两条线 路建设同步的车站。
图 4 气囊裂纹
4.2 鼓泡磨损 1）鼓泡：空气弹簧气囊在制造过程中,内外层橡
胶与帘线层粘合不良,在列车运行过程中，会有部分 空气进入并停滞在内外层橡胶与帘线层之间从而产 生气囊表面局部鼓泡现象,鼓泡易使胶囊破损，所以 发现气囊有鼓泡则要考虑更换新气囊。
2）磨损：城轨车辆在运行过程中，特别是过弯道 时，气囊会与上盖板和底座之间的接触部分发生相 对运动，从而产生滑动摩擦。久而久之磨损的创面 危及到气囊的帘线层，当帘线层被破坏后，气囊几近 报废，这时就要重新换气胎。为此列车在库内一定 要注意检查该部分，发现气囊帘线层破损则应及时 更换气囊。（如图 5 所示）
Railway Operation Technology
Vol.25 No.1 January 2019
图 2 盖板粘源自文库处脱落
3.3 空气弹簧气囊破损 简言之，空气弹簧是由上 盖板，底座，橡胶气囊三部分组成的，三者中，气囊是 最脆弱的，当气囊受到外力冲击，划破，刺穿，磨损， 腐蚀都会直接导致空气弹簧结构的破坏产生漏风现 象。（如图 3 所示）
城轨车辆空气弹簧系统常见故障分析
现象并分析其原因。以期能够提前做好预防和保养 工作，尽量延长空气弹簧的使用寿命。
图 6 气囊龟裂老化
5 结束语
空气弹簧在应用过程中，由于受到各种外界因 素（如：温度，湿度，酸碱度，压力等）和内在因素（如： 磨耗，破损等）的双重影响，难免会产生各式各样的 故障，从而直接威胁到空气弹簧的使用寿命。本文 总结分析了空气弹簧常见的漏风故障和胶囊故障。 对造成空气弹簧漏风故障的三大原因：空气弹簧产 生位移导致漏风、空气弹簧密封性问题导致漏风和 气囊破损导致漏风进行了叙述，描述了故障产生的
城轨车辆对其空气弹簧的密封性要求很高，常 见的密封形式有螺钉紧固式和压力自封式两种。前 者是用螺钉或钢环将盖板和气囊密封端面固定以密 封；后者是利用气囊内部气压直接与盖板压合形成 密封。由于后者密封方式不但能减轻空气弹簧的重 量而且还能减少安装体积，非常方便，所以后者密封 方式被广泛应用于城轨交通。空气弹簧的密封方面 如果出现问题往往会导致空气弹簧出现漏风故障，