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******
学号：EMU ******* 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。

保证高度调节阀仅在静态需要调整时才起作用，而对动态震动不起作用，这就要求高度调整阀必须具有如下特性：
具有不感带（10±1）mm ；具有时间延时（3±1）s ；内腔充满硅油，起阻尼作用。

3CRH 的高度调整阀组成主要包括高度阀座、高度阀、水平杆、螺纹杆、调整环和下座等部件见图6
高度控制阀的主体采用螺钉固定在高度阀座上，阀座与摇枕相连，而该阀的阀杆铰接在转向架上。

高度控制阀在转向架的位置可参见图6。

通过调整高度控制阀和转向架构架之间的螺纹杆的长度以便调整由于车轮
磨耗造成的车辆高度变化。

在每次镟轮
之后应进行这样的调整。

车辆高度阀调节车辆垂向位移的不敏感带约为 3mm，此时空气流通停止，避免空气的过度消耗。

在不敏感带之后，空气流通保证了悬挂系统的减振功能。

空气悬挂设备的空气信号与旅客载荷成比例，并传送到控制单元，用以制动载荷补偿。

高度调整阀在空气弹簧系统的闭环线路中起着一个作动器的作用。

它被设计为一个无旁通的非节流阀式双座阀门。

它使用了一个单向阀门，用来保持气囊压力。

CRH动车组采用SN1205-E/110型的高度控制阀，其工作原理如图7。

3
该阀门在顶部有一个开口V，用来安装辅助储气罐。

在开口V的对面是一个排气口E,左和右两侧分别有一个开口L，其中一个用来连接空气弹簧气囊，另一个开口L被一个螺塞堵死。

高度调整阀工作原理参见图：由于车辆载荷的增大或减小而导致的转向架相对于车体的垂直运动，通过作动杆传递给操纵杆（23），并传递到安装在高度阀上的驱动器和偏心件（18）。

偏心件插入活塞上的一个椭圆形孔，在驱动器转动时使活塞向上和向下运动。

阀门头（2a）起着一个单向活门V1的作用。

因此，在压力下降时，将阻止空气从L口（空气弹簧橡胶气囊）回流到V口。

只要轨道车辆处于水平状态，自动调平阀即处于所谓的中立位置，此时压缩空气既不进入也不排出。

在这个位置上，进气阀门V2和出气阀门V3都将关闭。

（1）加载-----给空气弹簧橡胶气囊充气参见图8（a）
当车辆载荷增大时，车体首先将由于空气弹簧橡胶气囊受到更大的载荷的压缩而下落。

当气囊被压缩时，驱动器（18）在作动机构的作用下被转动，导致偏心件使活塞（16）向上移动，并打开进气阀门V2.来自辅助储气罐的压缩空气V被加到上阀门头（2a)上，使单向活门V1打开。

压缩空气V在进入空气弹簧气囊之前，先流到L。

在达到止动运动的中点时，充气孔打开，车体被升起。

在车体重新达到原始水平设定值时，操纵杆立即返回到水平位置。

高度调整阀处于中立位置，进气阀门V1和V2都将关闭。

（2）卸载----给空气弹簧橡胶气囊参见图8（b）
当车辆载荷减小时，车体首先将由于载荷的减小导致空气弹簧橡胶气囊膨胀而上升。

当气囊膨胀时，驱动器（18）在作动机构的作用下被转动，导致偏心件使活塞（160)乡下移动，并打开出口阀V3。

由于压缩弹簧的力和阀门头（2a）上的压力的缘故，进气阀门V2将保持关闭。

这一动作将切断辅助储气罐和空气弹簧橡胶之间的联系。

压缩空气L流到排气口E。

在达到止动运动的终点时，放气孔打开，车体将重新下落到原始位置。

操纵杆恢复其水平位置。

高度调整阀处于中立位置，出气阀门V3将关闭。

图9以图形实例的形式显示了一个高度调整阀的流量特性。

曲线形态取决于使用了哪个高度调整阀。

由图可见，高度调整阀的流量大小实际上与水平杆参见图的转动角度有关。

当水平杆的转动角度很小时（图9中的T区域，约1°~2°）时，此时空气流通停止，这样可避免空气的过度损耗。

这对应于车体垂直位移约3mm，通常被称为作死挡或不感带。

在死挡之后，空气流通增加以保证悬挂系统的功能。

当水平杆转动角度较小时【图9中的B、C区域，对应于水平杆的小角度（约5°~8°）】，其空气流量较低。

通常列车运行时产生小的转动角，水平杆相对正常位置转动角度较小，此时因为无负载变化，空气消耗较低。

当负载变化时，水平杆将转动一较大的角度【图9中的A、D区域，对应于水平杆的较大角度（大于8°）】。

此时阀门开度增大，以便尽快补偿或排出保持
车体正常高度所需要的空气。

4. 差动阀
每台转向架的两只气囊都通过差动阀相连，如果气囊突然破裂或损坏，差动阀将运行使转向架的两只气囊压力保持平衡。

这样可防止客车由于一只气囊充气而另一只没有充气而向一边严重倾斜。

差动阀的工作原理如图10所示。

4.1差动阀的主要作用：
①在曲线上时，左右两只气囊必须保证一定的压差，否则车体将会发生倾斜；
②车体左右摇摆振动时，也必须保证一定的压差，否则将加剧摇摆。

CRH动车组所用差动阀的型号为DP5，其设定的压力差一般为（150 20）2
kpa(1.5kg/2
cm)。

4. 空气弹簧的结构和分类
空气弹簧大体上可分为囊式和膜式两种。

囊式空气弹簧又可分为单曲、双曲和多曲囊式空气弹簧等形式。

双曲囊式空气弹簧结构如图11所示。

特点：制造工艺简单，使用寿命长；但刚度大，振动频率高，故现在车辆上基本不用。

膜式空气弹簧可分为约束膜式和自由膜式空气弹簧两种。

约束膜式空气弹簧：由内、外筒将橡胶囊约束在内，如图12所示。

特点：刚度小，振动频率低，可方便地通过约束裙的形状来控制其弹性特性。

但橡胶囊工作情况复杂，耐久性差。

自由膜式空气弹簧：无内、外约束筒，如图13所示。

特点：无约束橡胶囊变形的内、外筒，可减轻橡胶囊的磨耗，提高使用寿命；安装高度低，可明显降低车辆地板轨距面的高度；具良好的负载特性，其弹簧特性可通过改变上盖板边缘的包角加以适当调整；质量轻。

根据以上各种空气弹簧的特点，在现在机车车辆上，自由膜式空气弹簧应用最广泛。

我国引进并合作产生的高速动车组1CRH 、2CRH 、5CRH 所采用的空气弹簧，尽管结构尺寸不同，但均属于自由膜式空气弹簧。

另外，空气弹簧的橡胶囊由内、外橡胶层，帘线层和成型钢丝圈组成。

其中，空气弹簧的荷载主要是有帘线承受，而帘线的材质对空气弹簧的耐压性和耐久性起着决定性作用，故采用高强度人造丝、维尼龙或卡普龙作为帘线。

参考文献
[1] 王伯铭. 高速动车组总体及转向架. 成都：西南交通大学出版社，2013.
[2] 王伯铭. 城市轨道交通车辆工程【M】。

成都：西南交通大学出版社，2007.
[3] 严隽耄. 车辆工程【M】. 北京：中国铁道出版社，1999.。