摘要
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
目录
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
性，其弹簧特性可通过改变上盖板边缘的包角加以调整；重量轻。
根据以上各种空气弹簧的夜店，在现代机车车辆上，自由膜式空气弹簧应用最广泛。我国引进并合作声场的告诉动车组CRH1、CRH2、CRH3和CRH5所采用的空气弹簧，尽管结构尺寸各不相同，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：空气弹簧的载荷主要是由帘线承受，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，维尼龙或卡普隆作为帘线。
第2章CRH380BL空气弹簧的结构原理与结构分析
2.1CRH380BL空气弹簧系统的工作原理
一般空气弹簧系统由列车主风管、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)，如图5所示。
图5 空气弹簧装置工作原理图
1--列车主分管；2--空气弹簧截断塞门；3--高度阀截断塞门；
4--高度控制阀；5--空气弹簧；6—差压阀；
7—附加空气室；8—节流阀
压力空气：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。
空气弹簧系统式转向架构架与枕梁之间的悬挂装置。空气弹簧系统确保了车体与构架之间的距离保持不变。
2.2空气弹簧系统的结构
2.2.1空气弹簧
弹簧悬挂装置的性能是影响车辆运行平直的重要因素之一。空气弹簧能使车辆获得良好的垂向和横向性能。如图6所示。空气弹簧由胶囊与橡胶堆组成，胶囊与橡胶堆串联工作，通过对两个部件的优化，可以获得较高的乘坐舒适性。在正常工况下（充气状态），橡胶堆有助于胶囊适应转向架的转动如果胶囊失效，
橡胶堆将独立工作，此时上盖的下表面与橡胶堆顶部的磨耗板接触，磨耗板采用特殊制造确保获得较低的摩擦系数（0.08-0.12）。该系统刚度小，可以使车辆获得较高的乘坐舒适性，悬挂系统仍然能够安全的进行工作，不会影响到列车车辆的运行安全性。
图6 空气弹簧图
2.2.2高度阀
高度阀的主要作用及要求是维持车体在不同静载荷作用时与轨面保持一定的高度；在直线上运行时，车辆在正常振动情况下不发生进、排气作用；在车辆通过曲线时，如果车体倾斜程度超过规定的数值后，转向架上的高度控制阀分别产生进、排气的不同作用，从而减少车辆的倾斜。
高度阀组成主要包括高度阀座、高度阀、水平杆、螺纹杆、调节环和下座等部件，如图7所示。
图7 高度阀图
高度控制阀的主体采用螺钉固定在高度阀座上，阀座与枕梁相连，而该阀的阀杆铰接在转向架构架上。高度阀在装修价上的位置，如图8所示。
车辆高度阀调节车辆垂向位移的不敏感带约为±3mm，此时空气停止流通，避免空气的过度消耗。超出不敏感带之后，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，并传送到制动控制单元，用以计算制动力。
为了保持车体距离轨面的高度总是不变，在车体与转向架间装有高度调节阀，调节空气弹簧胶囊中的压缩空气（充气，放气或者保持压力）使车辆地板不受车内乘客的多少和分布不均的影响，始终保持水平。其调节原理如下图8：
图8 高度阀调节原理图
在正常载荷位置，即h=H时，充气通路V→L和放气通路L→E均关闭。
当车载荷增加时，此时h 当车体载荷减小时，此时h>H，阀动作，使L→E通路开启，空气弹簧向大气排气，直至地板面下降到标定高度（即h=H）为止。 2.2.3差压阀 每台转向架的两只空气弹簧都通过差压阀相连，如果一侧气囊突然破裂或破坏，差压阀将开通，使转向架的两只气囊保持压力平衡。 这样可防止客车由于一只气囊充气而另一只气囊没有充气而向一边严重倾斜。 差压阀工作原理如图9所示 对比差压阀连接与气管连接的优势： 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。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。当车体的自重或载重左右两侧有偏差时，将造成车体倾斜。 图9 差压阀图 2.2.4抗测滚扭杆 抗测滚扭杆是一根弹性杆，他只阻止车体测滚，不妨碍其垂向振动。如图9所示。其工作原理：两端装于构架上的轴套内，中间与簧上部分铰接。车体测滚时：扭杆的转臂反向运动产生的复原力矩，从而阻止车体测滚；正常时：扭杆转臂同向运动，扭杆自由转动。 如图10所示，扭力杆1安装在枕梁上的两个空心套3内。轴承套是由枕梁 （上轴套）和两个下轴套8、9形成的。扭力杆的轴向间隙可以调节，是由垫圈4和相应的定距垫圈5-7限定的。轴承套利用轴承盖10密封。扭力杆与转向架之间是通过可调长度的量感实现连接的。 转向架的两侧各有一根热装到扭力杆上的扭臂，扭臂通过锥形接头和球形接头饶性连接到连杆上，连杆的另一端通过球形块连接到转向架构架上。通过这样的布置，车体的测滚运动可转换为扭力杆的扭转，因此，扭转刚度可抑制车体的测滚运动。 动车组使用的扭杆长度和刚度需要根据车体的宽度和载荷进行适当的调整，其中两端的头车因车体较窄，采用较短的扭杆。 （a） （c） （b） （d） 图10 抗测滚扭杆在转向架上的位置图 1-扭力杆；2-可调节的连杆；3-空心套组成；4-盘式垫圈；5-定距垫圈1mm； 6-定距垫圈2mm；7-定距垫圈5mm；8-左侧涂漆轴套；9-右侧涂漆轴套； 11-六角螺钉；12-垫圈；13-密封堵塞；14-垫圈；15-螺钉； 16-堵塞；17-螺钉；18-垫圈 2.2.5抗蛇行减振器 为抑制高速车辆的蛇行运行，在车体与转向架之间设有蛇行运动回转阻尼装置。理论计算和运行实践均证明，这是非常有效的重要措施之一。每个转向架4个抗蛇行减振器支座（枕梁端）1与枕梁相连，小端通过抗蛇行减振器支座（构架端）3与构架相连，如图11所示。 图11 抗蛇行减振器在转向架上的位置图 2.2.6二系横向减振器 二系横向减振器用于控制车体相对于转向架的横向运动。每个转向架有两个二系横向减振器，二系横向减振器2通过支座（枕梁端）1与枕梁相连，通过支座（纵向梁端）3与构架相连，如图12所示。 图12 二系横向减振器在转向架上的位置图 2.2.7二系垂向减振器 二系垂向减振器用于控制车体相对于转向架之间的垂向运动。每个转向架有2个二系垂向减振器，二系垂向减振器2通过支座（枕梁端）1与枕梁相连，通过支座（构架端）3与构架相连，如图12所示。 2.3CRH380BL整体转向架特点 CRH380BL型转向架以德国高速列车ICE Velaro系列使用的SF500型转向架为基础，为适应中国CRH3项目宽车体的要求，对转向架各部件重量、重心以及悬挂系数参数做了适当调整以满足中国铁路高速要求。SF500型转向架由国际著名的SGP公司个Adtranz公司联合设计完成，动力和非动力转向架均采用相同的形式。CRH380BL高速列车转向架分动力转向架（简称M）和非动力转向架（简称T）两种类型，在二系悬挂系统方面有一些细小的区别。分别见图13和图14所示。 图13CRH380BL动车组动车转向架图 图14CRH380BL动车组拖车转向架图 两种转向架采用基本一致的结构形式，构架为H形焊接构架，圆锥滚柱轴承单元，轴箱为转笔定位式，一系悬挂是螺旋弹簧加垂向减振器，二系悬挂为带有辅助橡胶堆的空气弹簧直接支撑车体，在车体和转向架之间装有主动控制的抗蛇行 减振器，采用Z形刷个牙双卡拉杆牵引装置。动力转向架和拖车转向架不可互换，二者的区别：（1）动力转向架有2根动力轴，动力轴上装有2个轮盘式制动盘和一组齿轮箱；（2）非动力转向架有2根非动力轴，动力轴上装有3个轴盘式制动盘；（3）动力转向架比非动力转向架多一个电机吊架。 CRH380BL动车组转向架主要技术参数见表1所列。 表1CRH380BL动车组转向架主要技术参数 CRH380BL在二系悬挂方面与其原型车（CRH3C）的区别：与CRH3C型动车组二系悬挂装置相比，增加了二系垂向减振器，增大了抗蛇行减振器阻尼及卸荷力，提高了枕梁抗蛇行减振器座结构强度；牵引拉杆由铸件改为锻件。 第3章日本空气弹簧系统 3.1日本新干线高速动车组二系悬挂空气弹簧技术 日本新干线高速动车组的所有车辆均采用空气弹簧作为二系悬挂，空气弹簧的主要参数列于表5-1中。从0、100系采用的约束膜式空气弹簧，发展到以后采用自由膜式空气弹簧。节流孔的形式从100系、200系的固定节流孔变成400系、E1系、300系的可变节流孔，而500系列车的空气弹簧系统又采用了固定节流孔。100、200系转向架为有摇枕结构，其空气弹簧横向刚度大，水平方向变位小；而以后的转向架均采用无摇枕结构，因此其空气弹簧水平刚度小，以减少来自轨道的振动干扰。在车辆通过曲线时，为了减小对中心销横向止档的磨损，又要求空气弹簧具有非线性刚度，随变为的增加刚度要增加。 日本高速动车组所采用的动力分散式动力转向架的一个特点是采用单位拉杆牵引装置来代替传统的摇枕和中心销，承担传递牵引力和制动力的同时，通过拉杆两端的弹性球铰和偏心转臂，实现转向架在曲线是哪个的回转功能。取消摇枕后的空气弹簧，承担着车体与转向架之间3个方向的荷载传递功能，因此空气弹簧设计成横向变位大，复原能力强和隔离垂向振动的特点。 表4 日本新干线高度动车组空气弹簧主要参数（a） 3.1.1抗蛇行减振器 采用了抗蛇行减振器，以提高转向架高速运行的稳定性，该装置柱塞速度在接近零时仍能产生一定的衰减力，使减振效果不间断。 3.1.2半有源悬挂和有源悬挂 一般的车辆悬挂系统在设计完成后，其特性就已决定，是不能随外部激励的改变而变化的，也就是不具备适应复杂线路随机变化的能力。于是采用主动或半主动控制悬挂技术是目前解决横向振动和进一步提高列车速度和旅客舒适性的发展方向。 为此，日本新干线高速动车组500系和700系采用了半有源悬挂装置，将装在转向架上的横向油压减振器换成半有源减振器，根据振动情况来调节控制减振器的阻尼力。在邻近转向架的车体上安装一个横向加速度传感器，每辆车上有一台控制装置，前后转向架独立控制。与有源悬挂相比，半有源悬挂结构简单，可靠性高，但对振动的抑制作用有一定的局限性。而有源悬挂是采用反馈控制，从外部提供能量（气压），积极地抑制车辆的随机振动。 从1990年开始，JR东日本公司进行有源悬挂的研究，实现在400系动车组上进行性能试验；1993年又进行了有源悬挂的样机开发，完成了故障检测和控制技术以及425km/h速度下的性能试验；1998年完成了车辆系统的设计，2000年与德国铁路公司共同开发了ICE2高速动车组的幽怨悬挂装置，在线路试验中取得了良好的效果。2001年12月开始，在所有新型E2-1000系动车组上首次批量应用有源悬挂系统，在两辆头车和一辆软席车上安装了这一系统，小工十分明显，在275km/h速度时尾部车辆的横向加速度减少了一半，车体横向舒适度大为改善，噪声下降了8dB。 机械2008年第8期总第35卷设计与研究?９? ———————————————— 收稿日期：2008－04－13 基金项目：湖北省武汉市科技攻关重点项目（200710321089） 汽车用空气弹簧垂向弹性特性分析与计算 黄卫平，鲍卫宁 （江汉大学机电与建工学院，湖北武汉 430056） 摘要：空气悬架系统主要由空气弹簧、推力杆、高度控制阀、减振器和横向稳定杆等组成，空气弹簧是空气悬架系统的核心部件，空气弹簧具有理想的弹性特性，载荷越大弹簧刚度越大；空气弹簧自振频率低，通用性较好，能适应不同载荷和工作高度；空气悬架系统由于有良好舒适性在商用汽车上得到广泛应用。空气悬架设计时，合理选择空气弹簧结构型式，确定气囊的工作高度、承载能力，可获得极其柔软的弹簧特性，空气弹簧垂向特性对于整车平顺性匹配有重要影响，本研究通过对空气弹簧弹性理论的分析，讨论了空气弹簧垂向刚度和自振频率的计算方法，旨在寻求空气弹簧与整车匹配的基本。以城市客车设计为例，探讨了空气弹簧载荷确定、空气弹簧型号选择、刚度匹配设计基本方法，并指出空气弹簧设计匹配注意基本问题。研究结果表明，合理匹配空气弹簧刚度，空气悬架可以获得良好综合特性。关键词：空气弹簧；弹性特性；非线性；匹配设计 中图分类号：U463.33+4.2 文献标识码：A 文章编号：1006－0316(200808－0009－03 The elastic characteristic computation of the automobile air spring HUANG Wei-ping，BAO Wei-ning (School of Electromechanical & Architectural Engineering，Jianghan University，Wuhan 430056，China Abstract ：Introduced the automobile with the air spring structure and the principle of work and the elastic characteristic of air spring, the calculation formulas for stiffness and natural frequency are derived, with the example of the match design of the city bus air suspension system, the analysis and match design is carried out, the suggestion about how to select air spring to match the automobile suspension is also given . Key words：air spring；elasticity characteristic；non-linearity ；suspension design 空气弹簧诞生于上世纪中期，早期主要用于机械设备隔振。1944年，通用和法尔斯通公司首次实现了在客车上的应用；1947年美国的普尔曼车上首次使用了空气弹簧的悬架系统；1951年，美国NEWAY 公司的独立总成成为世界上第一款批量应用的空气悬架系统，因通用性强，结构简单，成本较低而迅速占领北美市场。欧洲则遵循另外一条道路，各自开发适合自己车型的空气悬架系统。由于空气悬架具有良好的性能，使其在汽车悬架中的应用越来越广泛。 目前，国外高级大客车几乎100%使用空气悬架；重型载货车上空气悬架的占有率也达到了85%；大约80%的拖挂车使用空气悬架；空气悬架在轻型 车辆上的应用目前虽然只占市场份额的10%，预测到2008年将达到40%；部分轿车也逐渐装备了空气弹簧悬架。 1 汽车空气悬架结构 空气悬架系统主要由空气弹簧组件、推力杆、高度控制阀、减振器和横向稳定杆等组成，如图1所示。它以空气弹簧为弹性元件，利用空气的可压缩性实现其弹性作用的。通过压缩空气的压力能够随载荷和道路条件变化进行自动调节，不论满载还是空载，整车高度几乎没有变化，可以大大提高乘坐的舒适性。 ?１０?设计与研究机械2008年第8期总第35卷 高速列车空气阻力 [1]秦淼.高速列车空气动力学性能的研究[硕士论文].北京交通大学，2011,6 列车空气动力学性能 （1）气动阻力 列车运行时的表面压力和切应力沿列车运动反方向形成的合力，即列车空气压差阻力和列车空气摩擦阻力之和，称之为列车空气阻力F。也就是说列车空气阻力由列车空气摩擦阻力F shear 和列车气压差阻力F pressur 两部分组成，即： F=F shear +F pressur 当空气沿列车表面流动时，由于空气的粘性，在列车壁面将形成一层由流速为零并且沿着壁面法线迅速升高到与来流速度基本一致的流体层，称之为边界层，其厚度在驻点处为零，然后逐渐向下游增加。边界层内的气流，因眼厚度方向位置不同，其流速也迅速变化，各不同速度层间将产生切向力，从而形成列车表面的粘性切应力。列车运行时的粘性切应力沿列车运动反方向形成的合理，是阻挡列车运行的阻力，被称为列车空气摩擦阻力。 列车表面压力沿列车运动反方向形成的合力，也是阻挡列车运行的阻力，该阻力是由于各组成列车的车辆前后部压力差引起，被称为列车空气气压差阻力。 随着高速列车运行速度的提高，空气阻力越来越显著，研究结果表明，列车运行的空气阻力与运行速度的平方成正比，当传统列车速度为120km/h时，空气阻力约占总阻力的40％；当其速度为300km/h时，空气阻力可以达到总阻力的80%；当其速度为350km/h时，空气阻力可以达到总阻力的90%。 1、列车阻力计算公式 [1]姚拴宝，郭迪龙.高速列车气动阻力分布特性研究[J].铁道科学，2012,34（7） 对于列车阻力的研究，一直以来人们都沿用1926年发表的Dvise公式及后来的修正形式。这些公式的统一形式为 R=A+(B 1+B 2)V+CV 2 式中： R —为列车运动总阻力； V —为列车相对于静止空气的速度； A —为滚动机械阻力； B 1—为其他机械阻力，包括传递损耗和制动阻力； B 2—为空气动量阻力； CV 2代表的是空气阻力，与列车速度的平方成正比，系数C 可表达为： 2 1)(321S C C C C ρ++=式中： C 1—首车的空气动力学阻力系数； C 2—除了首车和尾车之外的列车的空气动力学阻力系数； C 3—尾车的空气动力学阻力系数； S —列车横截面面积，m 2； ρ—空气密度，kg/m 3。 空气弹簧研究综述 1.3 空气弹簧研究综述 1.3.1 国内外空气弹簧发展简史 空气弹簧的发展仅有五十多年的时间。美国自1947年，在普尔曼车上首先采用空气弹簧，后来在意大利、英国、法国等许多欧洲国家对空气弹簧做了大量研究工作，装有空气弹簧的转向架相继出现。1955年，日本国家铁路技术研究院机车车辆动力试验室，对在车辆上安装的空气弹簧进行了系统的研究，为设计空气弹簧提供了宝贵的基本数据；同时，对装有空气弹簧的车辆进行了一系列的试验工作。目前，日本不仅在铁路客车上成功地装用了多种型式的空气弹簧，而且在货车上也予以采用。 在日本，装有空气弹簧的转向架，不仅数量多，而且型式多样。空气弹簧绝大多数用于中央悬挂，轴箱弹簧为螺旋钢弹簧。起初只安装三曲囊式空气弹簧，用以改善车辆的垂向振动性能，横向复原仍采用摇动台。为了取消复杂、笨重的摇动台结构，于是研制出了约束膜式空气弹簧和自由膜式空气弹簧，这类空气弹簧不仅能承受垂向振动，而且可以利用其具有良好的横向刚度的优点来承受横向振动；同时，可以与牵引拉杆两端部的弹性元件共同作为横向复原装置。牵引拉杆一端连接摇枕，另一端连接在构架（对心盘支重的转向架）上，或连接在车体（对旁承支重的转向架）上。牵引拉杆两端弹性元件的横向复原力，对空气弹簧来说，是比较小的。 1957年，我国第一机械工业部汽车研究所，对空气弹簧做了大量的试验研究工作，并装在汽车上试用，积累了一些经验。1958年，沈阳机车车辆厂在试制的“东风号”客车上，首先装用空气弹簧，即由天津车辆段和天津橡胶研究所共同研制出一种双曲囊式空气弹簧（图），其有效直径为460mm时，高度为184mm，最大外径为520mm。这种空气弹簧曾先后在天津车辆段、北京车辆段，装在101型、201型和202型转向架上，以代替叠板弹簧。实践证明：这种空气弹簧的垂向振动性能具有良好的运行品质。但是，由于没有采用高度控制阀，在列车返段时，只好采用人工加气；同时，泄漏问题也没有得到很好的解决，所以没有继续应用。 1959年，四方机车车辆厂在新造低重心车辆的转向架上，1960年在新造双层客车的转向架上，又安装了双曲囊式空气弹簧。但是由于车辆自重较大，空气弹簧的有效承压面积不够，同时受到列车管压力的限制，支承不了簧上重量，只好与螺旋钢弹簧联合使用，并设计了机械式高度控制阀，对空气弹簧的高度进行自动控制；同时，在垂向振动性能方面也取得了比只用钢弹簧更好的运行品质，受到旅客好评。 1965年，长春客车厂在试制DK1型转向架时，又对双曲囊式空气弹簧稍加改进，并设计了电磁式高度控制阀，采用无摇动台结构，在摇枕中下部和构架侧梁内侧之间加装横向复 km，因此，垂向振动性能原弹簧。经过多次试验，由于地铁电动客车运行速度不超过80h 很好。但由于采用横向复原螺旋钢弹簧，在车辆进出曲线和通过道岔时侧摆较大，横向振动性能仍不理想，横向复原弹簧安装也很不方便，故未扩大应用。长春客车厂于同年在试制高速列车的CCKZ1型转向架上，安装了外筒锥角为40o，内筒为0o的约束膜式空气弹簧；四方机车车辆厂于同年也在同列高速客车的KZ2型转向架上安装了内外筒皆为0o的约束膜式空气弹簧，这两种转向架均采用旁承支重的无摇动台结构，用节流孔产主阻尼，代替垂直油 轨道交通车辆转向架用空气弹簧 作者：陆海英出自：时代新材1??????? 概述 现代轨道交通车辆不断地朝着高速化、轻量化以及低噪音方向发展，空气弹簧悬挂系统具诸多钢制螺旋弹簧不具备的优点，因此在干线高速铁道车辆转向架和城市轨道交通车辆转向架中均日益广泛地采用空气弹簧作为二系悬挂装置。与空气弹簧相比，钢弹簧由于具有线性刚度特性，使其在轨道交通车辆上的应用受到限制，这主要有两方面的原因：一，在高速轨道交通领域刚弹簧不能够大幅度提高车辆悬挂系统静挠度以降低车体的自振频率，尤其是车辆的载客量较大时；二，城市轨道交通车辆的载客量大而且要求地板高度在不同载客量时基本不变，钢弹簧不具备这种特性。总之，空气弹簧悬挂的采用可以显着提高车辆系统的运行平稳性，大大简化转向架的结构，使转向架实现轻量化和易于维护。一般来讲，轨道交通车辆对空气弹簧的采用可以分为三个阶段： 图-1 B型城市轨道交通车辆动车无摇枕转向架 ⑴利用空气弹簧的垂向特性，提高车辆系统的垂向运行平稳性； ⑵空气弹簧的垂向和横向特性并用，取消转向架二系悬挂装置中的摇动台，简化转向架结构； ⑶充分利用大变位（包括扭转）、低横向刚度空气弹簧的三维特性（图-1，图-2），取消摇枕，彻底实现转向架二系悬挂装置的轻量化，同时使抗蛇行运动减振器的采用成为可能，可更好地协调转向架蛇行运动稳定性和良好的曲线通过性能之间的矛盾。 图-2 利用空气弹簧三维特性的城轨 无摇征转向架二系悬挂装置 2 空气弹簧悬挂系统的构成 空气弹簧悬挂的整个系统如图-3所示，主要由空气弹簧本体、附加空气室、高度控制装置、差压阀和节流孔(阀)等组成。该系统的工作原理为：车辆静载荷增加时，空气弹簧1被压缩使空气弹簧工作高度降低，这样高度控制阀2随车体下降，由于高度调整连杆3的长度固定，此时高度调整杠杆4 图-3 空气弹簧悬挂系统 1.空气弹簧 2.高度控制阀 3.高度调整连杆 4. 高度调整杠杆 5.列车风源 6.排气口 7.节流孔(阀) 8. 附加空气室 9.差压阀 高速铁路服务用语 服务用语遵循的原则是态度热情、用语文明、表达准确清晰、使用普通话。在服务时应注重语言沟通，尊重旅客，礼貌热情，讲普通话。讲话时应音量适当，用语准确得体、简洁清晰，根据不同的服务对象和服务场合运用恰当的称呼。1、汇报用语 在列车门口遇领导时，应说“领导您好，欢迎检查指导”。乘务作业时在车厢两端遇领导，必须进行一分钟汇报：“领导您好，欢迎检查指导。我是本车厢列车员，胸章号码是××号，车厢标准定员××人，现有人数××人，重点旅客在×号，我已为他提供了重点服务，治安联防队员在××号座，到站为终点站，本车厢设施齐全完好。下面将按程序作业，请领导多指示。” 2、车门用语 在列车门口要说好三句话，即“您好”“欢迎乘车，请出示车票”“请勿带危险品上车，谢谢”。 3、迎宾词 当列车开出后，乘务员要致迎宾词：“各位旅客，大家好！欢迎大家乘坐本次列车，本次列车是由××开往××的列车，我是本车厢乘务员，胸章号码是××号，在旅途中我将服务在大家周围，旅客们有什么困难和要求，请向我提出，我会尽力帮助大家解决。本车厢为无烟车厢，需要吸烟的旅客请到车厢两端的连接处。旅客们对我们的服务工作有什么意见和要求，请您写在意见簿上，以便我们改进，更好地为大家服务。最后祝大家旅途愉快，一路平安。下面请大家把茶杯准备好，我将为您送水泡茶，谢谢！” 4、送水用语 “旅客们，现在为大家供应茶水，需要开水的旅客请您把茶杯准备好。”5、整理行李架及车帽钩时的用语 “旅客们，为了大家的旅途安全和车厢的美观，下面我将进行行李架和衣帽钩的整理，请大家予以配合，谢谢！” 6、检查危险品时的用语 “旅客们，为了保证您的旅行安全，列车是不能携带危险品的。下面我们将进行危险品检查，请旅客们给予协助，谢谢！” 高速铁路旅客服务系统 1、铁路局集中管控模式 铁路局集中管控模式采用两级架构，即铁路局中心和车站级。车站旅服系统集中接入铁路局旅服中心，车站端设置旅服系统应急管理平台。 （1）铁路局旅服系统以列车时刻表为基础，组织开展车站各类生产和服务业务。其通过设置在铁路局的TRS接口，从TRS获取列车时刻表信息，并具备手工编制和调整时刻表的功能，在旅服系统集成管理平台内形成系统可用的基础性数据。（2）铁路局旅服系统采用预设模板的方式，由操作员以列车时刻表为基础，根据所辖各站客运作业要求制订各站客运广播、导向显示、自动检票等业务的作业计划，铁路局旅服系统在设定时间生成作业计划，并将其下发到所辖车站数据库或终端设备。 （3）铁路局旅服系统将作业计划下发至各车站接口，所辖车站通过接口程序执行作业计划，按计划控制广播、显示屏、自动检票机等终端设备或控制器做出响应，开展车站客运组织和服务工作。 （4）铁路局旅服系统通过设置在铁路局的运输调度管理系统（transportation dispatch management system，TDMS）接口获取实时列车运行信息，通过与列车时刻表的比对，按照预设的规则对所辖车站作业计划进行动态调整。 （5）铁路局旅服系统通过设置在铁路局的TRS接口，按一定的时间间隔获取实时余票信息，分类下发到相应车站，按预设的格式展现在车站票额屏上。 （6）铁路局旅服系统通过设置在铁路局的综合视频监控系统接口获取所辖车站的实时视频图像。通过网络，采用无线语音技术，铁路局旅服系统集成管理平台可对所辖车站现场进行无线语音指挥。 （7）在铁路局旅服系统岀现故障时，若网络和TDMS接口服务器正常工作，可远程启动所辖车站应急平台的应急处置功能，并将TDMS接口服务器重新定向到各站应急平台。车站应急平台执行已下发的作业计划，并根据实时列车运行信息动态调整并执行作业计划。 （8）铁路局旅服系统与某个所辖车站网络中断时，故障车站操作员可手工启动应急平台的应急处置功能。车站应急平台执行已下发的作业计划，操作员根据掌握的列车运行信息调整并执行作业计划。 空气弹簧的应用与发展趋势 2007-09-27 13:25:26 作者：bustech来源：客车论坛浏览次数：329 文字大小：【大】【中】【小】 简介： 1．空气弹簧简介空气弹簧是利用橡胶气囊内部压缩空气的反力作为弹性恢复力的一种弹性元件。它具有如下特点：①空气弹簧具有非线性特性，可将其特性曲线设计成理想形状；②空气弹簧质量轻，内摩小，对高 ... 关键字：空气弹簧发展趋势 1．空气弹簧简介 空气弹簧是利用橡胶气囊内部压缩空气的反力作为弹性恢复力的一种弹性元件。它具有如下特点：①空气弹簧具有非线性特性，可将 其特性曲线设计成理想形状；②空气弹簧质量轻，内摩小，对高频振动有很好的隔振消声能力；③空气弹簧的刚度和承载能力可以通 过调节橡胶气囊的内压力来调整；④空气弹簧的制造工艺复杂，费用高。空气弹簧按工作时的变形方式分为囊式、膜式和混合式三种。 如图 1、2、3 所示。囊式空气弹簧主要依***橡胶气囊的挠屈获得弹性变形；膜式空气弹簧主要依***橡胶气囊的卷曲获得弹性变形； 混合式空气弹簧则兼有以上两种变形方式。囊式空气弹簧根据橡胶气囊曲数的不同分为单曲、双曲和多曲囊式空气弹簧。膜式空气弹 簧的结构是在盖板和底座之间放置一圆柱形橡胶气囊，通过气囊挠曲变形实现整体伸缩。膜式空气弹簧在其正常工作范围内，弹簧刚 度变化要比囊式小，同时也可通过改变底座形状的方法，控制其有效面积变化率，以获得比较理想的弹性特性。膜式空气弹簧有效面 积的变化率也比囊式弹簧小，因此，膜式空气弹簧在辅助气室较小的情况下，也可得到较低的自振频率。根据橡胶气囊止口与接口的 连接方式又可分为约束模式和自由模式空气弹簧。约束模式空气弹簧密封一般用螺栓夹紧密封；自由模式空气弹簧采用气囊内的压力 自封。底座多为深拉钢板成型或轻质铸钢，并且表面镀铬处理，减小气囊与底座之间的摩擦。 图 1 囊式空气弹簧 图 2 膜式空气弹簧 如何减少高速列车的空气阻力 刘勇成 （湖南高速铁路职业技术学院，车辆0901） 摘要：随着列车运行速度的提高，空气阻力及功耗急剧增加。当车速达200Km/h~300Km/h时，空气阻力将占列车运行总阻力的70%~80%，因而减少空气阻力已成为列车提速的关键。 关键词：列车；空气阻力；提速 一、高速列车的基本介绍 高速列车 高速列车一般指时速在200公里以上的火车。20世纪50年代初，法兰西共和国首先提出了高速列车的设想，并最早开始试验工作。1976年，用柴油电动机车牵引的高速列车在英国投入服 务，这是当时英国最快的载客列车，最高时速达200公里。 法兰西共和国则以电力机车为研究对象，其高速电力引列车在1978年曾创下时速260公里的纪录。1981年10月，新的高速列车“在巴黎─里昂干线正式投入使用。采用流线形造型的“和和常规列车相比，空气阻力减小了三分之一。它装有大功率动力装置，具有较强的爬坡能力，可以高速爬上35%的陡坡，也可在坡路上起动，使用的仍是普通铁轨线路，曾创下时速380公里的纪录。 目前的高速列车是在现有的柴油机车、电力机车和铁路的基础上，对动力系统、行走系统、车厢外形和路轨系统等加以改进，并没有改变传统火车和铁路和基本面貌。除了在牵引机车方面的改进以外，虽然人们还在轨道方面进行了一些新的尝试，如西德、日本、美国等国家修建了一些短程单轨铁路，但由于建造费用庞大，比普通铁路复杂，不能适应长途重载铁路运输的需要，所以没有普遍采用。由于传统牵引机车和路轨系统等方面的问题，如轮、轨的摩擦难以克服，所以进一步提高车速困难很大。若想使铁路运输有一个大的飞跃，而需在牵引机车和路轨系统等方面采用全新的设计，如目前某些国家正在研制之中的磁悬浮列车。 法国阿尔斯通公司制造的V150型高速电气机车(TGV)在巴黎东南部的一段经特殊加固的铁路线上，达到了时速公里，创下新的有轨铁路行驶速度世界纪录。在测试中，列车经过14分钟的 空气弹簧是一种在柔性密闭橡胶气囊中冲入压缩空气,利用空气的压缩弹性进行工作的非金属弹性元件,它的的振动固有频率较低,且不同载荷下几乎保持不变,是一种隔振性能优良的隔振器。担架支架是伤员运送车辆在行驶途中承载、固定卧姿伤病员担架的主要设备。担架支架的隔振系统设计在很大程度上决定了伤病员在运送途中的乘卧舒适性。性能优异的担架支架隔振系统能有效提高伤员运送车辆的运送能力。空气弹簧是较为合适的可用于担架支架系统的隔振器,它是利用空气的压缩弹性进行工作的非金属弹性元件。作为隔振元件,空气弹簧具有非线性变刚度特性,通过内压的调整,可以得到不同的承载能力;承受轴向载荷和径向载荷,可产生相对较好的缓冲隔振效果;还具有结构简单、安装高度低、更换方便、工作可靠、质量轻、单位质量储能量高等优点。将空气弹簧增加附加气室能显著降低空气弹簧的刚度及固有频率。本文对应用于急救车担架支架装置的空气弹簧隔振器的动态特性进行了理论分析、实验测试、实验建模等方面的研究,为今后进一步研究半主动控制的空气弹簧隔振系统提供了参考依据。本文首先介绍了空气弹簧的研究与发展现状,对空气弹簧的性能和优缺点进行了比较。并对空气弹簧的动力学特性进行研究,推导了空气弹簧动刚度计算公式,分析了其动力学特性的影响因素,建立了带附加气室与不带附加气室空气弹簧的力学模型。其次做了空气弹簧的动力学特性实验,得到如下结论:不带附加气室时,当初始气压、激振振幅增加时,空气弹簧动刚度随之增加;当激振频率增加时,空气弹簧的动刚度随之减小。空气弹簧的固有频率几乎保持不变。而带附加气室空气弹簧在节流孔孔径4-7mm范围内,当孔径增大时,空气弹簧动刚度随之减小;当初始气压、激振频率、激振振幅增加时,空气弹簧动刚度随之增加。在高频(8Hz)左右时,振幅、频率的变化对动刚度的改变已不明显。在低频率时,带附加气室能显著降低空气弹簧的动刚度,而在较高频率时,带附加气室会使空气弹簧的动刚度增加。最后对带附加气室空气弹簧力学模型进行了简化,通过实验数据运用最小二乘法对模型参数进行了识别,并用四个指标对模型拟合精度进行了评价。分析结果表明误差较小,模型能够比较准确的反映出应用空气弹簧隔振器的力学特性。 探究列车运动过程中所受空气阻力 摘要：列车在经过隧道够过程中所受空气阻力及研究方法，在假定空气的密度、湿度等因素稳定的条件下，研究速度不同时，列车受到的空气阻力。之后，讨论物体速度变化情况，给出速度变化曲线。 关键词：质点、直线运动、空气阻力模型、运动规律。 引言：物体运动过程中总要受到空气阻力的作用，选取列车作为研究对象，在隧道外面运动时，由于速度不同，所受空气阻力与速度的关系不同；而在经过隧道时，由于形成类似与活塞的结构，所受空气阻力发生较复杂的变化。 一：讨论列车经过隧道时受力状况，分析可知，列车经过隧道时受力分为部分进入、完全进入和部分驶出时三种情形。分析受力，第一种情形下，列车在隧道内部分受到的力有两部分组成，一部分是作用与车头部分别的压差阻力，另一部分是进入隧道内的车身部分的车体表面摩擦阻力，位于隧道外部分受到的空气阻力可按明线空气阻力公式计算。第二种情形下，列车所受空气阻力分为车头的压差阻力、车尾的压差阻力、车体部分的表面摩擦力。其中:车尾的压差阻力=车头气压变化×车头投影面积；车尾阻力＝车尾气压变化×车尾投影面。第三种情形下，列车在隧道外部分受到的空气阻力可按明线空气阻力公式计算，位于隧道内部分由车尾的压差阻力和隧道内部分车身的表面摩擦力组成。 整个过程详细内容见所附文档（2） 二：列车在隧道外行驶时收到的空气阻力及运动方程。 1 当物体速度远小于低速炮弹时的空气阻力模型及运动规律 f=-kv=-kv k是与空气密度、湿度及物体形状决定的一个常数。 由牛顿第二定律可知 -kv=mdv/dt, 利用分离变量法可得出任意物体在任意时刻的速度为 V = v0 e -kt/m 从v= dx/dt 再利用分离变量法可以解得 x= v0 m /k(1- e -kt/m) 2 当物体速度远接近于低速炮弹时的空气阻力模型及运动规律 f= -kv2 由牛顿第二定律 -kv2=mdv/dt 得任意时刻的速度为：v=(1/v0+kt/m)-1 又因为v=dx/dt,解得x = m/k ln(1+kv0t/m). 3当物体速度接近于空气中的声速C0时的空气阻力模型及运动规律 当物体速度接近于空气中的声速时，上述两项规律已不再适用，不能用具体的函数表达式来表示，只能用图解法或近似法求之，对于空气密度均匀分布，可视为质点的物体，当物体速度接近于空气中的声速C0时，其运动模型可用下列方法表示： 如何减少高速列车的空气阻力 随着高速列车的速度不断提高，当列车速度到达250km/h以上时，空气阻力可占整个列车阻力的80%—90%，一般认为，空气阻力与列车的速度平方成正比。对于高速列车来说，减少空气对列车的阻力，一方面可以提高列车速度，又可以降低能耗。 1、列车头尾流线化，减小压差阻力 列车空气阻力有三种，即列车头部和尾部压力差所引起的阻力称压差阻力，压差阻力与列车列车头部和尾部的形状有很大关系；由于空气粘性使作用于车体表面的气体剪切力产生的阻力称摩擦阻力，这部分阻力与列车长度有关；另一部分阻力是由于气流受到列车表面的突出或凹陷的干扰而产生的阻力称干扰阻力，这些阻力来源于车灯、扶手、转向架之间间隙、车辆底部及顶部设备对气流的干扰。 流体力学的知识告诉我们，优化高速列车的外形是一条重要的途径。其实，汽车就是这样做的，大家都知道赛车的外形都是“流线型”的，道理便在这里。简单地说，流线型是指流体平滑流过而不从表面分离的物体外形。流体力学的知识告诉我们，当物体表面上的边界层发生分离时，会产生非常大的压差阻力。例如，当运动速度为每小时338公里时，一个流线型机翼所受的阻力只有圆柱体所受阻力的十分之一左右(严格地讲，是1/9.3)。所以，优化外形的效果是很明显的。当然，高速列车的外形还要满足其他的要求和约束，工程师必须全面考虑、适当选定。经过估算可以得知：通过优化列车牵引系统使牵引功率提高约5%，同 时对CRH2平台的高速列车进行重新设计、在CRH3平台基础上使空气阻力减少15-20%(即所谓的气动优化计)，就能保证京沪高速列车速度指标提升的需求。 2、提高车体表面平整度和光洁度，减小表面摩擦阻力 传统列车车体表面平整度较低，且车门车窗向内凹进，而扶手、车窗玻璃压条向外突出等，使摩擦阻力加大。提高车体表面平整度和光洁度，将车门车窗表面与车体表面齐平，取消突出在车体表面之外的扶手等细小突出物，可降低表面摩擦力。 3、优化列车底部及顶部设施、转向架的外形，减小干扰阻力 (1)传统列车车底部形状非常复杂，除转向架之外，还有许多外挂设备，使车底部分的阻力占总的空气阻力40%。将列车底部、转向架外形进行优化，效果非常显著。采用在车体侧墙下方安装裙板的方法阻挡列车两侧气流流向车底，可使中间车辆阻力减小20%，头部动车动车阻力减小7%。更有效的方法是采用外形合理的车底外罩将转向架之外的整个车底部分全部风罩，可使中间车辆阻力减小30%，头部动车阻力减小13%。 如果中间车辆采用铰接式，转向架数量减少一半，中间车辆阻力可降低25%。安装转向架裙板，可进一步减小阻力，但实际应用时会给列车运行与维护保养带来不便。 (2)高速列车车顶部布置有受电弓、高压电缆等电气设备，所造成的阻力可达到总得空气阻力的19%。采用安装受电弓外罩将受电弓及电气设备周围遮盖，可使这部分阻力减小50%，同时改善受电弓受流 空气弹簧动力学特性分析 担架支架是伤员运送车辆在行驶途中承载、固定卧姿伤病员 担架的主要设备。担架支架的隔振系统设计在很大程度上决定了 伤病员在运送途中的乘卧舒适性。性能优异的担架支架隔振系统 能有效提高伤员运送车辆的运送能力。空气弹簧是较为合适的可 用于担架支架系统的隔振器,它是利用空气的压缩弹性进行工作的非金属弹性元件。作为隔振元件,空气弹簧具有非线性变刚度特性,通过内压的调整,可以得到不同的承载能力;承受轴向载荷和径向 载荷,可产生相对较好的缓冲隔振效果;还具有结构简单、安装高 度低、更换方便、工作可靠、质量轻、单位质量储能量高等优 点。将空气弹簧增加附加气室能显著降低空气弹簧的刚度及固有 频率。本文对应用于急救车担架支架装置的空气弹簧隔振器的动 态特性进行了理论分析、实验测试、实验建模等方面的研究,为今后进一步研究半主动控制的空气弹簧隔振系统提供了参考依据。 本文首先介绍了空气弹簧的研究与发展现状,对空气弹簧的性能和优缺点进行了比较。并对空气弹簧的动力学特性进行研究,推导了空气弹簧动刚度计算公式,分析了其动力学特性的影响因素, 建立了带附加气室与不带附加气室空气弹簧的力学模型。 其次做了空气弹簧的动力学特性实验,得到如下结论:不带附 加气室时,当初始气压、激振振幅增加时,空气弹簧动刚度随之增加;当激振频率增加时,空气弹簧的动刚度随之减小。空气弹簧的 固有频率几乎保持不变。而带附加气室空气弹簧在节流孔孔径4-7mm范围内,当孔径增大时,空气弹簧动刚度随之减小;当初始气压、激振频率、激振振幅增加时,空气弹簧动刚度随之增加。在高频(8Hz)左右时,振幅、频率的变化对动刚度的改变已不明显。在低频率时,带附加气室能显著降低空气弹簧的动刚度,而在较高频率时,带附加气室会使空气弹簧的动刚度增加。 最后对带附加气室空气弹簧力学模型进行了简化,通过实验数据运用最小二乘法对模型参数进行了识别,并用四个指标对模型拟合精度进行了评价。分析结果表明误差较小,模型能够比较准确的反映出应用空气弹簧隔振器的力学特性。 空气阻力计算根据方程麦克斯韦方程，空气中值速率设为1 22 4 ()e v f v v dv ∝ - =? 当物体运动速度小于气体速率时逆运动方向就不存在来自逆方向动量Δm(vx-c), 我们先计算圆柱体两个方向动量 对于运动物体前方Δs距离动量为2sΔs(vx+c) 逆方向为sΔs(vx-c) () () 1 2 P S S vx v P S S vx v ?=?+ ?=?- ()() () ()() () 2 1 2 2 2 1 t22 t22 S S vx v vx v P S F vx c S S S vx v vx v P S F vx c S ρρ ρρ ?+- ? ===+ ?? ?-- ? ===- ?? 1-2 F F F scv ρ ==再乘以速率分布函数 2223222104sc 2s 2sc e e (1)e c v v v c c F v dv v dv v ρρρ∝ ∝---??===-+???? ()2312s ()e c F c c c ρ-=-+ 实际上还有一个面积系数，在运动速度小于气体分子的最高速率时其阻力为 ()23s ()e c F K c c c ρ-=-+ 当v 大于vx 时逆方向就不存在()2P S S vx v ?=?-这一项了，仅仅存在 () 2 22202c e v s F v v dv ρ∝-=+? 对于F1由于空气分子速率存在高于C 的部分，也存在低于C 的部分，对于低于C 的逆向效应就不能计算，所以整个单位面积上的具有阻力作用的分子不会为1，是一个与速率分布相关的函数， 按上图浅蓝取不计算阻力，蓝色区才能计算阻力，对于情况F2，当物体运动速度大于所有气体分子速率时，全部计算但是没有逆方向效应的平衡量,很显然阻力应该为两种情况，设物体运动速度为c 项目一动车组列车车设备设施 任务1 CRH1 型动车组设备设施 能力目标 1.熟练使用CRH1 型动车组基础设备 2.熟练使用CRH1 型动车组服务设备 知识目标 1.认知CRH1 型动车组车门 2.认知CRH1 型动车组车窗 3.认知CRH1 型动车组座椅 4.认知CRH1 型动车组乘务室 5.认知CRH1 型动车组照明 6.认知CRH1 型动车组卫生系统 7.认知CRH1 型动车组乘客信息系统和影音系统 任务2 CRH2 型动车组设备设施 能力目标 1.熟练使用CRH2型动车组基础设备 2.熟练使用CRH2型动车组服务设备 3..熟练使用CRH2型长编组卧车动车组车设备设施 知识目标 1.认知CRH2型动车组车门 2.认知CRH2型动车组车窗 3.认知CRH2型动车组座椅 4.认知CRH2型动车组卫生间、盥洗室、多功能室 5.认知CRH2型动车组备品室、大件行存放处、垃圾箱 6.认知CRH2型动车组旅客信息系统 7.认知CRH2型长编组卧车动车组车主要设备及其布置情况任务3 CRH3 型动车组设备设施 能力目标 1.熟练使用CRH3型动车组基础设备 2.熟练使用CRH3型动车组服务设备 知识目标 1.认知CRH3型动车组车门 2.认知CRH3型动车组车窗 3.认知CRH3型动车组座椅 4.认知CRH3型动车组卫生间、电茶炉、乘务员室 5.认知CRH3型动车组PIS广播通信装置 6.认知CRH3型动车组残疾人服务设施、婴儿护理台 任务4 CRH380 型动车组设备设施 能力目标 1.熟练使用CRH380A型动车组基础设备 2.熟练使用CRH380A型动车组服务设备 3.熟练使用CRH380B型动车组基础设备 4.熟练使用CRH380型动车组服务设备 知识目标 空气弹簧的优点及分类 近年来，非线性课题一直是各学科的研究前沿，在隔振领域也不例外。随着隔振设计中对隔振系统各种性能指标要求的提高，迫使人们不断探索新型的隔振器。非线性隔振器能够自动避开共振，有效抑制振动幅值、隔离冲击，因而受到广泛的关注。线性隔振器却不能自动避开共振。 非线性隔振器的刚度是随隔振器变形量的不同而变化的，因而由非线性隔振器组成的隔振系统其固有频率与振动幅值有关。如果隔振器是非线性硬特性的，固有频率随振幅的增加而上升；如果隔振器是非线性软特性的，固有频率随振幅的增加而下降。当设备在启动过程中经过共振点时，被隔振设备的振动幅值将出现峰值，高出静态位移许多倍。随着振幅的迅速增长，由非线性隔振器组成的隔振系统其固有频率将上升或下降，从而避开共振频率。对于线性隔振器，其刚度值是不变的，只能通过阻尼作用控制共振振幅。但是过了共振点之后，隔振器的隔振效率因为阻尼的作用而下降。 此外非线性隔振器还能有效防止冲击。对于非线性硬特性的隔振器其刚度随变形量的增加而上升，遇到冲击时，簧上载荷的加速度随变形量的增加而增大，因而在较小的变形下冲击速度迅速降低。对于非线性软特性的隔振器其刚度随变形量的增加而降低，因而能够起到缓冲作用，但隔振器的变形量较大。在很多情况下不允许有太大的变形量，就应该选择非线性硬特性隔振器来防止冲击。 根据上述分析，空气弹簧是一种理想的隔振元件。空气弹簧是在柔性密闭容器中加入压力空气，利用空气压缩的非线性恢复力来实现隔振和缓冲作用的一种非金属弹簧。它具有优良的非线性硬特性，因而能够有效限制振幅，避开共振，防止冲击。空气弹簧隔振系统的固有频率可以设计得很低，甚至达1Hz以下，而橡胶隔振器的自振频率一般为5-7 H z。所以空气弹簧的隔振效率比起其它隔振元件高得多，而且能够隔离低频振动。特别是因为空气弹簧隔振系统容易实施主动控制，作为一种具有可调非线性静、动态刚度及阻尼特性的隔振元件，空气弹簧的应用越来越广泛。 1.2 空气弹簧的分类及特点 1.2.1 空气弹簧的分类 目前国内、外对空气弹簧的分类方法很不统一，大致有下列几种： （一）按橡胶囊的曲数分类 空气弹簧按橡胶囊的曲数分为单（一）曲，双（二）曲，三曲，……，n曲，如图1-3和图1-4所示。随着曲数的增加，刚度变小，空气弹簧隔振系统的固有频率也相应减小。但这不仅给制造上带来了麻烦，而且还会引起橡胶囊的弹性不稳，因此一般只使用到4曲。 （二）按结构型式分类 1. 日本《空气弹簧》一书中的分类： 胶囊型空气弹簧：轮胎型[ 图1-3 (c) ] 平板型[ 图1-3 (a)、(b) ] 耳垂型[ 图1-4 (b) ] 2. 我国的分类： 空气弹簧：囊式空气弹簧[ 图1-2、1-3 ] 约束膜式空气弹簧[ 图1-4 (a) ] 自由膜式空气弹簧[ 图1-4 (b) ] 山西省铁路工程学校 教案 课程名称：高铁动车乘务实务 教材名称：高速铁路乘务工作实务 授课学期：2015-2016年第一学期 授课教师：陈美艳 授课班级：特教2班、5班、6班 教务科制 教案编写说明 任课教师应遵循专业教学计划制订的培养目标，以教学大纲为依据，在熟悉教材、了解学生的基础上，结合教学实践经验，提前编写设计好每门课程每个章节的全部教学活动。教案按每次2课时设计编写。教案编写要求如下： 一、教师上课前必须写出所授课程的教案，不能无教案或借他人教案进行授课；授课教案应根据专业技术发展、教学要求变化、学生实际水平，以及教师以往教学小结等进行补充、修改或重写，以保持教学内容的先进性和适用性，不得使用未经任何补充、修改的陈旧教案进行授课。 二、实践教学的教案与理论教学的教案分开编写；对于公共课，难课、新课，提倡由各教研室组织进行集体备课；公共课教案主体（教学目的、教学进度、重点难点内容、教学内容及过程等）应相同。 三、教案编写要求内容简明、条理清楚、教学目的明确、教学内容设置合理、重点难点清晰。 四、教案应采用统一格式书写或打印（建议使用A4纸）。每次授课教案必须含首页，与各章节教案形成一个整体。 五、提倡教师利用计算机进行教案编写，与教学过程中的手写批注相结合，形成不同时期，不同版本（注意分别存盘和存档）的教案。 六、请妥善保存各阶段的教案，配合好学校的教学检查和归档等工作。 首页序号： 一、接待旅客的基本常识 （一）问候是一种交际手段 问候即打招呼。 1问候的次序 乘务员先于旅客问候：笼统问候：大家好；各位好；逐一问候：由尊而卑，有女士而男士，由近而远 2问候的态度 主动热情自然专注 3问候的方式 语言和动作相结合 问候的语言：“您好，先生/女士”、“早上/上午/中午/下午/晚上好”、“欢迎乘坐本次列车”…… 问候的动作：鞠躬。 （二）面部表情是一种交际手段 面部表情的基本要求是热情、友好、诚实、稳重、和蔼 1 眼神 眼神是对眼睛总体活动的一种统称。通过借助于眼睛传递信息——眼语 （1）注视的时间 空气弹簧的分类及特点 近年来，非线性课题一直是各学科的研究前沿，在隔振领域也不例外。随着隔振设计中对隔振系统各种性能指标要求的提高，迫使人们不断探索新型的隔振器。非线性隔振器能够自动避开共振，有效抑制振动幅值、隔离冲击，因而受到广泛的关注。线性隔振器却不能自动避开共振。 非线性隔振器的刚度是随隔振器变形量的不同而变化的，因而由非线性隔振器组成的隔振系统其固有频率与振动幅值有关。如果隔振器是非线性硬特性的，固有频率随振幅的增加而上升；如果隔振器是非线性软特性的，固有频率随振幅的增加而下降。当设备在启动过程中经过共振点时，被隔振设备的振动幅值将出现峰值，高出静态位移许多倍。随着振幅的迅速增长，由非线性隔振器组成的隔振系统其固有频率将上升或下降，从而避开共振频率。对于线性隔振器，其刚度值是不变的，只能通过阻尼作用控制共振振幅。但是过了共振点之后，隔振器的隔振效率因为阻尼的作用而下降。 此外非线性隔振器还能有效防止冲击。对于非线性硬特性的隔振器其刚度随变形量的增加而上升，遇到冲击时，簧上载荷的加速度随变形量的增加而增大，因而在较小的变形下冲击速度迅速降低。对于非线性软特性的隔振器其刚度随变形量的增加而降低，因而能够起到缓冲作用，但隔振器的变形量较大。在很多情况下不允许有太大的变形量，就应该选择非线性硬特性隔振器来防止冲击。 根据上述分析，空气弹簧是一种理想的隔振元件。空气弹簧是在柔性密闭容器中加入压力空气，利用空气压缩的非线性恢复力来实现隔振和缓冲作用的一种非金属弹簧。它具有优良的非线性硬特性，因而能够有效限制振幅，避开共振，防止冲击。空气弹簧隔振系统的固有频率可以设计得很低，甚至达1Hz 以下，而橡胶隔振器的自振频率一般为5-7 H z 。所以空气弹簧的隔振效率比起其它隔振元件高得多，而且能够隔离低频振动。特别是因为空气弹簧隔振系统容易实施主动控制，作为一种具有可调非线性静、动态刚度及阻尼特性的隔振元件，空气弹簧的应用越来越广泛。 摘要 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 目录 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) 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。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汽车用空气弹簧垂向弹性特性分析与计算.
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轨道交通车辆转向架用空气弹簧
高速铁路服务用语
高速铁路旅客服务系统
空气弹簧的应用与发展趋势
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列车空气阻力研究(修改)
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空气弹簧动力学特性分析
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CRH380BL高速列车空气弹簧
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