铁道车辆空气弹簧动态特性仿真分析

基于热力学和流体力学理论相关数学-物理方程分别建立了空气弹簧本体-固定节流孔-附加气室模型和空气弹簧本体-连接管道-附加气室模型,采用Matlab/Simulink仿真软件,分析了连接管道长度、节流孔直径及附加气室容积对空气弹簧动态特性的影响。仿真结果表明:当采用较长管路连接时应考虑管道内空气质量的惯性对空气弹簧动态特性的影响,短管可等效为固定节流孔连接;空气弹簧垂向动态刚度在低频和高频激励下分别趋于常值;固定节流孔存在低频开口过大,高频开口过小的缺陷;固定节流孔直径与附加气室容积对空气弹簧系统的阻尼特性有较大影响。     

铁道车辆空气弹簧垂向动态特性分析方法的研究

应用空气动力学、工程热力学理论,推导空气弹簧垂向动态特性分析的数学模型,经过试验验证模型的正确性。分析装有固定节流阀空气弹簧对正弦激扰的减振性能。通过多种方案节流孔直径的空气弹簧对于不同幅值激扰的振动位移传输率的分析,确定了TY550型空气弹簧固定节流阀对于不同幅值激扰的最优取值范围,得出固定节流阀节流孔直径选取的原则是对于小幅值激扰应选取较小值,而大幅值激扰则应选稍大一些的值。     

轨道车辆空气弹簧的阻尼特性试验研究

针对空气弹簧阻尼特性的理论分析、试验方法,对某型轨道车辆空气弹簧产品进行了一系列阻尼试验研究,总结出空气弹簧垂向振幅、节流孔直径及载荷对于阻尼特性的影响规律,对转向架设计具有一定的指导意义。     

空气弹簧节流孔非线性力学模型研究

基于流体力学、空气动力学和工程热力学等理论,建立了空气弹簧节流孔非线性力学模型1和模型2,以高速动车组用空气弹簧为例进行了不同节流孔直径下的动态特性仿真计算。利用空气弹簧垂向振动试验台进行了不同工况下的空气弹簧力学特性试验,对比仿真结果与试验结果,发现模型1更能反映实际空气弹簧的幅变特性和频变特性,该模型在不同节流孔直径下的空气弹簧特性与试验结果吻合得较好。     

铁道车辆振动控制技术--有源与半有源悬挂分析

分析利用有源悬挂和半有源悬挂方法对铁道车辆振动控制的原理和技术。对日本最新型700系列高速列车上采用的可变阻尼减振器进行研究分析,认为其基本原理是通过高速电磁阀切换阻尼孔(节流孔),从而改变减振器的阻尼力达到控制振动的目的。指出在隧道内,车体的横向振动加速度可减少30%左右。介绍日本新开发的可以自动调整动力学性能的减震器的进展情况。给出横向用可变阻尼减振器和垂向用可变阻尼减振器内藏型空气弹簧的结构和特点。     

空气弹簧转向架减振形式分析

目前,国内外空气弹簧转向架的垂向减振方式主要有3种:在空气弹簧本体和附加空气室之间设置固定或可变节流孔来提供阻尼的方式和单独设置垂向减振器方式。首先对这3种减振形式进行了等效模型分析,然后建立了动力学仿真模型,模拟了车辆在不同的线路条件下运行,计算其对低频、高频激扰的响应,并分析这3种减振方式的优劣。根据计算提出采取固定节流孔外加垂向减振器方式更适合我国的车辆运营状况和线路情况。     

空气弹簧的刚度及阻尼特性研究

介绍了空气弹簧的热力学特性,对空气弹簧的垂直刚度特性和阻尼特性进行了分析。结果表明:空气弹簧的刚度不仅与其静平衡位置时的压力和容积有关,还与其有效面积变化率和体积变化率有关。空气弹簧的阻尼特性与空气弹簧本身结构有关,同时还受外界激扰频率及振幅的影响。当外界激扰条件发生变化,空气弹簧系统的阻尼特性也将随之改变。     

空气弹簧与橡胶堆串联系统的垂向减振性能

从力学模型推导出空气弹簧与橡胶堆串联系统的垂向传递率，找出了橡胶堆自身阻尼特性对其整个系统阻尼特性的影响规律。从中得知传递率只与空气弹簧的容积比ｎ、频率比ζ及空气弹簧的阻尼比有关，与空气弹簧阻尼和橡胶阻尼之比Ｃ无关。     

基于空气弹簧非线性模型的车辆振动特性研究

为研究不同模型和不同空气弹簧物理参数下车辆振动特性,基于热力模型和ADAMS空气弹簧非线性模型建立空气弹簧悬挂系统控制模型,并利用多体动力学仿真软件SIMPACK与MATLAB/SIMULINK联合仿真平台建立包括空气弹簧系统的整车多体动力学模型。研究结果表明:热力模型较ADAMS模型更能准确模拟空气弹簧非线性动态特性;车辆低速运行时节流孔直径越小越有利于改善车辆垂向运行平稳性;车辆高速运行时节流孔直径太大或者太小都不利于改善车辆垂向运行平稳性;附加空气室体积越大越有利于改善车辆垂向平稳性,但是增大到一定程度继续增大对车辆垂向平稳性改善不是很明显。     

垂向半主动悬挂装置性能试验

为降低铁道车辆的垂向振动，开发了内置可变阻尼油压减振器空气弹簧。该变阻尼能有效地衰减振动。     

SW-220K型转向架参数优化试验研究

对配装SW—220K型转向架的25T型客车进行了振动试验;分析了车辆的主要振型;分别进行了采用不同空气弹簧、二系阻尼系数值时的试验,根据垂向、横向平稳性指标测试结果,得出了采用原型空气弹簧结构并增大二系垂向阻尼系数值能够改善车辆运行性能的结论。     

装用SW-160型转向架客车动力学性能优化分析

针对装用SW 160型转向架的客车进行动力学性能分析计算,重点分析运行平稳性。分别进行了空气弹簧节流孔直径尺寸、二系悬挂横向刚度值、二系悬挂横向阻尼系数值等不同参数的优化分析工作。通过改变这些悬挂参数并与原型参数结果进行对比,找出优选方案,提出改善车辆运行性能的办法。对计算结果与振动试验台试验结果进行对比分析,以验证变化规律的一致性。     

空气弹簧与橡胶堆串联系统的垂向减振性能

从力学模型推导出空气弹簧与橡胶堆串联系统的垂向传递率，找出了橡胶堆自身阻尼特性对其整个系统的阻尼特性影响规律，从中得知传递率只与空气弹簧的容积比ｎ，频率比ζ及空气弹簧的阻尼比有关，与空气弹簧阻尼和橡胶堆阻尼之比Ｃ无关。对进一步分析、研究、开发新型结构空气弹簧，特别是对垂向减振参数的选取和理论分析、设计计算有着现实意义。对开发设计诸如高速客车转向架、地铁、轻轨车辆等的无摇枕转向架提供了设计依据。     

铁道车辆空气弹簧-可变节流阀垂向动态特性的研究

采用有限元与试验结合的方法,准确地描述了空气弹簧变形和接触特性,应用空气动力学、工程热力学和传热学理论建立了空气弹簧垂向动态特性分析模型。经试验验证了模型和方法的正确性。详细分析和总结了激扰频率、幅值、节流孔面积、节流阀弹簧刚度、附加气室容积和内压对空气弹簧动态特性的影响和规律。     

空气弹簧可变节流孔的开发

介绍了一种新研发的轨道客车空气弹簧用随频率变化的可变节流孔。这种可变节流孔能同时降低车辆在高频下的侧滚运动和垂向振动。     

不同激励频率下空气弹簧幅变特性研究

为验证所建立TPL-ASN空气弹簧模型的准确性,并研究激励幅值对空气弹簧动态特性的影响规律。采用基于TPL-ASN模型的自编空气弹簧动态特性仿真软件(ASDS),建立某高速动车组空气弹簧试验台模型,分析不同激励幅值下空气弹簧的动态特性,并将仿真计算的动刚度、阻尼比、阻尼和传递比与试验结果对比。结果表明,TPL-ASN空气弹簧模型能准确反映空气弹簧的非线性幅变特性;在中低频范围内,空气弹簧动刚度、阻尼比和阻尼的幅变特性较为明显,而在低频范围内激励幅值对空气弹簧动态特性基本没有影响;传递比的幅变特性在共振频率附近尤为明显,在中高频范围内较为复杂,在低频范围内影响较小。     

降低车体垂向振动的装置

为大幅度提高铁道车辆垂向振动舒适度，日本铁道综合技术研究所利用轴减振器与空气弹簧（节流控制阀内置型空气弹簧）的阻尼控制，开发出一种新装置，用于降低车体的一阶弯曲模式与刚体模式的振动。试制的装置装备将用于新干线的车辆上，该装置在车辆试验台上进行激振试验，确认其减振效果。根据该实验结果，制作出可供装车并可运行的装置如图1所示，将其装备在新干线车辆上，实施现车运行试验。     

轨道车辆用空气弹簧阻尼特性研究与应用

对轨道车辆用空气弹簧阻尼特性的基础理论和阻尼系数的测试方法进行了探讨,重点讨论了能量等效法及其在空气弹簧系统阻尼测试上的应用。研究表明对于非线性系统,能量等效法是一种行之有效的测试方法。     

轨道车辆空气弹簧振动试验台的设计及应用研究

为解决我国轨道车辆空气弹簧自由振动测试的关键技术难题,设计了空气弹簧振动试验台,重点介绍了试验台的设计原理与结构组成,并对我国TMT与进口空气弹簧进行了不同垂向载荷、不同振幅的自由振动特性比对试验。结果表明:2种空气弹簧在不同工况下的共振频率、共振倍率等振动特性基本一致。试验台设计达到预期要求,为我国轨道车辆空气弹簧安全和可靠性研究提供了科研平台。     

通过控制空气弹簧的衰减降低车辆垂向振动

近年来在铁道车辆上,作为车体支承装置的二系弹簧悬挂,基本上是采用空气弹簧的方式。这种方式是通过空气弹簧本体及与之连通的辅助空气腔中的空气,实现柔软的弹簧特性。在连接空气弹簧气囊与辅助空气腔的空气通路上,设置固定节流阀,来控制弹簧的衰减,可以提供良好的乘坐舒适度。不过,由空气弹簧与车体组成的系统,其固有振动频率多数情形下处于1Hz附近,为了进一步提高垂向舒适度,要求降低该低频振动。