空气弹簧在磁悬浮列车上的应用研究
空气弹簧在轨道车辆上的应用
空气弹簧在轨道车辆上的应用摘要：空气弹簧的主要特性是自重小、内摩擦小、非线性刚度好，同时还有非常高的隔震与抗高频振动效果，所以被大量的应用到地铁、轻轨客车等车辆中。
本文从空气弹簧悬挂系统结构与特性出发进行分析，了解我国轨道客车转向架的发展，同时研究分析空气弹簧在轨道车辆上的应用。
关键词：轨道车辆；空气弹簧；应用随着我国高速铁路、轨道交通基础设施广泛建设，规模与速度时刻保持高速发展。
高速铁路与城市轨道交通车辆的高速发展，对于车辆装备要求较高，同时对于安全运行方面也有更高的要求，铁路旅客列车与城轨车辆大量的应用空气弹簧作为悬挂系统，其可以提升车辆运行安全性与稳定性，所以被大量使用，极大促进我国轨道列车领域的发展。
1空气弹簧的工作原理及作用1.1空气弹簧系统工作原理空气弹簧的结构是设计是在密封性的橡胶囊中冲入压缩气体，然后形成一定的刚度，其刚度会因为负载变化而形成弹性体。
空气弹簧结构可见图1所示。
（1）空气弹簧本体；（2）附加空气室；（3）高度控制阀；（4）回转杆；（5）调节杆图1转向架空气弹簧系统结构图要想保证车身高度不会因为载荷变化而变化，车体与转向架之间设置有高度控制阀装置，根据车辆运行情况调节弹簧高度。
回转杆利用旋转的方式控制空气弹簧充气阀与排气阀的开启，可以让压缩空气及时冲入到弹簧或者空气弹簧内部气体直接导入到附加气室内，让车辆负载变化的情况下高度依然保持恒定。
1.2空气弹簧的作用与特点空气弹簧因为负载的持续作用，导致内部气体被压缩，形成反力而出现弹性恢复力。
和普通金属弹簧对比分析，空气弹簧的优势就是减振、降噪，且可以在较大荷载的运行条件下降低弹簧刚度，所以是航空、汽车、轨道车辆的重要组成部分，对于经济与社会发展影响巨大。
下面分析空气弹簧的作用与特点：（1）重量轻。
空气弹簧的首要特性就是自重要比刚性弹簧销，所以安装到轨道车辆中，达到轻量化的要求，结构组成更加的简单。
（2）具有非线性特性。
传统应用的螺旋钢弹簧刚度性能是恒定的，而空气弹簧与之不同，刚度会因为荷载的增加而增加，所以非线性特性明显。
中低速磁浮车辆空气弹簧动力学建模及其应用研究
第 36 卷第 6 期2023 年12 月振 动 工 程 学 报Journal of Vibration EngineeringVol. 36 No. 6Dec. 2023中低速磁浮车辆空气弹簧动力学建模及其应用研究王相平1，李星1，王剑锋2，吴少培1，丁旺才1，李国芳1（1. 兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州 730070；2. 包头铁道职业技术学院铁道机车车辆系，内蒙古包头 014060）摘要: 建立合理的适用于中低速磁浮车辆的空气弹簧动力学模型是预测中低速磁浮车辆动力学性能的必要条件。
基于振动力学与弹性力学基本原理，建立了中低速磁浮车辆空气弹簧系统非线性动力学模型，依据测试结果辨识了系统参数，试验验证了模型的准确性，并结合线路动态测试结果对比了线性模型与非线性模型的差异。
结果表明：空气弹簧在±70 mm有效行程范围内，其垂向载荷‑内压‑位移之间呈三次函数关系，行程大于70 mm时，载荷‑位移呈线性关系；磁浮车辆空气弹簧横向刚度极大，可以分段线性近似表示；直线线路车辆速度大于30 km/h以及曲线线路半径小于100 m时，线性模型计算结果偏差较大，非线性模型计算精度显著高于等效线性模型。
研究结果可为中低速磁浮车辆设计、动力性能预测提供理论依据。
关键词: 中低速磁浮车辆；空气弹簧；橡胶气囊；结构特征；动态特性中图分类号: U260.331+.4 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2023）06-1527-12DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2023.06.007引言中低速磁浮交通是中国具有自主知识产权的新技术，近年来得到了广泛发展。
空气弹簧悬挂系统作为中低速磁浮车辆的关键隔振部件，其动力学性能直接影响车辆的安全性、舒适性，是决定中低速磁浮车辆发展前景的重要因素［1‑2］。
近年来，以线性弹簧、阻尼并联的空气弹簧等效模型因其简单、高效的计算优势而被广泛应用于中低速磁浮车辆动力学模型中［3‑6］，但难以准确表征空气弹簧系统的幅频依赖性也致使其计算结果存在较大误差［7］。
轨道交通用空气弹簧的结构与应用研究
轨道交通用空气弹簧的结构与应用研究摘要：空气弹簧本身在高速客车和城市轨道之中的使用就相对较为广泛，为了有效的分析现阶段轨道交通空气弹簧的具体结构，加快对于空气弹簧的实际使用，就需要相关的技术人员针对当前空气弹簧在轨道交通使用中的实际特点，分析不同的空气弹簧类型对于整个轨道交通环境的影响。
为此本文结合当前空气弹簧设计开发基础经验，对四种不同的空气弹簧的实际特点进行解析，同时对不同的空气弹簧系统应用的相关技术进行了全面的阐述，分析了空气弹簧在未来轨道交通发展中的实际应用，也为后期的空气弹簧开发提出了新的意见。
关键词：空气弹簧；辅助弹簧；轨道交通空气弹簧是在柔性密闭容器环境下注入压力空气，充分利用空气的可压缩性逐渐实现弹性的一种基础的弹性元件。
与传统的钢弹簧之间进行比较，这种空气弹簧本身的承载能力相对较大，自身的频率可以基本保持不变，变形能力相对较强，通过与电子控制装置之间的有效合作可以保证整个车体结构处于一种相对稳定的环境下，一般来说都会用在高速客车以及地铁等轻轨车辆之上。
一、气囊结构的实际类型与具体特点气囊结构主要根据现阶段密封的实际特点和腰带的实际约束方式主要分为以下四种主要的特点，一是大曲囊式气囊。
这种气囊最大的结构特点在于，气囊上方的子口直径大于气囊的有效直径，同时采用机械密封的结构模式，在多数情况下子口都会采用自密封式的结构模式，气囊实际的弧度面积相对较长，在相同有效面积的基础上，气囊往往会存在较大的内容积，为此本身具有相对垂直于水平的刚度较低，位移能力相对较大的实际特点。
由于气囊本身的上字口使用机械密封的方式，上子口本身的密封设计效果就显得尤为关键，不当的配合量设计方式，很容易导致气囊本身的上子口出现漏气的现象，甚至由于螺钉出现损坏与上方的盖板出现变形或是开裂的现象。
二是小曲囊式气囊。
这种气囊的实际结构特点在于，气囊通常的大小相对较小，同时上下口直径相对较为接近，同时往往会采用密封式的结构类型。
磁悬浮列车轨道振动特性分析
磁悬浮列车轨道振动特性分析磁悬浮列车是一种利用磁悬浮技术进行悬浮运行的列车，具有速度快、环保、安静等优点。
随着科技的不断进步，磁悬浮列车在各个国家的交通领域中得到了广泛应用。
但是，磁悬浮列车在高速运行过程中，轨道振动是一个必须面对的重要问题。
因此，本文将探讨磁悬浮列车轨道振动特性分析，并对磁悬浮列车轨道振动问题提出相应的解决方案。
首先，磁悬浮列车轨道振动是由列车运行引起的。
列车在高速运行过程中，会对轨道施加一定的载荷，轨道弹性变形，从而引起轨道自振。
同时，车辆也受到轨道振动的影响，从而引起车辆的振动。
这种相互作用的振动过程称为列车-轨道相互作用振动。
其次，磁悬浮列车轨道振动对列车运行稳定性和乘客舒适度都有影响。
轨道振动可能引起列车跑偏、噪音增加、车身振动等问题，影响列车行驶速度和安全性。
而乘客在高速运行过程中，会受到车辆振动的影响，从而产生不适感，影响旅途的舒适度。
接着，有很多方法可以用于解决磁悬浮列车的轨道振动问题。
其中一项方法是通过空气弹簧系统来减少轨道振动。
空气弹簧系统是在轨道和车辆之间安装一些弹簧装置来减少载荷的传递，从而缓解轨道振动。
但是，这种方法的缺点是复杂度高、造价昂贵。
另一种方法是通过改变轨道本身的结构来减少振动。
这种方法包括调整轨道的强度、减少随机轨道不平度、提高轨道表面光洁度等。
这些措施可以有效降低轨道的振动频率，从而减少列车和轨道之间的相互作用振动。
最后，我认为要解决磁悬浮列车轨道振动问题，需要全面综合考虑多种因素。
第一是优化车辆轮对的设计，改变受力分布，减少对轨道振动的激励。
第二是改善轨道本身的结构，减少轨道的载荷传递，以降低轨道动力学模型的振动频率。
第三是调整列车和轨道之间的相互作用力的均衡状态，减少二者之间的运动耦合。
总之，磁悬浮列车轨道振动问题是一个非常重要的课题，需要我们不断探索新的解决方案，以减少对列车运行稳定性和乘客舒适度的影响。
希望通过本文的探讨，能对读者对磁悬浮列车轨道振动问题有更深入、更全面的理解。
列车空气弹簧对车辆系统平稳性的影响研究
列车空气弹簧对车辆系统平稳性的影响研究列车空气弹簧对车辆系统平稳性的影响研究引言：随着城市化进程的加速和人们对出行的需求不断增加，列车运输作为一种高效、安全、环保的交通方式逐渐受到人们的重视。
在列车的车辆系统中，空气弹簧作为重要的元件之一，对列车的平稳性具有重要影响。
因此，对列车空气弹簧对车辆系统平稳性的影响进行深入研究，对于提高列车的运行安全性和乘坐舒适性具有重要意义。
与传统弹簧相比的优势：传统列车通常使用钢制弹簧作为车辆的悬挂装置，但钢制弹簧在减震、隔振方面存在一定的局限性。
相比而言，使用空气弹簧作为悬挂装置可以有效地提高列车的平稳性。
空气弹簧作为一种压缩弹簧，其内部充气气压可以根据车辆的负载情况进行调节，从而实现对车辆的主动控制。
这种特性使得车辆在行驶过程中可以在保持稳定性的同时更加舒适。
影响车辆系统平稳性的关键因素：除了空气弹簧本身的特性外，还有其他一些因素会影响到车辆系统的平稳性。
其中最主要的因素包括路况、车辆速度、车辆负载等。
在分析和预测车辆系统平稳性时，必须同时考虑这些因素，以实现对列车运行情况的科学管理。
空气弹簧对平稳性的影响：首先，空气弹簧具有较高的柔度和可调性，在应对不同路况时具有良好的适应能力。
当列车运行在平整路面时，空气弹簧可以提供较为舒适的乘坐体验，减小因为路面颠簸而产生的不适感。
而当列车经过不平整道路时，空气弹簧可以通过调整气压的方式对车辆进行主动控制，保持车辆的稳定性。
其次，空气弹簧还可通过控制气压的大小来调整车辆的高度。
通过调整车辆的高度，可以改变车辆的重心位置，进一步提高车辆的稳定性。
当车辆速度较高时，通过调整空气弹簧的气压，可以使车辆的重心降低，提供更好的侧向稳定性，减小侧向偏移和滚转的风险。
此外，空气弹簧还能主动控制列车的纵向运动，减小由于刹车和加速过程中的冲击带来的不适感。
在列车启动或停车过程中，可以通过调整空气弹簧的气压，减小车辆前后摇晃的幅度，提高乘坐的舒适度。
高速磁浮车用空气弹簧的研究的开题报告
高速磁浮车用空气弹簧的研究的开题报告标题：高速磁浮车用空气弹簧的研究一、研究背景磁浮列车是一种利用磁悬浮技术实现高速地面交通的交通工具。
在磁悬浮技术中，空气弹簧是支撑列车的主要部件之一，起到减震和稳定车体的作用。
目前，磁浮列车的最高商业运营速度已经达到了600公里/小时，为了进一步提高列车的速度和平稳性能，研究和优化空气弹簧的设计和性能是非常重要的。
二、研究目标本研究旨在探索并优化高速磁浮车用空气弹簧的设计和性能，以提高列车的速度和平稳性能。
具体研究目标如下：1.分析空气弹簧的工作原理和影响因素；2.建立空气弹簧的数学模型，通过数值仿真研究弹簧的动态特性；3.优化空气弹簧的结构和参数，以提高弹簧的稳定性和减震性能；4.通过实验验证优化方案的有效性和可行性，为磁浮车的研发和实际应用提供技术支撑。
三、研究内容和方法1.分析空气弹簧的工作原理和影响因素通过文献调研和理论分析，研究空气弹簧的工作原理和受力情况，并分析其受到速度、负载等多种因素的影响。
2.建立空气弹簧的数学模型，通过数值仿真研究弹簧的动态特性基于理论分析结果，建立空气弹簧的数学模型，使用ANSYS等有限元软件进行模拟计算，研究弹簧的动态特性和影响因素。
通过仿真计算，得出空气弹簧的受力和变形情况，并分析影响空气弹簧性能的因素。
3.优化空气弹簧的结构和参数，以提高弹簧的稳定性和减震性能基于仿真计算和分析结果，结合实际需求，通过优化空气弹簧的结构和参数，以提高其稳定性和减震性能，例如增加弹簧垫层的厚度和硬度、调整弹簧的几何形状等等。
4.通过实验验证优化方案的有效性和可行性设计并实施相关实验，通过实验验证优化方案的有效性和可行性。
对实验结果进行分析和总结，对改进方案进行调整和改进。
四、预期结果通过对高速磁浮车用空气弹簧的研究，预计能够实现以下结果：1.建立高精度和可靠的空气弹簧模型，提供技术支持和理论基础；2.优化空气弹簧的结构和参数，提高其稳定性和减震性能；3.验证优化方案的可行性和有效性，为高速磁浮车的研发和实际应用提供技术支持。
中低速磁浮列车用新型空气弹簧的研制
于该 车 型 的新 型空 气弹 簧 的研 制工作 。
１ 空 气 弹 簧 技 术 要 求
（ ）每 辆磁 浮 车有 ５个 悬 浮 架 ， 个 悬 浮 架 上 安 １ 每
装 ４个 空气 弹簧 ， 每辆 车共 ２ Ｏ个空 气弹 簧 。
（ ）空 气 弹簧在 标准工 作高 度下 的垂 向载荷 与 内 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
收 稿 日期 ： ０ ２ ０ ０ ２ １ － ２ １
由橡胶 垫 、 囊 、 装 座 、 套 、 擦 块 、 尘 套 等 组 胶 安 护 摩 防 成 。其 主要 特点 是 ：
（ ）采用 约束 膜 式 结 构 ， １ 因而 具 有 较 小 的 垂 向 刚 度 和较 大 的横 向刚度 ， 利 于 获 得适 中 的垂 向和 横 向 有 悬 挂特性 。 （ ）采 用橡 胶 垫 支 承 结 构 ， 以在 空 气 弹 簧无 气 ２ 可
空 气 弹簧 能 够 满足 中低 速 磁 浮列 车 的有 关设 计 要 求 。
关键 词 ： 中低 速磁 浮 列 车 ； 气弹 簧 ； 计 ； 算 ； 验 空 设 计 试
中 图 分 类 号 ： ７ ． ３ ． Ｕ２ ０ ３ １ ５
文 献 标 识 码 ： Ｂ
中低速 磁浮列 车是 近年来 发展 较迅 速 的绿 色 环保 轨道交 通运 输模 式 。列 车 无 黏着 驱 动 运行 ， 轨道 无 与 摩擦 、 低噪声 、 粉尘 排放 ； 无 列车采 用特 殊抱轨 设计 ， 不 会 发 生脱轨 和侧 翻现 象 ； 比轨 道交通 ， 相 中低 速磁 浮系 统 的综合造 价 仅为地 铁 的三 分之 二 、 中运 量 轻 轨 的 四 分之三， 同时可 节省车 轮 、 承等 机械部 件 的更 新 维护 轴 费用 ， 寿命 周 期成 本 更低 ； 车能 适 应 风沙 、 全 列 雨雪 天
(2023)轨道交通车辆用空气弹簧生产建设项目可行性研究报告(一)
(2023)轨道交通车辆用空气弹簧生产建设项目可行性研究报告(一)(2023)轨道交通车辆用空气弹簧生产建设项目可行性研究报告本报告是对(2023)轨道交通车辆用空气弹簧生产建设项目进行可行性研究的报告，主要内容包括项目介绍、市场分析、技术分析和经济效益分析等方面。
项目介绍本项目的主要建设目的是为轨道交通车辆提供先进的空气弹簧产品。
轨道交通作为城市交通的重要组成部分，对其安全性、舒适性和性能要求较高，空气弹簧作为其重要部件之一，在提高列车运行安全性、降低噪音、提升乘坐体验等方面具有重要意义。
市场分析轨道交通领域是一个高档、稳定和快速增长的市场，据预测，其每年增速将达到5%左右。
而空气弹簧则是重要的列车零部件之一。
目前，国内的轨道交通车辆大部分采用硬轴承或普通弹簧进行支撑，这些传统的轴承方式无法满足高速列车对稳定性和舒适性的要求。
因此，目前市场对空气弹簧的需求非常大。
技术分析空气弹簧是一种基于压缩空气原理的弹簧，其结构较为简单，但要求对材料和制造工艺的精度要求较高。
经过市场调研和技术分析，我们决定采用国际先进的生产工艺和设备，配合国内的优质材料，来生产出满足高速列车对弹簧稳定性和舒适性要求的空气弹簧产品。
经济效益分析通过市场调研和技术分析，我们预计，本项目在建成后可以实现每年约2000万元的销售收入，毛利润约为30%，投资回收期为5年左右，预计经济效益稳定可靠。
总结本报告中，我们对(2023)轨道交通车辆用空气弹簧生产建设项目进行了全面深入的可行性研究，结果显示该项目具有较高的市场需求和经济效益。
我们相信，在政府的支持下，该项目必将成为轨道交通零部件领域的重要企业，为我国的轨道交通事业作出积极贡献。
实施计划为了确保项目顺利实施，我们将执行以下计划：•第一年：项目启动，选址、方案设计、设备采购、施工准备等；•第二年：现场施工，设备安装调试，试生产等；•第三年：产品市场开发，与客户洽谈等；•第四年：产品投放市场，逐渐形成规模市场；•第五年：提高生产效率和产品质量，巩固市场地位。
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Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａｉｒ ｓｐｒｉｎｇ ｏｎ ｍａｇｌｅｖ ｔｒａｉｎ
ＹＩＮ Ｌｉ－ｍｉｎｇ， ＺＨＡＯ Ｚｈｉ－ｓｕ
（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｍａｇｌｅｖ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ， Ｈｕｎａｎ ４１００７３， Ｃｈｉｎａ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｉｒ ｓｐｒｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｇｌｅｖ ｔｒａｉｎ ｒｕｎｎｉｎｇ ｏｎ Ｂａｄａｌｉｎｇ ｔｒａｖｅｌｉｎｇ ｌｉｎｅ ａｒｅ ｓｕｐｐｌｉｅｄ ｂｙ Ｎｅｗａｙ， ＵＳＡ． Ｉｔ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ， ａｆｔｅｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ， ｔｏ ｓｐｌｉｔ ｔｈｅ １６ ａｉｒ ｓｐｒｉｎｇｓ ｉｎｔｏ ４ ｇｒｏｕｐｓ， ｗｉｔｈ ４ ｐａｒａｌｌｅｌｅｄ ｉｎ ｅａｃｈ ｇｒｏｕｐ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｉｄｅｎｔｉｃａｌ ａｉｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ． ４ ｖａｌｖｅｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｈｅｉｇｈｔ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｓｏ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｄｙ ｉｓ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｈｅｉｇｈｔ． Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒ ｓｐｒｉｎｇｓ， ａｎｄ ｐｏｉｎｔｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｍａｇｌｅｖ ｔｒａｉｎ； ａｉｒ ｓｐｒｉｎｇ； ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ； ｂｏｇｉｅ
Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ
ｎ
衰减系数 无阻尼自然频率
系统阻尼比 如临界阻尼系数为 B c = 2 mK 则 B B ζ = = Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ (7) Bc 2 mK 在最佳阻尼的二阶系统中 当 ＝ ０ ． ７ ０ ７ 时 系统 的输出特性为最好 从自动控制理论分析知 阻尼系 数在０．６ ０．８ 都可以认为是稳定性和快速性都 满足要求的阻尼参数 在八达岭中低速磁悬浮列车的运行试验中 我们 用频谱分析仪对车辆进行了测试 得到的二系悬挂系 统的自然振荡频率为 １ ． １ Ｈ ｚ 最初使用的第一套机械 减振器的阻尼系数 ＝ ０ ． １ 车辆在从曲线转向直线段 时 车厢衰减振荡的次数是较多的 时间也长 在更 换了阻尼系数更大的减振器后 ０ ． ３ 车厢的摇摆 次数及振幅明显减小 但是 阻尼系数太大 车厢在 晃动和点头时会有冲撞的感觉 所以阻尼系数不宜太 大 以舒适为标准 另外 我们所选的Ｎｅｗａｙ 公司的膜式空气弹簧还有 一个最佳高度设置的问题 资料由该公司提供 即当 空气弹簧处于不充气 也不排气的状态下 其外特性 有一个平直段 见图 ４ 这个特性表明 空气弹簧在平 直段内工作时 气压可保持不变 即加在转向架的承 载力不受空气弹簧的变形和位移的影响
电
传
动 ２００２年
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
可知 其刚度为 Λ Λ (1) cos 2 ϕ (θ 2 − sin 2 θ ) − θ 2 sin 2 θ r2 t = 2 2 + sin θ (sin θ + θ cos θ ) R A0 + ap a a 0 V0 1 sin θ cos θ + θ (sin 2 θ − cos 2 ϕ ) a= ⋅ sin θ (sin θ − θ cosθ ) R K = n (1 + t )( p a + p 0 ) 由于外购的空气弹簧系数 ａ ｔ 难以用计算方法准 确获取 式 １ 可以简化为 A0 K = n ⋅ c1 ( p a + p 0 ) + c2 Λ V0
(2 )
也可以再简化为 A0 K = n ⋅ c1 ( p a + p 0 ) Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ ( 3) V0 式中 ｎ １．３￣１．３８； ｐ ａ＝０．１ ＭＰａ 标准大气压 ； Ｖ ０＝ Ｖ １＋ Ｖ ２ 空气弹簧内压力 静载荷时有 ｐ０ Ｐ ＝ ｐ０ Ａ０ ＝ ð Ｒ ２０ｐ ０ Ｒ０ Ａ ０ 有效承压面积的弹簧有效半径 Ｖ１ 空气弹簧本身容积； Ｖ２ 附加气室的容积 当二系悬挂的车厢质量 包括乘客 Ｍ 已知时 可 以通过外部测试的方式来间接计算出空气弹簧的主 要参数 如果单个空气弹簧所承载的质量为 ｍ 外加冲击 载荷 ｐ 空气弹簧产生的振动频率为 ｆ 则弹簧的刚 度Ｋ 为 Ｋ ＝４ ｍ ð２ ｆ ２ （４）
１
图１ 空气弹簧在转向架上的安装位置 转向架 ２ 空气弹簧 ３ 横向拉杆 ４ 动力推杆 ５ 阻尼器
图２
磁悬浮列车过竖曲线时的空气弹簧的工作状态 ａ 凸竖曲线上空气弹簧分布状态 ｂ 凹竖曲线路上空气弹簧分布状态
２
空气弹簧及减振器的特性和选择要点
因为我们采用的是旅游大客车的现成膜式空气 弹簧 德国与日本的常导磁悬浮列车也是采用膜式空 气弹簧 为了保证这种膜式空气弹簧不侧翻 我们使 用了纵向动力推杆和横向拉杆对其进行约束 所以 该空气弹簧只承受垂向支承力 见图 １ 含有空气弹 簧的二系悬挂系统 如果不使用减振器 则运行中车 辆将象船一样自由摇晃 为此 我们也花了相当大的 精力进行试验研究 依空气弹簧的垂向刚度计算公式
空气弹簧用作磁悬浮列车的二系悬挂 可以降低 运行中的车体与转向架之间的耦合频率 还可以改善 旅客乘坐舒适性 因为空气弹簧是采用高度调节气阀 实行高度控制的 故多节车辆联挂时 能够保持地板高 度一致 但是 受磁悬浮列车支承电磁铁均匀串接的分布 方式所限制 主要是尽量减少电磁铁的端部效应 形 成电磁滑板形式 其转向架在车体地板下的分布 也 是均布的 为此 当列车进入轨道的竖曲线 弯道顺 坡时 转向架与车体地板之间的高度将发生变化 直 接影响空气弹簧的高度调节 高度阀的安装位置及调 节速度甚至会破坏二系悬挂的正常工作 我国第一辆 磁悬浮列车的试运行调试中 我们对空气弹簧高度阀 的安装位置及气囊的连接方式 进行了多种方案的试 验和比较
c1 =
V0 Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ (5) n( pa + p0 ) A0
二系悬挂系统应该等效为一个弹簧和减振器并 联的系统 其特性应为二阶阻尼系统 其传递函数可 写成 P (s) K = = 2 z ( s) mS + BS + K K /m Λ Λ ( 6) B B 2 K B B 2 K + ( ) − S + − ( ) − S + 2m 2m 2m 2m m m 式中 K 2 = ωn m
收稿日期 ２８ ２００２－０２－２１
第５期
尹力明 赵志苏 空气弹簧在磁悬浮列车上的应用研究
进行高度控制 安装的位置见图 ３ ａ 这样的空气弹簧的高度调节方式 可以使相邻 ２ 个转向架的端部高度保持一致 由高度阀 Ｆ Ｒ １ 调节的 空气弹簧 Ｒ １ 与Ｌ １ 高度阀Ｆ Ｌ ４ 调节的空气弹簧Ｒ ８ 与 Ｌ ８ 形成了三点控制方式 与旅游大客车相同 但是 在过凸凹竖曲线的实际使用中发现 当转 向架打折使调节阀的测量平面超过无效区时 对应的 空气簧要排气或充气 并且这个过程与过曲线时所要 求的压短的空气簧排气 拉长的空气簧充气正好相 反 尤其是在过缓和曲线顺坡时 轨道平面扭曲 调 节阀的测量面不在同一平面上时更严重 甚至造成几 组空气弹簧失压 引起转向架模块的两端受到的车厢 的压力不一致 即悬浮电磁铁的支撑力大幅度变化 为了使支承车厢的空气弹簧内的气压能够一致 我们也曾试用图 ３ ｂ 的连接方式 即将车厢两侧的 空气弹簧并联 各使用一只高度调节阀来调节高度 尽管这种调节方式可以使车厢两侧的高度保持一致 但由于车厢上的重量分配不可能都均匀 故造成不是 头低尾高 就是头高尾低 在负载不均时更为严重 最后 权衡各种调节方式 我们选择了图 ３ ｃ 的 连接方式 使 １ ６ 个空气弹簧形成 ４ 组 每组的 ４ 个空 气弹簧并联 保持一致的气压 并分别用 ４ 个高度调 节阀来控制悬挂高度 很好地解决了车体高度调节不 一致的问题 当然 如果不是因为转向架的结构所限制 采用 前２ 台转向架的 ８ 个空气弹簧为一组 后２ 台转向架的 ８ 个空气弹簧为另一组的并联 则更理想 此时只需 要采用２ 组高度调节阀就可以满足空气弹簧的调节要 求 图３ ｃ 的连接方式尽管已达到了预期的目的和 要求 但是在过缓和曲线顺坡且各空气弹簧高度阀不 共面时 被 拉 长 的 一 组 空 气 弹 簧 依 然 会 出 现 排 气 现 象 对二系悬挂同样会带来气压不一致的情况 所以 我们又采取了新的措施 首先选择具有 ４ ｓ 延时调节的 高度调节阀 再缩小高度阀的进 出气管的直径 减 少排气和充气的速率 经过上述的试验过程 终于使磁悬浮试验车可以 顺利地通过线路上的各种轨道曲线
B = 2ζω n = 2σ ; m
图４
空气弹簧的外特性
在我们外购的Ｎｅｗａｙ 空气弹簧的特性中 ｚ０ ＝２９ ｃｍ 平直段的范围在 ± ２ ． ５ ｃ ｍ 左右 也就是说 当空气弹 簧的工作高度选在２ ９ ｃ ｍ 时 将获得很小的空气弹簧 刚度 这是应该引起注意的问题 下转第５ ２ 页
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机
作者简介 尹力明（１９５１－） 男 １９７７ 年毕业于南京航空 学院电机电器专业 教授 硕士生导师 主要从事磁悬 浮技术 自动控制元件 自 动化仪表及电力电子技术方 面的教学和科研工作
摘 要 八达岭旅游示范线磁悬浮列车空气弹簧选用美国 Ｎｅｗａｙ 产品 经过试验比较 选 择 １６ 个空气弹簧组成四大组 每组 ４ 个空气弹簧并联 保持一致的大气压 分别用 ４ 个高度调 并从理论上分析了这种形式空气弹簧的 节阀控制悬挂 解决了车体高度调节不一致的问题 特性 指出了使用要点 关键词 磁悬浮列车 空气弹簧 二次悬挂 转向架 中图分类号 Ｕ２３７ 文献标识码 Ａ 文章编号 １０００－１２８Ｘ（２００２）０５－００２８－０３
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