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轉向架結構原理及基本部件 主要內(nèi)容 轉向架的作用轉向架的組成 第一節(jié)轉向架的作用與組成 一 轉向架的作用 1 轉向架的發(fā)展過程 1 早期采用二軸車輛 車軸直接安裝在車體下面為便于通過曲線 前后兩軸中心之間距離 10m 車輛載重量受到車輛允許軸重的限制 而且長度和容積也不能滿足運輸發(fā)展的要求 2 與二軸車結構相仿的多軸車輛 雖然能增加載重量 但為順利通過小半徑曲線 車長仍受到限制 而且中間輪對有較大橫向游動量 使得結構復雜而沒有被推廣采用 3 轉向架 把兩個或幾個輪對用專門的構架 側架 組成的小車 稱為轉向架 車體就支撐在前后兩個轉向架上 車體與轉向架可相對轉動 從而使車輛的載重量 長度和容積都可以增加 運行品質(zhì)提高 這是目前絕大多數(shù)車輛采用的形式 2 轉向架的基本作用及要求 1 增加車輛的載重 長度和容積 提高列車運行速度 滿足鐵路運輸發(fā)展的需求 2 保證車體可靠地坐落在轉向架上 通過軸承裝置使車輪沿鋼軌的滾動轉化為車體平動 3 支撐車體 承受并傳遞載荷及作用力 并使軸重均勻分配 4 保證車輛安全運行 5 結構要便于安裝彈簧減振裝置 使之具有良好的減振特性 6 傳遞牽引力和制動力 保證在規(guī)定的距離內(nèi)停車 7 與車體之間盡可能減少連接件 并要求結構簡單裝拆方便 以便于單獨制造和檢修 二 轉向架的組成 由于車輛的用途 運行條件等因素 轉向架的類型非常多 但其基本作用和基本組成部分是相同的 一般轉向架可以分成以下幾個部分 1 輪對軸箱裝置2 彈性懸掛裝置3 構架或側架4 基礎制動裝置5 轉向架支撐車體的裝置 主要內(nèi)容 按轉向架的軸數(shù) 類型及軸箱定位方式分類按彈簧懸掛裝置分類按垂向載荷的傳遞方式分類 第二節(jié)轉向架的分類 一 按轉向架的軸數(shù) 類型及軸箱定位 一 軸數(shù)與類型在各種轉向架上 采用的輪對的數(shù)目與類型是有區(qū)別的 按允許軸重 車輛所用的車軸可分為B C D E四種 新型貨車主要采用D E軸 新型客車主要采用D軸 按軸數(shù)分類 轉向架有二軸 三軸和多軸的 二 軸箱定位方式1 軸箱定位裝置及軸箱定位約束輪對與構架之間相對運動的機構 稱為軸箱定位裝置 由于軸箱相對于輪對在前后 左右方向的間隙很小 故約束輪對相對運動的輪對定位通常也稱為軸箱定位 2 對軸箱定位裝置的要求應該在縱向和橫向具有適宜的彈性定位剛度 其值是該裝置主要參數(shù) 結構形式應能保證良好地實現(xiàn)彈性定位作用 性能穩(wěn)定 結構簡單可靠 無磨耗或少磨耗 3 軸箱定位裝置結構形式 1 固定定位軸箱與轉向架側架鑄成一體 或是軸箱與側架用螺栓及其其它緊固件連接為一個整體 軸箱與側架之間不能產(chǎn)生任何相對運動 2 導框式定位軸箱上有導槽 構架 或側架 的導框插入軸箱的導槽內(nèi) 這種結構允許軸箱與構架或側架之間在鉛垂方向有較大的相對位移 但在前后 左右方向僅能在允許的間隙范圍內(nèi) 有相對小的位移 軸箱 導框 3 干摩擦導柱式定位安裝在構架上的導柱及坐落在彈簧托盤上的支持環(huán)均裝配有磨耗套 車輛上下振動時磨耗套之間是干摩擦 它的定位作用是由于軸箱橡膠墊產(chǎn)生不同方向的剪切變形 實現(xiàn)彈性定位作用 4 油導筒式定位把安裝在構架上的導柱及坐落在彈簧托盤上的導筒分別做成活塞和油缸的形式 它的定位作用是 構架通過導柱與導筒傳遞縱向力和橫向力 再通過軸箱橡膠墊傳遞給軸箱體 使橡膠墊產(chǎn)生不同方向的剪切變形 實現(xiàn)彈性定位作用 5 拉板式定位用特制彈簧鋼材制成的薄形定位鋼板 一端與軸箱相連 另一端通過橡膠節(jié)點與構架相連 利用拉板在縱橫向的不同剛度來約束構架與軸箱的相對運動 實現(xiàn)彈性定位 6 拉桿式定位拉桿兩端分別與構架和軸箱相連 拉桿可以允許軸箱與構架在上下方向有較大的相對位移 拉桿橡膠墊 套分別限制軸箱與構架之間的橫向與縱向的相對位移 實現(xiàn)彈性定位 7 轉臂式定位又稱彈性鉸定位 定位轉臂一端與圓筒形的軸箱體固結 一端以橡膠彈性節(jié)點與焊在構架上的安裝座相連接 8 橡膠彈簧定位構架與軸箱之間設有橡膠彈簧 橡膠彈簧在上下方向剛度較小 軸箱相對構架在上下方向有比較大的位移 而它的縱橫向具有適宜的剛度以實現(xiàn)良好的彈性定位 二 按彈簧懸掛裝置分類 1 一系彈簧懸掛在采用一系懸掛的車輛上 從車體至輪對之間 只設有一系彈簧減振裝置 設在車體與構架或搖枕于側架之間 有的設在構架與輪對之間 采用一系懸掛的轉向架結構簡單 便于檢修 制造 多在貨車轉向架上采用 2 二系彈簧懸掛在采用二系懸掛的車輛上 從車體至輪對之間 設有二系彈簧減振裝置 即搖枕彈簧減振裝置和軸箱減振裝置 使車體的振動經(jīng)歷二次彈簧減振裝置衰減 可以明顯改善車輛的運行品質(zhì) 多在客車轉向架上采用 3 內(nèi)側懸掛 外側懸掛和中心懸掛以心盤支撐車體的轉向架 根據(jù)轉向架中央 搖枕 彈簧的橫向跨距小于 大于或等于構架兩側梁的縱向中心線之間的距離 分別稱為內(nèi)側懸掛 外側懸掛和中心懸掛 內(nèi)側懸掛 外側懸掛 中心懸掛 三 按垂向載荷的傳遞方式分類 一 車體與轉向架之間的載荷傳遞1 心盤集中承載車體上的全部重量通過前后兩個上心盤分別傳遞給前后轉向架的兩個下心盤 2 非心盤承載這種轉向架沒有心盤 即使有類似的裝置 但僅作為牽引及轉動中心使用 車體的全部重量通過中央彈簧懸掛裝置直接傳遞給轉向架 在中央彈簧懸掛裝置與構架之間安裝有旁承時 又稱為旁承承載 3 心盤部分承載這種承載方式的結構是前二種承載方式的組合 車體上的重量按一定比例 分別傳遞給心盤與旁承 使之共同承載 二 轉向架中央 搖枕 懸掛裝置的載荷傳遞轉向架中央懸掛裝置的載荷傳遞 按其結構特點 分為以下二種形式 1 具有搖動臺裝置的轉向架這種轉向架的載荷特點是心盤承載后通過搖動臺將載荷傳遞給構架 2 無搖動臺裝置的轉向架 1 非心盤承載車體通過中央彈簧將載荷傳遞給構架 中央彈簧要有良好的垂向彈性特性和橫向彈性特性 一般采用空氣彈簧或高圓螺旋彈簧 在新型高速轉向架上得到了應用 2 心盤集中承載或部分承載這種轉向架設有搖枕彈簧裝置 但無搖動臺結構 我國絕大部分貨車轉向架是這種承載方式 還有一種心盤承載 具有軸箱彈簧懸掛的裝置 無中央彈簧懸掛裝置 三 構架 側架 與軸箱輪對之間的載荷傳遞1 轉向架側架直接置于輪對軸箱上 無軸箱彈簧裝置 2 轉向架每側有縱長的均衡梁 兩端支于前后兩個軸箱上 3 轉向架構架由軸箱頂部的彈簧支托 4 軸箱左右兩側鑄有彈簧托盤 構架由彈簧托盤上的軸箱彈簧支托 主要內(nèi)容 輪對組成及基本要求車輪與車軸的結構輪對形狀尺寸與線路的相互關系 第三節(jié)輪對 一 論對組成及基本要求 1 組成輪對由一根車軸和兩個相同的車輪組成 在輪軸結合處采用過盈配合 使兩者牢固地結合在一起 2 對車輛輪對的要求 1 足夠的強度 以保證在允許的最高速度和最大載荷下安全運行 2 應在強度足夠和保證一定壽命前提下 使重量最小 并具有一定彈性 以減小輪軌之間的相互作用力 3 阻力小 耐磨性好 4 使車輛在直線和曲線上能順利運行 并具有必要的抗脫軌安全性 二 車軸 一 車軸各部位名稱及作用1 軸頸 安裝滾動軸承 負擔車輛重量 并傳遞各方向的靜 動載荷 2 輪座 車軸與車輪配合的部位 3 防塵板座 車軸與防塵板配合部位 4 軸身 二 車軸軸型車軸軸型已標準化和系列化 根據(jù)國家標準GB T12814 2002 標準型滾動車軸有RB2 RD2 RE2 RC2A RC3 RC4 RD3 RD4 RD3A RD4A RD4B等型 RB2 RD2 RE2 RE2A RE2B用于貨車RD3 RD4用于客 貨車其余客車 表 不同速度下的最大軸重 三 車軸材質(zhì)及要求車軸采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼加熱鍛壓成型 經(jīng)過熱處理和機械加工制成 車軸鋼的化學成分以及熱材料后的機械性能要符合相關規(guī)定 四 空心車軸車軸是轉向架簧下質(zhì)量的主要組成部分 降低簧下質(zhì)量可以改善車輛運行平穩(wěn)性和減小輪軌之間的動作用力 車軸主要承受橫向彎矩作用 截面中心部分應力很小 制成空心后 對強度影響很小 目前 我國空心車軸采用厚壁無縫鋼管軸頸鍛縮成型方案 為確保安全 要進行超聲波探傷 空心車軸結構如圖 三 車輪 一 車輪各部位名稱及作用目前我國鐵路車輛采用的絕大多數(shù)是整體輾鋼輪 包括輪輞 踏面 輪緣 幅板和輪轂等部分 1 輪緣 是保持車輛沿鋼軌運行 防止脫軌的重要部分 2 踏面 做成一定的斜度 作用是 1 便于通過曲線 2 自動調(diào)中 3 踏面磨耗沿寬度方向比較均勻 二 踏面形狀1 錐形踏面錐形踏面有兩個斜度 1 20和1 10 前者是輪軌的主要接觸部分 各國車輛運行表明 錐形踏面車輪初始形狀運行中很快磨耗 磨耗成一定形狀后磨耗變緩且形狀相對穩(wěn)定 2 磨耗形踏面實踐證明 把車輪踏面一開始做成磨耗后的穩(wěn)定形狀 即磨耗型踏面 可明顯減少輪軌磨耗 接觸應力 如圖是我國LM磨耗型踏面 LMa和UICS1002型踏面也是一種磨耗型踏面 可以適應車輛高速運行 3 車輪名義直徑離輪緣內(nèi)側70mm處直徑為名義直徑 輪徑大小各有利弊 客車 915mm貨車 840mm 三 車輪種類車輪按用途分為客車用 貨車用 機車用車輪 按其結構分為整體輪和輪轂輪 整體輪分為輾鋼輪和鑄鋼輪 還有彈性車輪 S型幅板車輪 1 輾鋼整體輪簡稱輾鋼輪 是由鋼錠或輪坯經(jīng)加熱輾軋而成 并經(jīng)過淬火熱處理 優(yōu)點 強度高 韌性 自重輕 能適應載重大運行速度高的要求 維修費用低 缺點 制造技術復雜 設備投資大 為適應高速 重載 近年來研制了S型幅板整體輾鋼車輪 結構強度提高 應力分布合理 具有較好的徑向彈性特性 可顯著改善輪軌動作用力 整體輾鋼輪 S型幅板整體輾鋼輪 2 鑄鋼形式車輪新型鑄鋼輪與整體輾鋼輪相比 1 鑄鋼車輪直接鑄造成型 2 采用石墨澆注工藝 具有尺寸精度高 幾何形狀好 質(zhì)量分布均勻 3 流線型幅板結構3 高速輕型車輪為減少高速運行時輪軌之間動作用力 輪對盡可能輕量化 一般采用維持輪徑不變減小車輪質(zhì)量 特點是采用薄輪輞 幅板 輪轂 采用適用高速運行的踏面外形 如UICS1002 采用設計合理的幅板外形 4 彈性車輪輪心與輪箍之間安裝彈性元件 橡膠墊5 客貨車車輪編號貨車 HDS HDSA HDZ HDZB HDZCHES HESA HEZB提速輪對 最大殘余靜不平衡值為125g m 50車軸 提速軸承減重輪對 HDZB HDSA型車輪 50鋼車軸 無軸箱滾動軸承的輪對提速減重輪對 客車 KDS KKD 四 輪對形狀尺寸與線路的相互關系 一 輪緣內(nèi)側距離與線路尺寸的關系1 保證輪緣與鋼軌之間有一定游間以減少輪緣與鋼軌的磨耗 并實現(xiàn)輪對的自動調(diào)中作用 對于標準軌距線路 最小軌距1433mm 最大內(nèi)側距離為1359mme 1433 1359 32x2 10mm 2 安全通過曲線為減少磨耗 要有一定的間隙 但間隙也不能過大 車輪在軌道上要有足夠的搭載量 按 鐵路技術管理規(guī)程 相關規(guī)定車輪 最小輪緣內(nèi)側距1350mm 求得最小車輪搭載量有17mm 足以保證行車安全 3 安全通過轍叉 輪對最大內(nèi)側距 輪緣厚 1391 輪對最小內(nèi)側距 1348 二 踏面斜度與曲線半徑1 徑向通過曲線車輪過曲線時 車輪與鋼軌不發(fā)生滑動 外輪滾動的距離與外軌長度相適應 內(nèi)輪滾動距離與內(nèi)軌長度相適應 車軸縱向中心線與曲線半徑的方向總是重疊的 輪對以此狀態(tài)通過曲線 稱為徑向通過曲線 2 踏面錐度與曲線半徑的關系當外輪偏移y 在純滾動條件下 b r0 y與R比是很小的量 近似得到下式 例如 2ro 840mm 0 05 2b 1493 y 10mm 得到徑向通過曲線的最小曲線半徑R 630m 2r0 915mm 則R 686m 而實際的最小曲線半徑為250m 為順利通過曲線 應允許輪對橫移量y增大 從上述分析可以看出 1 車輪踏面必須有斜度 增大踏面斜度 可以通過更小的半徑曲線 2 為順利通過曲線曲線區(qū)段 R 650m 的軌距要加寬 主要內(nèi)容 軸箱裝置的作用滾動軸承軸箱裝置高速車輛對滾動軸承的要求 第四節(jié)軸箱裝置 一 軸箱裝置的作用 軸箱裝置的作用1 將輪對和側架或構架聯(lián)系在一起 使輪對沿鋼軌的滾動轉化為車體的平動2 承受車輛的重量 傳遞作用力3 良好的潤滑性能 減少磨耗 降低運行阻力4 良好的密封性 采用滾動軸承顯著降低運行阻力 所以現(xiàn)在新造的客貨車都采用了滾動軸承 只有早期的貨車采用過滑動軸承 二 滾動軸承軸箱裝置 一 車輛滾動軸承軸箱裝置的形式由于鐵路車輛允許軸重比較大 故采用承載能力比較大的滾子滾動軸承 按滾子形狀分為圓柱滾動軸承 圓錐滾動軸承和球面滾動軸承 我國鐵道客車上應用的滾動軸承 42724QT 152724QT型和42726Q 152726QT SKF FAG等進口軸承 我國鐵道貨車的主型軸承是圓錐滾子軸承197726T 提速軸承如SKF197726 352226X2 2RZ 353130A B C 等 鐵路客車軸承42726QT 鐵路貨車軸承 1 圓柱滾動軸承與軸箱如圖所示是RD3型滾動軸承軸箱裝置 由兩個單列向心短圓柱滾子軸承 軸箱體1 防塵擋圈2 迷宮式密封3 軸箱后蓋4 壓板5和軸箱蓋6等組成 在車輛運行中 可以承受并傳遞垂向 縱向和橫向三個方向的力 為改善密封性能 采用橡膠迷宮式密封裝置 2 圓錐滾動軸承右圖為無軸箱式 用于貨車轉向架 由軸承1 油封組成2 前蓋3 防松片4 通氣拴5 后蓋6等組成 軸承為雙列圓錐滾子軸承 滾子與軸承轉動軸線成一定傾角 既能承受徑向力 又能承受較大的軸向力 1 2 3 6 5 4 三 高速車輛對滾動軸承的要求 對于高速車輛使用的軸承 應著重解決的問題是盡力降低軸承運轉溫度和實現(xiàn)小型輕量化 1 軸承選型 精度等級 材質(zhì)及熱處理目前世界高速鐵路所采用的輪對軸承主要是圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承 時速超過240km 一般采用圓錐滾子軸承 軸承精度提高 我國鐵路一般車輛采用的是G級 我國引進的準高速SKF軸承精度相當于我國的E級 為提高軸承壽命 采用優(yōu)質(zhì)軸承鋼 并經(jīng)過適當?shù)臒崽幚?其硬度在HRC62左右 2 軸承潤滑脂及填充量由于密封裝置簡單 鐵路車輛多采用潤滑脂 基本要求是粘度低 如果軸承計算壽命高于潤滑脂的工作壽命 必須補充潤滑脂 3 軸承密封防止外部污染物進入和潤滑脂溢出 提高軸承使用壽命 4 軸承游間的影響選取合適的徑向游隙 盡可能減小軸向間隙 5 降低軸承的運轉溫度降低軸溫的措施 軸承材質(zhì)要好 提高精度 良好潤滑 適宜的潤滑脂粘度 填充量要少 連續(xù)不停運行時間要有限制 改善振動性能等 主要內(nèi)容 彈性懸掛元件的作用鋼彈簧結構及計算空氣彈簧結構 第五節(jié)彈性懸掛元件 一 彈性懸掛元件的作用及特性 1 彈性懸掛裝置的作用為了減少有害的車輛沖動 車輛上必須設有緩和沖動和衰減振動的裝置 即彈簧減振裝置 又稱為彈性懸掛裝置 按其作用大體分為三類 1 主要起緩和沖動的彈簧裝置 2 主要起衰減振動的減振裝置 3 主要起定位作用的定位裝置常見的彈性元件有鋼彈簧 橡膠元件 空氣彈簧等 2 彈簧的主要特性彈簧的主要特性有撓度 剛度和柔度 撓度是指彈簧在外力作用下產(chǎn)生的彈性變形的大小 而彈簧產(chǎn)生單位撓度所需力的大小 稱為彈簧的剛度 彈簧特性可用彈簧撓力圖表示 3 彈簧串并聯(lián)剛度的計算為了改善彈簧的特性 適應安裝位置 車輛上常采用組合彈簧 即彈簧串并聯(lián) 1 并聯(lián)P1 K1f P2 K2f P3 K3fPn KnfP P1 P2 Pn K fK K1 K2 Kn并聯(lián)布置得彈簧系統(tǒng)的總剛度等于各個彈簧剛度的和 2 串聯(lián)有 f f1 f2 fnf i1 i2 in P i PK 1 i 1 1 k1 1 kn 串聯(lián)布置得彈簧系統(tǒng)的總柔度等于各彈簧柔度的代數(shù)和 二 鋼彈簧結構及計算 1 螺旋彈簧結構及主要參數(shù)通常采用簧條截面為圓型的圓柱壓縮螺旋彈簧 故又稱為圓簧 彈簧材質(zhì)有55Si2Mn和60Si2Mn 60Si2CrVAT等 制造時還要將簧條每端3 4圈制成斜面 彈簧卷成后 兩端作為支持平面 稱為彈簧支持圈 主要參數(shù) d D n N Hmin H0 m D d fv Kv等 2 單卷彈簧垂向特性計算由材料力學有關公式如下 3 雙卷螺旋彈簧的垂向特性計算在轉向架彈簧裝置中 常采用雙卷彈簧 在承載與彈性特性相同的條件下 占有更小的空間 雙卷彈簧完全代替單卷彈簧必須滿足以下條件 1 彈簧指數(shù)相等 2 1 2 應力相等設單卷彈簧載荷P 雙卷彈簧內(nèi)外卷載荷分布為P1和P2 則 代入 得 代入2 1 得 2 2 3 撓度相等經(jīng)整理得到 內(nèi)外卷保持一定間隙 2 3 4 兩級彈簧剛度的垂向特性隨著貨車載重量增加 空重車簧上質(zhì)量相差懸殊 可能使空車靜撓度過小 為此采用兩級剛度彈簧 可兼顧空 重車兩種狀態(tài) 選擇適宜的彈性特性曲線 三 橡膠元件 1 橡膠元件的優(yōu)點 1 橡膠的三維特性 2 避免金屬件之間的磨耗 3 減輕自重 4 高頻減振及隔音效果好 5 彈性變形大 易實現(xiàn)良好的非線性特性缺點是耐高溫 耐低溫和耐油性能比金屬彈簧差 易老化 性能離散度大 2 橡膠元件在車輛上的應用 1 彈簧裝置與定位裝置如橡膠彈簧 止擋 橫向緩沖器等 2 金屬磨擦部位 利用橡膠元件減少磨耗如襯墊 襯套 旁承 四 空氣彈簧 一 空氣彈簧的應用及特點我國1958年開始軌道車輛用空氣彈簧的研究 60年代后期實現(xiàn)了設計上的突破 達到了實用化水平 90年代以后 我國鐵路進入了高速化和全面提速的新時期 空氣彈簧廣泛應用于國內(nèi)各型準高速 提速 高速鐵路客車和動車組上 并且隨著近幾年我國城市軌道交通發(fā)展需求的日益增加 空氣彈簧在地鐵 輕軌亦獲得了更廣泛的應用 空氣彈簧的特點 空氣彈簧的剛度可選擇低值 以降低車輛的自振頻率空氣彈簧具有非線性特性與高度控制閥并用時 可使車體在不同靜載荷下 保持車輛地板面距軌面的高度不變可以承受三維方向的載荷在空氣彈簧本體和附加空氣室之間設有適宜的節(jié)流孔 具有垂向減振性能具有良好的吸收高頻振動和隔音性能 二 空氣彈簧裝置系統(tǒng)的組成系統(tǒng)由空氣彈簧本體 附加空氣室 高度控制閥 差壓閥及濾塵器等組成 附加空氣室 差壓閥 空氣彈簧 高度控制閥 三 空氣彈簧的分類及組成1 囊式空氣彈簧可分為單曲 雙曲和多曲等形式 如圖所示 這類空氣彈簧的使用壽命長 制造工藝簡單 但剛度大 振動頻率高 所以車輛上沒有采用 2 膜式空氣彈簧 1 約束膜式空氣彈簧由內(nèi)外筒和將兩者聯(lián)結在一起的橡膠囊組成 這種形式的空氣彈簧剛度低 彈性特性可通過調(diào)整內(nèi)外筒的形狀來控制 2 自由膜式空氣彈簧由于沒有約束橡膠囊的內(nèi)外筒 可以減輕橡膠囊的磨耗 而且安裝高度低 重量輕 3 空氣彈簧橡膠囊的組成是由內(nèi)外橡膠層 簾線層和成型鋼絲圈組成 內(nèi)層橡膠主要起密封作用 需采用氣密性和耐油性較好的橡膠材質(zhì) 外層橡膠除了密封 性還起保護作用 因此采用抗太陽輻射和臭氧侵蝕并耐老化的橡膠材質(zhì) 空氣彈簧上載荷只要有簾線層承受 對空氣彈簧的耐壓性和耐久性起決定性作用 一般采用高強度的人造絲 維尼龍或卡普隆作為簾線 4 自由膜式空氣彈簧 1 早期自由膜式空氣彈簧具有代表性的是1968年研制的用于北京地鐵轉向架的空氣彈簧 其結構如圖所示 由上蓋 橡膠囊 橡膠緩沖塊和下座組成 主要特點是 全壓力自密封結構 組裝和檢修工藝簡單 質(zhì)量輕安裝高度低 可大大降低車輛地板面高度垂向和橫向彈性特性易于控制和確定內(nèi)部設置一個橡膠緩沖墊 不足之處 空氣彈簧為剛性支承 橫向剛度較大 其內(nèi)部橡膠緩沖墊僅在空氣彈簧無氣狀態(tài)下起作用 而在空氣彈簧正常工作時不起作用采用固定阻尼節(jié)流孔 其非線性的流量特性不利于在較寬的振動速度范圍內(nèi)獲得良好的減振性能 2 新一代自由膜式空氣彈簧1993年成功研制了用于206KP型準高速客車轉向架的新一代自由膜式空氣彈簧 經(jīng)過改進定型為SYS550C 主要特點 橡膠堆彈性支承 不僅可以降低空氣彈簧的垂向剛度 而且還可以通過利用橡膠堆的剪切和彎曲變形 顯著降低空氣彈簧的橫向剛度可調(diào)阻尼節(jié)流閥 實現(xiàn)流量特性的線性化 并在較寬的振動速度范圍內(nèi)提供適中的減振阻尼 為CW 2設計的SYS600A空氣彈簧 SYS550D SW 200 SYS640 SW 160 3 無搖枕空氣彈簧對于無搖枕轉向架 車體重量直接放在空氣彈簧之上 因此對空氣彈簧的彈性特性 尤其是橫向特性提出了很高的要求 采用大橡膠囊和高橡膠堆 明顯效降低了空氣彈簧的垂向和橫向剛度 SYS580 裝備CW 200 SYS620 四 高度控制閥和差壓閥1 高度控制閥 1 作用高度控制閥的主要作用及要求是維持車體在不同靜載荷下都與軌面保持一定的高度 在直線上運行時 車輛在正常振動情況下不發(fā)生進 排氣在車輛通過曲線時車體傾斜 這時兩側的高度控制閥分別產(chǎn)生進 排氣 減少車輛的傾斜 2 分類一般分為電磁式和機械式兩種 按組成的不同分為有延時和無延時機構 3 組成一般由高度控制閥 進排氣機構和延時機構等組成 如圖所示 延時機構 一般由緩沖彈簧和阻尼減振器組成 該機構使得車輛運行時 正常的振動情況下不發(fā)生進排氣 當振動的頻率低于車輛正常振動的頻率時 進排氣機構工作 進排氣機構 幾組閥門組成 開啟和關閉受到高度控制閥和延時機構的控制 高度控制機構 一般是由桿件組成 直頂式 高度控制閥的接觸桿直接把空氣彈簧高度的變化情況 幅值和頻率 傳遞給進排氣機構和延時機構 杠桿式 變化情況通過杠桿機構轉換 4 高度控制閥的主要特性及參數(shù)截止頻率 為保證在直線運行時 車輛在正常振動過程中 空氣彈簧不發(fā)生進排氣作用 要求高度控制閥工作的頻率低于車輛的垂直低主振頻率 稱為截止頻率 無感區(qū) 為避免車輛載荷發(fā)生微小變化而高度控制閥工作 以及高度控制閥的安裝高度差 需要有無感區(qū) 一般為 4mm 延遲時間 延時機構使高度控制閥具有截至頻率和無感區(qū)的性能 一般為1s左右 充 排氣時間 保證左右高度控制閥充氣快慢近可能一致 減少空氣彈簧的不均載性 并保 證在規(guī)定的時間內(nèi) 充排氣量達到規(guī)定的要求 供風風壓 一般0 6MPa檢修期2 差壓閥差壓閥的作用是保證轉向架兩側空氣彈簧的內(nèi)壓差 不能超過為保證行車安全規(guī)定的某一數(shù)值 若超出時 差壓閥開通 使壓差維持在該數(shù)值下 五 空氣彈簧節(jié)流孔在空氣彈簧本體和附加空氣室之間設有節(jié)流孔 如果在振動過程 壓力差較大 此時空氣流過節(jié)流孔由于阻力消耗部分能量 因而具有減振作用 為了更好的減振特性 一般采用可變節(jié)流孔的的空氣彈簧 主要內(nèi)容 摩擦式減振器油壓減振器 第六節(jié)減振元件 一 車輛減振元件的作用及分類 1 減振元件的作用車輛上采用的減振器與彈簧一起構成彈簧減振裝置 彈簧主要起緩沖作用 減振器的作用是減少振動 通過將機械能轉化為熱能 它的作用力總是與運動方向相反 2 減振器的分類 1 車輛采用的減振器按阻力特性分為常阻力和變阻力減振器 2 按安裝位置分為軸箱和中央 搖枕 減振器 3 按減振方向分為垂向和橫向減振器 4 按結構特點分為摩擦減振器和油壓減振器3 摩擦減振器的特點結構簡單 成本低 制造維修方便 廣泛應用在貨車轉向架上 缺點是摩擦力與振動速度基本無關 容易形成對車體的硬性沖擊或減振性能不足 4 油壓減振器的特點減振阻力是振動速度的函數(shù) 其特點是振幅的衰減量與幅值大小有關 這種特性正好符合鐵路車輛的需求 廣泛應用在客車轉向架上面 二 摩擦式減振器 摩擦式減振器利用金屬摩擦副相對運動產(chǎn)生的摩擦力 將車輛振動動能轉化為熱能 從而減少車輛振動 一 變摩擦楔塊式減振器1 結構及作用原理 結構如圖所示 搖振兩端的減振裝置由搖振3 楔塊1 磨耗板和雙卷螺旋彈簧組成 作用原理如圖所示 在車體作用力和彈簧反力作用下 楔塊與搖振 楔塊與側架立柱磨耗板之間產(chǎn)生一定壓力 在車輛振動過程中間產(chǎn)生相對位移 從而使振動動能轉化為熱能 實現(xiàn)車輛減振 各摩擦面的摩擦力與搖振上的載荷P有關 空車和重車時 減振阻力不同 稱為變摩擦力減振器 2 阻力特性及計算 1 相對運動狀況 2 受力狀況 a 當車體向下運動時受力如圖所示 由 Fx 0 Fy 0求解后 得到 b 當車體向上運動時受力如圖所示 由 Fx 0 Fy 0求解后 得到 3 阻力特性系統(tǒng)向下和向上運動時與振動位移即彈簧撓度z1成正比 但上下行程的摩擦力不相等 不同摩擦面的摩擦力也不相等 阻力特性如圖所示 4 兩個摩擦面摩擦阻力做功的比較向下運動時向上運動時兩摩擦面摩擦阻力所做功的比值為 通常 45 55 1 3 摩擦系數(shù) 0 25 0 35 1 0 35 0 40 現(xiàn)取 45 1 和3 和 1取不同值時 的計算結果如下 由于 面的摩擦功大于 面的摩擦功 所以稱 面為主摩擦面 面為副摩擦面 面磨耗情況嚴重 應采用易更換的耐磨的磨耗板 4 相對摩擦系數(shù)通常用相對摩擦系數(shù) 來表示減振器摩擦力的大小 定義是懸掛裝置中的摩擦力與垂向力的比值 楔塊減振器相對摩擦系數(shù) 一般只用 面的摩擦力來計算 如轉8A型轉向架 45 2 30 0 30 1 0 37 二 常摩擦楔塊式減振器1 結構特點美國鑄鋼公司 ASF 生產(chǎn)的一種三大件式鑄鋼轉向架上采用了一種RideControl減振器 減振器由一個中間挖空的外形特殊的斜楔和一個控制彈簧等組成 結構如圖所示 外形圖 裝備示意圖 2 常摩擦力特性減振器一旦裝配完畢以后 它的變形量始終不變 因此彈簧給楔塊的作用力 楔塊與搖枕斜面間 楔塊與側立柱磨耗板之間的作用力維持不變 所以在轉向架振動過程中楔塊主摩擦與側立柱磨耗板摩擦面之間的摩擦力不隨轉向架簧上載荷變化而是維持為一常數(shù) 故稱為常摩擦減振器 3 優(yōu)點性能穩(wěn)定 可靠性好抑制轉向架菱形變形 提高轉向架的蛇行運動穩(wěn)定性 三 利諾爾減振器1 結構特點利諾爾減振器的結構如圖所示 2 變摩擦力特性車輛振動時 頂子與磨耗板之間以及軸箱左側的導框與磨耗板之間便產(chǎn)生衰減振動的摩擦阻力 由于水平分力Fh與外圓彈簧所受的垂直載荷Fv成正比 故摩擦力與轉向架所受載荷成正比 它屬于變摩擦減振器 另外軸箱彈簧裝置具有兩級剛度 利諾爾減振器方便地實現(xiàn)了空重車兩種不同的相對摩擦系數(shù) 值 3 特點性能穩(wěn)定 對垂向和橫向都有減振作用增加了輪對縱向定位剛度 提高運行穩(wěn)定性 三 油壓減振器 一 概述1 組成一般油壓減振器主要由活塞 進油閥 缸端密封 上下聯(lián)接 油缸 儲油筒及防塵罩等部分組成 2 采用油壓減振器應注意的幾個問題 1 油壓減振器良好的減振性能主要是依靠活塞桿裝置上的節(jié)流裝置 進油閥裝置和選擇適宜的減振油液而確定的 所以設計 制造 運用及檢修 都必須充分重視上述部分 2 當減振器工作時 內(nèi)部油壓較高 所以必須具有良好的密封性 以確保減振特性和使用壽命 為了保證密封部分的性能 必須特別注意零件的各種加工精度 如同軸度 垂直度和表面光潔度等 以減少零件之間的磨耗和變異 另外 對活塞桿裝置應設有導向裝置 使活塞桿中心線和油缸中心線保持一致 3 對于減振器兩端聯(lián)接部的聯(lián)接方式 要考慮減振器與被相聯(lián)部件結構之間運動的隨動性 不同型式與作用特性的油壓減振器的兩端聯(lián)接方式 需要用不同形式的彈性橡膠節(jié)點 4 為保證油壓減振器正常工作 應合理地選擇在轉向架上安裝的空間位置 并兼顧方便裝拆與檢修 3 工作原理利用油液通過心閥節(jié)流孔產(chǎn)生阻力 阻力大小與油液的流速 節(jié)流孔的形狀和孔徑的大小有關 貯油筒和進油閥 當活塞上下運動時 由于活塞桿的體積 使得油缸上部和下部體積的變化并不相等 為保證減振器工作 在油缸外增加貯油筒 在油缸底部設有進油閥 卸荷孔 為了保護減振器 油壓急劇升高時開啟卸荷孔增大節(jié)流面積 起到限壓作用 速度V 二 垂向和橫向油壓減振器如圖所示為客車轉向架采用的SFK1型垂向油壓減振器的結構 主要由下列部分組成 活塞部分進油閥部分缸端密封部分上下聯(lián)結部分 1 活塞部分由活塞桿 心閥 心閥彈簧 套閥和閥座等組成 在心閥側面下部外有兩個直徑為2mm和兩個直徑為5mm的節(jié)流孔 組裝后 節(jié)梳孔的一部分露出套閥 稱為初始節(jié)流孔 減振器的阻力主要決定于初始節(jié)流孔的大小 2 進油閥部分如圖所示 進油閥裝在油缸的下瑞 它的主要作用是補充油液和排出油液的通道 在進油閥體上裝有閥瓣和鎖環(huán) 在閥瓣和閥體座上的閥口之間 以及在進油閥體和油缸簡之間都要求接觸嚴密 防止漏泄 3 缸端密封部分SFK1密封部分多次改進后 采用的結構如圖所示 在缸端 油封圈 密封彈簧 密封托墊 密封圈和密封蓋 并由螺蓋壓緊 密封部分的作用 它一方面使活塞桿上下運動時起導向作用 另一方面是防止油液流出和灰塵進入減振器內(nèi) 影響減振器正常工作 4 上下聯(lián)接部分由二部分組成 分別于轉向架上的安裝座相聯(lián)結 橡膠墊的作用 緩和沖擊減少活塞偏心 5 油壓減振器的油液由于我國南北氣溫相差很大 溫度變化范圍為 40 40 而減振器至在不同溫度下保持正常工作 而且還要保證減振器在長期使用中性能不變 選擇的油液應滿足下述要求 1 應具有防凍性 在 40 氣溫下油液不凝固 2 在 40 40 范圍內(nèi)油液的粘度不應有很大變化 3 油液工作時 不應混入空氣或產(chǎn)生氣泡 4 油液用無腐蝕性 以免損傷減振器零件 5 具有較好的潤滑性能 6 油液物理性能應能保持穩(wěn)定 7 油液化學性能應能保持穩(wěn)定 8 不應有水分6 橫向油壓減振器內(nèi)部結構與垂向油壓減振器基本相同 特點是增加了一個空氣包 作用是使進油閥完全浸在油中 不露出油液面 防止空氣進入缸筒內(nèi)部 三 抗蛇行減振器為了抑制高速車輛的蛇行運動 在車體與轉向架之間安裝抗蛇行運動回轉阻尼裝置 主要有旁承支重方式 抗蛇行運動油壓減振器等方式 1 旁承支重方式 1 特點目前 我國幾種準高速客車轉向架部采用旁承支重方式 它是利用上 下旁承摩擦副之間的摩擦力 相對車輛與轉向架轉動中心形成的摩擦力矩 就能有效地抑制車輛蛇行運動 提高蛇行失穩(wěn)臨界速度 2 結構形式結構形式按潤滑條件的不同可分為 有自潤滑性能的干摩擦式和有液體潤滑式兩種 后者由于潤滑油的防漏很困難 又需要定期加油 所以已多不采用 3 回轉摩擦阻力矩及旁承距離的選擇 4 旁承摩擦副的材質(zhì) 下旁承鐵 2 抗蛇行減振器方式 1 特點抗蛇行油壓減振器又稱為縱向油壓減振器 它具有一般油壓減振器的特點 只是節(jié)流結構與節(jié)流特性不同于其它形式油壓減振器 它安裝在車體與轉向架之間 目前幾乎是高速客車轉向架都采用的裝置 2 阻力特性橫座標表示減振器兩端端點的相對運動速度 縱坐標表示減振器的阻力 阻力特性可以用兩個參數(shù) 減振器飽和阻力Fmax和減振器卸荷速度V0來表示 3 Fmax和V0的選取從蛇行運動穩(wěn)定性理論計算可知 減振器飽和阻力Fmax對車輛失穩(wěn)臨界速度有明顯影響 并存在最佳值 V0的選取大小要適宜 應通過理論計算和試驗來確定 阻力特性能兼顧蛇行運動穩(wěn)定性和曲線通過性能 優(yōu)于旁承支重方式 四 單向油壓減振器車輛在運行中輪軌的垂直沖擊過程對減振器來說是壓縮過程 為防止減振器傳遞這類沖擊 采用單向油壓減振器 這種單向油壓減扳器只在拉伸過程產(chǎn)生阻力 而在壓縮過程不產(chǎn)生阻力或只產(chǎn)生很小的阻力 我國幾種準高速鐵路客車轉向架上均采用了單向油壓減振器 五 國內(nèi)減振器的發(fā)展50年代 80年代中期 速度 100km h SFK1 SFK13和MSP60280 90年代中期 MSP603 ZS8 90年代中期至今 大量采用了柯尼 尼斯潘和薩克斯等進口減振器 同時 國內(nèi)有關單位積極開發(fā)新型減振器 出現(xiàn)了國產(chǎn)第三代減振器 QY型 TYG型 六 減振器性能實驗1 實驗目的了解液壓減振器實驗臺的結構和工作原理操縱實驗臺 繪制液壓減振器示功圖新造的或經(jīng)過檢修的液壓減振器都必須進行性能試驗 為觀察其工作是否正常 阻力系數(shù)是否滿足設計要求 經(jīng)檢驗合格的減振器方可投入實際使用 2 實驗設備J81油壓減振器試驗臺 MSP602型垂直油壓減振器等3 實驗原理 實驗原理1 實驗原理如圖1所示 曲柄連桿1帶動滑塊4在導槽內(nèi)作上下往復運動 滑塊與減振器活塞桿相連 活塞上下運動時 產(chǎn)生阻力迫使缸體帶動扭桿的短臂 B點 轉動 B點的位移與減振器阻力有關 滑塊4與B點位移之差 就是減振器上下兩端的相對位移 2 桿的作用就好像B點下面有一個假象的測力彈簧 B點的位移大小反映了減振器在運動過程中產(chǎn)生的阻力 在此裝置中 又反映在扭桿長臂的記錄筆左右擺動的偏移量的大小 3 同時記錄板與滑塊4固結在一起 記錄筆所畫出的圖形在上下方向表示活塞的上下移動 該圖形是一個橢圓的圖形 圖2所示 它的面積就表示減振器上下振動一次所消耗的功 這個圖稱為示功圖 減振器的性能參數(shù)即由該圖來確定 4 示功圖橫軸表示減振器的阻力 縱軸表示減振器活塞上下位移 h a b c d為拉伸過程 d e f g h為壓縮過程 活塞行程S0 活塞與缸筒相對位移S