空气弹簧动力学特性参数分析

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1、第%+卷第%期西南交通大学学报X62*%+P6*%!""%年(月H.IFP/Q.RA.IDSTUADHV/.D.PWIPVXUFAVDYHG0*!""%文章编号："!’+#!,!（-!""%）"%#"!,(#"(空气弹簧动力学特性参数分析李芾，付茂海，黄运华（西南交通大学牵引动力研究中心，四川成都($""%$）摘要：基于热力学及流体力学理论，建立空气弹簧的物理模型，导出其计算的统一数学表达式，提出了确定空气弹簧参数的计算方法，并对影响空气弹簧性能的主要因素进行了分析。结果表明，空气弹簧气囊外形及材料特性、附加气室容积和节流孔直径是影响

2、空气弹簧性能的主要因素。关键词：动力学；参数；分析；空气弹簧中图分类号：.%$%*$文献标识码：//012345467830195:;<1=1:>?=54>5:@1=19?>?=67/5=AB=50C!"#$，#%&’()*’+，,%-./0$1)*$’（D=1:>560@6E?=F?4?1=:<;?0>?=，A6G>H516>60CI05J?=45>3，;

3、:1296K?276=15=4B=50C454?4>1M2544G0576=991>5:12?NB=?4456054K?KG:?K，10K><6K67K?>?=95050C15=4B=50CB1=19?>?=454BG>76=E1=K*/0K>6=4177?:>50C>44<6E><1>4<1B?67>5?467>?=512，J62G9?67>

4、C14:<19M?=10KK519?>?=67><=6>>2?<62?1=?915071:>6=4177?:>50C>?=；10123454；15=4B=50C自美国L6=CE1=K公司首次成功地在公路载重车上采用空气弹簧作为悬挂系统以来，空气弹簧在公路交通车辆领域逐步得到了广泛的运用［$］*在轨道车辆领域，空气弹簧最先开始成功地运用在城轨车辆和地铁车辆，主要原因是由于城轨车辆和地铁车辆的空重车变化较大，为保证车辆联挂时地板面高度尽可

5、能一致，只能采用刚度较大的二系悬挂*但较大的二系悬挂刚度加之城轨及地铁由于路基的刚度较大，将直接影响车辆的平稳性能并加剧轮轨间产生的噪音及高频振动，有效的解决措施是采用空气弹簧等非线性弹性元件［!%］*随着铁路的提速，对车辆的动力学性能也提出了更高的要求*采用传统的悬挂系统难以满足其需要*基于此，空气弹簧开始在铁路客车车辆及动车等领域得到应用，并逐步取代传统的二系悬挂系统*!"世纪("年代开通的日本新干线高速列车在铁路客车上率先应用空气弹簧，欧洲国家则直到!"世纪+"年代才开始推广应用［-］［’］*我国到!"世纪&"年代中期，也开始推

6、广使用空气弹簧*.物理模型铁道车辆用空气弹簧系统主要用于车体与转向架间的悬挂，一般由上盖、橡胶气囊、下座、附加空气室、紧急弹簧及高度调整阀等组成*车体通过摇枕或直接坐落在空气弹簧上，下座通过应急弹簧坐落在转向架构架上，橡胶囊形成的空气室通过节流孔同附加空气室相连，附加空气室通过高度调整阀连接到列车供风管，通过补充空气弹簧及附加空气室的压力空气使车体承载面高度不随载荷变化*应急弹簧一般由橡胶堆组成，目的主要是确保空气弹簧在故障状态下列车运行的安全性*图$为空气弹簧基本原理图*收稿日期：!""!#$!#!%基金项目：教育部高等学校优秀骨干

7、教师基金项目作者简介：李芾（$&’()），男“，长江学者奖励计划”特聘教授，博士*万方数据西南交通大学学报第8?卷当车体或转向架受到激扰，橡胶气囊和附加空气室间的气体形成压力差，压力空气将通过节流孔流动，试图保持二者间的压力平衡%压力空气流过节流孔时，将受到局部阻力作用而产生阻尼，以衰减车体与转向架间的振动%空气弹簧的刚度取决于橡胶囊本身的刚度、空气压力、附加空气室及橡胶气囊的容积%由于橡胶囊自身形状的复杂性及其非线性，同时影响空气压力的不定因素较多，通过理论计算来确定空气弹簧的刚度较为复杂，且其精度难以得到保证［2］%因此，采用试验

8、方法来确定其相关的影响参数，再通过理论计算是确定空气弹簧刚度特性的有效方法%空气弹簧内和附加空气室内气体状态可由下式表示：图!空气弹簧基本原理!"#$"｛%"，&"，’"，("，!"，)"，*"｝，（!）"#$%!&’(