空气弹簧的刚度及阻尼特性研究

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1、2005年第4期机车电传动№4,20052005年7月10日ELECTRICDRIVEFORLOCOMOTIVESJuly10,2005空气弹簧的刚度及阻尼特性研究研究开刘增华，李芾，傅茂海，卜继玲发(西南交通大学机械工程学院，四川成都610031)作者简介：刘增华（1978-），女，博士研究生，主要从事摘要：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。结城轨车辆设计理论及动力果表明：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学研

2、究。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。关键词：空气弹簧；垂直刚度；阻尼；特性；弹性悬挂装置+中图分类号：U260.331.7；Q32文献标识码：A文章编号：1000-128X(2005)04-0016-04StudyonstiffnessanddampingcharacteristicofairspringLIUZeng-hua,LIFu,FUMao-hai,BUJi-ling(Scho

3、olofMechanicalEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu,Sichan610031，China)Abstract:Thethermodynamiccharacteristicsofairspringareintroduced.Alsoanalyzedaretheverticalstiffnessanddampnesscharacteristics.Theresultsshowthatthestiffnessisdependentno

4、tonlyonthepressureandvolumeatstaticbalance,butalsoonthechangeratesofefficientareaandvolume.Thedampingcharacteristicisrelevantwiththeairspringstructureandisinfluencedbyexternalexcitationfrequencyandamplitude.Itwillchangeaccordinglywiththeexcitationcond

5、itions.Keywords:airspring;verticalstiffness;damping;characteristic;springsuspensiondevice0引言空气弹簧内的压缩气体特性决定空气弹簧的支承及弹性作用，进而决定其缓冲及减振性能。假定空气弹簧和转向架动力学性能是确保轨道车辆具有良好运行附加空气室内的压缩气体都为理想气体，在任何情况品质的关键，它主要取决于弹簧悬挂装置的特性及参下与外界无物质上的交换（但能以热或功的形式与外数匹配。作为转向架的关键悬挂部件之一，空气弹

6、簧是界进行能量交换），即空气弹簧和附加空气室组成一个在柔性密闭的橡胶气囊中加入压力空气，利用空气的封闭系统，则理想空气弹簧的性能基本决定于其压缩可压缩性进行工作的非金属弹性元件，其弹性恢复力气体的容积比和压缩系数[2，3]。在车辆静止时，即空气由内部空气压缩反力和空气弹簧有效受压面积变化产弹簧悬挂系统所受外界条件保持恒定，空气弹簧和附生的反力两者之和来提供，具有缓冲、减振及降低噪声加空气室内的压缩气体均为平衡状态，可由玻意耳—等功能。与其他弹性元件相比，它具有结构简单、工作可靠、便于维护，成本低等

7、优点。空气弹簧刚度较小，可通过高度调整阀的调节作用，自动控制空气弹簧的进排气，使车体的高度不受车辆载重的变化，有效利用其特性将大大改善轨道车辆的运行性能。自20世纪60年[1]代开始，空气弹簧在轨道车辆上得到了广泛的应用。1空气弹簧热力学特性空气弹簧系统由空气弹簧和附加空气室组成。空气弹簧和附加空气室通过一节流孔连通，如图1所示。收稿日期：2004-09-22图1空气弹簧的原理图基金项目：教育部高等学校骨干教师资助计划项目1——空气弹簧；2——节流孔；3——附加空气室—16—第4期刘增华，李芾，傅

8、茂海，卜继玲：空气弹簧的刚度及阻尼特性研究查理斯定律得出的理想气体状态方程描述其压力、体对于附加空气室内的气体，其状态方程为积和温度之间的关系。pdV+Vdp=R(GdT+TdG)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（8）22222222对于空气弹簧有其能量方程为p1V1=G1RT1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（1）－dQ2－dQex=dU2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（9）式中：p1——空气弹簧内压缩气体的绝对压强；式中：Q2——附加空气室内压缩气体的热量；V1——空气弹簧内压缩气体的体积；U2——附加