《城市軌道交通車輛》 課件 項(xiàng)目四 彈簧減振裝置5

五、橡膠彈性元件的特性空氣彈簧的結(jié)構(gòu)與組成

學(xué)習(xí)領(lǐng)域四城軌車輛轉(zhuǎn)向架一、橡膠彈性元件鐵道車輛上采用的橡膠元件具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以自由確定形狀，使各個(gè)方向的剛度根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。利用橡膠的三維特性，可使彈簧能同時(shí)承受多個(gè)方向載荷，以便簡化結(jié)構(gòu)；可避免金屬件之間的磨耗，安裝、拆卸簡便，并不需潤滑，故有利于維修，降低維修成本；橡膠比重小，可減輕自重；具有較高內(nèi)阻，對高頻振動(dòng)的減振以及隔音性有良好效果；彈性模量比金屬小得多，可以得到較大的彈性變形，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)想的良好的非線性特性。一、橡膠彈性元件橡膠件主要缺點(diǎn)：不耐高溫，不耐低溫，耐油性差；使用時(shí)間長容易老化；性能離散度大，同批產(chǎn)品性能差別可達(dá)10%。一、橡膠彈性元件橡膠元件主要特性：橡膠具有特殊的蠕變特性。即壓縮橡膠元件時(shí)，載荷加大到一定載荷后，雖不再增載，但其變形仍在繼續(xù)，且卸去載荷后，橡膠元件也不能恢復(fù)原狀。這種特性通常稱為時(shí)效蠕變或彈性滯后現(xiàn)象。因此，橡膠的動(dòng)剛度比靜剛度大。橡膠元件的性能（彈性、強(qiáng)度）受溫度影響較大，當(dāng)溫度變化后這些性能也隨之改變。大多數(shù)橡膠元件隨著溫度升高，剛度和強(qiáng)度有明顯降低，隨著溫度降低，剛度和強(qiáng)度都有提高，一般先變硬，后變脆。橡膠具有體積基本不變的特性，即幾乎是不可壓縮的，它的彈性變形是由于形狀的變化所致。因此，在設(shè)計(jì)制造中，應(yīng)保證橡膠元件形狀改變的可能性。橡膠元件的散熱性不好，故不能把橡膠元件制成很大的整塊，需要時(shí)應(yīng)做成多層片狀，中間夾以金屬板，以增強(qiáng)散熱。

二、空氣彈簧車輛懸掛裝置采用空氣彈簧的主要優(yōu)點(diǎn)：空氣彈簧能夠大幅度提高車輛懸掛系統(tǒng)靜撓度以降低車體的振動(dòng)頻率。與鋼彈簧相比，空氣彈簧具有非線性特性，可以根據(jù)車輛振動(dòng)性能的需要，設(shè)計(jì)成具有比較理想的彈性特性曲線。在平衡位置振動(dòng)幅度較小時(shí)（正常運(yùn)行時(shí)的振幅），剛度較低，若位移過大，剛度顯著增加，以限制車體的振幅?？諝鈴椈傻膭偠入S載荷而改變，從而保持空、重車時(shí)車體的振動(dòng)頻率幾乎相等，使空車和重車狀態(tài)的運(yùn)行平穩(wěn)性一致。二、空氣彈簧車輛懸掛裝置采用空氣彈簧的主要優(yōu)點(diǎn)：4.空氣彈簧用高度控制閥控制時(shí)，可使車體在不同靜載荷下，保持車輛地板面距鋼軌面的高度基本不變，這一性能應(yīng)用在地鐵和輕軌上則可保持車輛的地板面與站臺面的高度相協(xié)調(diào)。5.同一空氣彈簧可以同時(shí)承受三維方向的載荷。利用空氣彈簧的橫向彈性特性，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的轉(zhuǎn)向架搖動(dòng)臺裝置，從而簡化結(jié)構(gòu)，減輕自重。6.在空氣彈簧本體和附加空氣室之間裝設(shè)有適宜的節(jié)流孔，可以代替垂直安裝的液壓減振器。7.空氣彈簧具有良好的吸收高頻振動(dòng)和隔音性能。二、空氣彈簧車輛懸掛裝置采用空氣彈簧的主要缺點(diǎn)：由于它的附件（如高度控制閥、差壓閥）較多，成本較高，并增加了維護(hù)與檢修的工作量。二、空氣彈簧空氣彈簧懸掛系統(tǒng)組成空氣彈簧懸掛系統(tǒng)主要由空氣彈簧、附加空氣室、高度控制閥、差壓閥及濾塵器等組成。廣鐵二號線空氣彈簧空氣彈簧懸掛系統(tǒng)裝置1―列車主風(fēng)管；2―支管；3―截?cái)嗳T；4―止回閥；5―儲風(fēng)缸；6―連結(jié)軟管；7―高度控制閥；8―空氣彈簧；9―差壓閥；10－附加空氣室。空氣彈簧的結(jié)構(gòu)空氣彈簧分膜式和囊式兩類。目前應(yīng)用較普遍的為膜式空氣彈簧，它有兩種結(jié)構(gòu)形式，即約束膜式、自由膜式空氣彈簧。約束模式空氣彈簧

約束膜式空氣彈簧的結(jié)構(gòu)由內(nèi)筒、外筒和將兩者連接在一起的橡膠囊等組成。這種形式的空氣彈簧剛度小，振動(dòng)頻率低，其彈性特性曲線容易通過約束裙（內(nèi)、外筒）的形狀來控制，但橡膠囊工作狀況復(fù)雜，耐久性較差。約束模式空氣彈簧自由模式空氣彈簧自由膜式空氣彈簧的結(jié)構(gòu)由于沒有約束橡膠囊的內(nèi)、外筒，可以減輕橡膠囊的磨耗，提高了使用壽命。它本身安裝高度比較低，可以明顯的減少車輛地板面距軌面的高度。重量輕，并且其彈性特性可以通過改變上蓋邊緣的包角加以適當(dāng)調(diào)整，使彈簧具有良好的負(fù)載特性。所以，在無搖動(dòng)臺裝置的空氣彈簧轉(zhuǎn)向架上應(yīng)用較多。

自由模式空氣彈簧1上蓋板；2緊急疊層彈簧；3下蓋板；4橡膠囊空氣彈簧的密封空氣彈簧的密封要求高，以保證彈簧性能穩(wěn)定和節(jié)省壓縮空氣。一般采用壓力自封式和螺釘緊封式兩種密封形式。壓力自封式，是利用空氣囊內(nèi)部空氣壓力將橡膠囊的端面與蓋板（或內(nèi)、外筒）卡緊加以密封；螺釘緊封式，是利用金屬卡板與螺釘夾緊加以密封。壓力自封式的結(jié)構(gòu)簡單，組裝檢修方便，應(yīng)用較多。

空氣彈簧橡膠囊空氣彈簧橡膠囊由內(nèi)、外橡膠層、簾線層和成型鋼絲圈組成。內(nèi)層橡膠主要是用以密封，需采用氣密性和耐油性較好的橡膠材質(zhì)，外層橡膠除了密封外，還起保護(hù)作用。因此，外層橡膠應(yīng)采用能抗太陽輻射和臭氧侵蝕并耐老化的橡膠材質(zhì)，還應(yīng)滿足環(huán)境溫度的要求，一般為氯丁橡膠。簾線的層數(shù)為偶數(shù)，一般為兩層或四層，層層簾線相交叉，并與空氣囊的經(jīng)線方向成一角度布置。由于空氣彈簧上的載荷主要由簾線承受，而簾線的材質(zhì)對空氣彈簧的耐壓性和耐久性起著決定性的作用，故采用高強(qiáng)度的人造絲、維尼龍或卡普隆作為簾線。高度控制閥高度控制閥是空氣彈簧懸掛系統(tǒng)中一個(gè)重要組成部件?？梢悦總€(gè)轉(zhuǎn)向架與車體連接處安裝一個(gè)高度控制閥，位于轉(zhuǎn)向架中間（如廣鐵一號線），也可以安裝兩個(gè)高度控制閥，分別在構(gòu)架兩側(cè)（如廣鐵二號線）。主要作用及要求：根據(jù)載荷的變化自動(dòng)調(diào)整空氣彈簧內(nèi)部壓力使車體保持一定高度；車輛在直線上運(yùn)動(dòng)時(shí)，正常的振動(dòng)和軌道沖擊作用不使高度控制閥發(fā)生進(jìn)、排氣作用；當(dāng)車輛（裝有兩個(gè)高度控制閥）通過曲線時(shí)，由于車體的傾斜使得轉(zhuǎn)向架左右兩側(cè)的高度控制閥分別產(chǎn)生進(jìn)氣和排氣，從而減少車輛的傾斜。高度控制閥1高度調(diào)節(jié)閥；2操縱桿；3桿；4支座；5構(gòu)架高度控制閥

高度控制閥通過驅(qū)動(dòng)桿來帶動(dòng)閥內(nèi)的轉(zhuǎn)盤及其偏心小銷，撥動(dòng)高度控制閥的心閥。心閥的上下運(yùn)動(dòng)即可控制各相關(guān)閥口的開啟，連通主風(fēng)管與空氣彈簧的氣路或連通空氣彈簧與大氣的氣路，控制空氣彈簧充氣或排氣。驅(qū)動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)是根據(jù)車輛載荷變化，在車體高度變化時(shí)驅(qū)動(dòng)的。高度控制閥工作原理

正常載荷，車體與轉(zhuǎn)向架距離等于H：高度閥關(guān)閉各通路L、V、E，氣囊保壓，維持車體高度不變；載重加大到一定程度，車體與轉(zhuǎn)向架距離小于H，高度控制閥導(dǎo)通主風(fēng)管道空氣彈簧氣囊通路，V→L，氣囊充氣，直至車體升高到標(biāo)準(zhǔn)位置；載重減少到一定程度時(shí)，車體與轉(zhuǎn)向架距離大于H，高度控制閥導(dǎo)通空氣彈簧氣囊與大氣通路，L→E，氣囊排氣，直至車體降低到標(biāo)準(zhǔn)位置。

高度控制閥工作原理

差壓閥

差壓閥是保證一個(gè)轉(zhuǎn)向架兩側(cè)空氣彈簧的壓力之差，不能超過為保證行車安全規(guī)定的某一定值的裝置。當(dāng)左右空氣彈簧出現(xiàn)超過規(guī)定的壓力差時(shí)，使壓力高的一端空氣流向較低的一端，以防止車體異常傾斜。在轉(zhuǎn)向架一側(cè)空氣囊破裂時(shí)，另一側(cè)空氣囊的空氣也能泄出，保證車輛仍能在低速下繼續(xù)安全運(yùn)行。

差壓閥的工作原理

排放閥

排放閥系統(tǒng)作為一個(gè)空氣彈簧配套安全裝置，與高度控