CRH2型高速列车空气弹簧悬挂装置

摘 要

随着高速动车组在我国铁路客运中所占比例不断增长，高速动车组的安全性和舒适性也越来越得到重视，而空气弹簧悬挂装置在这方面的作用是十分巨大的。分析和改进空气弹簧悬挂装置，将对我国铁路迈向高速时代，起到至关重要的作用。

本毕业设计通过对国内外高速列车空气弹簧悬挂装置的介绍，分析了空气弹簧悬挂装置的各个部件及其作用。同时以CRH2—300型动车组为对象，对其空气弹簧悬挂装置进分析，总结出优点与不足，最后提出优化改进方案。

关键词：空气弹簧悬挂装置；分析；改进

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目 录

摘 要.............................................................. 1 第 1 章 绪 论..................................................... 3

1.1研究背景..................................................... 3 1.2研究思路..................................................... 3 第2章 国外空气弹簧悬挂装置的分析................................... 4

2.1瑞典X2000型摆式列车......................................... 4 2.2 德国第二代ICE客车 .......................................... 4 2.3 法国第二代TGV—A列车 ....................................... 5 2.4 日本300系、400系、500系、700系客车........................ 6 第3章 国内空气弹簧悬挂装置的分析................................... 8

3.1 CRH2型空气弹簧悬挂装置的组成................................ 8

3.1.1空气弹簧装置 ........................................... 8 3.1.2高度调节阀 ............................................ 10 3.1.3差压阀 ................................................ 12 3.1.4横向悬挂装置 .......................................... 12 3.1.5抗蛇形减振器 .......................................... 13 3.1.6横向缓冲橡胶止挡 ...................................... 13 3.2 CRH2型空气弹簧悬挂装置的特点............................... 13 第4章 优化改进后的空气弹簧设计方案................................ 15

4.1二系悬挂系统设计............................................ 15

4.1.1空气弹簧的支撑方式 .................................... 15 4.1.2垂向减振方式的选择 .................................... 15 4.1.3空气弹簧气囊大小的选择 ................................ 16 4.1.4抗蛇形减振器的选择 .................................... 16 4.2存在的问题.................................................. 16 4.3改进方案.................................................... 17 参 考 文 献........................................................ 18 致 谢............................................................. 19

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CRH2型高速列车空气弹簧悬挂装置分析与改进

第1章 绪论

1.1研究背景

随着我国高速铁路的快速发展，高速动车组的运营里程日益增加、开行密度不断提高，如何保障高速动车组在高运营强度下的行车安全与可靠性，已成为中国铁路的研究焦点。空气弹簧悬挂系统作为高速转向架的关键技术之一，在提高动车组动力学性能的同时，对其气动装置复杂、材料非线性、依靠气体流动减振等特点进行分析。鉴于此，本论文以国内高速动车组用空气弹簧为研究对象，对其结构进行分析与改进，以期为保障空气弹簧故障模式下高速动车组的运行安全提供一定的理论参考。

1.2研究思路

在对高速动车组空气弹簧悬挂装置的优化研究中，始终坚持以当前所了解到的动车组二系悬挂系统为基础，依据铁道部颁发的各类作业标准、规章，紧密结合现场实际情况，研究优化当前空气弹簧悬挂装置，并投入实践检验，从实践中不断的修改完善研究的系统模型，真正使研究的内容和成果与现场实际的相一致，有相当高的价值。

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第2章 国外空气弹簧悬挂装置的分析

2.1瑞典X2000型摆式列车

瑞典X2000型摆式列车的拖车转向架二系悬挂由空气弹簧、上摇枕、下摇枕、和橡胶堆组成。空气弹簧置于车体与上摇枕之间，下摇枕通过橡胶堆座落在构架侧梁上。其动车转向架为无摇枕结构，空气弹簧直接座落在构架上，该弹簧具有非线性的特性，二系悬挂还设有垂向和横向减振器及抗侧滚扭杆。

表1 X2000型拖车转向架技术参数

项目 最大轴重（KN） 最高速度（Km/h） 轴距（mm） 总长度（mm） 轮径(新/旧)（mm） 车体支撑点高度（mm） 技术参数 140 220 2900 4200 880/820 项目 总质量（t） 一系悬挂 二系悬挂 垂向、横向阻尼 抗蛇形阻尼 技术参数 8.3 人字形金属橡胶弹簧 空气弹簧 液压减振器 液压减振器 1205 制动装置 轴装式盘型制动+磁轨制动 2.2 德国第二代ICE客车

德国第二代ICE客车采用新型转向架，在ICE3客车的动车转向架、拖车转向架都采用无摇枕转向架，均采用串有橡胶堆的空气弹簧作二系弹簧。 二系悬挂采用高挠螺旋钢弹簧。转向架每侧2根二系弹簧并联1个垂向液压减振器、1个横向液压减振器和1个抗蛇行减振器。二系弹簧两端装有圆形平橡胶垫。二系弹簧两端采用固定定位方式，具有较高的弹簧稳定性。橡胶垫主要作用是隔离高频振动。在弹簧受横向力时，橡胶垫不能起降低弹簧剪切应力的作用。ICE二系高挠圆簧是一种在高应力状态下工作的弹簧，在工作高度下，应力为781MPa，运行时要承受着20%左右的垂向动负荷和转向架相对车体回转的横向变形载荷，极限工况下应力可达1118MPa。高应力的高挠圆簧的制造需要较复杂的工艺手段。

二系采用具有横向特性软的高挠圆簧并联抗蛇行减振器，可以大大改善高速下的横向动力学性能及曲线通过性能。

高挠圆簧的结构参数为：弹簧中径242mm，簧条直径46mm，有效工作圈数7，

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自由高度613.1mm，弹簧工作高444mm，当量摆杆长度404.9mm，当量摆频率0.78Hz。所采用的材料为51CrMoV4(DIN17221)。

图1 ICE客车转向架视图

2.3 法国第二代TGV—A列车

法国第二代TGV—A列车其拖车采用Y237型转向架，Y237型转向架中央弹簧为空气弹簧，直接座落在U型构架侧梁上。这种RS10二系悬挂装置在垂向和横向都具有很大的柔性。RS10空气弹簧上部设有一个大容量的筒形附加气室，空气弹簧的两侧装有专门的裙边，以使其横向刚度随位移增加而增大。

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振器的阻尼选取20—30KN*S/m。即可达到较好的效果。为了避免把过多的高频振动传给车体，二系横向减振器的接头刚度也不宜选取过大，二系横向减振器的接头刚度一般选取在10MN/m左右比较好。

4.1.3空气弹簧气囊大小的选择

油压车辆的横向和垂向平稳性跟空气弹簧的横向刚度和垂向刚度有很大关系，刚度越小，车辆系统的平稳性越好。而空气弹簧的横向刚度主要取决于气囊的大小和结构，垂向刚度不仅与气囊的大小有关，而且和附加气室的大小也有关系，增大气囊可以同时降低空气弹簧的横向和垂向刚度；此外，大气囊和小气囊空气弹簧对频率的响应是有区别的，在低频阶段，即使能把大小气囊空气弹簧的刚度做成相等，但随着频率的提高，大小气囊空气弹簧的刚度差别会逐渐拉大图，因此大气囊空气弹簧隔离高频振动的效果要优于小气囊空气弹簧。所以，为了有效隔离高频振动，改善车辆系统的平稳性，应尽可能选择较大气囊的空气弹簧。

4.1.4抗蛇形减振器的选择

对于二系悬挂系统来说，抗蛇形减振器必不可少。为了提高高速列车的临界速度，同时又不过分降低其曲线通过性能，抗蛇形减振器的卸荷速度dv和卸荷力dF必须精心设计，增大抗蛇形减振器的卸荷力dF而减小卸荷速度dv不仅能提高车辆运动稳定性，也能提高车辆系统的平稳性，当然对曲线通过性能会有一定的恶化作用。根据理论分析和运营经验来看，高速转向架抗蛇形减振器卸荷速度dv取在0.001～0.01m/s左右，而卸荷力dF取值在10KN以上比较合适。从以往的测试结果可以看出，仿真结果和台架试验结果都显示出当转向架抗蛇形减振器失效一个时，在高速阶段的横向平稳性会严重恶化，实际上此时已经出现蛇形失稳。因此，在运营过程中要时常监控抗蛇形减振器的工作状态，必要时可对转向架的抗蛇形减振器采取冗余设计。

4.2存在的问题

1.空气弹簧悬挂装置的附件较多，不便于维修，增加了工作量，增大了成本。 2.随着技术的发展，高速列车会越来越快，这样垂向油压减振器的作用（主要是用于列车在低速阶段衰减垂向振动）会越来越小，节流阀完全可以替代它。

3.CRH2型车采用了2点支撑的空气弹簧，增设了抗侧滚扭杆，使得空气弹

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簧更加复杂。

4.3改进方案

图12为CRH2型车转向架结构图，为了减小维修工作量，节约成本，在不影响列车正常运行的情况下，可以去除垂向油压减振器（即图11中一系悬挂），用节流阀代替之，这样也可以有效的隔离高频振动。

图11 CRH2型车转向架结构

设置抗侧滚扭杆装置是为了弥补车辆侧滚角刚度不足，而增大空气弹簧气囊大小可以有效增大侧滚角刚度，增大空气弹簧气囊的大小，用来代替抗侧滚扭杆的一部分作用，使得车体运行更加平稳。从图12可知，气囊原半径为55mm,将其增大至60mm，既不影响其原有的结构，又增大了侧滚角刚度，可以使车辆行驶更加的平稳。

图12 空气弹簧气囊尺寸

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参 考 文 献

[1]张曙光.高速列车设计方法研究[M].中国铁道出版社.2009. [2]张曙光.CRH2型动车组[M].中国铁道出版社.2008. [3]郑州铁路局.高速铁路动车组[M].中国铁路出版社.2012.

[4]董锡明.高速动车组工作原理与结构特点[M].中国铁道出版社.2007. [5]王焕章.无摇枕转向架的发展及研制[M].铁道车辆出版社.1999.

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致 谢

经过了几个月的努力，我终于完成了论文的写作。我首先要感谢我的论文指导老师。老师对我论文的研究方向做出了指导性的意见和建议，在论文撰写过程中及时对我遇到的困难和疑惑给予悉心指点，提出了许多有益的改进性意见，投入了大量的心血和精力。在这里我对老师对我的帮助和关怀表示诚挚的谢意!从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，从一无所知开始，一步步的学习，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，都会让我兴奋好一段时间。

我的论文作品不是很成熟，还有很多不足之处。但是这次做论文的经历使我终身受益。我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。

在这里再次感谢所有授我以业的老师，没有这些年知识的积淀，我没有这么大的动力和信心完成这篇论文。感恩之余，诚恳地请各位老师对我的论文多加批评指正，使我及时完善论文的不足之处。

谨以此致谢最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅的各位老师表示衷心的感谢。

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