《城市轨道交通车辆》 课件 项目四 弹簧减振装置5

五、橡胶弹性元件的特性空气弹簧的结构与组成

学习领域四城轨车辆转向架一、橡胶弹性元件铁道车辆上采用的橡胶元件具有以下优点：可以自由确定形状，使各个方向的刚度根据设计要求确定。利用橡胶的三维特性，可使弹簧能同时承受多个方向载荷，以便简化结构；可避免金属件之间的磨耗，安装、拆卸简便，并不需润滑，故有利于维修，降低维修成本；橡胶比重小，可减轻自重；具有较高内阻，对高频振动的减振以及隔音性有良好效果；弹性模量比金属小得多，可以得到较大的弹性变形，容易实现预想的良好的非线性特性。一、橡胶弹性元件橡胶件主要缺点：不耐高温，不耐低温，耐油性差；使用时间长容易老化；性能离散度大，同批产品性能差别可达10%。一、橡胶弹性元件橡胶元件主要特性：橡胶具有特殊的蠕变特性。即压缩橡胶元件时，载荷加大到一定载荷后，虽不再增载，但其变形仍在继续，且卸去载荷后，橡胶元件也不能恢复原状。这种特性通常称为时效蠕变或弹性滞后现象。因此，橡胶的动刚度比静刚度大。橡胶元件的性能（弹性、强度）受温度影响较大，当温度变化后这些性能也随之改变。大多数橡胶元件随着温度升高，刚度和强度有明显降低，随着温度降低，刚度和强度都有提高，一般先变硬，后变脆。橡胶具有体积基本不变的特性，即几乎是不可压缩的，它的弹性变形是由于形状的变化所致。因此，在设计制造中，应保证橡胶元件形状改变的可能性。橡胶元件的散热性不好，故不能把橡胶元件制成很大的整块，需要时应做成多层片状，中间夹以金属板，以增强散热。

二、空气弹簧车辆悬挂装置采用空气弹簧的主要优点：空气弹簧能够大幅度提高车辆悬挂系统静挠度以降低车体的振动频率。与钢弹簧相比，空气弹簧具有非线性特性，可以根据车辆振动性能的需要，设计成具有比较理想的弹性特性曲线。在平衡位置振动幅度较小时（正常运行时的振幅），刚度较低，若位移过大，刚度显著增加，以限制车体的振幅。空气弹簧的刚度随载荷而改变，从而保持空、重车时车体的振动频率几乎相等，使空车和重车状态的运行平稳性一致。二、空气弹簧车辆悬挂装置采用空气弹簧的主要优点：4.空气弹簧用高度控制阀控制时，可使车体在不同静载荷下，保持车辆地板面距钢轨面的高度基本不变，这一性能应用在地铁和轻轨上则可保持车辆的地板面与站台面的高度相协调。5.同一空气弹簧可以同时承受三维方向的载荷。利用空气弹簧的横向弹性特性，可以代替传统的转向架摇动台装置，从而简化结构，减轻自重。6.在空气弹簧本体和附加空气室之间装设有适宜的节流孔，可以代替垂直安装的液压减振器。7.空气弹簧具有良好的吸收高频振动和隔音性能。二、空气弹簧车辆悬挂装置采用空气弹簧的主要缺点：由于它的附件（如高度控制阀、差压阀）较多，成本较高，并增加了维护与检修的工作量。二、空气弹簧空气弹簧悬挂系统组成空气弹簧悬挂系统主要由空气弹簧、附加空气室、高度控制阀、差压阀及滤尘器等组成。广铁二号线空气弹簧空气弹簧悬挂系统装置1―列车主风管；2―支管；3―截断塞门；4―止回阀；5―储风缸；6―连结软管；7―高度控制阀；8―空气弹簧；9―差压阀；10－附加空气室。空气弹簧的结构空气弹簧分膜式和囊式两类。目前应用较普遍的为膜式空气弹簧，它有两种结构形式，即约束膜式、自由膜式空气弹簧。约束模式空气弹簧

约束膜式空气弹簧的结构由内筒、外筒和将两者连接在一起的橡胶囊等组成。这种形式的空气弹簧刚度小，振动频率低，其弹性特性曲线容易通过约束裙（内、外筒）的形状来控制，但橡胶囊工作状况复杂，耐久性较差。约束模式空气弹簧自由模式空气弹簧自由膜式空气弹簧的结构由于没有约束橡胶囊的内、外筒，可以减轻橡胶囊的磨耗，提高了使用寿命。它本身安装高度比较低，可以明显的减少车辆地板面距轨面的高度。重量轻，并且其弹性特性可以通过改变上盖边缘的包角加以适当调整，使弹簧具有良好的负载特性。所以，在无摇动台装置的空气弹簧转向架上应用较多。

自由模式空气弹簧1上盖板；2紧急叠层弹簧；3下盖板；4橡胶囊空气弹簧的密封空气弹簧的密封要求高，以保证弹簧性能稳定和节省压缩空气。一般采用压力自封式和螺钉紧封式两种密封形式。压力自封式，是利用空气囊内部空气压力将橡胶囊的端面与盖板（或内、外筒）卡紧加以密封；螺钉紧封式，是利用金属卡板与螺钉夹紧加以密封。压力自封式的结构简单，组装检修方便，应用较多。

空气弹簧橡胶囊空气弹簧橡胶囊由内、外橡胶层、帘线层和成型钢丝圈组成。内层橡胶主要是用以密封，需采用气密性和耐油性较好的橡胶材质，外层橡胶除了密封外，还起保护作用。因此，外层橡胶应采用能抗太阳辐射和臭氧侵蚀并耐老化的橡胶材质，还应满足环境温度的要求，一般为氯丁橡胶。帘线的层数为偶数，一般为两层或四层，层层帘线相交叉，并与空气囊的经线方向成一角度布置。由于空气弹簧上的载荷主要由帘线承受，而帘线的材质对空气弹簧的耐压性和耐久性起着决定性的作用，故采用高强度的人造丝、维尼龙或卡普隆作为帘线。高度控制阀高度控制阀是空气弹簧悬挂系统中一个重要组成部件。可以每个转向架与车体连接处安装一个高度控制阀，位于转向架中间（如广铁一号线），也可以安装两个高度控制阀，分别在构架两侧（如广铁二号线）。主要作用及要求：根据载荷的变化自动调整空气弹簧内部压力使车体保持一定高度；车辆在直线上运动时，正常的振动和轨道冲击作用不使高度控制阀发生进、排气作用；当车辆（装有两个高度控制阀）通过曲线时，由于车体的倾斜使得转向架左右两侧的高度控制阀分别产生进气和排气，从而减少车辆的倾斜。高度控制阀1高度调节阀；2操纵杆；3杆；4支座；5构架高度控制阀

高度控制阀通过驱动杆来带动阀内的转盘及其偏心小销，拨动高度控制阀的心阀。心阀的上下运动即可控制各相关阀口的开启，连通主风管与空气弹簧的气路或连通空气弹簧与大气的气路，控制空气弹簧充气或排气。驱动杆的运动是根据车辆载荷变化，在车体高度变化时驱动的。高度控制阀工作原理

正常载荷，车体与转向架距离等于H：高度阀关闭各通路L、V、E，气囊保压，维持车体高度不变；载重加大到一定程度，车体与转向架距离小于H，高度控制阀导通主风管道空气弹簧气囊通路，V→L，气囊充气，直至车体升高到标准位置；载重减少到一定程度时，车体与转向架距离大于H，高度控制阀导通空气弹簧气囊与大气通路，L→E，气囊排气，直至车体降低到标准位置。

高度控制阀工作原理

差压阀

差压阀是保证一个转向架两侧空气弹簧的压力之差，不能超过为保证行车安全规定的某一定值的装置。当左右空气弹簧出现超过规定的压力差时，使压力高的一端空气流向较低的一端，以防止车体异常倾斜。在转向架一侧空气囊破裂时，另一侧空气囊的空气也能泄出，保证车辆仍能在低速下继续安全运行。

差压阀的工作原理

排放阀

排放阀系统作为一个空气弹簧配套安全装置，与高度控