文档介绍：轨道车辆用空气弹簧阻尼特性研究与应用
莫荣利陈灿辉陈文海邹宇郭红锋
(株洲时代新材料科技股份有限公司)
[摘要]本文对轨道车辆用空气弹簧阻尼特性的基础理论和阻尼系数的测试方法进行了探讨,重点讨论了能量等效法及其在空气弹簧系统阻尼测试上的应用。研究表明对于非线性系统,能量等效法是一种行之有效的测试方法。
关键词:空气弹簧、阻尼系数、测试方法、非线性
Mo Rongli Chen Canhui Chen Wenhai Zhou Yu Guo Hongfei
(ZhuZhou Times New Material Technology CO.,LTD)
[Abstract]
This paper discusses the basic theory of the vehicle air spring damping and the testing methods of the damping coefficient. Applications of the energy equivalent method on the damping tests of the air spring system have been carried out. The results show that the energy equivalent method is an effective testing way to work out the damping coefficient in the nonlinear system.
Key Words: Air spring, Damping coefficient, Testing methods, Nonlinearity
1 前言
随着轨道交通运输安全性、舒适性和高速化要求越来越高,车辆及其转向架功能集成化和轻量化设计成为当今的发展趋势。带有节流装置的空气弹簧不仅是车辆悬挂系统中的弹性支撑元件,而且是悬挂系统中的减振阻尼元件,是功能集成化和轻量化设计的典型应用。
空气弹簧的阻尼作用是通过安装在空气弹簧本体与附加空气室之间的节流孔(阀)来实现的,如图1所示。当空气弹簧变形时,两者之间将产生压力差。空气弹簧在静态变形(或缓慢变形)过程,其压力差不大,但在振动过程,其压力差较大。空气通过节流孔时由于流程阻力而吸收振动能量,从而实现衰减振动的作用。
1-空气弹簧、2-节流孔、3-附加空气室
图1 有阻尼空气弹簧结构示意图
2 空气弹簧阻尼的基础理论
空气弹簧的力学模型
根据理想气体状态方程,在标准状态下,空气弹簧和附加空气室的多变过程可以用以下方程式描述:
(1)
(2)
对于微小变形,将上式展开成级数,并略去二阶以上的微小量后整理可得:
(3)
(4)
当空气弹簧有效面积在其变形的变化率不大的情况下,空气弹簧容积变化量可以近似表示为: (5)
自标准状态变形后,空气弹簧上产生的作用力为:
(6)
又根据流体力学理论,节流孔的流量特性近似表示为:
(7)
由式(3)~(7)消去,则有
(8)
令,则式(8)改写为:
(9)
式中
(10)
,
,,
式(9)关系可以用图2所示的力学模型表示,图中的各参数与式(10