铁道车辆半主动悬挂可研报告.doc

铁道车辆半主动悬挂可行性分析报告  十年来，中国铁路连续实施六次大提速，旅客列车的运行速度不断提高，对车辆运行平 稳性的要求也越来越高。铁道车辆速度的提高，使其在铁路运行时的振动随之增加，车辆剧 烈振动也会损伤车辆结构，轮轨之间的作用力和车辆振动达到一定程度后还会影响行车安 全。控制车辆振动是铁道车辆提速并改善其平稳性的关键技术。为了改善铁道车辆的乘坐舒 适性和运行平稳性，一方面可以提高线路的质量状况，另一方面则可以提高悬挂系统的性能。 要提高线路的质量状况，需要投入巨额的费用。此外，线路的改造也很复杂，而目前我国一 些线路受条件限制难以改造。因此，车辆的乘坐舒适性和运行平稳性只能依靠悬挂系统的减 振性能来提高。设计合适的悬挂系统改善车辆的性能，是一种经济、有效的途径，对于正在 进行的铁道车辆研究具有重要意义。 铁道车辆的悬挂系统与两个主要性能即平稳性和稳定性密切相关。目前应用的悬挂系统 主要有三种：被动悬挂，全主动悬挂和半主动悬挂。传统的被动悬挂系统由于其弹性元件和 阻尼元件的参数不能实时调节，因而不能使铁道车辆的乘坐平稳性和操作舒适性同时达到最 优。全主动悬挂系统结构复杂，成本高，因而难以得到应用。阻尼可调的半主动悬挂系统与 全主动悬挂系统相比，虽然对振动控制的性能略差，但其结构相对简单，价格低廉，同时， 在控制品质上又能接近于主动悬挂，因而有着广阔的应用前景。特别是磁流变减振器的出现， 加快了半主动悬挂产业化的进程。在目前铁道车辆营运速度迅速提高的情况下，采用阻尼调 节的半主动悬挂系统应用前景广阔。 （1）.列车的三种悬挂方式 1）.被动悬挂 传统的铁路铁道车辆悬挂系统由弹性元件和阻尼元件组成，它们在工作时不消耗外界能 源，故称为被动悬挂。这种悬挂系统简单可靠，易于实现，可以在一定程度上满足铁道车辆 对动力学性能的要求，但由于被动悬挂的参数在车辆运行的过程中无法实时调节，难以解决 运行线路断面的多样性和悬挂参数单一性、列车运行速度的不定性与传统悬挂参数的一定性 之间的矛盾，被动悬挂系统的适应性比较差，因而无法适应列车高速运行时对动力学性能的  1 更高要求。被动悬挂系统只能根据车体与转向架间的相对速度产生阻尼力，而实际所需阻力 应由速度、位移及加速度多种因素决定:，而且被动悬挂系统只能在一定条件下对铁道车辆 作衰减振动，难以适应在复杂多变的线路上高速运行的列车对动力学性能的要求。针对被动 悬挂存在的缺陷，60 年代提出了铁道车辆的主动悬挂。 在悬挂系统中加入力发生器（作动器）的装置称为主动悬挂。主动悬挂系统由于需安装 测量传感装置、作动器及控制装置，会不可避免地提高列车成本，同时由于列车结构空间的 限制，若在极有限的空间中安装作动器，势必导致列车结构更加复杂，复杂的主动作动器和 车辆结构可能影响可靠性并带来高昂的维护费用。不仅如此，主动悬挂系统无论采用何种形 式的作动器，都将大量消耗外界附加能量。虽然设备及结构的复杂性可通过技术的日益成熟 来解决，成本高昂也可通过大批量生产来解决，但能量消耗过大是主动悬挂固有的缺陷，唯 有通过原理的改进来解决，因而在普及上尚有困难。目前，主动悬挂主要用于高速列车。 在悬挂系统中需要输入少量能量的，具有可调阻尼的装置称为半主动悬挂。它是美国加 州大学戴维斯分校机械工程系 D.E.Kamopp 教授等人于 1974 年提出来的 。 [1] Karnopp DC and Trikha AK. Comparative study of optimization techniques for shock and vibration isolation. Journal of Engineering for Industry 1969,1128~1132. [2] Karnopp DC and Crosby MJ. The act ive damper-anew concept for shock and vibration control. The Shock and Vibration Bulletin，1973，43，The Shock and vibration Information Cent er, Naval Research Laboratory, Washi ngton, D. C. [3] Karnopp DC Crosby M J and Harwood RA .Vibration control using semi-active fore generatorrs. Transactions of the ASME Journal of Engineering for In