铁道车辆半主动悬挂可行性分析报告--14.doc

铁道车辆半主动悬挂可行性分析报告 1. 车辆悬挂系统概述 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。 2. 列车的三种悬挂方式以及他们之间的分析比较 （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。 2）.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。 3）.半主动悬挂 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[1,2,3]。 [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 active damper-anew concept for shock and vibration control. The Shock and Vibration Bulletin，1973，43，The Shock and vibration Information Center, Naval Research Laboratory, Washington, 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 Industry, series B，1974，96(2): 619