鐵道車輛半主動懸掛可行性分析報告

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1、鐵道車輛半主動懸掛可行性分析報告1.車輛懸掛系統(tǒng)概述十年來，中國鐵路連續(xù)實施六次大提速，旅客列車的運(yùn)行速度不斷提高，對車輛運(yùn)行平穩(wěn)性的要求也越來越高。鐵道車輛速度的提高，使其在鐵路運(yùn)行時的振動隨之增加，車輛劇烈振動也會損傷車輛結(jié)構(gòu)，輪軌之間的作用力和車輛振動達(dá)到一定程度后還會影響行車安全?？刂栖囕v振動是鐵道車輛提速并改善其平穩(wěn)性的關(guān)鍵技術(shù)。為了改善鐵道車輛的乘坐舒適性和運(yùn)行平穩(wěn)性，一方面可以提高線路的質(zhì)量狀況，另一方面則可以提高懸掛系統(tǒng)的性能。要提高線路的質(zhì)量狀況，需要投入巨額的費(fèi)用。此外，線路的改

2、造也很復(fù)雜，而目前我國一些線路受條件限制難以改造。因此，車輛的乘坐舒適性和運(yùn)行平穩(wěn)性只能依靠懸掛系統(tǒng)的減振性能來提高。設(shè)計合適的懸掛系統(tǒng)改善車輛的性能，是一種經(jīng)濟(jì)、有效的途徑，對于正在進(jìn)行的鐵道車輛研究具有重要意義。鐵道車輛的懸掛系統(tǒng)與兩個主要性能即平穩(wěn)性和穩(wěn)定性密切相關(guān)。目前應(yīng)用的懸掛系統(tǒng)主要有三種：被動懸掛，全主動懸掛和半主動懸掛。傳統(tǒng)的被動懸掛系統(tǒng)由于其彈性元件和阻尼元件的參數(shù)不能實時調(diào)節(jié)，因而不能使鐵道車輛的乘坐平穩(wěn)性和操作舒適性同時達(dá)到最優(yōu)。全主動懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，因而難以得到應(yīng)用

3、。阻尼可調(diào)的半主動懸掛系統(tǒng)與全主動懸掛系統(tǒng)相比，雖然對振動控制的性能略差，但其結(jié)構(gòu)相對簡單，價格低廉，同時，在控制品質(zhì)上又能接近于主動懸掛，因而有著廣闊的應(yīng)用前景。特別是磁流變減振器的出現(xiàn)，加快了半主動懸掛產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。在目前鐵道車輛營運(yùn)速度迅速提高的情況下，采用阻尼調(diào)節(jié)的半主動懸掛系統(tǒng)應(yīng)用前景廣闊。2.列車的三種懸掛方式以及他們之間的分析比較（1）.列車的三種懸掛方式1）.被動懸掛傳統(tǒng)的鐵路鐵道車輛懸掛系統(tǒng)由彈性元件和阻尼元件組成，它們在工作時不消耗外界能源，故稱為被動懸掛。這種懸掛系統(tǒng)簡單可靠，

4、易于實現(xiàn)，可以在一定程度上滿足鐵道車輛對動力學(xué)性能的要求，但由于被動懸掛的參數(shù)在車輛運(yùn)行的過程中無法實時調(diào)節(jié)，難以解決運(yùn)行線路斷面的多樣性和懸掛參數(shù)單一性、列車運(yùn)行速度的不定性與傳統(tǒng)懸掛參數(shù)的一定性之間的矛盾，被動懸掛系統(tǒng)的適應(yīng)性比較差，因而無法適應(yīng)列車高速運(yùn)行時對動力學(xué)性能的更高要求。被動懸掛系統(tǒng)只能根據(jù)車體與轉(zhuǎn)向架間的相對速度產(chǎn)生阻尼力，而實際所需阻力應(yīng)由速度、位移及加速度多種因素決定:，而且被動懸掛系統(tǒng)只能在一定條件下對鐵道車輛作衰減振動，難以適應(yīng)在復(fù)雜多變的線路上高速運(yùn)行的列車對動力學(xué)性能的

5、要求。針對被動懸掛存在的缺陷，60年代提出了鐵道車輛的主動懸掛。2）.主動懸掛在懸掛系統(tǒng)中加入力發(fā)生器（作動器）的裝置稱為主動懸掛。主動懸掛系統(tǒng)由于需安裝測量傳感裝置、作動器及控制裝置，會不可避免地提高列車成本，同時由于列車結(jié)構(gòu)空間的限制，若在極有限的空間中安裝作動器，勢必導(dǎo)致列車結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，復(fù)雜的主動作動器和車輛結(jié)構(gòu)可能影響可靠性并帶來高昂的維護(hù)費(fèi)用。不僅如此，主動懸掛系統(tǒng)無論采用何種形式的作動器，都將大量消耗外界附加能量。雖然設(shè)備及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性可通過技術(shù)的日益成熟來解決，成本高昂也可通過大批量

6、生產(chǎn)來解決，但能量消耗過大是主動懸掛固有的缺陷，唯有通過原理的改進(jìn)來解決，因而在普及上尚有困難。目前，主動懸掛主要用于高速列車。3）.半主動懸掛在懸掛系統(tǒng)中需要輸入少量能量的，具有可調(diào)阻尼的裝置稱為半主動懸掛。它是美國加州大學(xué)戴維斯分校機(jī)械工程系D.E.Kamopp教授等人于1974年提出來的[1,2,3]。[1]KarnoppDCandTrikhaAK.Comparativestudyofoptimizationtechniquesforshockandvibrationisolation.Jou

7、rnalofEngineeringforIndustry1969,1128~1132.[2]KarnoppDCandCrosbyMJ.Theactivedamper-anewconceptforshockandvibrationcontrol.TheShockandVibrationBulletin，1973，43，TheShockandvibrationInformationCenter,NavalResearchLaboratory,Washington,D.C.[3]KarnoppDCCros

8、byMJandHarwoodRA.Vibrationcontrolusingsemi-activeforegeneratorrs.TransactionsoftheASMEJournalofEngineeringforIndustry,seriesB，1974，96(2):619~626半主動懸掛利用可以控制的調(diào)節(jié)阻尼器，根據(jù)預(yù)定的阻尼控制規(guī)律，實時調(diào)節(jié)阻尼力。半主動懸掛的提出晚于主動懸掛，比主動懸掛結(jié)構(gòu)簡單、成本低，而且性能接近于主動懸掛，另外由于不需要專用大功率能