陳殿卿

【摘 要】 液壓減振器是鐵道機車車輛上的一個重要部件。由于機車車輛的車輪與鋼軌面之間是鋼對鋼的接觸，因此，車輪表面的不規(guī)則和軌道的不平順都直接經(jīng)車輪傳到懸掛部件上去，使機車車輛各部分高頻和低頻振動。如果這種振動不經(jīng)過減振器來衰減，就會降低機械部件的結(jié)構(gòu)強度和使用壽命，惡化運行品質(zhì)。液壓減振器其性能優(yōu)劣直接影響到行車的安全性和舒適性。尤其近年來我國鐵路進入一個飛速發(fā)展時期，特別是在鐵路跨越式發(fā)展政策的指引下，我國鐵路將會進入一個全新的發(fā)展階段。因此，研制高速列車減振器試驗臺就具有十分重要的實際意義。

【關(guān)鍵詞】 CRH2；液壓減振器；阻力特性；分析；參數(shù)

一、設(shè)計任務(wù)

基于CRH2型車的車體與轉(zhuǎn)向架的相應(yīng)構(gòu)造，設(shè)計一系懸掛的垂向減振器（編號A），二系懸掛的橫向減振器（編號B）以及二系懸掛的抗蛇形減振器（編號C）。

其中減振器結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計的主要內(nèi)容如下：

（1）阻尼特性的選擇：根據(jù)減振器的安裝部位和被衰減振動的性質(zhì)來確定其阻尼特性；

（2）端部彈性結(jié)構(gòu)的連接選型：根據(jù)減振器兩端相對運動的形式和受力大小選擇端部連接結(jié)構(gòu)的型式與規(guī)格；

（3）活塞行程及外部尺寸的確定：根據(jù)減振器所在的部位，考慮最不利的運動工況，對其兩端做運動學(xué)分析，從而來確定活塞的最大行程，再根據(jù)所選用減振器的品牌、型號及其固定結(jié)構(gòu)尺寸來確定減振器的安裝長度，其直徑則從尺寸系列中選取；

（4）阻尼率的設(shè)計計算：懸掛系統(tǒng)設(shè)計中有兩項參數(shù)最重要：一是彈簧的靜撓度值，一是阻尼率值。

二、計算設(shè)計

首先計算一系懸掛垂向減振器，如下：

a：阻力特性選型：

根據(jù)減振器的安裝部位和被衰減振動的性質(zhì)來確定其阻尼特性：對一系懸掛垂向減振器來說應(yīng)當(dāng)選用對稱的線性阻尼特性；具有線性阻尼的減振器，當(dāng)在拉伸與壓縮行程中都有相同的力和速度特性時稱之為對稱特性。由于其具有對稱性，所以其阻力也具有對稱性，即拉伸阻力等于壓縮阻力。查詢可得公式為：

（1）

式中：——活塞上部液流的截面積；

——液體的重率（單位體積的液體質(zhì)量）；

——孔口流量系數(shù)；

——節(jié)流孔面積；

——活塞運動速度。

當(dāng)活塞的速度在0.001到0.1之間變化的時候，計算拉伸阻力和壓縮阻力。（其中活塞直徑為80）

=850kg/（每立方米油的質(zhì)量為850kg）

將、g、收口系數(shù)等常量代入公式，最終選取阻尼特性也為6/0.1。（參考依據(jù)：線性阻尼的阻力和速度呈直線，當(dāng)偏離時，找出臨界點）。所選減振器類型為T50/20系列。

b：端部彈性結(jié)構(gòu)的連接選型：

選擇時要考慮以下幾個問題：一是最大減振力，二是最大軸向轉(zhuǎn)動角，三是由端部扭轉(zhuǎn)而造成的扭矩不超過250N/m，便于安裝和維修，在各個類型的端部安裝結(jié)構(gòu)里型號001和002均用于垂向減振器。其參數(shù)和尺寸如下表：

c：活塞行程以及外部尺寸確定

根據(jù)端部連接結(jié)構(gòu)的型式首先可以得到減振器的固定長度，并且有公式：

（2）

（查表計算可得所選的固定長為96mm）。

計算最小壓縮長度

（3）

計算最大拉伸長度兩個極端位置分別獲得最小值和最大值，將上面的數(shù)值代入可以得到=320mm，=440mm，活塞行程S=120mm。

安裝長度通常取為最小壓縮長度和最大拉伸長度的平均值，即：

=380mm，使得活塞處于中間位置。

d：通過分析和查找模型可知，車體垂向振動均方根加速度的平均值與車體垂向的形成有關(guān)，參變量為車體的自振頻率和相對阻尼系數(shù)D，并且可知：在一定的條件下，D值過小將導(dǎo)致一系振動行程增大，對系統(tǒng)和車體都是不利的。選取D=0.275，的時候，RH2型車的各個參數(shù)如下：J=21000kgm2，L=1.2m則每輪對兩減振器阻尼為

（4）

（5）

（6）

根據(jù)需要，將所需要的各個參數(shù)以及各個數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢?/p>

表2 一系懸掛垂向減振器設(shè)計參數(shù)

減振器安裝角度 2—5 135

環(huán)境溫度 -20—60 108

最小長度 320 34

最大長度 440 25

行程 120 15度

安裝長度 380 4度

阻尼特性 6/0.1 端部結(jié)構(gòu)剛度 70000

端部連接結(jié)構(gòu) 001型

根據(jù)所選的各個數(shù)據(jù)以及尺寸，減振器選型設(shè)計圖樣在CAD中畫出，如下圖：

圖1 一系懸掛垂向減振器設(shè)計圖樣

圖2 二系橫向減振器設(shè)計圖樣

圖3 抗蛇形減振器設(shè)計圖樣

三、分析液壓減振器的阻尼特性與阻尼系數(shù)和結(jié)論

液壓減振器的阻力與活塞振動速度有關(guān)，速度越高，阻力越大以往了理論計算和實用上的方便.通常認為阻尼力F與活塞振動速度的一次方成正比即用線性阻尼系數(shù)c表示液壓減振器的減振能力.用公式表達為F=CV，此時的值按減振器的實際工況來確定.目前，我國鐵路機車車輛油壓減振器的研究分析和生產(chǎn)檢驗，基本是按V-0.06m/s～0.07m/s來考慮的.隨著世界各國鐵路機車車輛運行速度的不斷提高，油壓減振器的實際工況也在不斷變化。一系懸掛垂向、二系懸掛橫向設(shè)置、二系懸掛抗蛇行的各種減振器的使用工況、振動速度都不相同。這就要求不同位置的油壓減振器接不同的振動速度V來確定減振能力。與此同時隨著計算理論和計算手段的不斷發(fā)展。在進行機車車輛動力學(xué)分析研究時?？梢圆灰笥蛪簻p振器的粘性阻尼簡化為線性阻尼。因此，目前各國的高速機車車輛在設(shè)計研究和生產(chǎn)時。對所需油壓減振器的減振能力提出的技術(shù)參數(shù)為在某一振動速度下的減振阻力，而不是阻尼系數(shù)c。經(jīng)過設(shè)計、計算和研究、試制，3種減振器的阻力F與振動速度的阻尼特性曲線見圖4-4～圖4-5。

由于3種減振器驗收標(biāo)準是針對振動速度與相應(yīng)的阻尼力。從國外同類型減振器的試驗資料，尤其是KON1減振器公司的試驗資料了解到，為了實現(xiàn)GYAW型減振器V=0.01m/s的活塞速度，試驗臺滑塊行程要大于50mm，滑塊往復(fù)頻率必須小于l0次/分才能滿足要求。為此，我們自行研制、開發(fā)了一種多功能減振器試驗臺，其主要技術(shù)參數(shù)為：滑塊往復(fù)頻率3次/分～75次/分（無級可調(diào)）滑塊行程0～200mm（無級可調(diào)）減振器安裝中心距200mm～1000mm最大阻力負載18kN調(diào)遣電機功11kW試驗臺校正系數(shù)按不同傳動比分為個等級：205.50，90.00，69.17N/cm。

一系垂向減振器F-V曲線 二系橫向減振器F-V曲

抗蛇型減振器F-V曲線圖

通過比較三個圖形，我們可以清楚的看到，有一個臨界點，

過了次臨界點變化的時候就會很緩慢三種減振器的臨界速度分別為15，5和10，而在的范圍內(nèi)是減振器的正常工作區(qū)域。在相同的最大阻尼力和最大振幅的條件下，抗蛇行減振器具有較大的阻尼功。比如在變化區(qū)間，一系為8個單位的功，二系為6.5個單位的功，抗蛇行減振器具有14個單位的功，幾近于前兩者的和，以期在工作振幅很小時候獲得足夠的阻力功，也是抗蛇行減振器的優(yōu)點所在。