振动台控制室抗倾斜空气弹簧三维隔振平台研究

大型地震模拟振动台的运行给周围环境带来不可忽略的振动问题,影响精密仪器设备的正常使用及工作人员的舒适度。针对国家大型地震工程模拟研究设施振动台控制室面临的振动问题,提出一种基于带附加气室的空气弹簧和抗倾斜装置的大质量三维隔振平台。开展了隔振部件以及隔振平台的试验研究以及数值模拟分析,提出了抗倾斜装置的抗倾斜刚度理论计算公式。研究结果表明,带附加气室的锥型与直筒型膜式空气弹簧可实现约1 s竖向隔振周期,阻尼比达23%。试验中抗倾斜装置可有效控制人员偏心荷载造成的平台倾斜问题,平台倾斜角度减小达66%。所设计国家大型地震工程模拟研究设施隔振平台可大幅降低振动台运行产生振动影响,隔振效率达86%以上。

基于非线性空气弹簧模型的整车仿真与主客观评价

应用非线性空气弹簧模型,研究了空气悬架整车的动力学仿真和主观评价。结合空气弹簧频率、振幅相关性模型与Simulink仿真,给出了空气悬架整车7自由度模型,对比了不同路面情形下悬架动行程和簧上加速度的均方根值和功率谱密度。从时域和频率2个角度分析了不同速度、路面及减振器阻尼情形下空气悬架整车的动态特性。对装有不同空气弹簧的整车进行主、客观试验测试。结果表明:悬架动行程预测误差小于7%,簧上位置加速度共振峰值预测误差小于6%,共振频率预测误差小于6%;从而验证了所提模型的普适性和精确性;反映了带空气悬架整车的动态特性,解释了平顺性主客观试验的机理。

空气弹簧内部压缩气体热迟滞等效力学模型

空气弹簧内部压缩空气的热交换效应导致其力学特性具有较强的热迟滞性和频率相关性。本文建立了一种热迟滞等效力学模型来描述空气弹簧内部压缩气体的能量交换过程。结合橡胶气囊模型,构建了涵盖橡胶气囊迟滞和压缩空气热迟滞的空气弹簧迟滞力学特性模型,并给出了模型关键参数的辨识方法。实验表明空气弹簧力学迟滞环和动刚度最大误差分别小于3.3%和6.7%,验证了迟滞力学特性模型的准确性。最后,揭示了压缩空气热迟滞随频率变化的内在规律。研究结果为查明空气弹簧的迟滞非线性机理及其有效利用提供了理论支撑。

空气弹簧隔振器样机垂向刚度特性建模与实验

空气弹簧隔振器被广泛用于精密仪器和生产设备隔振,其刚度-重力平衡点位置关系,即刚度特性是分析其与其他新兴隔振技术相互作用的重要依据。依据理想气体状态方程建立了某型空气弹簧隔振器样机的垂向刚度特性模型。综合整机振动实验结果与密封橡胶膜的刚度特性测量结果,间接测量了实物样机中空气弹簧的刚度特性。基于实验数据修正了模型,采用幂多项式拟合了气室体积-重力平衡点位置改变量的非线性曲线。减少了模型的刚度计算误差,为后续技术改造奠定了基础。

高速列车空气弹簧二系悬挂垂向振动规律研究

建立空气弹簧系统垂向非线性动力学模型和某高速列车动力学模型,根据空簧垂向振动传递试验结果,验证空簧非线性动力学模型的准确性,采用数值仿真分析空簧的垂向动刚度特性和振动传递规律。研究二系抗侧滚扭杆刚度、空簧节流孔直径和二系垂向减振器阻尼对振动传递规律的影响,对比不同二系悬挂结构对车辆动力学指标的影响,发现节流孔直径对空簧动刚度和传递率影响很大,减小节流孔直径会增大空簧垂向动刚度;采用节流孔方式有利于改善高频减振效果,采用二系垂向减振器有利于低频减振。研究结果表明:采用合适直径的节流孔可以实现和二系垂向减振器近似的振动传递率,且减小垂向平稳性指标值及车体垂向加速度值。

轨道交通车辆空气弹簧智能监测系统

针对轨道交通车辆空气弹簧在劣化过程中本体高度变化难以检测,压力测量精度不高,缺乏智能预警功能等问题,设计了轨道交通车辆空气弹簧智能监测系统。对这一监测系统的结构、硬件、软件、工作过程进行了介绍,并分析了技术创新点。这一监测系统应用智能传感技术、数据转储技术、智能预警技术,可以精确测量空气弹簧内部间隙变化、内压值变化,实现智能预警提示检修,进而能够提高检修效率,节约检修成本。

空气弹簧组件对列车磁悬浮系统的影响

[目的]为研究作为组件之一的空气弹簧对列车磁悬浮系统的影响,解决磁浮列车磁悬浮系统因空气弹簧的影响而导致的悬浮性能变差的问题,开展了空气弹簧对磁悬浮系统性能影响的机理研究和仿真分析。[方法]首先建立不含空气弹簧的磁悬浮模型,并在此基础上设计控制算法,根据磁悬浮系统的性能指标,设计其最优控制参数;在控制算法和最优控制参数确定之后,再将空气弹簧的影响考虑到磁悬浮系统模型中,以研究空气弹簧的刚度对磁悬浮性能的影响。采用MATLAB软件对磁悬浮系统的性能进行了仿真,仿真过程中,在不改变控制参数时改变空气弹簧的刚度,以观测磁悬浮性能的变化情况;当磁悬浮性能变差时,通过优化控制参数,使得磁悬浮性能保持最优。[结果及结论]仿真结果表明:当空气弹簧的刚度在某一范围内时,刚度越大越不利于磁悬浮系统的稳定;在空气弹簧的刚度增大时,适当增加控制系统的刚度和阻尼会有利于磁悬浮系统的稳定。

生物基高性能长寿命汽车空气悬架用空气弹簧和铰链中试产品顺利下线

日前,多位行业专家在淄博市沂源县参加了由淄博国创中心与北京化工大学共同主办的“生物基弹性体的制备与规模化应用”项目2023年度进展及其成果转化推介会,共同见证了国家重点研发计划的规模化应用成果——生物基高性能长寿命汽车空气悬架用空气弹簧和铰链中试产品(以下简称本产品)下线,这标志着该国家级创新成果在淄博市正式实现产业化。

我国铁路车辆空气弹簧试验方法分析

采用TB/T 2841—2019 《铁路车辆空气弹簧》规定的Ⅰ类、Ⅱ类空气弹簧试验方法和Ⅲ类空气弹簧试验方法开展试验,得到的空气弹簧性能指标值存在较大差异。为便于统一铁路车辆空气弹簧试验方法,分析2种空气弹簧试验方法的差异。选定8种主型动车组空气弹簧,按2种试验方法分别进行试验研究。试验结果表明:Ⅰ类、Ⅱ类空气弹簧试验方法的试验工况更贴近空气弹簧的实际使用条件,比Ⅲ类空气弹簧试验方法更合理。通过统计分析,得到动车组空气弹簧垂向静态刚度、垂向动态刚度、水平静态刚度和水平动态刚度2种试验方法的参考转换系数。

基于分区空气弹簧提升床垫舒适性的系统设计

针对当前床垫舒适性研究方面存在的不足,设计了一种空气弹簧床垫系统。通过分区空气弹簧控制技术,适应个性化需求的人体工效学承托;通过多重材料支撑结构,提升体表释压的综合支撑;通过睡前放松功能,改善睡前身心放松的功能助眠体验;通过翻身自适应功能,优化体压分布的智能调节。系统从分区空气弹簧人体工效学承托、多重材料分级支撑结构、睡前放松功能助眠、翻身自适应动态体压智能调节等多个方面进行床垫舒适性提升的创新设计,为用户提供舒适的健康睡眠环境和睡眠改善体验。

空气弹簧结构优化及仿真验证思路

针对空气弹簧在结构设计中存在的不合理现象,为减少样件试制过程中的浪费,有效降低设计及制造成本,采用空气弹簧有限元仿真及优化方法,对结构件(活塞、卡箍)、弹性件(如囊皮)等进行仿真优化,以满足输入参数的要求。根据载荷传递能力、振动吸收能力、疲劳寿命和耐高温性能等方面的仿真,实现了性能参数及结构的优化,形成空气弹簧仿真思路及方法,以达到空气弹簧设计目标。建立整车模型模拟车辆在不同路况下的行驶情况,对模型进行加载实验,模拟车辆加速和制动时的力和位移变化,并结合车辆动力学原理,对空气弹簧的行车稳定性、乘坐舒适性进行分析,得出整车仿真思路。通过以上完整的仿真、模拟思路,以期达到缩短研发周期,降低试制、试验成本、提高研发效率的目的。

膜式空气弹簧变活塞型线对静刚度特性的影响

现代汽车悬架技术的快速发展,要求汽车在操纵稳定性、行驶平顺性等方面进一步提高性能。高度和刚度可调、吸振能力较佳和使用寿命较长的空气弹簧在中高端乘用车上得到使用。活塞型线对空气弹簧的刚度特性影响较大,不同的活塞型线会直接影响空气弹簧的有效作用直径。文章以乘用车膜式空气弹簧为研究对象,设计了四种不同的活塞型线(L型、S型、O型、反O型),基于有限元分析软件ABAQUS研究分析了不同初始内压下活塞型线对空气弹簧刚度特性的影响。结果表明,O型活塞空气弹簧的承载能力最强,反O型与O型活塞成对称结构,其承载能力最弱,随着初始内压的增大,其承载能力的差距会愈发明显,S型活塞空气弹簧的承载能力介于O型与反O型活塞之间,并表现出理想的反S特性。

空气弹簧皮囊扣压过程分析

针对空气弹簧扣压工艺参数设计时凭经验设定而出现验证周期长、成本大,扣压失效分析无理论支撑等问题,建立扣压分析模型,对扣压过程进行仿真分析,结合扣压过程的研发分析,模拟扣压曲线,解决扣压前期设计及过程问题分析,为空气弹簧扣压工艺设计提供参考。

空气弹簧力学特性仿真分析

以380150J-1型空气弹簧为研究对象,基于橡胶超弹性非线性本构模型理论,利用ABAQUS有限元分析软件建立空气弹簧垂向特性有限元模型,并计算其刚度特性和薄弱环节处的最大有效应力值,分析初始气压和帘线层参数对其变化规律的影响。研究结果表明:当帘线层参数不变时,空气弹簧的垂向静态刚度随着初始气压的增大而增大;当初始气压保持不变,以初始气压0.6MPa为例,帘线层参数中帘线角度对其弹性曲线有影响,而帘线层数和间距对其弹性特性影响较小;此外,由压缩阶段特性曲线可知,不同帘线层参数条件下空气弹簧的垂向静态刚度曲线均随着垂向位移载荷的增大而呈“先减小后增大”的趋势,在最大位移载荷处,其垂向静态刚度最大;此外,对比不同位移载荷下整体应力云图可以发现,空气弹簧薄弱环节处最大应力发生位置与初始气压、帘线层参数的无关,仅与空气弹簧的结构相关。

空气弹簧橡胶气囊胶料的配方研究

对汽车用空气弹簧橡胶气囊胶料的配方进行研究。结果表明:与天然橡胶(NR)/氯丁橡胶(CR)并用胶相比,CR胶料的300%定伸应力和拉伸强度增大,耐热老化性能和耐疲劳性能提高;在空气弹簧橡胶气囊的试制中,NR/CR并用胶采用传统压延工艺制备,预期生产出的橡胶气囊壁厚约为2 mm,CR胶料采用层芯喷注工艺制备,预期生产出的橡胶气囊壁厚约为1.6 mm。

某型动车组空气弹簧金属部件使用寿命分析

研究了某型动车组用空气弹簧达到报废年限后其金属部件是否能够在现有技术要求下继续使用,通过对产品的结构、部件使用前后的性能对比、重新组装后的系统试验等,验证了金属部件性能的可靠性及稳定性,得出在一定程度上金属部件具备继续使用的价值,能够进一步提高金属部件的使用率。

高速列车空气弹簧的常见问题及处理措施

轨道列车的运行速度是衡量其发展水平的一项重要指标,列车速度越高相关的运行品质要求越高。其中,由转向架悬挂方式、特性及参数所决定的转向架动力学性能对列车的运行安全性、舒适性等参数具有重要影响。由于具备自振频率低、可调节刚度阻尼、吸振降噪能力良好以及使用寿命长等优点,空气弹簧越来越多地应用于高速列车转向架。

复杂活塞轮廓型线对约束膜式空气弹簧刚度的影响及分析

空气弹簧作为弹性元件,与传统螺旋弹簧和钢板弹簧相比具有更好的隔振、降噪特性。空气弹簧刚度是空气弹簧的主要性能参数,其主要影响因素是有效面积及其变化率,而空气弹簧的活塞轮廓外径及其变化趋势对有效面积及其变化率的影响显著;因此,活塞轮廓型线是影响空气弹簧性能的主要因素之一。建立了关于约束膜式空气弹簧刚度特性的数学模型,分析活塞轮廓型线对约束膜式空气弹簧刚度的影响。同时,基于气囊卷耳最低点处(窝折点)所在圆的直径即为有效直径这一理论,提出了一种对于任意复杂活塞轮廓曲线,表述空气弹簧位移在任意时刻、任意变化规律情况下对应活塞作用高度及其变化的方法。

管路型带附加气室空气弹簧的时域动态特性建模

空气弹簧是汽车空气悬架系统振动控制中的关键部件,时域动态特性是评价其隔振性能的重要指标。为研究管路型带附加气室空气弹簧的时域动态特性,设计并建立了具备充放气装置的空气弹簧动态特性测试的试验台,测试得到了空气弹簧在简谐激励和阶跃激励下的传递力响应。根据热力学原理,建立空气弹簧的集总参数模型,推导了空气弹簧系统动复刚度的频域模型;基于卷积定理,提出一种空气弹簧时域动态特性的解析计算方法。根据建立的时域模型,给出了空气弹簧模型参数的识别方法,并与实测值进行对比验证。结果表明,在简谐激励下,传递力的计算值与试验值误差小于5%。

中低速磁浮车辆空气弹簧动力学建模及其应用研究

建立合理的适用于中低速磁浮车辆的空气弹簧动力学模型是预测中低速磁浮车辆动力学性能的必要条件。基于振动力学与弹性力学基本原理,建立了中低速磁浮车辆空气弹簧系统非线性动力学模型,依据测试结果辨识了系统参数,试验验证了模型的准确性,并结合线路动态测试结果对比了线性模型与非线性模型的差异。结果表明:空气弹簧在±70 mm有效行程范围内,其垂向载荷‑内压‑位移之间呈三次函数关系,行程大于70 mm时,载荷‑位移呈线性关系;磁浮车辆空气弹簧横向刚度极大,可以分段线性近似表示;直线线路车辆速度大于30 km/h以及曲线线路半径小于100 m时,线性模型计算结果偏差较大,非线性模型计算精度显著高于等效线性模型。研究结果可为中低速磁浮车辆设计、动力性能预测提供理论依据。