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。

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。

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。

垫层及充气压对空气弹簧床垫硬度的影响

床垫的软硬度由床垫各层结构共同影响,空气弹簧作为新型支撑结构进行床垫设计的应用,与传统固定刚度弹簧层不同,其自身刚度可以通过充气压进行变化,为此研究在空气弹簧床垫中,床垫构造对整体软硬度的影响。通过床垫分层硬度以及综合刚度的测试,分析铺垫层材料种类、厚度以及空气弹簧的充气压对床垫的软硬度的影响。结果表明,铺垫层材料主要影响表层、芯层硬度;相同厚度和气压下,垫层变化对综合刚度变化影响较小。气压值的变化主要影响芯层、底层硬度以及综合刚度。垫层种类、厚度以及气压值三者均对空气弹簧床垫软硬度有影响,垫层厚度、充气压的变换对床垫软硬度影响显著,且二者之间的交互作用对空气弹簧床垫硬度变化存在影响。此外,空气弹簧底部的支撑材料床垫对床垫底层硬度也存在一定影响。10,30,50 mm 3种厚度中,30 mm厚的垫层最为合适,此时的空气弹簧层能够更好地提供支撑作用。空气弹簧在9~15 kPa区间内变化较15~21 kPa显著,但变化不稳定性也较大。在材料的选择上,乳胶海绵和较高密度海绵更适合作为垫层使用,材料组合搭配后能够凸显优点,使不同气压下床垫软硬度的变化更为均匀。

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。

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。

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。

空气弹簧技术在轨道车辆领域的运用、研究及展望

从空气弹簧应用特性的角度对其技术发展进行了梳理,分别总结了空气弹簧垂向性能、横向性能及扭转性能的技术特点,并对其在国内外动车组、磁浮列车与城轨车辆上的运用情况进行了介绍。针对空气弹簧相关理论研究,讨论了空气弹簧系统有限元模型、等效力学模型及气动力学模型。其中有限元模型适用于分析空气弹簧结构特性、材料特性与接触特性,等效力学模型适用于车辆动力学计算,气动力学模型适用于空气弹簧非线性动力学计算。基于当前空气弹簧理论研究与技术应用现状,探索了CFD与动网格技术在空气弹簧特性分析中的应用,使用有限体积法对空气弹簧内部三维湍流进行数值模拟。总结了不同控制方法在空气弹簧系统中的运用,探讨了智能监测技术在空气弹簧系统中运用的可能性,展望了空气弹簧系统在状态预测、故障预警、健康评估等技术领域的发展。

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%。

膜式空气弹簧帘子线铺设角-承载力映射模型研究

帘子线铺设角是空气弹簧橡胶气囊成型过程中的关键工艺参数,也是影响空气弹簧有效面积与承载特性的重要因素。采用层合板理论及气囊微元受力分析,引入橡胶气囊帘子线铺设角,构建了帘子线铺设角-有效面积、帘子线铺设角-承载力映射模型;基于MTS852.05软件搭建了空气弹簧膨胀外径、承载力测试装置,4×10~5~7×10~5 Pa气压内与46°~56°帘子线铺设角下的有效面积、承载力计算与试验结果最大相对误差分别为4.43%和9.18%,验证了帘子线铺设角-有效面积、帘子线铺设角-承载力映射模型的正确性与有效性,并阐明了帘子线铺设角对承载力的影响规律。研究结果为膜式空气弹簧制定气囊成型工艺与优化承载特性提供理论指导,也为查明多层复合回转结构类薄壁件帘子线层铺设角-力学特性之间的映射关系奠定理论基础。

基于Abaqus的汽车空气弹簧特性研究

以某汽车膜式空气弹簧作为研究对象,通过分析空气弹簧的结构及工作原理,并用Abaqus软件建立有限元分析模型。通过仿真计算得到空气弹簧的刚度特性,并探究影响其刚度的因素。通过仿真结果表明:在相同气压下膜式空气弹簧的帘线面积、间距和角度对静态特性影响较大,为空气弹簧的设计及开发提供研究基础。

空气弹簧系统状态监测试验平台设计

为了研究空气弹簧的运行压力和高度对空气悬架系统运行状态的影响,该文设计一种用于监测空气弹簧系统运行状态的试验平台。试验平台主要包括支撑系统、气动控制系统、数据采集系统和上位机控制系统。支撑系统主要由4个空气弹簧、导向元件和结构件组成;气动系统主要实现对4个空气弹簧进行充气、放气和保压,进而实现调节高度和减振的功能;数据采集系统将压力和高度变送器采集的4~20 mA电流信号经采集电路处理后发送到单片机的ADC模数转换接口,然后再通过单片机的串口发送到上位机,上位机使用MATLAB软件接收数据并显示。经调试测试,上位机可以正确接收试验平台的数据,能够实现对试验平台的监测功能。

一种基于电磁—空气弹簧的非线性 隔振器理论与实验研究

本文提出一种主要由空气弹簧和永磁体所组成的具有准零刚度特性的非线性隔振器.首先,通过分析空气弹簧和磁体的受力特性,建立隔振器力-位移关系和刚度-位移关系,揭示隔振器静态力学特性,并分析隔振器参数对系统刚度的影响规律.然后,采用谐波平衡法计算隔振器力传递率特性.结果表明,通过在适当范围内调节系统阻尼比或激励幅值,所提出的非线性隔振器在隔振频率范围内优于普通空气弹簧隔振器.最后,通过实验验证隔振器的隔振性能.该研究可为小振幅甚至微振动系统的振动隔离提供新的参考.

列车空气弹簧动态特性研究

为避免列车空气弹簧动态特性计算方法使用混乱问题,文章阐述了常见的空气弹簧动态特性计算方法以及所基于的等效模型,根据振动微分方程理论推导了空气弹簧动态特性的计算表达式。利用振动试验台对空气弹簧进行试验研究,基于三种计算方法对试验所得的不同频率的动态载荷—位移滞回曲线进行计算,分析计算所得的刚度、阻尼等。结果表明,复刚度法适用于高频(4Hz以上)和低频(1Hz以下)的动态特性计算,坐标法适用于低频(1Hz以下)的刚度计算,能量法适用于低频(1Hz以下)的刚度和不同频率下的阻尼计算。

复杂轮廓膜式空气弹簧非线性结构参数统一模型

结构参数是影响腹式空气弹簧力学性能的关键因素,复杂活塞轮廓的膜式空气弹簧具有结构参数复杂、力学性能非线性强及承载力随工作高度不断变化的特点。建立基于关键设计参量的复杂轮廓膜式空气弹簧非线性结构参数统一模型是设计阶段分析、优化空气弹簧力学特性的重要途径;针对具有直线与圆弧复合的复杂活塞轮廓的膜式空气弹簧结构参数建模问题、橡胶气囊外径随弹簧高度动态变化的问题和复杂活塞轮廓所带来的力学性能非线性问题等,以直线段轮廓内锥角、圆弧段轮廓半径为关键设计参量,建立了复杂活塞轮廓的膜式空气弹簧非线性结构参数统一模型,揭示了关键设计参量对结构参数、刚度的影响规律。结果表明:运用所建立的统一模型所预测的膜式空气弹簧结构参数与试验结果最大相对误差为10.98%,不同压强下静刚度相对误差均小于7%,承载力最大相对误差均小于9%,证明了结构参数统一模型的有效性;研究结果为活塞轮廓精细化设计及膜式空气弹簧的刚度、承载特性预测与优化提供了理论指导。