機車車輛油壓減震器設計畢業(yè)論文

1、摘要油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構強度和使用壽命，惡化運行品質(zhì)。油壓減振器其性能優(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。由于鐵路的提速和城市軌道交通的迅速發(fā)展，凸顯出對高性能液壓減振器的需求，但國內(nèi)生產(chǎn)的液壓減振器還不能滿足這種需求，這種狀況是由于減振器試驗設備落后造成的。因此，研

2、制高速列車減振器試驗臺就具有十分重要的實際意義，因此，有必要使用性能良好的減振器。故以實例對液壓減振器阻力特性進行了分析，提出了實現(xiàn)拉伸和壓縮對稱特性的措施。關鍵詞：機車車輛，油壓減振器，阻力特性，分析，參數(shù)目錄第1章前言. 1第2章油壓減振器分類. 2第3章油壓減振器阻力特性分析. 43.1液壓減振器阻力特性的計算. 43.1.1拉伸和壓縮時的阻力介紹.43.1.2單向流動減振器的拉伸和壓縮阻力.73.2影響減振器阻力特性的主要因素.93.2.1節(jié)流閥的結構和參數(shù).93.2.2結構參數(shù)對阻力特性的影響. 93.3液壓雙向流動減振器阻力特性分析. 123.3.1拉伸阻力特性.123.3.2壓縮

3、阻力特性. 133.4實現(xiàn)拉伸和壓縮對稱特性的措施. 13第4章新型油壓減振. 154.1主要技術參數(shù)及其基本結構.154.1.1主要技術參數(shù).154.1.2基本結構.164.2作用原理. 174.3減振器的特點. 184.4油壓減振器的阻尼特性與阻尼系數(shù).18第5章結論. 21參考文獻. 22致謝. 23第1章前言人類的交通史也是人類的發(fā)展史。展望新世紀，以輪軌系統(tǒng)為主體的我國高速及超告訴列車線路將形成縱橫全國的網(wǎng)絡。此外，在常速下常導型磁懸浮列車特別寧靜，毫無污染，而且投資小于地鐵，在未來城市交通中，將受到居民的熱烈歡迎。過去，由于列車運行的速度比較低，減振器的作用不太明顯，因此，人們對其

4、沒有給予足夠的重視，所應用的減振器性能比較低。如今，“高速重載”是鐵路營運的發(fā)展方向，隨著列車提速進程的加快，機車、車輛運營中出現(xiàn)了很多前所未有的問題，有的在更換減振器后，問題得到了解決。鑒于液壓減振器作為機車車輛走行機構的重要組成部件之一，其性能優(yōu)劣直接影響到機車車輛運行的穩(wěn)定性和安全性。因此，在機車車輛運行過程當中必須確保減振器能夠保持其性能的可靠性和穩(wěn)定性。所以對于油壓減振器的性能提高是刻不容緩的。故下面就油壓減振器阻力特性進行了分析，提出了實現(xiàn)拉伸和壓縮對稱特性的措施。以及新型油壓減振器主要技術參數(shù)、作用原理和結構特點的簡單介紹，并分析了油壓減振器的阻尼特性與阻尼系數(shù)的關系，并簡介了油

5、壓減振器應采用的新的試驗方法。1第2章油壓減振器分類從不同的角度出發(fā)，可以把液壓系統(tǒng)分成不同的形式。（1）按油液的循環(huán)方式，液壓系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)是指液壓泵從油箱吸油，油經(jīng)各種控制閥后，驅(qū)動液壓執(zhí)行元件，回油再經(jīng)過換向閥回油箱。這種系統(tǒng)結構較為簡單，可以發(fā)揮油箱的散熱、沉淀雜質(zhì)作用，但因油液常與空氣接觸，使空氣易于滲入系統(tǒng)，導致機構運動不平穩(wěn)等后果。開式系統(tǒng)油箱大，油泵自吸性能好。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的進油管直接與執(zhí)行元件的回油管相連，工作液體在系統(tǒng)的管路中進行封閉循環(huán)。其結構緊湊，與空氣接觸機會少，空氣不易滲入系統(tǒng)，故傳動較平穩(wěn)。工作機構的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵或馬達的變量機構

6、實現(xiàn)，避免了開式系統(tǒng)換向過程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失。但閉式系統(tǒng)較開式系統(tǒng)復雜，因無油箱，油液的散熱和過濾條件較差。為補償系統(tǒng)中的泄漏，通常需要一個小流量的補油泵和油箱。由于單桿雙作用油缸大小腔流量不等，在工作過程中會使功率利用下降，所以閉式系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般為液壓馬達。（2）按系統(tǒng)中液壓泵的數(shù)目，可分為單泵系統(tǒng)，雙泵系統(tǒng)和多泵系統(tǒng)。（3）按所用液壓泵形式的不同，可分為定量泵系統(tǒng)和變量泵系統(tǒng)。變量泵的優(yōu)點是在調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)，可以充分利用發(fā)動機的功率，但其結構和制造工藝復雜，成本高，可分為手動變量、盡可能控變量、伺服變量、壓力補償變量、恒壓變量、液壓變量等多種方式。（4）按向執(zhí)行元件供油方式

7、的不同，可分為串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)。串聯(lián)系統(tǒng)中，上一個執(zhí)行元件的回油即為下一個執(zhí)行元件的進油，每通過一個執(zhí)行元件壓力就要降低一次。在串聯(lián)系統(tǒng)中，當主泵向多路閥控制的各執(zhí)行元件供油時，只要液壓泵的出口壓力足夠，便可以實現(xiàn)各執(zhí)行元件的運動的復合。但由于執(zhí)行元件的壓力是疊加的，所以克服外載能力將隨執(zhí)行元件數(shù)量的增加而降低。并聯(lián)系統(tǒng)中，當一臺液壓泵向一組執(zhí)行元件供油時，進入各執(zhí)行元件的流量只是液壓泵輸出流量的一部分。流量的分配隨各件上外載荷的不同而變化，首先進入外載荷較小的執(zhí)行元件，只有當各執(zhí)行元件上外載荷相等時，才能實現(xiàn)同時動作。此外，還有新型油壓減振器，新型油壓減振器包括一系懸掛用垂向油壓減振器，二

8、系懸掛用垂向、橫向和抗蛇行油壓減振器，以及用于連接車體并驅(qū)動制動單元的耦合減振器。22全液壓傳動機械性能的優(yōu)劣，主要取決于液壓系統(tǒng)性能的好壞，包括所用元件質(zhì)量優(yōu)劣，基本回路是否恰當?shù)?。系統(tǒng)性能的好壞，除滿足使用功能要求外，應從液壓系統(tǒng)的效率、功率利用、調(diào)速范圍和微調(diào)特性、振動和噪聲以及系統(tǒng)的安裝和調(diào)試是否方便可靠等方面進行?，F(xiàn)代工程機械幾乎都采用了液壓系統(tǒng)，并且與電子系統(tǒng)、計算機控制技術結合，成為現(xiàn)代工程機械的重要組成部分。3第3章油壓減振器阻力特性分析3.1液壓減振器阻力特性的計算液壓減振器按照液流方向可以分為油液單向循環(huán)流動和雙向往復流動2種類型。它們的基本動作都是拉伸和壓縮。當活塞桿相對

9、于缸筒作拉伸和壓縮運動時，內(nèi)部的油液通過節(jié)流孔在流動的過程中產(chǎn)生阻力，耗散能量。3.1.1拉伸和壓縮時的阻力介紹減振器拉伸時，阻力計算簡圖如圖1所示。對活塞桿處液流截面和節(jié)流孔處截面利用利方程可推導更為明顯這表明垂向減振器安裝方式在減小車輛垂向振動的同時，更能有效地抑制車輛的橫向振動。圖3-1為安裝橫向減振器時車輛前后端平穩(wěn)性指標的變化情況。從計算結果來看,安裝橫向減振器時,當阻尼系數(shù)小于100kN·sm時，隨著阻尼系數(shù)的增大，車輛前后端的橫向平穩(wěn)性指標顯著下降，但垂向有所增大；當阻尼系數(shù)達到100kN·sm時，繼 續(xù)增加阻尼系數(shù)各觀察點的平穩(wěn)性指標變化不大。圖3-1安裝橫

10、向減振器時車輛平穩(wěn)性（a）前端；（b）后端表1是同時安裝橫向和垂向減振器的計算結果。當橫向和垂向阻尼系數(shù)達到50KN.S/M時,車輛的橫向和垂向平穩(wěn)性指標同時明顯下降。 表3-1同時安裝橫向和垂向減振器時平穩(wěn)性指標計算結果在車輛之間安裝適當?shù)臋M向和垂向減振器可明顯減小由線路不平順隨機激擾所引起的列車振動響應。不管是垂向還是橫向減振器都是在抑制車輛的橫向振動方面更有效果。當橫向和垂向減振器同時安裝時，垂向振動也可以得到較好的抑制。出拉伸阻力表達式為：式中：（1） 活塞上部液流的截面積；液體的重率 ；孔口流量系數(shù) ；節(jié)流孔面積；活塞運動速度。上式表示拉伸阻力與運動速度的平方成正比，與節(jié)流孔面積的平

11、方成反比。減振器壓縮時，計算簡圖如圖3-1-2（b）所示。與拉伸時的情況相仿，同樣由伯努利方程可得流經(jīng)節(jié)流孔1與2 的流量公式：（2） 壓縮阻力的計算公式為：（3）式中： 活塞桿截面積；節(jié)流孔2處流量系數(shù)； 節(jié)流孔2處節(jié)流面積。 比較式(3與式(1可見，如果拉伸和壓縮的節(jié)流孔面積相同，則式(3可表示為：（4）從上式可看出壓縮阻力大于拉伸阻力。拉伸和壓縮方向的阻力是不對稱的，對于雙向流動的減振器，要使拉伸和壓縮方向的阻力特性對稱，就必須分別設置拉伸和壓縮時的節(jié)流孔面積 。圖3-2(a拉伸時的計算簡圖(b壓縮時的計算簡圖3.1.2單向流動減振器的拉伸和壓縮阻力單向流動減振器的計算簡圖如圖3所示。與

12、前面的分析相似，經(jīng)過節(jié)流孔1的流量Q 為：式中：活塞運動速度； 活塞上部的油壓截面積。 拉伸阻力為：（5）當減振器壓縮時，活塞上的單向閥開啟，底閥上的單向閥關閉，P=P，此時經(jīng)過節(jié)流孔1 的流量為： 式中：活塞下部油壓的截面積；活塞桿的截面積。所以壓縮阻力為 ：（6）由式(5與式(6可知，當時，即當活塞桿的截面積等于壓力缸的截面積的一半時，阻力有對稱性。實際上，幾乎所有的單向流動減振器都具有拉壓對稱特性。 圖3-3單向流動減振器的計算減圖3.2影響減振器阻力特性的主要因素3.2.1節(jié)流閥的結構和參數(shù)不同類型的節(jié)流閥，其結構雖然各不相同，但基本參數(shù)主要都是初始節(jié)流孔、可變節(jié)流孔、彈簧的剛度和彈簧

13、的初壓縮力。3.2.2結構參數(shù)對阻力特性的影響1節(jié)流孔的面積變化對阻力特性的影響各種結構參數(shù)的影響最終表現(xiàn)在節(jié)流孔面積隨壓力的變化上，以下對圖3-2-1的節(jié)流閥考慮幾種特例進行分析。(1設彈簧的剛度非常小，且初壓縮力近于0，此時節(jié)流孔的面積為常數(shù)，即。由式(5知，拉伸阻力為： （7）其中，常數(shù)，即阻力與速度平方成正比。=0，彈簧初壓力為0，節(jié)流孔的面積與阻力成正比，即(2 設可動心閥上的節(jié)流孔，由式(I式(5知，拉伸阻力為： 即：（8），即阻力與速度的2次方成正比。其中，常數(shù)(3設初始節(jié)流孔=0，彈簧初壓力為0，若要求阻力與速度成正比，此時節(jié)流孔應隨壓力按某種規(guī)律變化,由式(5得：（9）則：；

14、即當阻力與節(jié)流孔的面積平方成正比時，C保持為常數(shù)，阻力具有線性特性。對以上3種情況，以柯尼O2A 一1612型減振器為例進行計算，壓力缸直徑為49mm，活塞桿直徑為34·7mm，節(jié)流系統(tǒng)如圖3-2所示，節(jié)流孔f o 的直徑為1mm，f的直徑為2mm，f=3.73=0.89的直徑為0.5mm(3孔,相應的最大節(jié)流孔的面積為,即。銘牌上要求當活塞速度為0.25ms時，阻力應為2500N,計算中取，由此可計算出阻力特性結果。圖3-5(a是節(jié)流孔的面積與阻力的關系曲線，圖3-5(b是阻力隨速度變化的特性曲線(圖3-6、圖3-7亦如此 。2初始節(jié)流孔對阻力特性的影響假定彈簧的剛度一定，但初壓縮

15、力很小，節(jié)流系統(tǒng)有一個初始節(jié)流孔,其面積為。同時有一個可變節(jié)流孔，其隨壓力大而成比例增大。以圖3-1的節(jié)流系統(tǒng)為例，當初始節(jié)流孔的直徑為1mm1.4mm 和1.8mm 時，相應的初始節(jié)流孔面積為0. 78和2.45、 1.45，彈簧的剛度設計成使減振器阻力達到2537N 時，節(jié)流孔面積達到3.73mm ，3種情況的阻力特性計算結果如圖3-4所示。由圖3-5可見，具有一定的初始節(jié) 流孔并配合適當剛度的彈簧，可以得到近似的線性特性。圖3-1 節(jié)流孔面積對阻尼特性的影響圖3-2初始節(jié)流對特性的影響3彈簧的初壓縮力對阻力的影響在上面的實例中，如果對于直徑1.4mm 的初始節(jié)流孔,令其彈簧有不同的初壓縮

16、力，則其特性如圖3-3所示?？梢姡欢ǖ某跏脊?jié)流孑L 和適當?shù)膹椈蓜偠?、適當?shù)膹椈沙鯄嚎s力相配合，同樣可以得到近似的線性特性 。圖3-3彈簧初壓力對阻尼特性的影響3.3液壓雙向流動減振器阻力特性分析對于雙向往復式液流的減振器，以迪斯潘減振器為例，對拉伸壓縮方向的阻力特性進行討論。3.3.1拉伸阻力特性對于迪斯潘這樣的雙向液流減振器，其拉伸特性的規(guī)律與單向液流減振器基本相同。由于活塞桿的直徑較小，其節(jié)流孔的面積要大得多。例如，對于活塞直徑為50mm、活塞桿直徑為22mm 的減振器，如果同樣要求在速度為0.25ms時具有2500N 的拉伸阻力,則按式(1計算，當初始節(jié)流孑L 面積 面積線性阻尼特性

17、。，N 時，總節(jié)流；彈簧的初壓縮力很小，且彈簧具有適當剛度，減振器具有近似3.3.2壓縮阻力特性當雙向液流減振器壓縮時，其阻力將同時產(chǎn)生于活塞上的節(jié)流孔和底閥上的節(jié)流孔，所以與拉伸特性有所不同。由式(4可知，如果活塞上拉伸和壓縮時的節(jié)流孔相同，則壓縮阻力肯定大于拉伸阻力，且壓縮阻力與拉伸阻力的不對稱率為 ：則當D=50mm，d=2m 時,拉伸和壓縮的不對稱特性如圖8 所示。圖3-4拉伸與壓縮阻力的不對稱性加大壓力缸的直徑，可以減小不對稱率。上例中若取D=70mm，d=5mm，則不對稱率可降為6.8。為實現(xiàn)拉壓方向的阻力對稱，可以從節(jié)流孔的設計上采取措施。3.4實現(xiàn)拉伸和壓縮對稱特性的措施根據(jù)前

18、面的分析可知，當初始節(jié)流孑L 一定時，實現(xiàn)拉伸和壓縮阻力特性基本對稱的措施之一是壓縮節(jié)流閥的彈簧剛度略小于拉伸節(jié)流閥的彈簧剛度。實現(xiàn)拉壓對稱的另一措施是取拉伸和壓縮節(jié)流閥的彈簧剛度相同，但在拉伸節(jié)流閥上設置一個比節(jié)流閥略大的彈簧初壓縮力，同樣可以得到拉伸和壓縮方向基本對稱的線性特性。通過對阻力特性和節(jié)流孔面積變化關系的討論得知, 可以根據(jù)節(jié)流孔面積變化的要求來設計彈簧的剛度。第4章新型油壓減振新型油壓減振器包括一系懸掛用垂向油壓減振器，二系懸掛用垂向、橫向和抗蛇行油壓減振器，以及用于連接車體并驅(qū)動制動單元的耦合減振器。這5種減振器的技術參數(shù)與以往的減振器的性能要求完全不同，測試方法也不一樣，尤

19、其是抗蛇行油壓減振器和耦合減振器，在國內(nèi)研制尚屑首次。4.1主要技術參數(shù)及其基本結構4.1.1主要技術參數(shù)附表 幾種減振器的技術參數(shù)5種減振器的主要技術參數(shù)見附表。4.1.2基本結構5種減振器的基本結構大體相同，主要區(qū)別是：(1 活塞的行程以及接頭的安裝尺寸不同；(2GS H 、GYAW 、G OH 3種水平布置的減振器多了橡膠囊；(3GY AW 、GOH 的節(jié)流閥與另外3種不同?；窘Y構見圖4-1、圖4-2，G S V 、GS H 、GYAW 圖略。1上接頭2橡膠球較3銷軸4防塵罩組成5活塞桿6防塵圈7壓蓋；8密封圈；9油封圈；10螺蓋；110型密封圈12密封圈13活塞14節(jié)流閥彈簧15調(diào)節(jié)

20、螺釘16壓縮閥（一）17壓縮閥（二）18回油閥片19回油閥座20底閥座21彈簧螺蓋22底閥座彈簧23底閥壓縮閥24油缸25儲油罐26液壓油27拉伸閥（一）28拉伸閥（二）29導承圖4-1一系垂向簡振器 1上接頭2橡膠球較3銷軸4防塵罩組成5活塞桿6防塵圈7壓蓋8密封圈9油封圈10螺蓋110型密封圈12密封圈13活塞14節(jié)流閥彈簧15調(diào)節(jié)螺釘16壓縮閥（一）17壓縮閥（二）18回油閥片19回油閥座20底閥座21彈簧螺蓋22底閥座彈簧23底閥壓縮閥24油缸25儲油罐26液壓油27拉伸閥（一）28拉伸閥（二）29卡環(huán)30緊固帶31橡膠氣囊32導承圖4-2耦合減振器4.2作用原理5種減振器的工作原理基

21、本一致，下面以一系垂向減振器為例來加以說明。當拉伸運動時，活塞I3向上移動，油缸24上部油壓上升通過拉伸閥27、28壓縮節(jié)流閥彈簧l4，使拉伸閥27、28下移閥口打開，油通過閥口流入下腔。產(chǎn)生阻力由于上部活塞桿5占有一定的油的體積，活塞上升時，下腔的油量不足。產(chǎn)生負壓使底閥座上的回油閥座l9上升,離開底閥座20，油從儲油缸通過回油閥座l9與底閥座20之間的開口進入油缸24下腔補充油量。當壓縮運動時，活塞l3向下移動，下部油壓上升一部分油通過壓縮閥16、17壓縮節(jié)流閥彈簧14，使壓縮閥l6、17向上移動，閥口打開，油通過閥口進入油缸上腔產(chǎn)生阻力另一部分油通過底閥壓縮閥23、壓縮底閥座彈簧22，使

22、底閥壓縮閥23下移，閥口打開，油通過閥口進入儲油缸25產(chǎn)生阻力。因此壓縮阻力是由壓縮閥16、17和底閥壓縮閥23共同產(chǎn)生的。GPV、GSV、GSH3種減振器，其節(jié)流閥口采用柱面開口節(jié)流形式；而GYAW 和GOH2種減振器其節(jié)流閥口采用環(huán)狀節(jié)流形式。4.3減振器的特點（1）減振節(jié)流系統(tǒng)在節(jié)流閥上采用了高應力節(jié)流彈簧。該彈簧采用特殊的材料和工藝處理，最大切r max 為107.8MP a。該節(jié)流系統(tǒng)可以方便地調(diào)節(jié)不同的阻尼特性，性能穩(wěn)定。工作可靠。（2）減振器油缸采用冷拔精密薄壁無縫鋼管制造，內(nèi)孔進行珩磨處理活塞與缸之間采用兩道由填充聚四氟乙烯材料制成的導向滑環(huán)。耐磨性能好（3）GY AW 和GO

23、 振器采用了環(huán)狀節(jié)流系統(tǒng)，動作靈活，卸荷性能良好。（4）減振密封系統(tǒng)采用了新研制的雙保險密封結構。采用此密封材料的油壓減振器已批量用于8G 型和SS 型電力機車上?；旧夏鼙ＷC油壓減振器在機車一個架修期內(nèi)不檢修(不因密封漏油使減振器失效 。（5GSH型、GYAW型和GOH 型橫向放置的油壓減振器采用了橡膠氣囊，取消了傳統(tǒng)的外油包結構，節(jié)省了安裝空間。（6所有減振器的上下連接均采用三辨式和套筒式橡膠彈性球鉸4.4油壓減振器的阻尼特性與阻尼系數(shù)油壓減振器的阻力與活塞振動速度有關，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 表示油壓

24、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-0.06ms0.07ms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、二系懸掛垂向設置、橫向設置、縱向設置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)過設計、計算和研究、試制，5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5種減振器的驗收標準是針對振動速度與相應的阻尼力，而言，GOH型減振器。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)GY AW 型減振器V=0.01ms的活塞速度，試驗臺滑塊行程要大于50mm，滑塊往復頻率必須小于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，其主要技術參數(shù)為：滑塊往復頻率3次分75次分(無級可調(diào)滑塊行程0rnm200mm(無級可