1、空氣彈簧的應用與發展趨勢2007-09-27 13:25:26作者：buslech來源：客年論壇 瀏覽次數：329文字大小：【去】【出】±簡介：1-空氣邨第簡介空氣彈貲是利用橡膠氣糞內部壓縮空氣的反力作為彈性恢復力的-種彈性元件。它具有如下特點：空氣彈簧 具有非線性持性，可將其特性曲線設計成理想形狀；空氣彈簧質量輕，內摩小，對高.關鍵字：辿m發展趨勢1. 空氣彈費簡介空氣彈簧是利用橡膠氣靈內部壓縮空氣的反力作為彈性恢復力的一種彈性元件。它具有如下特點：空氣彈簧具有非線性特性，可將 其特性曲線設計成理想形狀；空氣彈簧質量輕，內摩小，對高頻掘動有很好的隔振消聲能力；空氣彈簧的剛度和承載能

2、力可以通 過調節橡膠氣獗的內壓力來調整；空氣彈簧的制造工藝復雜,費用高。空氣彈簧按工作時的變形方式分為囊式、膜式和混合式三種. 如圖1、2、3所示.龜式空氣彈贊主婆依*橡膠氣癮的撓屈獲得彈性變形：膜式空氣彈贊主要依*林橡膠氣魅的卷曲獲得彈性變形; 混合式空氣彈簧則兼有以上兩種變形方式。腿式空氣彈簧根據橡膠氣龜曲數的不同分為單曲、雙曲和多曲變式空氣彈簧。膜式空氣弾i 簧的結構是在蓋板和底座之間放迓一圓柱形橡膠氣媒，通過氣囊撓hll變形實現整體伸縮。膜式空氣彈簧在其正常工作范圍內，彈簧剛 度變化要比毅式小，同時也可通過改變底座形狀的方法，控制貝:冇效面積變化率，以獲得比較理想的彈性特性。般式空氣彈

3、簧有效面 枳的變化率也比孤式彈簧小，因此，膜式空氣彈簧在輔助氣室較小的惜況下，也可得到絞低的自振頻率。根據橡膠氣獗止口與接口的 連接方式又可分為約束模式和自山模式空氣彈費。約束模式空氣彈費密封-般用螺栓夾緊密封：自由模式空氣孤i費采用氣馳內的壓力 h封。底晦女為深拉鋼板成型或輕質鑄鋼，并且表面鍍倂處理，減小氣涎與底朋z間的摩擦。圖1愛式空氣彈簧上h中何環圖2膜式空氣弾簧空氣彈贊誕生于19壯紀中期，早期用于機械設備減振。由于其眾第的優點，因而在現代公路和軌道交通車輛以及工業機械等領域獲 得了廣泛的應用。下而對空氣彈簧的應用分別介紹。2. 空氣彈簧在汽車上的應用1947年，美國首先在普爾曼車上使用

4、空氣彈簧,到1964年，德國生產的55種大中型公共汽車,有38種使用了空氣彈簧。目前, 空氣彈費在國外高速穹車和豪華城市客車上的使用率已達到100%,在中、重型貨乍以及掛車上也超過8能，如美國的borel,徳國的 man等。有些高級轎車上也選裝了空氣彈簧，如美國的林肯，徳國的奔馳600等。在一些特種車牠如對防振耍求爲的儀表車、救 護車及要求帶爲度調節的集裝箱運輸車上,空氣彈簧的應用更為廣泛。近年來空氣彈簧在商用汽車上使用發展較快常用的空氣彈簧 有如圖4、5、6、7所示四種。圖4筒狀空氣彈簧圖5變載而活塞型筒狀空氣艸簧l上酥板葉尬沖茨廠:h1 ?«*.' 一活驀：圖6 口筒式活

5、塞邊緣壓緊式簡狀空氣彈贊圖7雙環型空氣彈費我國在于2（）世紀50年代就對空氣彈簧進行了研究。1957年，長春汽;車研究所與化工部橡膠工業研究所合作制造川了我國第-匍裝 有空氣彈簧的的較匪汽車，相繼又設計制造了公共汽車用空氣彈贊。近年來，防著汽車技術的發展及國外空氣懸架的引進，小部分國 產高級旅游車開始采川進口空氣彈賞，如沈陽飛機制造廠、北方汽車制造廠、廈門金龍聯合汽車公司、亞星客車集團公司、丹東汽 車制造廠等生產的客車。近年來，隨著空氣彈贊應川的推廣，對空氣彈簧的研究和開發越來越得到重視。四方所研制了豪華客車用sys330型空氣彈簧。該空 氣彈贊為自由膜式空氣彈贊，itl上蓋板.膠獗 應急橡膠

6、描和底座（兼作附加氣室），采用壓力門密封方式密封。貴州而進橡膠股份 冇限公司對南斯拉夫桑諾斯，德國沃爾沃、凱斯抱爾等客車的橡膠空氣彈贊進行了研究。交通部重慶公路科研所研制d52603260膜式 空氣彈贊在實際便川中性能艮好，使用壽命達10萬公里以上，已在進口和國產車上大雖裝用。河南附氏縣橡膠廠研制的空氣彈贊川 于匈牙利的依卡露斯256型大型豪華客車上,運行10萬公里無質fit問題。株洲時代新材研制了 eq6111汽車空氣彈簧（圖8）,已 通過了 1力公里裝車運行試驗，還開發了用于廈門金龍客車的29s35000汽車空贊，并通過了 500力伙疲勞試驗.圖8 eq6111汽車空氣彈簧3. 空氣彈簧在

7、軌道交通上的應川空氣彈贊廣泛應用于快速列車.地鐵、輕軌和離懸浮列車等軌道車輛上。3. 1在快速列車上的應用20世紀70年代初，法國試驗型高速列車tgv001的y225型轉向架上,二系懸掛采用了日木住友生產的約束膜式空氣彈賞。80年 代初在tgvpse ±采用了康辿泰克公司生產的高柔性684m. 10b空氣彈費,保證了 tgv于1990年在創造世界紀錄的515km/h 速度時仍具有優良的運行平穩性。由于這種大曲雜式空氣彈熒（圖9在tgvpse上的成功應用，丁gv的所有其他系列如tgva.tgv2n. e lrostar （汰洲z星.t halys （歐洲國際聯運用.西班牙ave.韓國t

8、gv導都采用了該空氣彈簧。圖9 tgcpse上的空氣彈贊懸掛裝置德國試驗型高速列車ice使用了康迪泰克生產的高柔性7050n. 10型空氣彈簧（圖10）,曾于1987年創下了當時的世界紀錄406km/h。瑞典x2000型擺式列車上，其拖車轉向架二系懸掛由空氣彈卸上下搖枕和橡膠堆組成。空氣彈簧逬于車體與上搖枕 之間.其動車轉向架二系懸掛為無搖枕結構，空氣彈簧宜接座落在構架上。日本300系.400系.500系.500系.700系客車 均采用了空氣彈簧。300系客車轉向架上采用大槪向變位.小槌向剛度自由膜式空氣彈簧。圖10川于ice的康迪泰克空氣彈簧系統空氣彈賞標準工作高度為201mm,工作壓力為0

9、. 37mpa.有效直徑為500mm.最大橫向變位可達100 mnu 400系客車采用無搖枕 轉向架形式，也采用自由膜式空氣彈簧作二系懸掛。空氣彈賞標準工作高度為190 mm,工作壓力為0. 46mpa,氣誕小半徑為60 mm, 裝有板式可變節流閥，最大橫向變位可達100 mm。500系列試驗車空氣彈費采用自曲膜式結構，沏空氣沖贊間距2600 mm,有效 直徑為500mm.空氣彈贊標準工作島度為200 mm,工作壓力為0. 39 mpa.附加氣室容積70 7 00系主要采用了菲線性空氣沖 簧，便空氣彈簧在直線行車時較軟，在illi線行年時較碩，從整休上改善了乘坐舒適性。早在1958年我國試制的

10、雙層客車的轉向架上就開始使用空氣彈簧，這期間所應用的空氣彈簧基本上都是囊式空氣彈簧。在60年 代研制的kz2型客車轉向架上也采用了空氣彈簧懸掛，采用的是約束膜式空氣彈贊。經過不i析的研制和運用，近年來新型空氣 沖賞越來越多地應用于我國準高速、髙速列車轉向架上。在我國的準高速車牠cw2型轉向架上采用的空氣彈簧安裝在搖枕與托架之間，其橫向間距為】956 mm.利用搖枕內腔作為附加氣 室，空氣彈贊與附加氣室之間設可調節流閥。具有代農性的足sys600a型空氣彈簧（圖11）。圖1 sys600型空氣彈簧209hs轉向架的二系懸掛采川膜式空氣彈卸 其搖枕兼作附加氣室用。2 06kp型轉向架采用無搖枕動臺

11、結構，并采収了橡膠堆 彈性支承空氣彈賞系統,也設置了可變節流孔。具有代表性的是sys550c型空氣彈簧（圖。此外，sw200型和sw160型轉向 架采川sys550d型和sys600a型空氣沖贊，其結構特點與sys550c和sys600a型基本相同。住此基礎上，我國鄭武線200km/h 以t線正在試驗中,浦廠研制的pw200型轉向架上采用了新研制的大柔度的空氣彈簧及縱向牽引拉桿提高了車輛的平穩性。圖12 sys550型空氣彈簧3. 2在地鐵上的應用上海地恢無搖枕傳向架采川了高柔性自山膜式空氣沖贊（圖13）, h密封方式為螺釘密封利壓力自封相結合的方式。該空氣彈鷲 具有如f特點：橫向剛腹小并能適

12、應大的橫向變形；曲線通過時.空氣彈贊本身具有良好的橫向復原力特性；具有艮好的 扭轉特性和扭轉耐久性。圖13上海地鐵用空氣彈簧1 上孟板：2.扣環：3膠鷄4錐形橡膠堆33在輕軌列車上的應用城市輕軌電車行駛丁城市地面、地下或高架線路上，要求英噪聲低、減振性能好，并且有適應車輛載匝變化較大的能力，為此，空氣彈贊獲得了廣泛應用。四方廠研制了用于有軌電車的sys450型空氣彈贊（圖14）。該空氣彈費采用全壓力空氣自封密封方式，簡化了空熒結構；使用橡膠堆支承.改 善了車輛的橫向振動性能；采用可調阻尼節流閥，使車輛在各種線路狀態和運行速度卜均具有良好的振動性能.圖11輕軌列車用sys150型空氣彈黃1上蓋；

13、2 下座；3 橡 膠堆；4 一橡膠獺5 橡膠墊；6,可調阻尼節流閥3.4在磁懸浮列上的應用磁懸浮列車是一種新型的出地面接觸式交通方式,具冇超高速、低噪音、節能等優點，越來越受到重視,當然.空氣彈簧 的應用是非常關鍵的技術。20世紀80年代.日本、徳國等國家的磁懸浮列車技術已達到實用水平。而在國，該技術起 步于80年代，90年代進行了具有實用價值的試驗型磁懸浮列車的研制。四方所研制了 sys130a型、sys130b型磁懸浮 列車轉向架用膜式與抵式2種空氣彈簧(圖15)。該空氣彈簧中央懸掛的采用改善了磁浮列車的乘坐舒適性，為推動我國 磁浮列車的實際應用研究起到了積極作用。我國八達嶺旅游示范線磁懸

14、浮列車選用了美國neway公司生產的空氣彈贊。 該產品使用液體減振器.無附加氣室，減少了體積和重晁 空氣彈賞的應川改替了車輛的二系懸掛品質，提高了舒適性和 平穩性。圖15磁浮列車用空氣彈簧(a) sys130a 型:(b) sysi30b 型。1 上蓋:2橡膠囊,3.上壓板：4橡膠支承塊.5.下壓板:6,下座鋼簡;7橡膠堆4空氣彈簧在工業機械上的應用空氣彈簧在工業機械上廣泛應用于設備隔振，如在壓力機.空氣壓縮機、離心機.振動運鑰機、控制鋒、鑄造機械 和紡織機械、光學和激光儀器、集成電路、超粘密機床等粘密機械設備和粘密涎試設備上，在國外都得到了應用。隨 著社會的發展，人們對生活的耍求(包括對降低

15、振動和噪聲的干擾越來越髙,因此空氣彈簧隔振技術會越來越多, 其前呆十分廣闊。在機械隔振中.空氣艸貧般采用約束膜式和自ih膜式結構。空氣彈簧可應用于各種機械裝置中起 緩沖吸娠、控制運動或增壓作用。與具有同樣功能的氣缸或其他彈性元件相比，空氣彈簧結構簡單、工作可和*,不 需復雜的參數計算和結構設計,無密封池漏問題，使用維護方便,且壽命較長。沖壓加工中，如沖壓汽車車蓋、車門 等，均需采用必要的緩沖裝気 緩沖器在加工中耍承受較大的、周期性的沖擊負荷。英性能直接殄響產品的加工精度。 若采用空氣彈簧作為緩沖器(tm 16),可降低加工成本并保證加工稱丿匕 物料傳送卜 料箱由振動器駝動以便物料混合均勻，或使

16、物料流動以進入料箱中。振動會引起料箱支承部件疲勞乃至破壞，因此必須采用隔振裝說°若使用空氣彈 簧（圖17）則町提供較犬的靈活性，調節彈貪的充氣暈就可適應不同的工作負荷和高度要求，而不會影響隔振效果。圖16空氣彈簧緩沖器圖17空氣彈簧隔振器在造紙、紡織等行業中，紙張或布匹在卷繞過程中需要以較島的速度繞過很影傳送轆，因此傳送過程中需要恒定的張 緊力，以免紙張或布匹松馳、扭曲或破裂。在這種情況下應用空心卷餛一空氣弾噴紐合結構，可提供恒定的張力。而 且具有較強的承受沖擊負荷的能力.保護傳送裝置和傳送件不受損壞。空氣邨贅非常適用于高壓力、小行程工況.在 粘接工藝中，采用空氣彈簧可捉供均勻的壓力

17、，保證粘接質量。張文華等分析了空氣彈簧在鉆井液振動篩上的使用性 能，現場使用表明，空氣彈贊比鋼制壓縮彈贊的緩沖效果好，使用壽命長，可提離設備效率和延長設備使用壽命。韓 寶茂等將空氣彈贊應用于自動旋孟封瓶機旋箍皮帶調節裝迓中，改善并提奇了封瓶機在高速封瓶時的穩定性，改善r 封瓶質雖。蔣華良等將空氣彈簧應用于大型洗衣機上的隔振.提高了減振效果，降低了運行噪聲。薛曉紅等研制了一 種結構簡單且實川性好的空氣彈簧，應用于振動試驗設備中，取得了很好的隔振效果，如圖18所示。圖18空氣彈後在電動臺減抿的應川空氣彈贊的牲能優尸-般隔振器，自問世以來，在防微振領域的應用等到很快發展，在發達國家已普遍采用.并有系

18、 列化產殆供應。我國發展空氣彈貧隔掠技術起步早但發展慢，到八十年代初期，還沒有用于防微振的技術成熟的空氣 彈賞隔振皴置。1982年起中國電子工程設計院與遼寧減振器廠合作研制防微隔掘用空氣彈簧隔振裝胃。到1995年.已開發岀jykt系 列8個型號的產品，承載能力為6-200kn,廣泛用于冶金、機械、電子.光學.航天等領域的精密設備、儀器儀表 隔振，取得口好效果。同時，哈爾濱工業大學硏制的超秸密加工機床空氣彈贊圖 隔振系統也取得了較好的隔振 效果。青島橡膠工業研究所研制成功的<1>113空氣彈簧廣泛應用于粘密儀器的隔很領域。圖19超秸密機床用空氣彈簧結構1橡膠廳2襯墊3主氣室4輔助氣室

19、5阻尼孔5.空氣彈贊的發展趨勢5. 1我國軌道車輛用空氣彈贊的發展通過筋年的勞力和模索，我國軌道車輛用空氣彈簧的設計開發水平収得了巨大的突械，結構設計日趙先進合理，種類也日 益豐富，已廣泛應用于鐵路客車、地鐵、輕軌和動車組上。今后，隨著我國軌道車輛交通的不斷發展.空氣彈贊的研究和 開發應注意以下兒個方面的問題：（1）繼續深入研究和開發適用于無搖枕客車轉向架的空氣彈簧，尤其是加強300 km/h 及以上高速客車和高檔次城軌車輛用空氣彈贊的研究和開發：（2）提高空氣彈贊的設計利理論計算水平，通過引進國際上 流行的先進設計手段，利用現代非線性有限元理論提高分析計算的精度，（3）加強對建立空氣彈熒精確

20、動力學計算模型的 深入研究，真實反映空氣彈簧懸掛在車輛動力學計算中的作用，提高我國車輛動力學計算水平，充分發揮動力學計算在車 輛設計中的指導作用；（4）進行空氣彈贊主動控制系統的可行性研究，即由現有的高度閻機械控制系統向車載微機控制系 統轉變，提高控制的可林*性：（5）加強進口高檔次軌道車輛用空氣彈簧圈產化研究，便z達到歐洲同類產品的標準要求, 為整車國產化和國產車輛的制造提供可紐*的產品保證：（6）提高空氣彈贊的制造水平，降低制造成木，増強國產空氣彈 賞的市場競爭力。5. 2汽車用空氣彈贊的發展趨勢隨著我國高速公路的迅速發展，運輸雖的増加，要求汽車具有更好的操縱穩定性、平順性、安全性，空氣彈

21、費必將得到廣 泛應用。另外，隨著對重型載貨汽車對路面破壞機理的研究和認識進-步加深.以及政府對高速公路養護的豆視，空氣粥 簧在垂型車市場的應用也將進一步增加.同時，汽車控制系統的智能化程度越來越高，電控式空氣彈簧將成為末來發展的 必然趨勢。1、空氣懸架的特性1. 1空氣懸架的優點a）單位質量的儲能量高，它是評價彈性元件好壞的一個重要指標。空氣彈簧單位質量的儲 能量與缸體的工作壓力和氣體在標準狀態下的密度有關。在6.0mpal作壓力下的氮氣，其 質量能可達3. 3x105nm/go而鋼板彈費、螺旋彈贊、扭桿彈簧、橡膠彈贊的質量能分別 為 76-115nm/kgs 1 78-280nm/kg>

22、; 254-38onm/kg. 508-1 01 6nm/kgo 由ll匕可 見，氣體是彈性元件最合適的工作介質。b）具有變剛度特性，因而整個懸架系統可以得到較低的固有振動頻率。試驗表叨，空 氣懸架的固有頻率為125-1. 7hz,而板費懸架為2. 0-2. 7h乙 所以空氣懸架可大大 改善乘坐舒適性。c）其剛度是由氣體容積和壓力決定的。対于同一規格的氣囊，當改變內部壓力時， 可以得到不同的承載能力。因而同一種空氣彈簧町適應多種剛度或載荷的要求，因此經濟性 較好。d）能較好地緩和來白路面的振動，而減振器又能迅速抑制振動。試驗表明：當車速為 40km /h時，裝冇空氣是架的汽車車身的振幅比鋼板彈簧懸架降低近50%，而當車速增 至80km / h時,振幅nj降低近46 %。e）具有高吸振及低噪聲性能。空氣彈費以空氣為介質，與板簧相比，內摩擦極小， 因此工作時空氣是架兒乎沒冇噪聲，這對于高級大客車來說是特別冇利的。f）可顯著減小車身在轉向時的側傾角。試驗表明，當車速在24km/h以下時，空氣 懸架與板簧這兩種懸架的側傾角相同，當千速達到30km /h吋，空氣懸架的側傾角就可以 減小約30%。g）能通過午身高度調節閥來調節車身高度，從而保證車身高度不隨載荷變化而變化。當費載左右不均時，車身高度調節閥可以維持整車車身處于水平狀態。h）使用