高速列車空氣彈簧壓力曲線的數(shù)值擬合

秦禮　張鋒珍　陳經(jīng)緯

摘要：文章根據(jù)空氣彈簧的動態(tài)特性試驗數(shù)據(jù)，通過曲線的一般方程，得到以載荷為自變量的關(guān)于空氣彈簧載荷-壓力的近似二次方程和五次方程，分別繪制了對應(yīng)的曲線，分析了二次方程與實際差異較大的原因。根據(jù)近似五次方程進行列車空氣彈簧的控制調(diào)試，調(diào)試結(jié)果良好，這對于控制高速列車制動風(fēng)管中的壓力帶來方便。

關(guān)鍵詞：高速列車；空氣彈簧；壓力曲線；數(shù)值擬合；動態(tài)特性試驗 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U270 文章編號：1009-2374（2017）05-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.074

現(xiàn)代軌道交通車輛不斷地朝著高速化、輕量化以及低噪聲方向發(fā)展?？諝鈴椈蓱覓煜到y(tǒng)具有許多螺旋彈簧不具備的優(yōu)點，因此干線高速鐵道車輛和城市軌道交通車輛均日益廣泛地采用空氣彈簧作為二系懸掛裝置。這主要有下面三個方面的原因：（1）空氣彈簧均有非線性特性，剛度可以選擇低值，降低了車輛的自振頻率；（2）能夠保持空、重車車體的自振頻率幾乎相等，在空、重車不同狀態(tài)的運行平穩(wěn)性接近；（3）空氣彈簧和高度閥并用時，可按照車體的不同載荷保證車輛底板距離軌面的高度不變。但是，空氣彈簧是與高度閥配合使用的，這樣才能顯示其優(yōu)越性，同時控制好空氣彈簧以及管路中的氣壓就顯得非常關(guān)鍵。若控制氣壓不夠好，空氣彈簧的優(yōu)越性就沒法顯示出來，同時車輛的舒適性也會下降。

1 空氣彈簧系統(tǒng)控制

空氣彈簧控制裝置的整個系統(tǒng)如圖1所示?？諝鈴椈伤枰膲毫諝庥闪熊囍苿又鞴芙?jīng)溢流閥、截斷塞門、進入貯風(fēng)缸，再經(jīng)高度閥進入枕梁，最后到達空氣彈簧。溢流閥能夠保證經(jīng)過閥體的風(fēng)壓不能大于某一設(shè)定值。同時，當(dāng)總風(fēng)缸管的壓力變低時，溢流閥的目的是優(yōu)先向制動系統(tǒng)供風(fēng)。截斷塞門是安裝在制動支管上，用于開通和關(guān)閉分配閥與列車管間壓力空氣通路的部件，正常作用時，總是處于開放位置，當(dāng)制動機發(fā)生故障時，為了截斷制動主管的壓縮空氣送風(fēng)通路，這時才將其關(guān)閉，停止該制動機工作。高度閥的主要作用及要求是維持車體在不同靜載荷作用均與軌面保持一定的高度；在直線上運行時，車輛在正常振動情況下不發(fā)生進、排氣作用；在車輛通過曲線時，如果車體傾斜程度超過規(guī)定的數(shù)值后，轉(zhuǎn)向架上的高度控制閥分別產(chǎn)生進、排氣的不同作用，從而減少車輛的傾斜。安全閥的主要作用就是保證氣室中的壓力不能超過限定值。由于氣室與空氣彈簧是連通的，安全閥同時也保證了空氣彈簧的內(nèi)壓。

2 空氣彈簧壓力曲線數(shù)值擬合

一般來說，空氣彈簧廠家會提供空簧壓力曲線，但是大多是通過描點得到的曲線。從空簧本身的特性來講，空氣彈簧壓力曲線應(yīng)該是光滑的一條曲線。理論上講，對空氣彈簧在不同載荷下測試的點越多，得到對應(yīng)載荷下的空氣彈簧內(nèi)壓值就越多，這些點反映的曲線就越準(zhǔn)確。但是，實際測量過程中，由于受到眾多因素的影響，測量值會有一定的誤差，最后這些點就會圍繞著理想曲線上下分布。由于空氣彈簧的剛度呈非線性變化且連續(xù)，要計算出空氣彈簧的實際載荷——壓力曲線非常困難，但通過數(shù)值計算擬合逼近實際曲線的效果非常好，胡芳等在研究客車空氣彈簧懸架過程中提出了用擬合的辦法確定空氣彈簧的變剛度。下面通過兩組試驗數(shù)據(jù)分別進行數(shù)值擬合，通過數(shù)值逼近的方法來研究某高速動車組轉(zhuǎn)向架空氣彈簧載荷——壓力特性：

第一組試驗數(shù)據(jù)中有3個測試點（表1），第二組試驗數(shù)據(jù)有5個測試點（表2）。

根據(jù)動態(tài)特性的特點，采用曲線的一般方程表示載荷——壓力曲線：

圖2為n=2的載荷——壓力曲線，圖中的曲線有明顯的下凹。測試點是三個點，且這三個點的間隔比較大，因為這樣得到的曲線才能夠較準(zhǔn)確地反映非線性的整體特性。但是，由于測量點的間隔比較大，對于空氣彈簧的區(qū)間特性反映得不夠準(zhǔn)確。圖3是n=5時的載荷——壓力曲線，其中該曲線對應(yīng)的方程中，各系數(shù)均保留小數(shù)點后10位，其原因是自變量的取值比較大時對于該方程影響比較大（特別是自變量的取值大于100時，對于實際空氣彈簧的影響非常明顯）。圖中曲線較好地反映了空氣彈簧的非線性特性，這與已經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)的成果比較吻合。在某動車組裝車后，按照n=2時的曲線控制空氣彈簧壓力，發(fā)現(xiàn)與實際載荷相差約0.2%，這是因為曲線下凹，即曲線反映的空氣彈簧內(nèi)壓偏小。按照n=5的曲線控制空氣彈簧壓力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與實際很吻合。如果將n的取值增大，實際效果的改善并不明顯。主要原因是實驗數(shù)據(jù)太多，采用太高的冪次一方面不會顯著提高精度，另一方面會使擬合剛度曲線光滑性變差，其實可能反映了過多的試驗數(shù)據(jù)量化誤差。

3 結(jié)語

（1）通過兩組實驗數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)進行歸納，推導(dǎo)出一般的方程，通過驗證的結(jié)果是令人滿意的；（2）分析了二次曲線與實際曲線偏差較大的原因，同時指出了五次曲線與實際曲線比較吻合的原因。

參考文獻

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作者簡介：秦禮（1965-），男，中車唐山機車車輛有限公司轉(zhuǎn)向架技術(shù)中心高級工程師，研究方向：軌道車輛轉(zhuǎn)向架技術(shù)管理；張鋒珍（1981-），男，中車唐山機車車輛有限公司轉(zhuǎn)向架技術(shù)中心工程師，碩士，研究方向：軌道車輛轉(zhuǎn)向架研發(fā)設(shè)計；陳經(jīng)緯（1984-），男，中車唐山機車車輛有限公司轉(zhuǎn)向架技術(shù)中心高級工程師，研究方向：軌道車輛轉(zhuǎn)向架研發(fā)設(shè)計。

（責(zé)任編輯：王 波）