抗蛇行油压减震器的检修工艺设计.docx

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抗蛇行油压减震器的检修工艺设计

课题：

抗蛇行油压减震器的检修工艺设计

摘要

根据抗蛇行油压减振器检修数据统计，在车辆运用到90万km时，抗蛇行油压减振器活塞杆约有20％在焊缝处出现裂纹。

北京动车客车段组织对损坏的抗蛇行油压减振器进行了拆检，发现故障主要是活塞杆焊接处裂纹导致了断裂。

拆检发现的主要问题汇总，抗蛇行油压减振器新品结构。

铝合金由于其熔点低、导热系数及热膨胀系数较大等特点,导致焊后的变形较大,在新一代长编组动车组生产过程中,我们发现抗蛇行减震器座和底架边梁内侧间隙一直存在过大。

抗蛇行油压减振器是悬挂系统重要的组成部件,其主要作用是在转向架构架和车体之间产生回转阻尼力,消耗两者之间的振动能量,从而起到抑制蛇行振动的作用。

近年来,列车不断提断,抗蛇行油压减振器自身结构参数和液压油的油液特性参数发生改变时,列车运行的稳定性会受到极大影响。

只有对抗蛇行油压减振器的结构参数和液压油的油液特性参数进行优化,才能满足人们对于机车车辆日益提高的舒适度的要求。

关键词：

抗蛇行油压减振器检修工艺

第一章油压减振器绪论

1.1油压减振器简述

铁道车辆系统的蛇行运动稳定性是轮轨系统本身的固有属性,是决定车辆能否高速运行的关键因素。

高速车辆必须具备高的蛇行失稳临界速度,否者将影响到其运行平稳性以及旅客的乘坐舒适性,甚至会引起列车脱轨等安全事故。

油压减振器是铁道机车车辆上的一个重要部件。

由于机车车辆的车轮与钢轨面之间是钢对钢的接触，因此，车轮表面的不规则和轨道的不平顺都直接经车轮传到悬挂部件上去 ，使机车车辆各部分高频和低频振动。

如果这种振动不经过减振器来衰减，就会降低机械部件的结构强度和使用寿命，恶化运行品质。

油压减振器其性能优劣直接影响到行车的安全性和舒适性。

尤其近年来我国铁路进入一个飞速发展时期，特别是在铁路跨越式发展政策的指引下，我国铁路将会进入一个全新的发展阶段。

由于铁路的提速和城市轨道交通的迅速发展，凸显出对高性能液压减振器的需求，但国内生产的液压减振器还不能满足这种需求，这种状况是由于减振器试验设备落后造成的。

因此，研制高速列车减振器试验台就具有十分重要的实际意义，因此，有必要使用性能良好的减振器。

1.2油压减振器分类

1.2.1按油液的循环方式

液压系统可分为开式系统和闭式系统。

开式系统是指液压泵从油箱吸油，油经各种控制阀后，驱动液压执行元件，回油再经过换向阀回油箱。

这种系统结构较为简单，可以发挥油箱的散热、沉淀杂质作用，但因油液常与空气接触，使空气易于渗入系统，导致机构运动不平稳等后果。

开式系统油箱大，油泵自吸性能好。

闭式系统中，液压泵的进油管直接与执行元件的回油管相连，工作液体在系统的管路中进行封闭循环。

其结构紧凑，与空气接触机会少，空气不易渗入系统，故传动较平稳。

工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现，避免了开式系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。

但闭式系统较开式系统复杂，因无油箱，油液的散热和过滤条件较差。

为补偿系统中的泄漏，通常需要一个小流量的补油泵和油箱。

由于单杆双作用油缸大小腔流量不等，在工作过程中会使功率利用下降，所以闭式系统中的执行元件一般为液压马达。

图1.1减振器端部的连接方式

1.2.2按系统中液压泵的数目不同

分为单泵系统，双泵系统和多泵系统。

1.2.3按所用液压泵形式的不同

分为定量泵系统和变量泵系统。

变量泵的优点是在调节范围之内，可以充分利用发动机的功率，但其结构和制造工艺复杂，成本高，可分为手动变量、尽可能控变量、伺服变量、压力补偿变量、恒压变量、液压变量等多种方式。

1.2.4按向执行元件供油方式的不同

分为串联系统和并联系统。

串联系统中，上一个执行元件的回油即为下一个执行元件的进油，每通过一个执行元件压力就要降低一次。

在串联系统中，当主泵向多路阀控制的各执行元件供油时，只要液压泵的出口压力足够，便可以实现各执行元件的运动的复合。

但由于执行元件的压力是叠加的，所以克服外载能力将随执行元件数量的增加而降低。

并联系统中，当一台液压泵向一组执行元件供油时，进入各执行元件的流量只是液压泵输出流量的一部分。

流量的分配随各件上外载荷的不同而变化，首先进入外载荷较小的执行元件，只有当各执行元件上外载荷相等时，才能实现同时动作。

此外，还有新型油压减振器，新型油压减振器包括一系悬挂用垂向油压减振器，二系悬挂用垂向、横向和抗蛇行油压减振器，振动加速度及平稳性指标合格,不产生异常振动,4个抗蛇行减振器必须保持工作正常。

机车速度与机车运行的平稳性密切相关,相同情况下,速度提高,平稳性指标向上限移动。

在速度为140kmh-1时,机车可以容忍2个抗蛇行减振器出现故障;在速度为160kmh-1时,若4个均失效,则车体横向振动非常剧烈,加速度为3.4ms-2,平稳性指标达到4.56,分别较正常情况下增加以及用于连接车体并驱动制动单元的耦合减振器全液压传动机械性能的优劣，主要取决于液压系统性能的好坏，包括所用元件质量优劣，基本回路是否恰当等。

系统性能的好坏，除满足使用功能要求外，应从液压系统的效率、功率利用、调速范围和微调特性、振动和噪声以及系统的安装和调试是否方便可靠等方面进行。

1.3液压减振器阻力特性的计算  

液压减振器按照液流方向可以分为油液单向循环流动和双向往复流动2种类型。

它们的基本动作都是拉伸和压缩。

当活塞杆相对于缸筒作拉伸和压缩运动时，内部的油液通过节流孔在流动的过程中产生阻力，耗散能量。

减振器拉伸时，对活塞杆处液流截面和节流孔处截面利用利方程可推导更为明显这表明垂向减振器安装方式在减小车辆垂向振动的同时，更能有效地抑制车辆的横向振动。

为安装横向减振器时车辆前后端平稳性指标的变化情况。

从计算结果来看,安装横向减振器时,当阻尼系数小于100kN·s／m时，随着阻尼系数的增大，车辆前后端的横向平稳性指标显著下降，但垂向有所增大；当阻尼系数达到100kN·s／m时，继续增加阻尼系数各观察点的平稳性指标变化不大。

1.4影响减振器阻力特性的主要因素  

（1）节流阀的结构和参数  

不同类型的节流阀，其结构虽然各不相同，但基本参数主要都是初始节流孔、可变节流孔、弹簧的刚度和弹簧的初压缩力。

（2）结构参数对阻力特性的影响，节流孔的面积 变化对阻力特性的影响各种结构参数的影响最终表现在节流孔面积随压力的变化上，以下对节流阀考虑几种特例进行分析。

当双向液流减振器压缩时，其阻力将同时产生于活塞上的节流孔和底阀上的节流孔，所以与拉伸特性有所不同。

由式（4）可知，如果活塞上拉伸和压缩时的节流孔相同，则压缩阻力肯定大于拉伸阻力，且压缩阻力与拉伸阻力的不对称率为：

第二章抗蛇行油压减震器

2.1抗蛇行减振器背景

高速转向架与普通转向架之间的一个明显的不同是,高速转向架都装有抗蛇行减振器,而普通转向架较少装配该件。

一般以160km/h速度为界,速度低于160km/h的转向架通常不用装抗蛇行减振器,而速度高于160km/h的转向架一般要装。

当然这也不是绝对的,对于某些三轴动力转向架,由于全轴距较长,二系悬挂也有摇头阻力矩存在,可能不需要装抗蛇行减振器。

是否装抗蛇行减振器要视具体情况而定。

20世纪90年代中期,英国铁路研究中心会同当时的ABB和ALSTOM对跨英吉利海峡海底隧道的高速卧车进行了一次动力学试验。

试验最高运行速度为250km/h,车辆稳定性很好,达到了设计要求。

然后,把抗蛇行减振器卸下来再试验,速度在160km/h左右车辆就开始失稳（蛇行运动）。

这说明抗蛇行减振器对高速列车来讲是十分重要的部件。

2.2抗蛇行减振器的特性

液压减振器的特性反映在3个主要参数上：

阻尼系数、卸荷力和串联刚度。

2.2.1阻尼系数

图2.1抗蛇行减振器特性

图3.1是2个典型的抗蛇行减振器的特性曲线。

它们的卸荷力都是7.2kN,但卸荷速度不一样,分别为0.0035m/s、0.035m/s,两者相差10倍。

因而它们

的阻尼系数值也相差10倍,分别为2057kNs/m、205.7kNs/m。

上述2种抗蛇行减振器在高速车上都有应用,如何选择取决于车辆设计参数和线路条件。

尽管两者的卸荷力相同,但是减振器支座的强度设计并不相同,因为支座的强度设计并不仅仅是考虑卸荷力的大小,还必须考虑疲劳强度。

2.2.2卸荷力

　　抗蛇行减振器的卸荷力要选择适当。

卸荷力太小,吸收的振动能量不够,无法抑制振动;卸荷力太大,转向架回转阻力矩加大,增加了曲线通过时脱轨的危险性。

一般都把抗蛇行减振器的卸荷力选择在10kN左右。

2.2.3串联刚度

工程实践中,减振器是通过端部的橡胶元件与车体或转向架上的支座相连。

橡胶元件、减振器支座以及液压油本身都有一定的弹性,所以在实际应用中,液压减振器是一个如图2所示的阻尼和刚度串联的组合部件。

这个刚度通常称为端部刚度或串联刚度。

因为一般减振器支座刚度很大,液压油的可压缩性也很小,所以串联刚度主要取决于橡胶元件的刚度。

2.3抗蛇行减振器的安装位置

抗蛇行减振器通常安装在靠近转向架横向中心线的位置,一端连在转向架构架上,另一端连在车体上（图3.2）。

在车辆限界许可的条件下,离转向架和车体的纵向中心线越远越好,以提高减振器对摇头振动的敏感性。

图2.2抗蛇行减振器的安装位置

2.4抗蛇行减振器安装高度的优化设计

车体的垂向加速度主要包括3个部分:

来自于刚体振动的浮沉和点头振动,以及来自于车体结构弹性的弯曲振动。

车体的一阶弯曲振动。

浮沉振动所产生的垂向加速度在车上各点都是一样的;由点头振动而产生的垂向加速度是车体两端为最大,车体中心为零。

而由车体一阶弯曲振动产生的垂向加速度则表现为车体中心和车体两端都很大,而在节点处为零。

抗蛇行减振器与车体弯曲振动车体的弯曲振动是通过车体与转向架的连接而受到激励的,抗蛇行减振器是其中重要的激励源之一。

当转向架产生纵向或点头振动时,抗蛇行减振器就有可能把振动力传送到车体上,形成弯曲力矩,激励起车体的弯曲振动。

也就是说抗蛇行减振器把转向架的振动耦合到了车体上。

弯曲力偶是力和力矩的乘积,这个力就是抗蛇行减振器的作用力,力矩是抗蛇行减振器和车体结构的弯曲中性轴之间的距离。

抗蛇行减振器安装高度将会影响传到车体上的力和力矩,也就是会影响车体的弯曲振动,所以需要进行优化设计,使得转向架的振动与车体弯曲振动之间的通过抗蛇行减振器传递的耦合降到最低。

优化设计的目标是减小车体中心的垂向加速度,现代高速车辆的一阶弯曲振动的频率大约为8Hz～10Hz,所以很容易从车体中心处测量到的垂向加速度的频谱曲线中辨认出来。

所谓的抗蛇行减振器安装最佳高度也就是车体中心所产生的垂向加速度最小时的高度。

有时计算所得到的安装最佳高度会与车辆限界发生矛盾,而不得不寻找妥协方案。

第三章油压减震器常见的故障维修方法

3.1油压减震器常见故障

为了使车架与车身的振动迅速衰减，改善汽车行驶的平顺性和舒适性，汽车悬架系统上一般都装有减震器，目前汽车上广泛采用的是双向作用筒式减震器。

影响汽车行驶的平稳性和其它机件的寿命，因此我们应使减震器经常处于良好的工作状态。

可用下列方法检验减震器的工作是否良好。

图3.1减震器结构图

使汽车在道路条件较差的路面上行驶10km后停车，用手摸减震器外壳，如果不够热，说明减震器内部无阻力，减震器不工作。

此时，可加入适当的润滑油，再进行试验，若外壳发热，则为减震器内部缺油，应加足油；否则，说明减震器失效。

用力按下保险杠，然后松开，如果汽车有2~3次跳跃，则说明减震器工作良好。

当汽车缓慢行驶而紧急制动时，若汽车振动比较剧烈，说明减震器有问题。

拆下减震器将其直立，并把下端连接环夹于台钳上，用力拉压减振杆数次，此时应有稳定的阻力，往上拉的阻力应大于向下压时的阻力，如阻力不稳定或无阻力，可能是减震器内部缺油或阀门零件损坏，应进行修复或更换零件。

　　在确定减震器有问题或失效后，应先查看减震器是否漏油或有陈旧性漏油的痕迹。

　　油封垫圈、密封垫圈破裂损坏，贮油缸盖螺母松动。

可能是油封、密封垫圈损坏失效，应更换新的密封件。

如果仍然不能消除漏油，应拉出减震器，若感到有发卡或轻重不一时，再进一步检查活塞与缸筒间的间隙是否过大，减震器活塞连杆有无弯曲，活塞连杆表面和缸筒是否有划伤或拉痕。

　　如果减震器没有漏油的现象，则应检查减震器连接销、连接杆、连接孔、橡胶衬套等是否有损坏、脱焊、破裂或脱落之处。

若上述检查正常，则应进一步分解减震器，检查活塞与缸筒间的配合间隙是否过大，缸筒有无拉伤，阀门密封是否良好，阀瓣与阀座贴合是否严密，以及减震器的伸张弹簧是否过软或折断，根据情况采取修磨或换件的办法修理。

　　另外，减震器在实际使用中会出现发出响声的故障，这主要是由于减震器与钢板弹簧、车架或轴相碰撞，胶垫损坏或脱落以及减震器防尘筒变形，油液不足等原因引起的，应查明原因，予以修理。

减震器在进行检查修复后应在专门试验台上进行工作性能试验，当阻力频率在100±1mm时，其伸张行程和压缩行程的阻力应符合规定。

如解放CAl091伸张行程最大阻力为2156~2646N，压缩行程最大阻力为392~588N；东风车伸张行程最大阻力为2450~3038N，压缩行程最大阻力为490~686N。

如果没有试验条件，我们还可以采用一种经验做法，即用一铁棒穿入减震器下端吊环内，用双脚踩住其两端，双手握住上吊环往复拉2~4次，当向上拉时阻力很大，向下压时不感到费力，而且拉伸的阻力与修理前相比有所恢复，无空程感，则表明减震器基本正常。

3.2油压减振器检修流程

图3.2油压减振器检修工艺流程图

车辆在段修时要对油压减振器分解检修，组装后进行阻力试验和漏泄试验。

减振器从车下拆下以后，应记录编号和所属车号。

铭牌丢失或钢印不清者，应重新编号，以免检修试验时混乱。

分解之前，最好先在试验台上试验，并记录示功图，根据示功图的形状，分析其内部有关零件的缺陷和检修时应注意的处所。

分解时，零件应成套放在一起，以免互相调换，造成配合不严密。

结论 

本文对抗蛇行油压减振器进行结构介绍,依据抗蛇行油压减振器的工作原理建立了其物理结构模型,并将油压减振器的F-S、F-v特性嵌入其物理结构模型中,进而建立抗蛇行油压减振器的参数化模型。

在机车的各种运行工况下,主要包括高速直线运行和低速曲线运行,将抗蛇行油压减振器的结构参数和油液参数考虑在减振器参数化建模中。

由于液压油的特性会受到油温、油压和油液中空气含量的影响,因此建模过程中这些因素也需进行考虑；对抗蛇行油压减振器的各项参数运用正交试验方法进行优化。

在车辆之间安装适当的横向和垂向减振器可明显减小由线路不平顺随机激扰所引起的列车振动响应。

不管是垂向还是横向减振器都是在抑制车辆的横向振动方面更有效果。

当横向和垂向减振器同时安装时，垂向振动也可以得到较好的抑制。

通过对多辆铝合金车体枕梁组成的跟踪分析,找到了问题的原因,应用刚性约束工装,并改进了焊接顺序,使减震器座与边梁间隙控制在2mm以下,满足了批量生产的需求,提高了底架的生产质量,为铝合金车底架的焊接积累了宝贵的经验。

新型油压减振器以及多功能减振器试验台的研制成功。

对我国机车用油压减振器的研制和开发起到了积极的促进作用。

特别是抗蛇形减振器和耦合减振器，其性能指标基本上达到了进口油压减振器的水平．为用国产抗蛇形减振器代替进口抗蛇形减振器打下了坚实的基础。

参考文献

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谢辞

毕业设计的结束意味着我这湖南铁路科技职业技术学院的学习生活即将画上句号！

回首往事，心潮难平，感触良多，但无论如何这些实实在在的经历，是我人生中宝贵的记忆。

在此要特别感谢求学过程给予我无限支持和帮助的老师朋友和亲人们。

感谢我的指导老师。

天下没有不散的宴席，虽然大三的生活多半时间还是呆在学校里，但是论文致谢语写就的那一刻也真正标志着我与这所学校就此别离了，没有伤感，更多的是遗憾，但是总归不如意事十有八九，过去的不能挽回，人应该大胆向前看，所以这段文字应该像它的标题一样充满感恩和致谢，感谢三年年来在我的成长道路上扶持过我，指点过我的人。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题论文到论文顺利完成，有多少可敬的老师同学朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意。