空氣彈簧懸架系統(tǒng)的研究與開發(fā)

空氣彈簧懸架系統(tǒng)的研究與開發(fā)

空氣彈簧是利用橡膠囊內(nèi)空氣的反作用力作為彈性恢復(fù)力的彈性元件?？諝鈴椈梢云淞己玫臏p振和隔振性能而被廣泛應(yīng)用于汽車、鐵道車輛、艦船、航空、工業(yè)等領(lǐng)域的動(dòng)力機(jī)械、電子設(shè)備、儀器儀表、化工機(jī)械等設(shè)備?？諝鈴椈烧Q生于19世紀(jì)中葉,有專利記載,1847年JohnLewis就申請(qǐng)了空氣彈簧的發(fā)明專利。在空氣彈簧誕生后,很多人在空氣彈簧的密封性、結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、應(yīng)用上進(jìn)行了大量的研究?？諝鈴椈勺钤绫挥米饔熊夒娷噾壹艿臏p振元件,1910年GeorgeBancroft獲得了將空氣彈簧應(yīng)用于汽車懸架上的專利。而第一輛裝有空氣彈簧的汽車產(chǎn)品出現(xiàn)在1914年,是由發(fā)明家GeorgeWestinghouse設(shè)計(jì)制造的,但是由于橡膠制品還有缺陷,導(dǎo)致當(dāng)時(shí)的這些專利和產(chǎn)品沒有得到商業(yè)應(yīng)用。直到上個(gè)世紀(jì)中葉,隨著合成人造橡膠的出現(xiàn),才使空氣彈簧得到了真正的應(yīng)用。1953年通用汽車公司生產(chǎn)的豪華大客車使用了費(fèi)爾斯通(Firestone)公司提供的以空氣彈簧為主要減振元件的懸架系統(tǒng),使得空氣彈簧得到了飛速發(fā)展。在空氣彈簧得到商業(yè)上的推廣以后,空氣彈簧懸架系統(tǒng)的控制理論與方法成為研究重點(diǎn)。G.J.Stein利用前饋與反饋相結(jié)合的“天棚”控制理論,研究了座椅上假人的垂直振動(dòng)響應(yīng)并用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬;1984年福特汽車公司在ContinentalMarkVIII型汽車上成功地應(yīng)用了電子控制空氣彈簧懸架系統(tǒng),從此開始了空氣彈簧的智能控制時(shí)代。我國(guó)空氣彈簧的研究始于1957年,當(dāng)時(shí)只是局限于車輛用的空氣彈簧。上世紀(jì)80年代初長(zhǎng)春汽車研究所再次進(jìn)行了空氣彈簧懸架的研究,并為國(guó)內(nèi)幾家車輛廠設(shè)計(jì)了空氣彈簧懸架。進(jìn)入90年代,國(guó)內(nèi)相關(guān)研究所、各大汽車廠和一些大專院校陸續(xù)開始了空氣彈簧產(chǎn)品的研究與開發(fā),如同濟(jì)大學(xué)與安徽江淮汽車底盤股份有限公司等合作將5種客車底盤的鋼板彈簧懸架改型為以空氣彈簧懸架?？諝鈴椈沙龖?yīng)用在車輛上,還應(yīng)用在各類機(jī)車的座椅減振,航空航天精密儀器、儀表的減振,精密和超精密加工設(shè)備的隔振系統(tǒng)、超精密試驗(yàn)平臺(tái)的振動(dòng)控制上。2004年哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制出了有效承載面積大于50m2以空氣彈簧為隔振系統(tǒng)的超大型精密試驗(yàn)平臺(tái)。1空氣彈簧的結(jié)構(gòu)和性能1.1無擺動(dòng)固結(jié)空氣彈簧的應(yīng)用空氣彈簧是由橡膠氣囊、上蓋板、底座、輔助氣室、夾緊環(huán)、緩沖塊等組成,其內(nèi)部充滿壓縮氣體。其中橡膠氣囊是空氣彈簧的重要部件,一般由內(nèi)層橡膠(氣密層)、外層橡膠、簾線層和成形鋼絲圈硫化而成。根據(jù)橡膠氣囊工作時(shí)變形方式的不同,空氣彈簧主要有囊式空氣彈簧、膜式空氣彈簧和混合式空氣彈簧三種模式。囊式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的撓曲獲得彈性變形,可分為單曲、雙曲和多曲等形式。這類空氣彈簧使用壽命長(zhǎng),制造工藝比較簡(jiǎn)單,但其剛度大,振動(dòng)頻率高,不能滿足軌道車輛的舒適性要求。膜式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的卷曲獲得彈性變形,可分為約束膜式和自由膜式兩種。約束膜式空氣彈簧的彈性特性曲線容易通過約束裙(內(nèi)、外筒)的形狀來控制,但橡膠囊工作狀況復(fù)雜,耐久性較差。自由膜式空氣彈簧由于沒有約束橡膠囊變形的內(nèi)、外筒,可以減輕橡膠囊的磨耗,提高使用壽命。自由膜式空氣彈簧由于本身的高度較低,可以降低車輛底盤的高度,且其重量輕,剛度特性可以通過改變上蓋板邊緣的包角加以適當(dāng)調(diào)整,使彈簧具有良好的負(fù)載特性,故在無搖動(dòng)枕轉(zhuǎn)向架的中央懸架均采用此模式。膜式空氣彈簧在國(guó)內(nèi)外車輛上的應(yīng)用日益廣泛?；旌鲜娇諝鈴椈傻臍饽疑喜颗c囊式空氣彈簧氣囊上部基本相同,下部與膜式空氣彈簧氣囊類似,其運(yùn)動(dòng)時(shí)在活塞表面滾動(dòng)?；旌鲜娇諝鈴椈杉嬗心沂娇諝鈴椈膳c膜式空氣彈簧的特點(diǎn)。1.2空氣彈簧的特性空氣彈簧氣囊是由高質(zhì)量的彈性物構(gòu)成,一般工作內(nèi)壓為0.3~0.7MPa,適應(yīng)于-40~70℃的溫度變化,并能抗磷化物質(zhì)、酸堿溶劑和臭氧等的侵蝕。要求24h內(nèi)壓降不得超過0.02MPa。高強(qiáng)度纖維硫化于高質(zhì)量的膠層之間,形成空氣彈簧的骨架,特別柔軟且具有高度防破損能力,這使空氣彈簧主要具有以下特性:(1)空氣彈簧具有剛度隨氣囊壓力和輔助氣室容積以及底座形狀的變化而改變的特點(diǎn),因此可以根據(jù)需要將空氣彈簧設(shè)計(jì)成具有理想剛度特性的形式;(2)空氣彈簧具有非線性彈性特性,可以將其特性曲線設(shè)計(jì)成理想形狀,如車輛懸架裝置中最理想的反“S”形,即曲線的中間段具有比較低的剛度,而在較大的伸長(zhǎng)和壓縮行程時(shí)其剛度逐漸增加;(3)對(duì)于同一空氣彈簧,當(dāng)充氣壓力改變時(shí),可以得到不同的承載能力;(4)與金屬?gòu)椈杀容^,空氣彈簧節(jié)省了大量的彈簧鋼,且壽命較長(zhǎng);(5)空氣彈簧是以壓縮空氣為彈性元件,內(nèi)摩擦極小,對(duì)高頻振動(dòng)有很好的隔振、消聲能力;(6)空氣彈簧有制造工藝復(fù)雜、成本較高、密封要求嚴(yán)格等缺點(diǎn)。2橡膠氣流的設(shè)計(jì)橡膠氣囊基體由形變較大的橡膠材料和形變較小的錦綸或聚醋簾線等復(fù)合而成,力學(xué)性能十分復(fù)雜。研究表明:簾線的角度、粗細(xì)、排列密度和膠層厚度對(duì)橡膠氣囊的形變、內(nèi)部應(yīng)力和剛度影響較大,并且直接影響空氣彈簧的特性。另外,橡膠氣囊設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮氣囊與金屬連接件間的密封問題。因此,橡膠氣囊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料參數(shù)優(yōu)化需深入研究。空氣彈簧上的載荷主要是由簾線承受,簾線的材質(zhì)對(duì)空氣彈簧的耐壓性和耐久性起決定作用,因此通常采用高強(qiáng)度人造絲、維尼龍或卡普隆作為簾線。簾線的層數(shù)一般為2~4層,簾布層簾線與空氣囊的徑向成一定角度排列;內(nèi)層橡膠主要作用是密封,因此采用氣密性和耐油性較好的橡膠,而外層橡膠除了密封外還起保護(hù)作用,因此外層橡膠要考慮耐油性、抗太陽(yáng)輻射、抗老化和耐臭氧性,一般采用氯丁橡膠。2.1空氣彈簧橡膠膜的高強(qiáng)材料空氣彈簧膠囊的骨架簾線起承載、增強(qiáng)和定型等作用,在很大程度上決定著空氣彈簧的剛度、承載特性和使用壽命?？諝鈴椈赡z囊簾線材料經(jīng)歷了棉、人造絲、錦綸、聚酯和鋼絲等發(fā)展歷程。目前,空氣彈簧膠囊用骨架材料以錦綸和聚酯為主,但從發(fā)展趨勢(shì)來看,芳綸仍是較理想的骨架材料。通?？諝鈴椈赡z囊的骨架簾線層采用2層疊層纖維簾布層,第一層與第二層簾布層的簾線斜向排列。然而,雖然尼龍纖維與橡膠的黏合性優(yōu)異,但由于其伸長(zhǎng)率大,所以不能賦與橡膠膜充足的耐壓性。如果采用伸長(zhǎng)率小的芳綸纖維作為補(bǔ)強(qiáng)簾線,則會(huì)由于芳綸纖維與橡膠的黏合性差而導(dǎo)致橡膠與纖維之間產(chǎn)生剝離。另外,為了提高空氣彈簧橡膠膜的耐壓性,有增加補(bǔ)強(qiáng)纖維簾布層層數(shù),增加纖維簾線密度,用碳纖維簾線、鋼絲簾線和玻璃纖維簾線等高強(qiáng)度簾線替代有機(jī)纖維簾線的。但如果增加補(bǔ)強(qiáng)纖維簾布層層數(shù),則會(huì)增加橡膠膜的剛性,抗變形性提高,容易使空氣彈簧由于反復(fù)屈撓而產(chǎn)生疲勞,導(dǎo)致耐久性下降;如果纖維簾線密度增加,則不能確保纖維簾線相互間具有橡膠,容易產(chǎn)生層間剝離;如果采用高強(qiáng)度簾線,則作為空氣彈簧補(bǔ)強(qiáng)的伸長(zhǎng)率不足,缺乏耐屈撓性,且存在成本高等問題。因此,希望采用普通的補(bǔ)強(qiáng)纖維簾線結(jié)構(gòu)來改善空氣彈簧橡膠膜的耐壓性、耐屈撓性、橡膠與纖維間的耐剝離性、耐疲勞性和耐久性。為了解決上述問題,日本專利通過采用聚酮纖維簾線或聚酮纖維復(fù)合纖維簾線[聚酮復(fù)合簾線可以是聚酮纖維與其它纖維(最好是尼龍纖維)構(gòu)成的復(fù)合簾線。另外,在復(fù)合纖維簾線中,相對(duì)于聚酮纖維和其它纖維的總纖度,聚酮纖維所占的比例最好是34%以上。復(fù)合簾線的復(fù)捻系數(shù)為1500以上]作為空氣彈簧橡膠膜的補(bǔ)強(qiáng)材料,研制成功了一種能顯著提高耐壓性、耐屈撓性、橡膠與纖維間的耐剝離性、耐疲勞性和耐久性的空氣彈簧。因?yàn)榫弁w維與橡膠的黏合性好,而且伸長(zhǎng)率小,所以通過用聚酮纖維作為空氣彈簧橡膠膜的纖維補(bǔ)強(qiáng)材料可提高空氣彈簧橡膠膜的耐壓性、耐屈撓性、橡膠與纖維間的耐剝離性、耐疲勞性和耐久性。2.2膠料的質(zhì)量條件傳統(tǒng)橡膠空氣彈簧曲囊的內(nèi)層、簾布層和外層均采用天然橡膠,無法保證空氣彈簧的特殊性能要求;活性劑采用的是普通氧化鋅,黏合劑使用普通的樹脂類,會(huì)導(dǎo)致膠料的各種物理性能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。傳統(tǒng)的曲囊由于原材料配方的問題,內(nèi)層無法確保氣密性,簾布層黏合強(qiáng)度低,容易出現(xiàn)彈簧體脫層現(xiàn)象;外層抗屈撓性能、抗老化性能和耐候性能較差,長(zhǎng)期使用會(huì)出現(xiàn)龜裂。采用納米活性碳酸鈣可更好地提高制品的沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、彎曲強(qiáng)度和硬度等力學(xué)性能,從而可確保曲囊在各種外力變化的情況下仍具有較高的性能。2.2.1抗裂口增長(zhǎng)性能氣囊內(nèi)層膠要求其氣密性、耐彎曲疲勞性,與簾布的黏合性、彈性好,且永久變形較小,因此配方設(shè)計(jì)時(shí)生膠選用天然膠和丁基膠并用,防老體系以抗動(dòng)態(tài)疲勞老化優(yōu)異的胺類防老劑4010NA為主,配合使用防老劑BLE提高抗裂口增長(zhǎng)性能。補(bǔ)強(qiáng)填充體系以N220為主配合使用N660提高彈性,降低膠料的永久變形,提高抗撕裂強(qiáng)度。2.2.2防老劑用量不影響膠料的其它性能外層膠要耐天候老化性能好,抗撕裂強(qiáng)度高,耐彎曲疲勞性好,有一定的耐磨性和抗刺穿性。通常,氯丁橡膠(CR)耐熱性高,歷來用作空氣彈簧用膠料的橡膠成分,但為了進(jìn)一步提高耐熱性,一般是增加CR膠料中的防老劑或不添加硫黃而添加硫化促進(jìn)劑進(jìn)行硫化。然而,如果在CR膠料中增加防老劑用量,雖然可以提高硫化膠的耐熱性,但會(huì)導(dǎo)致耐疲勞性下降。另外,在不采用硫黃作為硫化劑而添加硫化促進(jìn)劑進(jìn)行硫化時(shí),仍然是提高了硫化膠的耐熱性,但耐疲勞性下降,加之抗焦燒性下降,膠料會(huì)處于加工穩(wěn)定性惡化的傾向,特別是在上述無硫黃的硫化體系中,即便在未硫化狀態(tài)下膠料也容易焦燒,使未硫化膠的儲(chǔ)存穩(wěn)定性惡化。這樣,提高硫化膠的耐熱性與提高耐疲勞性就處于進(jìn)退兩難的境地。為了獲得既可保持硫化后的橡膠加工穩(wěn)定性良好,又可很好地平衡耐熱性和耐疲勞性的空氣彈簧用膠料,日本專利提出以氯丁橡膠或氯丁橡膠與二烯系橡膠的并用膠為主要成分的空氣彈簧用膠料。這種空氣彈簧用膠料的主要特征是配合有30~80份炭黑、0.5~2份馬來酰亞胺和0.5~2份咪唑化合物。該專利的實(shí)驗(yàn)配方與對(duì)比配方的試驗(yàn)結(jié)果見表1。2.2.3其它橡膠的配合使用空氣彈簧簾線掛膠應(yīng)有較高的扯斷強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度,同時(shí)要有較高的黏合強(qiáng)度和較小的永久變形。有專利提出主要成分為異戊二烯橡膠,輔以丁二烯橡膠,還配合有6~13重量份芳香族胺類防老劑的簾線掛膠配方。據(jù)稱,這種配方可抑制補(bǔ)強(qiáng)層產(chǎn)生龜裂。另外,通過用氯丁橡膠等耐臭氧性和耐熱性優(yōu)異的橡膠作為內(nèi)層膠和外層膠,可以提高空氣彈簧的整體耐久性。專利指出,簾線掛膠配合6~13重量份芳香族胺類防老劑較好,配合7~12份效果更佳。如果配合量不到上述使用范圍,則提高耐疲勞性的效果小,如果超過使用范圍,則硫化膠的強(qiáng)度下降。作為橡膠,采用了異戊二烯系橡膠與丁二烯橡膠的并用膠。異戊二烯系橡膠與丁二烯橡膠的并用膠與芳香族胺類防老劑配合可獲得相乘效果。異戊二烯系橡膠和丁二烯橡膠的配合量分別為65~85重量份和35~15重量份較理想,為70~80重量份和30~20重量份更好。異戊二烯系橡膠除可以采用合成異戊二烯橡膠外,也可以采用天然橡膠,還可以并用。但從橡膠中的雜質(zhì)影響耐疲勞性方面考慮,最好采用合成異戊二烯橡膠。如果采用順式1,4結(jié)構(gòu)含量為90%以上的高順式丁二烯橡膠,則可以提高硫化膠的加工性能和耐疲勞性能。如果采用順式1,4結(jié)構(gòu)含量為95%以上的更好。簾線掛膠配方和硫化膠物理性能試驗(yàn)結(jié)果見表2。近年來,隨著空氣彈簧應(yīng)用的推廣,我國(guó)對(duì)空氣彈簧的研究和開發(fā)越來越得到重視。重慶公路研究所研制的D5-2603260膜式空氣彈簧在實(shí)際使用中性能良好,使用壽命達(dá)到10萬km以上;河南尉氏縣橡膠廠研制的空氣彈簧用于匈牙利的依卡露斯256型大型豪華客車上,運(yùn)行10萬km無質(zhì)量問題;株州時(shí)代新材料研制了EQ6111汽車空氣彈簧,已通過了1萬km裝車運(yùn)行試驗(yàn),還開發(fā)了用于廈門金龍客車的29S-35000汽車空氣彈簧,通過了500萬次疲勞試驗(yàn)。3空氣彈簧的應(yīng)用3.1汽車空氣懸架汽車懸架系統(tǒng)的作用是將輪胎所承受的各種力和力矩傳遞給車架和車身,并能吸收、緩和路面?zhèn)鱽淼恼駝?dòng)和沖擊,減少駕駛室內(nèi)的噪聲,提高乘客的舒適性以及保持汽車良好的操作性和平穩(wěn)的行駛性。不論是采用空氣彈簧懸架還是鋼板彈簧懸架,都是為了達(dá)到這個(gè)目的。但是鋼板彈簧懸架如果設(shè)計(jì)不當(dāng)也可能會(huì)增加振動(dòng)。如經(jīng)過路面接縫產(chǎn)生的小跳動(dòng),就可能引起鋼板彈簧懸架共振,從而產(chǎn)生巨大的破壞性振動(dòng)力傳給車輛,很容易想象這些振動(dòng)力對(duì)車輛的影響。拋開車輛和乘客所受的影響不說,連續(xù)振動(dòng)會(huì)磨損導(dǎo)線,震裂燈泡和儀表,使電氣系統(tǒng)接線松脫,損壞空調(diào)系統(tǒng),使車身焊縫疲勞,甚至導(dǎo)致整車結(jié)構(gòu)松散,增加車內(nèi)的噪聲。安裝空氣彈簧懸架能隔離不平路面產(chǎn)生的破壞性沖擊負(fù)荷(目前我國(guó)的道路情況經(jīng)常有這種現(xiàn)象發(fā)生),具有很好的緩沖性能,因而可以延長(zhǎng)汽車的使用壽命,同時(shí)也減少了對(duì)一些零部件造成的損害,如門的密封、門鎖、鉸鏈、導(dǎo)線、空調(diào)等?？諝鈴椈蓱壹芟到y(tǒng)在消除汽車振動(dòng)、提高行駛平順性和乘坐舒適性等方面是鋼板彈簧懸架所無法比擬的?？諝鈴椈杀蠕摪鍙椈?或螺旋彈簧)的自振頻率低,這是滿足乘坐舒適性要求所必需的。滿載車輛在以公路速度行駛時(shí),機(jī)械彈簧比空氣彈簧的吸振效果至少要差50%?？諝鈴椈蛇\(yùn)動(dòng)性能的特點(diǎn)決定了汽車空氣懸架具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)空氣懸架為剛度可變的非線性懸架。當(dāng)簧載質(zhì)量變化時(shí),剛度隨之變化,以保持空載和滿載時(shí)車身高度相同,懸架固有頻率基本不變?？筛鶕?jù)需要選擇不同的氣囊工作高度,獲得理想的固有頻率,從而得到良好的行駛平順性。(2)空氣懸架質(zhì)量輕,彈簧剛度低,高速行駛時(shí),輪胎與地面的附著能力強(qiáng),制動(dòng)距離短;轉(zhuǎn)向時(shí),過多轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向傾向減小,轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性強(qiáng),提高了整車的操縱穩(wěn)定性。(3)空氣彈簧內(nèi)的空氣壓力直接反映了簧載質(zhì)量,可取空氣壓力作為信號(hào),通過控制制動(dòng)缸內(nèi)的氣壓來控制制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力,更好地保證行駛安全性。(4)可通過給空氣彈簧氣囊充氣或放氣來調(diào)節(jié)車身高度。在平坦的路面上,降低車身高度,保持空氣阻力系數(shù)為最佳值,可以減小油耗或在功率不變的情況下獲得最大車速。在崎嶇不平的道路上,為了通過障礙物,可以提高車身高度。(5)減少整車的振動(dòng)噪聲,提高汽車零部件使用壽命。由于汽車空氣懸架具有以上諸多優(yōu)點(diǎn),所以在國(guó)外高速客車和豪華城市客車上的空氣懸架使用率已達(dá)到100%,在中、重型貨車以及掛車上超過了80%。3.2中國(guó)軌道車輛空氣彈簧的應(yīng)用20世紀(jì)70年代,法國(guó)試驗(yàn)型高速列車TG-001的Y225型轉(zhuǎn)向架上二系懸架采用了日本住友公司生產(chǎn)的約束膜式空氣彈簧;80年代初在TGV-PSE上采用了康迪泰克公司生產(chǎn)的高柔性684N4.10B空氣彈簧,保證了TGV于1990年在每小時(shí)515km創(chuàng)世界紀(jì)錄速度時(shí)仍具有優(yōu)良的運(yùn)行平穩(wěn)性。20世紀(jì)90年代后期,我國(guó)鐵路進(jìn)入高速化和全面提速時(shí)期,在提速和高速車以及動(dòng)車組上廣泛采用了空氣彈簧,使空氣彈簧在我國(guó)軌道車輛上的應(yīng)用進(jìn)入了新的階段。在我國(guó)準(zhǔn)高速車輛CW-2型轉(zhuǎn)向架上采用空氣彈簧,其安裝在搖枕和托梁之間,橫向間距為1956mm,利用搖枕內(nèi)腔作為附加空氣室,空氣彈簧與附加空氣室之間設(shè)可調(diào)節(jié)流閥。209HS轉(zhuǎn)向架的二系懸架采用膜式空氣彈簧,搖枕兼作附加空氣室。206KP型準(zhǔn)高速客車轉(zhuǎn)向架采用了SF500型系列空氣彈簧。其特點(diǎn)是采用了橡膠堆彈性支承系統(tǒng)和可變節(jié)流孔裝置,故有較好的橫向特性。在此基礎(chǔ)上,我國(guó)鄭武線200km/h以上正線試驗(yàn)中,浦鎮(zhèn)車輛廠研制的PW-200型轉(zhuǎn)向架上采用了新型的大柔度SYS600F型空氣彈簧,提高了車輛的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性。3.3空氣彈簧的改進(jìn)上海地鐵無搖枕轉(zhuǎn)向架采用了高柔性自由膜式空氣彈簧,其密封方式為螺釘密封與壓力自封結(jié)合的方式。該空氣彈簧具有如下特點(diǎn):(1)橫向剛度小并能適應(yīng)大的橫向變形;(2)曲線行駛時(shí),空氣彈簧本身具有良好的橫向復(fù)原特性;(3)具有良好的扭轉(zhuǎn)特性和扭轉(zhuǎn)耐久性。對(duì)于無搖枕轉(zhuǎn)向架,車體重量直接放在空氣彈簧之上,因此,對(duì)空氣彈簧的彈性特性,尤其是橫向特性提出了很高的要求。無搖枕轉(zhuǎn)向架用空氣彈簧應(yīng)具有可靠的縱向大變位能力,通常要求達(dá)到±120mm;另一方面,無搖枕轉(zhuǎn)向架用空氣彈簧還應(yīng)具有較小的垂向和橫向剛度,以進(jìn)一步改善車輛的乘坐舒適性。為此,在無搖枕轉(zhuǎn)向架用空氣彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行了如下改進(jìn):(1)加大上蓋與橡膠囊之間的接觸面長(zhǎng)度;(2)通過采用大橡膠囊來增加空氣彈簧的本體容積;(3)盡可能增加橡膠堆彈性支承的高度;(4)采用柔軟的彈性支承;(5)在空氣彈簧內(nèi)部設(shè)置高強(qiáng)度、低摩擦因數(shù)的摩擦塊。以上改進(jìn)在近幾年來對(duì)無搖枕轉(zhuǎn)向架用空氣彈簧的開發(fā)過程中均有不同程度的體現(xiàn)。如用于CW-200型無搖枕轉(zhuǎn)向架的SYS580型空氣彈簧和用于北京地鐵V車轉(zhuǎn)向架的SYS540型空氣彈簧等。3.4空氣彈簧和橡膠元件現(xiàn)代有軌電車具有可以在路面直接換乘,小單元頻繁發(fā)車,節(jié)約能源且無污染,造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn),適用于中等運(yùn)量的城市交通客運(yùn)系統(tǒng)。有軌電車行駛于城市地面、地下或高架線路上,要求其噪聲低,減振性能好,并且有適應(yīng)車輛載重變化較大的能力,為此,空氣彈簧和橡膠元件獲得了廣泛應(yīng)用。為了配合現(xiàn)代有軌電車項(xiàng)目,鐵道部四方車輛研究所研制了可用于有軌電車轉(zhuǎn)向架的SYS450型空氣彈簧。該空氣彈簧采用全壓力空氣自封密封方式,簡(jiǎn)化了空氣彈簧結(jié)構(gòu);使用橡膠堆支承,改善了車輛的橫向振動(dòng)性能;采用可調(diào)阻尼節(jié)流閥,使車輛在各種線路狀態(tài)和運(yùn)行速度下均具有良好的振動(dòng)性能。在城軌車輛領(lǐng)域,我國(guó)目前生產(chǎn)的所有地鐵車及輕軌車的中央懸架均采用了空氣彈簧。3.5空氣彈簧的使用磁懸浮列車是一種新型的非地面接觸式交通方式,具有超高速、低噪聲、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),越來越受到重視?？諝鈴椈稍诖艖腋×熊嚿系膽?yīng)用是關(guān)鍵技術(shù)。磁懸浮列車上一般采用的是自由膜式空氣彈簧,因?yàn)樗膭偠容^小,能夠滿足磁懸浮列車在高速運(yùn)行時(shí)的懸架需要。作為磁懸浮列車轉(zhuǎn)向架上重要的懸架部件之一,空氣懸架系統(tǒng)的性能直接關(guān)系到車輛的運(yùn)行質(zhì)量,因此各個(gè)國(guó)家對(duì)空氣懸架結(jié)構(gòu)的研究都投入了很大力度。日本的hsst05系列磁懸浮列車就采用了并排使用一個(gè)囊式空氣彈簧和一個(gè)膜式空氣彈簧的結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)兼具了囊式空氣彈簧較大的橫向剛度和膜式空氣彈簧較小的垂向剛度,但是帶來的后果是使轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)變得很龐大。還有一種結(jié)構(gòu)是在空氣彈簧內(nèi)部增加一個(gè)垂向的柱塞,使得空氣彈簧只能沿著柱塞作垂向運(yùn)動(dòng)而不會(huì)橫向偏移,這種結(jié)構(gòu)減少了氣囊的有效容積,嚴(yán)重影響了空氣彈簧的垂向特性,也沒能得到推廣?，F(xiàn)在國(guó)際上采用比較多的是使用抗側(cè)滾橫向扭桿裝置來彌補(bǔ)膜式空氣彈簧的側(cè)向剛度不足。20世紀(jì)80年代,日本、德國(guó)等國(guó)家的磁懸浮列車技術(shù)已達(dá)到實(shí)用水平。我國(guó)該技術(shù)起步于80年代。90年代進(jìn)行了具有實(shí)用價(jià)值的試驗(yàn)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(zhuǎn)向架用膜式和囊式2種空氣彈簧。該空氣彈簧中央懸架的采用改善了磁懸浮列車的乘坐舒適性,為推動(dòng)我國(guó)磁懸浮列車的實(shí)際應(yīng)用研究起到了積極的作用。我國(guó)八達(dá)嶺旅游示范線磁懸浮列車選用了美國(guó)NEWAY公司生產(chǎn)的空氣彈簧。該產(chǎn)品使用液體減振器,無附加氣室,減少了體積和重量?？諝鈴椈傻膽?yīng)用改善了車輛的二系懸架質(zhì)量,提高了舒適性和平穩(wěn)性。3.6材料緩沖器和空氣彈簧空氣彈簧可應(yīng)用于各種機(jī)械裝置中,起緩沖吸振、控制運(yùn)動(dòng)或增壓作用。與具有同樣功能的氣缸或其它彈性元件相比,空氣彈簧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,不需要復(fù)雜的參數(shù)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),無密封泄漏問題,使用維護(hù)方便,且壽命較長(zhǎng)。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置。緩沖器在加工中要承受較大、周期性的沖擊負(fù)荷,其性能直接影響產(chǎn)品的加工精度。若采用空氣彈簧作為緩沖器,可降低加工成本并保證加工精度。物料傳送中,料箱由振動(dòng)器驅(qū)動(dòng)以使物料混合均勻,或使物料流動(dòng)以進(jìn)入料箱中。振動(dòng)會(huì)引起料箱支承部件疲勞乃至破壞,因此必須采用隔振裝置。若使用空氣彈簧則可提供較大的靈活性,調(diào)節(jié)彈簧的充氣量就可適應(yīng)不同的工作負(fù)荷和高度要求,而不會(huì)影響隔振效果。在造紙、紡織等行業(yè)中,紙張或布匹在卷繞過程中需要恒定的張力,以免紙張或布匹松弛、扭曲或破裂。在這種情況下應(yīng)用空心卷輥——空氣彈簧組合結(jié)構(gòu),可提供恒定的張力,而且具有較強(qiáng)的承受沖擊負(fù)荷的能力。在黏接工藝中,采用空氣彈簧可提供均勻的壓力,保證黏接質(zhì)量。4空氣彈簧在我國(guó)私家車使用的前景展望如上所述,空氣彈簧懸架系統(tǒng)在消除汽車振動(dòng)、提高行駛平順性和乘坐舒適性等方面是鋼板彈簧懸架所無法比擬的。另外,試驗(yàn)表明,鋼板彈簧的疲勞壽命一般為50萬~60萬次,而普通空氣彈簧的疲勞壽命可以達(dá)到300萬次左右,高性能空氣彈簧的疲勞壽命可以達(dá)到500萬次以上。我國(guó)高等級(jí)公路的發(fā)展和運(yùn)輸量的增加以及人民生活水平的提高,都對(duì)汽車的操縱穩(wěn)定性、平順性、安全性提出了更高的要求。隨著重型汽車運(yùn)輸量的增加及對(duì)路面破壞機(jī)理的研究和認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步加深,政府對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)的重視,將使空氣彈簧懸架在重型車市場(chǎng)的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大。無論是在客貨運(yùn)輸需求方面還是在商用車技術(shù)發(fā)展方面,空氣彈簧懸架都代表著我國(guó)未來的車輛發(fā)展技術(shù)?？梢灶A(yù)見,我國(guó)商用車市場(chǎng)對(duì)空氣彈簧懸架的需求將是爆發(fā)性增長(zhǎng)的。2002年7月,交通部頒布實(shí)施《營(yíng)運(yùn)客車類型劃分及等級(jí)評(píng)定》(JT/T325-2002)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定高一、高二、高三級(jí)客車的懸架必須采用空氣