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中国石油高校毕业设计（论文）题目：机车车辆油压减振器设计学习中心：年级专业：机械设计制造及自动化学生姓名：学号：指导老师：职称：导师单位：论文完成时间：年一月H毕业设计（论文）任务书发给学员1 .设计（论文）题目：2 .学生完成设计（论文）期限：年_月一日至年_日3 .设计（论文）课题要求：4 .试验（上机、调研）部分要求内容：5 .文献查阅要求：6 .发出日期：年一月B7 .学员完成日期：年月一日指导老师签名：手写学生签名：手写摘要油质减振器是铁道机车车辆上的个重要部件.由于机车车辆的车轮与钢轨面之间是钢刻钢的接触，因此，车轮表面的不规则和轨道的不平顺都干脆经车轮传到悬挂部件上去，使机车车辆答部分高频和低频振动。假如这种振动不经过减振涔来衰减，就会降低机械部件的结构强度和运用寿命，恶化运行品明.油压减振器其性能优劣干脆影晌到行车的平安性和舒适性。尤其近年来我国铁路进入一个飞速发展时期，特殊是在铁路跨越式发展政策的指引下，我国铁路将会进入个全新的发展阶段，由于铁路的提速和城市轨道交通的快速发展，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意这种需求，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收台就具有特别重要的实际意义，因此，有必要运用性能良好的诚振器。故以实例对液压减振器阻力特性进行了分析，提出了实现拉伸和压缩对称特性的措施。关键词：机车车辆，油压减振器，阻力特性，分析，参数第1章前言1第2章油压减振器分类2第3章油压减振器阻力特性分析43.1 液压减振冷阻力特性的计算43.1.1 拉伸和压缩时的阻力介绍4单向流淌减振器的拉伸和压缩阻力63.2 影响减振器阻力特性的主要因素83.2.1 节流阀的结构和参数83.2.2 结构参数对阻力特性的影响83.3 液压双向流淌减振器阻力特性分析113.3.1 拉伸阻力特性I1.3.3.2压缩阻力特性I1.3. 4实现拉伸和压缩对称特性的措施12第4章新型油压减振133.1 主要技术参数及其基本结构133.1.1 主耍技术参数134. 1.2基本结构144.2 作用原理154.3 减振器的特点164.4 油压减振滞的阻尼特性与阻尼系数16第5章结论20参考文献21致谢22人类的交通史也是人类的发展史。展望新世纪,以轮轨系统为主体的我国高速及超告知列车线路聘形成纵横全国的网络。此外，在常速下常导型磁悬浮列车特殊安静，«无污染，而且投资小于地铁，在将来城市交通中，将受到居民的热情欢迎。过去，由于列车运行的速度比较低，减振器的作用不太明显，因此，人们对其没有赐予足够的重视,所应用的减振器性能比较低。如今，“而速全载”是铁路营运的发展方向，随着列车提速进程的加快，机车、车辆运营中出现了很多前所未有的问题，有的在更换她振器后，问题得到解决。鉴丁液压减振器作为机车车辆走行机构的重要组成部件之一，其性能优劣干脆影响到机车车辆运行的稳定性和平安性。因此，在机车车辆运行过程当中必需确保减振器能够保持其性能的牢狂性和稳定性。所以对于油压减振器的性能提淘是刻不待时的。故卜面就油压减振涔阻力特性进行了分析，提出了实现拉伸和压缩对称特性的措施.以及新型油压减振淞主要技术参数、作用原理和结构特点的简洁介绍，并分析油压减振器的阻尼特性与阻尼系数的关系，并简介了油压减振器应采纳的新的试的方法。第2章油压减振器分类从不同的角度动身，可以把液压系统分成不同的形式。(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，油经各种限制阀后，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洁，可以发挥油箱的放热、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，液用泵的进油管干脆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.其结构紧潴，与空气接触机会少，空气不易渗人系统，故传动较平稳。工作机构的变速和换向靠调整泵或马达的变量机构实现，避开了开式系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。但例式系统较开式系统困难.因无油箱，油液的散热和过港条件较差。为补偿系统中的泄漏，通常须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卜.降，所以闭式系统中的执行元件一般为液压马达。(2)按系统中液压泵的数目，可分为单泵系统，双泵系统和多泵系统。(3)按所用液压泵形式的不同，可分为定晶泵系统和变量泵系统。变晶泵的优点是在调整范围之内,可以充分利用发动机的功率，但其结构和制造工艺困难，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。(4)按向执行元件供油方式的不同，可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卜.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，当主泵向多路卿限制的各执行元件供油时，只耍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件加的，所以克服外载实力将随执行元件数员的增加而降低。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。流量的安排随各件上外载荷的不同而改变，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耦，二系悬挂用垂向、横向和抗蛇行油压减振器，以及用于连接车体并驱动制动堆元的耦合减振器.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，除满意运用功能要求外,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便利牢靠等方面进行。现代工程机械几乎都采纳了液压系统，并11与电子系统、计算机限制技术结合，成为现代工程机械的全要组成部分。第3章油压减振器阻力特性分析3.1液压减振器阻力特性的计算液压减振器依据液流方向可以分为油液单向循环流淌和双憧修复流淌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淌的过程中产生阻力，耗散能用.拉伸和压缩时的阻力介绍减振器拉伸时，阻力计尊简图如图1所示。对活塞杆处液潦微面和节流孔处械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。图3-1为安装横向减振器时车辆前后端平稳性指标的改变状况。从计算结果来看，安装横向减振落时，当阻尼系数小于100kNs/m时，随着横尼系数的增大,车辆前后端的横向平桎性指标显著下降，但垂向有所增大：当阻尼系数达到100kNs/m时、接着增加阻尼系数各视察点的平稳性指标改变不大。平冷性指标2.20215s,4O3S3O2S2100501001502002S0300350is句Pa尼系数图31安装横向减振渊时车辆平稳性（八）前端：(b)后端表1是同时安装横向和垂向减振器的计律结果.当横向和垂向阻尼系数达到50KN.S/M时，车辆的横向和垂向平稳性指标同时明显卜降。05050504332211z.zz2.zz1.O50100150200250b表31同时安装横向和垂向减振器时平柳性指标计算结果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。当横向和垂向减振蹲同时安装时，垂向振动也可以得到较好的抑制。出拉伸阻力FI表达式为：2g1.f1.式中：Q活塞上部液流的截面枳:y液体的重率：“2孔口流量系数；ft节流孔面积：-活塞运动速度。上式表示拉伸阻力与运动速度的平方成正比,与节流孔面积的平方成反比。与拉伸时的状况相仿，同样由减振器压缩时，计算简图如图3-1-2(b)所示。伯努利方程可得流经节流孔1与2的流量公式:Qz="J多(P1.尸Qi=Jy(P1-P1)压缩阻力的计算公式为：r_也V2,y1.砺万十荻71式中：1一一活塞杆截面积:队节流孔2处流员系数：/：节流孔2处节流面积。比较式(3)与式(1)可见，假如拉伸和压缩的节潦孔面枳相同，则式可表示为：F=F、+至tt+2g1.f1(4)从上式可看出压缩阻力大于拉伸阻力。拉伸和压缩方向的阻力是不对称的，对于双向流淌的减振器，要使拉伸和用缩方向的眼力特性对称，就必需分别设置拉伸和压缩时的节流孔面积。图3-2（八）拉伸时的许算简图(b)压缩时的计算简图单向流淌减振器的拉伸和压缩阻力单向流淌减振器的计算简图如图3所示。与前面的分析相像，经过节流孔1的流员Q为：Q.v1式中：V活塞运动速度：Q活塞上部的油压截面积。拉伸阻力为：氏=高/(5)当减振罂压缩时，活塞上的单向阀开启，底阀上的单向阀关闭，P=P,此时经过节流孔1的流量为：Q<=nQ)=UnJ式中：11一一活塞下部油压的截面积：oi-活塞杆的截面积。所以压缩阻力为：凡=茄/'(6)由式(5)与式(6)可知，当时，Fr=Fe,即当活塞杆的截面积等于压力缸的截面积的半时，阻力有对称性。事实上，几乎全部的单向流淌诚振器都具有拉压对称特性，F图3-3单向流淌M振器的计分减图3.2影响减振器阻力特性的主要因素节流阀的结构和参数不同类型的节流脚，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、弹簧的刚度和林黄的初压缩力。3.2.2结构参数对阻力特性的影响1节流孔的面积改变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改变上，以下对图3-2-1的节流阀考虑几种特例进行分析。(1)设弹簧的刚度特别小，且初压缩力近于O,此季节流孔的面积为常数，即f=f+f.由式(5)知，拉伸阻力为：行°疗22居=W=HCt='C其中，常数2g即阻力与速度平方成正比。(2)设可动心阀上的节流孑/-0,弹簌初压力为0,节流孔的面积与阻力成正比，即/=A尸，由式(1)式(5)知，拉伸阻力为:1.'=Qy2Fr=/-1.23-ZJe2"(三)2即：'"2gk2(8)*7巫其中，常数V2gk即阻力与速度的2/次方成正比。(3)设初始节流孔/0,弹簧初压力为0,若要求阻力与速度成正比，此季节流孔F_QyJV应随压力按某种规律改变,由式(5)得：t2svv(9)吼T=/好Fe即当阻力与节潦孔的面积平方成正比时，C保持为常数，阻力具有线性特性.对以上3种状况，以柯尼02A-1612型减振器为例进行计算，压力缸直径为49m,活塞杆直径为347nun,节流系统如图3-2所示，节流孔f。的直径为1mm,f的直径为2mm.人的直径为O.5m(3孔)，相应的最大节潦孔的面积为f=A÷,即f=373m11.铭牌上要求当活塞速度为。.活m/s时,阻力应为250ON,计算中取r=O.89×IO-3kcm3.z2=0,82,由此可计竟出阻力特性结果。®3-5（八）是节流孔的面积与阻力的关系曲线，图3-5(b)是阻力随速度改变的特性曲线(图3-6、图3-7亦如此).2初始节流孔对阻力特性的影响假定弹簧的刚度确定，但初压缩力很小，节流系统有个初始节流孔,其面枳为。同时有一个可变节流孔，其随压力大而成比例增大.以图37的节潦系统为例，当时始节流孔的直径为Imm.1.4mm和1.8mm时，相应的初始节流孔面枳为0.78m11j.45m11和2.45mm,弹簧的刚度设计成使减振器阳力达到2537N时,节流孔面积达到3.7311n,3种状况的阻力特性计算结果如图3-4所示。由图3-5可见，具有确定的初始节流孔并协作适当刚度的弹簧，可以得到近似的线性特性。fjn2v(n.s1.)（八）Ffx1.<t,it-Fr-Cx'1.I-Fr=OV?,n三*0.78mm。三1.54mm。/<.=2.54m11.图3-2初始节流时特性的影响3弹簧的初压缩力对阻力的影响在上面的实例中，假如对丁直径1.4m的初始节流孔,令其弹簧有不同的初压缩力，则其特性如图3-3所示。可见，确定的初始节流孑1.和适当的弹饯刚度、适一一F<=0.6kN；FC=O.6kN；Ft=O图3-3弹货初压力对阳尼特性的影响3.3液压双向流淌减振器阻力特性分析对于双憧憬复式液潦的减振器，以迪斯潘减振器为例，对拉伸压缩方向的阻力特性进行探讨。3. 3.1拉伸阻力特性对于迪斯潘这样的双向液流减振器，其拉伸特性的规律与雎向液流减振罂基本相同。由于活塞杆的直径较小，其节流孔的面积要大得多。例如,对于活塞直径为50的、活塞杆直径为22E的减振器，假如同样要求在速度为0.25m/6时具有250ON的拉伸阻力，则按式(D计算，当时始节流孑1.面积，。=3.14m11,居=250°N时，总节潦面积F.=8182mm?：弹簧的初压缩力很小，且帅簧具有适当刚度，减振器具有近似线性阻尼特性。压缩阻力特性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,所以与拉伸特性仃所不同。由式(4)可知，假如活塞上拉伸和压缩时的节流孔相同，则压缩阻力确定大于拉伸阻力，且压缩阻力与拉伸阻力的不对称率为:Fe-Fe_Q4£+£2Q+Q_2D2-d2则当D=50nun.d=当时，F：+尸:=】。"拉伸和压缩的不对称特性如图&所示.图3-4拉伸与压缩阻力的不对称性加大压力缸的直径，可以减小不对称率。上例中若取D=70mm,d-5三,则不对称率可降为6.8%。为实现拉压方向的阻力对称.可以从节流孔的设计上实行措施。3.4实现拉伸和压缩对称特性的措施依据前面的分析可知，当时始节流孑1.确定时，实现拉伸和用绵阳力特性基本对称的措施之一是压缩节流阀的弹赞刚度略小于拉伸节流阀的弹簧刚度。实现拉压对称的另一措施是取拉伸和压缩节流阀的弗簧刚度相同，但在拉伸节流阀上设置一个比节流阀略大的弹簧初压缩力，同样可以得到拉伸和压缩方向基本对称的线性特性。通过对阻力特性和节流孔面枳改变关系的探i寸得知,可以依据节流孔面积改变的要求来设计弹簧的刚度。第4章新型油压减振新型油压减振器包括系悬挂用垂向油质减振器，二系悬挂用垂向、横向和抗蛇行油压减振器，以及用于连接车体并驱动制动单元的耦合减振器。这5种减振器的技术参数与以往的减振器的性能要求完全不同，测试方法也不一样，尤其是抗蛇行油压减振潺和耦合减振器，在国内研制尚屑首次。4.1 主要技术参数及其基本结构4.1.1主要技术参数附表几种减振器的技术参数名称与代号阳尼特性活再行程安皎中心距/tnmctun一系看向非域性*K7cma-'阻尼力ICN702851054±O.3GPV30100±O.5二系垂向M*SGSV非战性三Vcmt-1阻尼力尸/kNIO7-6±0.330)3.O±O.514S409二素横向MfSKGSH等线性y/cm阻也力F/kN105.0±0.3308.5±O5265592抗蛇行减凝振GYAW两段近似线性速度Vcm1.'阻尼力AVkN110±.21012±O.2250977m合减鬃据GOH两段近姒域性速度Vn,阻尼力N/kN1.5±O.3107.0±0.3*30010295种减振器的主要技术参数见附表.基本结构5种减振器的基本结构大体相同，主要区分是:（I）活塞的行程以及接头的安装尺寸不同：（2）GSH.GYAW.GOH3种水平布置的减振涔多了橡胶囊：（3）GYAW、GoH的节流阀与另外3种不同基本结构见图4-1、图4-2,GSV、GSH、GYAW图略。I一一上接头2一橡胶球较3一销轴4一一防尘罩组成5一一活塞杆6一一防尘圈7一压盖；8一密封圈：9一一油封圈：IO一一螺盖；I1.一一0型密封网12密封图13活塞14节流阀弹簧15一一调整螺钉16一-压缩阀（一）17压缩脚（二）18回油阀片19回油阀座20一底阀座21弹黄螺盖22底阀座弹簧23底阀压缩阀24油缸25一一储油城26一一液压油27一拉伸阀（一）28拉伸阀（二）29导承I一一上接头2一橡胶球较3一销轴4一一防尘罩组成5一一活塞杆6一一防尘图7一一压盖8一一密封圈9一一油封圈10一一螺盖I1.一一0型密封圈12密封圈13活塞14一一节流阀弗赞15一一调整螺钉16一压缩阀（一）17压缩阀（二）18一回油阀片19一一回油阀座20一底阀座21一一弹簧螺祕22一-底阀座弹簧23-底阀压缩阀24油缸25储油墟26-液压油27-一拉伸阀（一）28一一拉伸阀（二）29-卡环30一紧固带31一一橡胶气囊32导承图4-2耦合减振器4. 2作用原理5种减振器的工作原理基本一样，下面以一系垂向减振器为例来加以说明。当拉伸运动时,活塞13向上移动,油缸24上部油压上升.通过拉伸阀27、28压缩节流阀弹黄14,使拉伸阀27、28下移.阀口打开，油通过阀口流入下腔。产生阻力由于上部活塞杆5占有确定的油的体积，活塞上升时，下腔的油量不足。产生负压使底阀座上的回油阀座19上升，高开底阀座20,油从储油缸通过回油阀座19与底阀座20之间的开口进入油缸24卜腔补充油量。当压缩运动时，活塞13向卜移动，卜部油压上升.一部分油通过压缩阀16、17压缩节流阳弹簧14,使压缩阀16、17向上移动，阀口打开，油通过阀口进入油缸上腔产生阻力另一部分油通过底脚压缩阀23、压缩底阀座弹黄22,使底阀压缩阀23卜移，阀口打开，油通过阀口进入储油缸25产生阻力。因此压缩阻力是由压缩阀16、17和底阀压缩阀23共同产生的。GPWGSVsGSH3种减振器，其节流阀口采纳柱面开口节流形式；而GYAW和G0H2种减振港.其节流阀口采纳环状节流形式。4. 3减振器的特点（1）减振节流系统在节流阀上采纳了高应力节流弹黄。该弹彼采纳特殊的材料和工艺处理，最大切rmax为107.8MPa。该节流系统可以便利地谢整不同的阻尼特性，性能稔定。工作牢靠.（2）减振器油缸采纳冷拔精密薄壁无缝钢管制造，内孔进行布磨处理.活塞与缸之间采纳两道由填充聚四寂乙烯材料制成的导向滑环。耐磨性能好3 3）GYAW和GO振器采纳了环状节流系统，动作敏捷，卸荷性能良好。（4）减振密封系统采纳了新研制的双保险密封结构。采纳此密封材料的油压减振器已批垃用J-8G型和SS型电力机车上。基本上能保证油压减振器在机车一个架修期内不检修（不因密封漏油使减振器失效）。（5）GSH型、GYAW型和GOH型横向放置的油压减振器.采纳了橡胶气囊，取消了传统的外油包结构，节约了安装空间.（6）全部减振器的上卜.连接均采纳三辨式和套筒式掾胶弹性球较4 .4油压减振器的阻尼特性与阻尼系数油压减振器的阻力与活寤振动速度有关，速度越高，阻力越大以往了理论计算和好用上的便利.通常认为阻尼力F与活塞振动速度的次方成正比即用线性明尼系数c表示油压减振器的减振实力.用公式表达为F=CV,此时的值按减振器的实际工况来确定目前，我国铁路机车车辆油压减振器的探讨分析和生产检验，基本是按V-0.0611/s0.07III/s来考虑的随着世界各国铁路机乍车辆运行速度的不断提高，油压减振器的实际工况也在不断改变。一系悬拄、二系悬挂垂向设置,、横向设置.、纵向设置的各种减振器的运用工况、振动速度都不相同。这就要求不同位践的油压减振涔接不同的振动速度V来确定减振实力“与此同时随着计算理论和计第手段的不断发展.在进行机车车辆动力学分析探讨时。可以不要求油压减振器的粘性阻尼简化为线性阻尼。因此，目前各国的高速机车车辆在设计探讨和生产时。对所需油压减振器的减振实力提出的技术参数为在某一振动速度下的减振阻力，而不是阻尼系数c.经过设计、计算和探讨、试制，5种减振淞的阻力F与振动速度的阻尼特性曲线见图4-4图4-5由于5种减振物的验收标准是针对振动速度与相应的阻尼力，而言，GOH型减振器。从国外同类型减振器的试验资料，尤其是KON1.减振器公司的试验资料了解到，为了实现GYAW型减振器V-0.01ms的活塞速度，试验台滑块行程要大于50mm,滑块往笈频率必需小于10次/分才能满意要求。为此，我们自行研制、开发了一种多功能减振器试验台，其主要技术参数为：滑块往且频率3次/分75次/分（无级可调）滑块行程Ornnr20Omm（无级可调）减振器安装中心距20011un-100Omm最大阻力负载18kN调遣电机功I1.kW试验台校正系数按不同传动比分为个等级：图4-4一系垂向减振器F-V曲线051020304v.cm.51160001如0013000120001000080006000400020000123456789v.cm.5,第5章结论在车辆之间安装适当的横向和垂向减振器可明显诚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。当横向和垂向减振黯同时安装时，垂向振动也可以得到较好的抑制。新型油压减振器以及多功能减振器试险台的研制胜利.对我国机车用油压减振器的研制和开发起到了主动的促进作用。特殊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冷代替进口抗蛇形减振器打下r坚实的基础.参考文献1杨国桢.液压减振器的阻力特性和线性减振器的探讨（.1963年铁路科学技术论文2刘清华等编译.德国磁悬浮列车，成都：电子科技出版社，1995.3王家素,王素玉.超导应用技术.成都：电子科技出版社，1995.W戴维慈.而速超导磁悬浮超导铁道技术.香山会争论文集，1994.致谢经过半年的劳碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为个本科生的毕业设计,由于阅历的映乏，难免有很多考虑不周全的地方，假如没有导师的督促指导，以及一起学习的同学们的支持，想要完成这个设计是不可思议的。在这里我要诚心感谢我的导师老师0徐老师平日里工作繁忙，但在我做毕业设计的每个阶段，他都赐予了我悉心的指导，为我们刚好订正毕业设计中出现的错误。除了钦似赵老师的专业水平外，他严谨的治学看法和孜孜不倦的科研精神也是我恒久学习的榜样，并将主动影响我今后的学习和工作。