第三节空气弹簧1.空气弹簧的特点：1)由于空气弹簧的垂直柔度大，可使车体的自振频率降至ｌ赫以下；2)空气弹簧具有非线性特性，能使车体自振频率几乎保持不变；3)空气弹簧和高度控制阀并用时，能使车体在不同静载荷下保持地板面高度不变；4)利用空气弹簧的横向弹性可以代替传统的摇动台装置，从而简化转向架结构和减轻自重；5)空气弹簧具有良好的吸收高频振动和隔音的性能；6)在空气弹簧和附加空气室之间装设适宜的节流孔，可以代替垂直安装的液压减振器；因此，空气弹簧在地铁车辆以及高速客车上得到愈来愈广泛的应用。2.空气弹簧的基本原理为了便于分析和了解空气弹簧的工作特性，现以最简单的套筒式空气弹簧来说明其基本原理。1)基本结构图６—１４是套筒式空气弹簧的工作原理示意图，它是由工作缸１、活塞２和附加空气室3组成的。这种空气弹簧是利用空气的可压缩性来实现其弹性的。2)工作过程(1)活塞缓慢移动在活塞相当缓慢地移动的情况下，压缩时缸中空气所增加的热量和拉伸时所减少的热量来得及与缸外周围空气进行热交换，所以工作缸内的气体温度将保持不变，即和周围空气的温度相等，其状态变化接近于等温过程。在旅客上下车以及车辆通过曲线时，可以认为是接近等温过程的。(2)活塞快速移动在车辆振动时，活塞移动比较迅速，因此，在压缩时所增加的热量和拉伸时所减少的热量来不及与周围空气进行热交换，这种状态接近于绝热过程。(3)常规情况一般情况下，气体的状态变化是一个多变过程。在气体的多变过程中，根据气体状态方程,工作缸内绝对压力（p十pa）和容积之间存在下列关系：（p十pa）Vn=（p0十pa）V0n(6-30)式中n为气体的多变指数，它取决于气体变化过程的流动速度，对于等温过程即活塞缓慢移动时n=１；对于绝热过程即活塞移动比较迅速时n=1.4。对于车辆实际运行过程，１＜n＜1.4，通常在计算时取n=1.３～1.38，接近于绝热过程。3)套筒式空气弹簧的刚度(1)空气弹簧的刚度公式推导当活塞由于振动而向下移动ｈ时，工作缸容积减小了ｄＶ（Ｖ=Ｖ0一ｄＶ，ｄV=Ah），根据气体状态方程有：又V0＝Ｈ0Ａ,故可将上式变为：(6-31)则振动时，工作缸中的空气压力因压缩和拉伸而变化。振动时活塞上的载荷P和位移ｈ间的关系为：（6-32）显然，载荷Ｐ和位移ｈ之间是非线性关系。套筒式空气弹簧的刚度可由式（６—３２）对位移ｈ求导得出：（6-33）上式中H少写下标0(2)空气弹簧与钢弹簧刚度比较由上式看出，空气弹簧的刚度随活塞上载荷增加（位移ｈ增大）而增大，如图６—１５所示。图中曲线１的上线为重车，下线为空车时空气弹簧的特性曲线，曲线２为钢弹簧空车时的特性曲线．当活塞振动位移不大时，可近似地以静平衡位置（ｈ=０）时的刚度值来表示，即于是，车体在空气弹簧上的自振频率f可按下式计算：（6-34）(6-35)(6-36)0a套筒式空气弹簧通常采用较高的内压p0,则p0》pa(3)减小空气弹簧的刚度的原因与措施原因:由式（6—35）看出，减小空气弹簧的刚度可以降低车体的自振频率。措施:由式（6—34）看出，减小空气弹簧的刚度主要应增大空气弹簧的总容积V0，但为了结构紧凑，其本体容积V10不宜过大，而应增大附加空气室的容积V2。从理论上讲，只要它的容积足够大，就可获得低的车体自振频率。此外，若采用较高的空气压力Ｐ0与较小的活塞面积Ａ，即使在不很大的V0情况下，也能得到足够低的刚度。(4)空重车自振频率基本不变为了更清楚地看出刚度随载荷变化的情况，设静载荷Pst变P1，容积变为Ｖ1，内压力变为p1，则刚度Ｋ1变为：(6-37)自振频率为：(6-38)于是，静载荷变化前后的刚度比为：(6-39)因为空气弹簧悬挂装置通常都装有高度控制阀，所以，当静载荷变化时，工作缸内的容积不变（V1=Ｖ0），于是静载荷变化前后的刚度比为：(6-40)由式（６—３５）、（６—３８）和（６—４０）可知，静载荷变化前后的自振频率比为：(6-41)由此可见，在采用高度控制阀的情况下，空重车的自振频率基本上保持不变。(5)空气弹簧的当量静挠度通常把簧上载荷P与相应状态下的空气弹簧刚度Ｋ之比P/K=fdst称为空气弹簧的当量静挠度。3.铁道车辆空气弹簧特点铁道车辆上采用橡胶帘线式（简称橡胶式）空气弹簧,它...
