旅客列車空氣彈簧裝置分析

［關鍵詞］旅客列車；空氣彈簧；高度調整閥；差壓閥

［中圖分類號］U279 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）11–0087–03

轉向架是旅客列車的關鍵重要部件，具有支撐車體和保證車輛安全運行的作用，也影響著車輛的運行平穩性和乘坐舒適性。轉向架與車體要有良好的耦合關系，能通過懸掛系統抑制沖擊和振動激擾對車體的影響。而空氣彈簧可以利用空氣的可壓縮性來緩和振動和沖擊的部件，為提高旅客列車的運行平穩性和乘坐舒適性等運輸品質，轉向架二系懸掛裝置普遍都使用了空氣彈簧。

1空氣彈簧的基本結構

轉向架采用兩級懸掛。一系懸掛采用圓柱螺旋彈簧，圓柱螺旋彈簧通過適當厚度的橡膠墊以衰減高頻振動，確保在最大超載重量下運行時，圓柱螺旋彈簧不會出現壓并現象。二系懸掛采用空氣彈簧裝置，車體重量的垂向荷載作用到空氣彈簧裝置上，再傳遞到轉向架上；車體和轉向架之間的縱向荷載，主要是牽引或制動過程中產生的作用力，則通過牽引拉桿進行傳遞；車體和轉向架之間的橫向荷載（主要是過彎道時產生），則通過空氣彈簧及橫向緩沖橡膠止檔來進行傳遞。

空氣彈簧裝置由空氣彈簧、高度調整閥、差壓閥等組成（圖1）。

空氣彈簧是在橡膠氣囊中充入壓縮空氣實現彈性作用的一種充氣式橡膠彈簧。由于氣體是可以壓縮的，在此作用下，空氣膠囊可以產生彈性作用，吸收振動沖擊。空氣彈簧主要包括上蓋、橡膠氣囊、下座、橡膠堆、摩擦片、節流閥（或固定節流孔）等結構，具體如圖2所示。空氣彈簧的橡膠座通過緊固件固定在下座上，上蓋與下座都采用了金屬與橡膠硫化的結構。在空氣彈簧壓縮空氣泄漏時，橡膠堆彈和摩擦片也可以起到安全支撐的作用，從而提高了在空氣彈簧沒有空氣壓力時車輛的曲線通過能力，也提高了運行的安全性。

橡膠氣囊是一個柔性密閉容器，用于容納壓縮空氣，是空氣彈簧中的重要彈性元件。橡膠氣囊是將內、外橡膠層及中間簾線層和成型鋼絲圈硫化到一起形成的，具體如圖3所示。內橡膠層用于存儲壓縮空氣，所以要具有良好的彈性和密封性，同時還要有一定的耐腐蝕能力；外橡膠層主要用于防止紫外線照射造成橡膠老化，或者空氣中氧化成分造成橡膠腐蝕，所以要具有良好的耐老化和耐腐蝕能力；中間簾線層起到承受荷載的作用，因此要具有一定的強度，具有足夠的抗壓能力和耐久能力，中間簾線層一般采用4 層，層與層之間的布置還要相互成一角度。

2空氣彈簧的作用和原理

空氣彈簧能夠在轉向架與枕梁之間運動變形，可以吸收列車運行過程中的垂向力和橫向力，還可以保證在空氣彈簧沒有壓縮空氣時也能夠以一定速度行駛，并在故障工況下也可以通過彎道。空氣彈簧采用上進氣的方式較多，來自總風的氣體在高度調整閥的控制之下，實現給橡膠氣囊充氣，有的轉向架構架內部還有附加氣室來存儲壓縮空氣，有的則采用附加風缸存儲。

當車體重量變化時，空氣彈簧上蓋板與底座之間在垂直方向上會產生一定的位移，從而使橡膠氣囊的柔性容積發生變化，其內部壓縮空氣的壓力則隨著橡膠氣囊容積的變化而變化。此時橡膠氣囊和空簧附加空氣室之間會產生一定的壓差，在壓差的作用下氣體經過節流閥。由于節流閥的通徑很小，會對經過的壓縮空氣產生阻尼作用。這個阻尼作用會影響空氣彈簧抵抗車體振動沖擊的能力，進而影響到車輛運行時乘客的乘坐舒適性。

為防止車體與轉向架產生較大的位移時，橡膠氣囊的形變不足以進行補償，在橡膠氣囊底部設有橡膠堆，橡膠堆也具有很強的彈性，若空氣彈簧的壓縮空氣供給氣路故障或橡膠氣囊破損，導致空氣彈簧沒有壓力時，車體會下降到空氣彈簧的緊急橡膠堆上，起到應急支撐的作用，使車輛仍具有按一定速度通過曲線彎道的能力，提高了故障情況下列車運行的安全性。

旅客列車的車端連接主要采用密接式車鉤，車鉤要保持在一定的高度上，即不同重量的車體到軌面的距離要保持不變，這樣就需要一個設備，能根據載重的變化自動調整空氣彈簧的內壓，確保在不同負載條件下，列車底架都會保持在軌道上方穩定的高度上。這個設備就是高度調整閥，其安裝于車體和轉向架之間，具有充氣、放氣或保壓3 種工作狀態，這3種工作狀態通過高度調整閥水平桿的角度進行切換，從而控制空氣彈簧橡膠氣囊中的空氣壓力，具體如圖4所示。車體重量增加時，高度調整閥處于充氣狀態，空氣彈簧壓力增大，車體重量減小時，高度調整閥處于排氣狀態，空氣彈簧壓力減小。這樣就可以保證車體在不同荷載下都能與軌面保持一定的高度，也可以根據空氣彈簧壓力的大小計算出車重的大小，為制動力的精確控制提供了條件。

每臺轉向架的兩側空氣彈簧都通過差動閥相連，采用雙向溢流閥實現功能，可以避免空氣彈簧故障時車輛發生傾斜，保護車輛運行安全。當同一轉向架兩側空氣彈簧內壓差超過一定值時，或者一個空氣彈簧充風故障或出現破裂時，連接兩個空氣彈簧的差壓閥將自動打開，使左右兩側空氣彈簧通過差壓閥實現溝通，使轉向架的兩只橡膠氣囊壓力保持平衡，防止因兩側空氣彈簧壓力相差過大造成車體嚴重傾斜，從而避免發生脫軌，以保證列車的安全平穩運行。

3空氣彈簧常見故障與處理

旅客列車運行一段時間后，空氣彈簧會產生變形、泄漏等各種故障，這些故障與列車運行的氣候條件、線路狀況等外部環境有關，也與空氣彈簧本身質量等內部因素有關。空氣彈簧泄漏時不僅會影響列車運行安全，也會影響運營秩序，必須采取措施進行處理。

旅客列車常見的泄漏故障有橡膠氣囊破損導致漏風、上蓋與橡膠氣囊間配合不到位導致漏風、低溫環境導致漏風等。

上蓋和橡膠氣囊密封部位的橡膠長期接觸，老化時會產生永久變形，當橫向荷載突然變化時，上蓋與橡膠氣囊的密封部位會出現錯位現象而導致漏風。在冬季低溫環境下運行時，橡膠氣囊的彈性降低，回彈性變差，極端時還會導致外部結冰，若總風管路中有水，還會導致內部結冰，使空氣彈簧的上蓋與橡膠氣囊的密封部位配合不到位，引發空氣彈簧漏風。

在運行途中，旅客列車的空氣彈簧出現輕微漏風不影響運行時，可以暫不處理，若出現橡膠氣囊破損等嚴重漏風時，則需要切斷故障空氣彈簧的供風管路，并進行限速處理，嚴重時還需要進行甩車處理。

4結論

（1）空氣彈簧裝置是通過橡膠氣囊容納壓縮空氣，將空氣的可壓縮性能轉變為自身的彈性作用，車體重量通過空氣彈簧裝置傳遞給轉向架。

（2）空氣彈簧可以緩沖車體的振動和沖擊，從而提高乘客乘坐的舒適性。當空氣彈簧供風故障或破損時，車體會下降到空氣彈簧的緊急橡膠堆上，橡膠堆仍具有一定的彈性，保證列車的安全運行。

（3）當車體重量發生變化時，高度調整閥可以自動調整空氣彈簧壓力大小，從而使車體保持在穩定高度，保證前后車輛的可靠連掛。

（4）差壓閥用于溝通同一轉向架的兩側空氣彈簧，若左右兩個空氣彈簧橡膠氣囊的空氣壓力相差超過允許值時，差壓閥自動打開，使兩個空氣彈簧連通，空氣壓力得到平均，防止車輛傾斜嚴重影響行車安全。

（5）受外界環境因素和內部質量因素的影響，旅客列車運行一段時間后，空氣彈簧會產生各種故障，必須采取措施進行處理。