ＷＤ３２０型穩定裝置振動分析

摘 要：對穩定裝置振動系統進行分析，建立了其振動系統動力學模型，得到其振動微分方程，并對其振動特性進行討論。

關鍵詞：穩定裝置；振動特性；分析

中圖分類號：TB30文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2007）12-0278-02

1 總述

WD320型動力穩定車是先進的大型線路機械。其作用是大、中修后的鐵道線路通過動力穩定車作業能夠迅速地提高線路的橫向阻力和道床的整體穩定性，從而為取消線路作業后列車慢行創造條件。WD320型穩定裝置是WD320型動力穩定車的主要作業裝置。前后穩定裝置各由兩只垂直油缸、一個激振器、兩個夾鉗輪、四只夾鉗油缸、兩只水平油缸和四只滾輪等部分組成。如圖1所示。

在穩定裝置工作之前，應使兩穩定裝置與軌排成為一體。落下滾輪，通過水平油缸的作用，使輪緣緊靠在鋼軌的內側，通過夾鉗油缸使夾鉗輪夾緊在鋼軌的外側，使穩定裝置處于工作狀態。工作時，穩定裝置在動力穩定車的牽引下低速走行。液壓馬達驅動兩激振器高速同步旋轉，產生水平振動。在水平激振力的作用下，軌排產生水平振動，并把激振力傳遞給道碴。道碴在此力的作用下受迫振動，相互移動、充填和密實。與此同時，位于每條鋼軌兩側的兩只垂直油缸，自動地對每條鋼軌施加所需要的垂直下壓力，使軌道均勻下沉。

2 穩定裝置振動理論分析

2.1 穩定裝置振動系統的動力學模型

分析穩定裝置的振動特性，必須首先建立它的動力學模型。為便于分析計算，需忽略穩定裝置某些次要固有特性，這樣就可將實際的機械系統近似地簡化為一個動力學模型。

（1）振動質量。穩定裝置作業時，在水平油缸、夾鉗油缸及垂直下壓力聯合作用下，穩定裝置與軌排成為一體。所以振動質量分為兩大部分：組成穩定裝置的全部機件質量及參振軌排段的質量。將上述離散的而非集中的實際構件近似地視為只有慣性而無彈性的集中質點，設之為參振質量M。

（2）彈性元件。穩定裝置是通過帶有橡膠減振器的縱向連接桿和垂直油缸柔性地固定在車架上。所以彈性元件為縱向連接桿上的四只橡膠減振器和垂直油缸上的兩只橡膠減振器。設上述彈性元件的總剛度為K。

（3）激振力。穩定裝置激振器內一對齒數相等齒輪副分別安裝在兩根轉軸上，兩軸上又各裝一對偏心塊，如圖1所示。兩軸在液壓馬達的驅動下同速異向旋轉。

該穩定裝置垂直激振力為零，水平激振力為簡諧力。

（4）系統阻尼。該振動系統的阻尼力主要是軌排與道床之間的干摩擦力，它與施加的垂直靜壓力、及道碴與軌排間的摩擦系數有關。其大小為：F=Q·μ。 Q為靜壓力，μ為道碴與軌排間的干摩擦系數。

干摩擦阻尼為非粘性阻尼（非線性阻尼），用等效粘性阻尼來代替。干摩擦阻尼的等效粘性阻尼系數為：c=4FπωBω為角速度 ，B為振幅。

通過上述分析、簡化，穩定裝置的振動系統模型就是一個有簡諧激振力引起的單自由度受迫振動。如圖2所示。

2.2 穩定裝置振動微分方程及振動特性

根據機械振動理論，該系統的振動微分方程為：

上式中，等式右邊第一項表示有阻尼的自由振動（即衰減振動），后一項表示有阻尼的受迫振動。因此在開始振動時，運動是衰減振動和受迫振動的疊加，形成振動的暫態過程。經過一段時間后衰減振動很快就衰減掉了，而受迫振動則持續下去，形成振動的穩態過程。一般我們不研究振動的暫態過程，因為它只是一個過渡現象，而只研究振動的穩態過程，即持續的穩態振動。因此我們可以只分析上式中的第二項，即：X= Bcos(ωt-ψ)式中：B為受迫振動的振幅;ω為受迫振動的頻率；ψ為振動體位移x與激振力p 之間的相位差，其中B、 是兩個待定常數。

3 結論

通過以上分析，可以得出以下結論：

（1）穩定裝置的振動是一個有簡諧激振力引起的單自由度受迫振動，其受迫振動的穩態過程是簡諧振動，而且只要有激振力的存在，這一振動就不會被阻尼衰減掉。

（2）穩定裝置振動頻率增大，激振力也隨之增大。

（3）穩定裝置的振動頻率與激振力的頻率相同。

（4）穩定裝置的振幅與偏心塊的質量、偏心距成正比而與參振質量成反比。當λ1時，B≈0，即當穩定裝置轉速很低時，其振幅也非常小；隨著轉速的增大，當ω→ωn 即λ→1時，振幅B將急劇增大，并達到最大值。當λ＝1時，B=me2ξM此時結構參數及阻尼均影響振幅大小；當λ1時，B≈meM即當穩定裝置高速工作時，振幅由結構參數決定。

參考文獻

［1］賀興書.機械振動學［M］.上海：上海交通大學出版社，1985.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。