動(dòng)車組車體振動(dòng)傳遞特性分析

摘 要：動(dòng)車組車體振動(dòng)傳遞特性研究可以確定指定部位的振動(dòng)傳遞特性和頻譜，為車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供方向和依據(jù)，改善車體局部的惡劣工況，提高動(dòng)車組乘坐舒適性，杜絕安全隱患。筆者以在動(dòng)車組線路實(shí)驗(yàn)中測(cè)試了轉(zhuǎn)向架與車體之間的振動(dòng)傳遞特性及車下設(shè)備與車體的振動(dòng)傳遞特性，并評(píng)判車體動(dòng)力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：振動(dòng);振動(dòng)傳遞;傳遞率;振動(dòng)加速度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.047

在動(dòng)車組設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)人員通過(guò)均衡計(jì)算、仿真等手段來(lái)驗(yàn)證列車的動(dòng)態(tài)性能、確定列車的固有參數(shù)，避免車輛各部件、設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生共振或者振動(dòng)疊加，導(dǎo)致列車失穩(wěn)或壽命縮減，新車型試制完成后會(huì)進(jìn)行模態(tài)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證列車的動(dòng)力學(xué)性能，對(duì)車輛懸掛系統(tǒng)參數(shù)的匹配、車體結(jié)構(gòu)的顫振以及車下吊掛的匹配進(jìn)行驗(yàn)證，確保列車運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性。

車輛振動(dòng)傳遞特性的研究是在以上的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，確定車體指定部位的振動(dòng)傳遞特性，有的放矢的改進(jìn)車輛的動(dòng)力學(xué)性能，降低列車運(yùn)行中振動(dòng)及噪聲，提高列車乘坐舒適性，更進(jìn)一步提高列車的可靠性。

1 動(dòng)車組車體主要振動(dòng)傳遞

按照車輛在線路運(yùn)行工況下車體主要的振動(dòng)源為轉(zhuǎn)向架、車下設(shè)備。傳動(dòng)關(guān)系如下：

①軸箱→構(gòu)架→枕梁-中部邊梁→客室地板。

②牽引變壓器（安裝座）→車體（安裝座）、車體（安裝座）→客室地板。

2 振動(dòng)傳遞測(cè)試試驗(yàn)方法

振動(dòng)傳遞數(shù)據(jù)主要采集自動(dòng)車組線路實(shí)驗(yàn)，通過(guò)在各環(huán)節(jié)布置加速度傳感器，在各種線路運(yùn)行工況下獲得各環(huán)節(jié)的振動(dòng)加速度，從而計(jì)算出各環(huán)節(jié)的振動(dòng)有效值。按如下方法計(jì)算各環(huán)節(jié)之間的時(shí)域振動(dòng)傳遞率和頻域振動(dòng)傳遞率。

傳遞率計(jì)算式：ρT為 X1RMS/ X2RMS

X1RMS—振動(dòng)加速度有效值;

X2RMS—后一環(huán)節(jié)振動(dòng)加速度有效值。

頻域傳遞率：

ρ（Hz）=F（Y）/F（X）

F（X）、F（Y）—分別為輸入X和Y的傅里葉變換。

振動(dòng)傳遞率的判據(jù)為：

ρ>1——振動(dòng)放大

ρ<1——振動(dòng)衰減

ρ為1——等幅傳遞

3 動(dòng)車組線路實(shí)驗(yàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)采集的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)繪制加速度時(shí)間歷程曲線，通過(guò)計(jì)算可得出垂向有效值，依據(jù)章節(jié)2中的計(jì)算方法可以得出各環(huán)節(jié)之間的振動(dòng)傳遞率。

傳遞關(guān)系②中各環(huán)節(jié)振動(dòng)傳遞率見(jiàn)表3.1。

從不同環(huán)節(jié)傳遞率隨運(yùn)行速度的變化情況可以看出：

（1）環(huán)節(jié)6垂向傳遞率隨著運(yùn)行速度的增加呈現(xiàn)逐漸增大的趨

勢(shì)，但傳遞率均小于1，最大值約為0.667（工況3）。環(huán)節(jié)6橫向傳遞率隨速度增大無(wú)明顯規(guī)律，平均傳遞率為0.519。

（2）環(huán)節(jié)7垂向和橫向傳遞率在V=200km/h下取最大值，垂向傳遞率均值接近1，橫向平均傳遞率為0.63。

車下設(shè)備牽引變壓器與車體吊座之間的振動(dòng)傳遞率均小于1，減振效果良好，但是環(huán)節(jié)7車體底架牽引變壓器吊掛結(jié)構(gòu)與地板之間通過(guò)焊接剛性連接，傳遞率均值接近1。

傳遞關(guān)系①中各環(huán)節(jié)垂向振動(dòng)傳遞率結(jié)果表明：

（1）傳遞環(huán)節(jié)1的傳遞率幾乎不受行駛速度的影響，垂向傳遞率在0.147-0.659范圍內(nèi)，平均傳遞率約為0.255;橫向傳遞率在0.216-0.400范圍內(nèi)，平均傳遞率約為0.290。

（2）傳遞環(huán)節(jié)2的傳遞率隨車速不同有顯著差異。當(dāng)車速達(dá)到350km/h及以上時(shí)，傳遞率較大，約為1.0。當(dāng)車速為300km/h和330km/h時(shí)，傳遞率取極小值。

（3）在關(guān)注的5個(gè)傳遞環(huán)節(jié)中，環(huán)節(jié)5的垂向傳遞率在各個(gè)工況下均保持較高的值（約為1.0）。但是環(huán)節(jié)5的橫向傳遞率隨速度的提高呈下降趨勢(shì)。

由各環(huán)節(jié)的振動(dòng)傳遞率可以看出，轉(zhuǎn)向架一、二系彈簧的減振效果十分明顯，車體邊梁與地板之間是焊接關(guān)系，傳遞率較大，基本沒(méi)有減振效果。

4 結(jié)論

由以上動(dòng)車組振動(dòng)傳遞測(cè)試可以看出，轉(zhuǎn)向架一二系減振系統(tǒng)可以有效降低轉(zhuǎn)向架振動(dòng)向車體的傳導(dǎo)，由于枕梁、邊梁等部位與鋁合金地板之間的剛性連接，此環(huán)節(jié)的減振效果并不理想;車下設(shè)備采用彈性吊掛同樣可以達(dá)到良好的減振效果，同樣由于車體設(shè)備吊座與橫梁及地板的剛性連接導(dǎo)致此環(huán)節(jié)的減振效果有限，受限于車體結(jié)構(gòu)，邊梁與鋁型材地板之間無(wú)法施加減振手段，但是可以通過(guò)在鋁合金地板上增加減振機(jī)構(gòu)來(lái)達(dá)到減振效果，目前動(dòng)車組上已經(jīng)開(kāi)始在客室鋁合金地板和木地板之間加裝減振橡膠支座，減振效果明顯。

動(dòng)車組振動(dòng)傳遞特性分析可以確定從軸箱到車體指定部位的振動(dòng)傳遞特性和頻譜，給出動(dòng)力放大因子與激擾頻率的關(guān)系。為車輛的動(dòng)力學(xué)改進(jìn)提供依據(jù)。避免動(dòng)力設(shè)計(jì)上的盲目性。振動(dòng)傳遞特性的研究具有重要意義。

作者簡(jiǎn)介：劉延超（1986-），男，山東青島人，本科，工程師，研究方向：車體設(shè)計(jì)。