動車組空調壓縮機的減振優化試驗*

丁義鋒， 崔元虎， 閆莉瑩

(1.西安中車永電捷通電氣有限公司，陜西 西安 710016； 2.大連機車車輛有限公司 遼寧 大連 116021)

0 引 言

近年來，我國高速列車不斷發展，運行速度不斷提高，客室內的振動與噪聲已成為影響客室內舒適性的重要指標[1]。某型號列車客室空調機組采用完全嵌入式結構，振動與噪聲對客室的影響尤為明顯。客室空調機組的振動主要來源于壓縮機、冷凝風機、蒸發風機3種運動部件，以及客室空調與車輛的共振。其中，壓縮機是最主要的振動源[2-4]。在客室空調機組中，壓縮機布置在室外腔，主要通過與空調箱體的連接向客室內傳播振動噪聲。

空調機組的異常振動對乘客舒適性產生了嚴重影響，因此，有必要對空調機組的減振問題進行研究分析。針對空調機組振動較大的問題，筆者采用加速度計對空調機組在不同負載條件下的振動量進行了測試，測試結果表明，振動主要來源于空調機組內部的壓縮機。通過調整壓縮機減振橡膠硬度，及增加二級減振結構，有效地解決了壓縮機振動較大的問題，達到了減振降噪的目的，提高了客室內的舒適性，對空調機組的減振降噪有著重要的指導意義。

1 壓縮機原方案振動測試

1.1 空調機組安裝點振動量測試

某型號客室空調機組壓縮機為臥式全封閉渦旋壓縮機，采用一級減振結構。壓縮機四個安裝點使用減振橡膠進行減振，安裝在托盤上，托盤剛性安裝在空調室外腔。為研究壓縮機對箱體的振動影響，主要對空調機組室外腔12個安裝點附近進行振動測試。各測點加速度RMS值如圖1所示，各測點頻譜分析結果如圖2所示。

圖1 不同測點振動量測試結果

圖2 頻譜分析結果

試驗結果表明，在振動較大部位，風機振動量占比約為20%，壓縮機占比約為80%，壓縮機振動量較大，風機振動峰值主要出現在150 Hz，而壓縮機振動峰值主要出現在50 Hz和150 Hz。

1.2 掃頻測試

為測得壓縮機所用減振系統的固有特性，使用振動試驗臺對壓縮機減振系統進行掃頻試驗。三個方向的掃頻測試結果如圖3所示。

圖3 原方案壓縮機掃頻測試結果

壓縮機一級減振結構振動量和掃頻測試結果表明，壓縮機振動量遠大于風機，需改進壓縮機減振系統。壓縮機在50 Hz處的振動量較大，需降低50 Hz振動峰值。壓縮機減振系統在垂向雖處于隔振區，但頻率比較小，隔振效果不理想。壓縮機減振系統橫向二階固有頻率約為52 Hz，處于共振區，需改進壓縮機減振系統。

2 壓縮機減振優化設計

2.1 壓縮機減振方案設計

為研究不同一級減振橡膠硬度及增加二級減振橡膠后減振系統的特性，設計八種方案對壓縮機二級減振系統進行研究。壓縮機二級減振安裝示意圖如圖4所示，一級減振橡膠與二級減振橡膠的組合情況如表1所示。

圖4 壓縮機二級減振安裝示意圖

表1 壓縮機減振系統二級減振系統方案

2.2 掃頻測試

壓縮機減振系統垂向、縱向和橫向的掃頻測試結果分別如圖5～7所示。

圖5 垂向掃頻測試結果

圖6 縱向掃頻測試結果

圖7 橫向掃頻測試結果

對掃頻結果中一階固有頻率和幅值比進行匯總，如表2所列。

表2 不同方案一階固有頻率和幅值比

掃頻測試結果表明，一級減振橡膠硬度越小，減振系統固有頻率越低，而且增加二級減振同樣可降低減振系統固有頻率。

2.3 安裝點振動量測試

不同方案加速度RMS值測試結果如圖8所示。

圖8 不同方案振動量測試結果

上述測試結果表明：一級減振橡膠硬度越小，減振系統固有頻率越低，壓縮機減振效果越好。硬度30～35的減振效果最好；硬度35～45和硬度30～40的次之；硬度60～70(原方案)的減振效果最差。增加二級減振可進一步降低壓縮機振動量及50 Hz處的振動峰值。

3 試驗結果

壓縮機二級減振方案方案6的減震效果最好，但與車體的固有頻率接近，存在共振的風險。綜合減振效果及減振系統固有頻率后，選擇方案8作為最終方案，即一級減振橡膠硬度由60～70降低為30～40，并增加二級減振橡膠。最終方案與原方案的對比如圖9和圖10所示。

圖9 最終方案與原方案振動量對比

圖10 頻譜分析結果對比

壓縮機最終方案掃頻測試結果如圖11所示，從圖中看出，壓縮機減振系統在50 Hz處無共振峰。

圖11 最終方案壓縮機掃頻測試結果

與原方案相比，最終方案減振效果更好，能夠滿足整改目標要求。在原方案振動較大的部位，最終方案振動量降幅達60%以上。最終方案8#和9#測點振動量與風機振動量相差不大，除8#和9#測點外，其他測點振動量與風機振動量相比，可忽略不計。壓縮機在50 Hz的振動峰值降幅達50%以上。減振系統垂向頻率比約為2.7，縱向頻率比約為4，橫向頻率比約為4.8，均處于隔振區，可有效降低壓縮機傳遞的振動量，提高客室內的舒適性。

4 結 語

通過試驗測量，確定了空調機組的振動主要來源于其內部的壓縮機。為了降低壓縮機振動量，文中共設計了八種不同的壓縮機減振方案。試驗測試結果表明，減振橡膠硬度越小，減振系統固有頻率越低，減振效果越好。增加二級減振可以進一步降低系統的固有頻率，但需避開車輛固有頻率，以避免與車體發生共振。與原方案相比，最終方案極大地降低了壓縮機的振動量，有效地解決了壓縮機振動過大的問題，對空調機組的減振降噪有著重要的指導意義。