動車組車體振動傳遞特性分析

摘 要：動車組車體振動傳遞特性研究可以確定指定部位的振動傳遞特性和頻譜，為車體結構優(yōu)化提供方向和依據(jù)，改善車體局部的惡劣工況，提高動車組乘坐舒適性，杜絕安全隱患。筆者以在動車組線路實驗中測試了轉向架與車體之間的振動傳遞特性及車下設備與車體的振動傳遞特性，并評判車體動力學性能。

關鍵詞：振動;振動傳遞;傳遞率;振動加速度

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

在動車組設計之初，設計人員通過均衡計算、仿真等手段來驗證列車的動態(tài)性能、確定列車的固有參數(shù)，避免車輛各部件、設備在運行過程中產(chǎn)生共振或者振動疊加，導致列車失穩(wěn)或壽命縮減，新車型試制完成后會進行模態(tài)實驗，驗證列車的動力學性能，對車輛懸掛系統(tǒng)參數(shù)的匹配、車體結構的顫振以及車下吊掛的匹配進行驗證，確保列車運行的穩(wěn)定性、安全性。

車輛振動傳遞特性的研究是在以上的基礎上更進一步，確定車體指定部位的振動傳遞特性，有的放矢的改進車輛的動力學性能，降低列車運行中振動及噪聲，提高列車乘坐舒適性，更進一步提高列車的可靠性。

1 動車組車體主要振動傳遞

按照車輛在線路運行工況下車體主要的振動源為轉向架、車下設備。傳動關系如下：

①軸箱→構架→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 振動傳遞測試試驗方法

振動傳遞數(shù)據(jù)主要采集自動車組線路實驗，通過在各環(huán)節(jié)布置加速度傳感器，在各種線路運行工況下獲得各環(huán)節(jié)的振動加速度，從而計算出各環(huán)節(jié)的振動有效值。按如下方法計算各環(huán)節(jié)之間的時域振動傳遞率和頻域振動傳遞率。

傳遞率計算式：ρT為 X1RMS/ X2RMS

X1RMS—振動加速度有效值;

X2RMS—后一環(huán)節(jié)振動加速度有效值。

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。

振動傳遞率的判據(jù)為：

ρ>1——振動放大

ρ<1——振動衰減

ρ為1——等幅傳遞

3 動車組線路實驗振動數(shù)據(jù)分析

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

傳遞關系②中各環(huán)節(jié)振動傳遞率見表3.1。

從不同環(huán)節(jié)傳遞率隨運行速度的變化情況可以看出：

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

勢，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。

車下設備牽引變壓器與車體吊座之間的振動傳遞率均小于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構與地板之間通過焊接剛性連接，傳遞率均值接近1。

傳遞關系①中各環(huán)節(jié)垂向振動傳遞率結果表明：

（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。當車速達到350km/h及以上時，傳遞率較大，約為1.0。當車速為300km/h和330km/h時，傳遞率取極小值。

（3）在關注的5個傳遞環(huán)節(jié)中，環(huán)節(jié)5的垂向傳遞率在各個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。

由各環(huán)節(jié)的振動傳遞率可以看出，轉向架一、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系，傳遞率較大，基本沒有減振效果。

4 結論

由以上動車組振動傳遞測試可以看出，轉向架一二系減振系統(tǒng)可以有效降低轉向架振動向車體的傳導，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;車下設備采用彈性吊掛同樣可以達到良好的減振效果，同樣由于車體設備吊座與橫梁及地板的剛性連接導致此環(huán)節(jié)的減振效果有限，受限于車體結構，邊梁與鋁型材地板之間無法施加減振手段，但是可以通過在鋁合金地板上增加減振機構來達到減振效果，目前動車組上已經(jīng)開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。

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

作者簡介：劉延超（1986-），男，山東青島人，本科，工程師，研究方向：車體設計。