宮 島， 周勁松， 孫文靜， 陳 虹

(同濟(jì)大學(xué)， 上海 201804)

高速列車(chē)車(chē)下設(shè)備模態(tài)匹配研究

宮 島， 周勁松， 孫文靜， 陳 虹

(同濟(jì)大學(xué)， 上海 201804)

建立了整備狀態(tài)車(chē)體有限元模型及包含車(chē)體彈性的高速列車(chē)車(chē)輛剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型，分析了車(chē)下設(shè)備吊掛方式對(duì)車(chē)體整備狀態(tài)模態(tài)參數(shù)的影響，提出車(chē)下設(shè)備隔振橡膠件參數(shù)設(shè)計(jì)方法，并研究了整備狀態(tài)下車(chē)體與車(chē)下設(shè)備懸掛模態(tài)參數(shù)的匹配關(guān)系。結(jié)果表明，車(chē)下設(shè)備采用彈性吊掛時(shí)，車(chē)體整備狀態(tài)下的模態(tài)頻率顯著提升；合理設(shè)置車(chē)下設(shè)備隔振懸掛參數(shù)可有效降低車(chē)體彈性振動(dòng)，算例中，當(dāng)橡膠件的靜撓度設(shè)置為8～9 mm時(shí)，設(shè)備浮沉頻率可與車(chē)體垂向一階彎曲頻率避開(kāi)，側(cè)滾頻率可與車(chē)體菱形變形模態(tài)頻率避開(kāi)，有源設(shè)備高頻振動(dòng)減振效果理想，車(chē)輛可以獲得優(yōu)良的運(yùn)行平穩(wěn)性，同時(shí)車(chē)下設(shè)備自身振動(dòng)亦不劇烈。

高速列車(chē)； 車(chē)下設(shè)備； 隔振設(shè)計(jì)； 模態(tài)匹配

采用動(dòng)力分散技術(shù)的高速列車(chē)在列車(chē)車(chē)體受力、實(shí)現(xiàn)列車(chē)大功率牽引、輪軌粘著力、減輕對(duì)線(xiàn)路的沖擊及降低輪軌間產(chǎn)生的噪聲方面，相對(duì)于動(dòng)力集中型高速列車(chē)具有較大優(yōu)勢(shì)[1-4]。結(jié)合我國(guó)鐵路大運(yùn)輸量的背景，動(dòng)力分散技術(shù)將是我國(guó)高速列車(chē)發(fā)展的主導(dǎo)方向[5]。動(dòng)力分散意味著列車(chē)將采用更多的牽引、制動(dòng)等車(chē)下設(shè)備，而同時(shí)也為車(chē)輛設(shè)計(jì)制造商帶來(lái)了一些困擾，例如車(chē)下設(shè)備的懸掛隔振問(wèn)題。車(chē)下設(shè)備吊掛方式一般分為兩種：剛性吊掛與彈性吊掛。剛性吊掛即直接將車(chē)下設(shè)備焊接或固接在車(chē)體下方，而彈性吊掛則是采用隔振元件，如橡膠件等將車(chē)下設(shè)備懸掛于客室下部。對(duì)于高速列車(chē)而言，諸如牽引變流器、輔助變流器等設(shè)備質(zhì)量可達(dá)幾噸以上，往往自身還具有振動(dòng)激勵(lì)源。因而，如果采取不適當(dāng)?shù)牡鯍旆绞剑瑢?huì)導(dǎo)致車(chē)下設(shè)備振動(dòng)異常，重則致使車(chē)體產(chǎn)生局部共振，直接地影響到車(chē)輛振動(dòng)特性，甚至影響到車(chē)輛運(yùn)營(yíng)的可靠性及安全性，因此，對(duì)車(chē)下設(shè)備吊掛方式及隔振的研究十分必要。本文從車(chē)下設(shè)備吊掛方式入手，分析車(chē)下設(shè)備吊掛方式對(duì)車(chē)體模態(tài)頻率的影響，提出車(chē)下設(shè)備隔振元件參數(shù)設(shè)計(jì)方法，并研究車(chē)體整備狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)與車(chē)下設(shè)備懸掛模態(tài)參數(shù)之間的匹配關(guān)系，為車(chē)下設(shè)備隔振設(shè)計(jì)及車(chē)體模態(tài)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)及參考。

1 車(chē)下設(shè)備吊掛方式對(duì)車(chē)體模態(tài)參數(shù)的影響

圖1所示為國(guó)內(nèi)某型高速列車(chē)動(dòng)車(chē)、拖車(chē)車(chē)輛整備狀態(tài)下的有限元模型。其中，車(chē)身采用四節(jié)點(diǎn)的板單元進(jìn)行離散，車(chē)下設(shè)備采用十節(jié)點(diǎn)的四面體單元進(jìn)行離散。動(dòng)車(chē)車(chē)下設(shè)備包括牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)、空調(diào)單元冷凝器、牽引變流器車(chē)載電源箱及制動(dòng)控制單元，拖車(chē)車(chē)下設(shè)備包括車(chē)載電源箱、風(fēng)缸、廢排單元、輔助變流器、變壓器、冷卻單元及污物箱。為了分析不同吊掛方式對(duì)高速列車(chē)整備狀態(tài)下模態(tài)參數(shù)的影響，在車(chē)下設(shè)備與車(chē)體有限元模型連接時(shí)，分別采用了剛性吊掛和彈性吊掛兩種吊掛方式。

圖1 車(chē)輛有限元模型Fig.1 Finite element models of railway vehicles

1.1 剛性吊掛

RBE2與RBAR是最常用的剛性單元，可將不同的單元焊接或鉸接在一起。RBE2單元主節(jié)點(diǎn)的六個(gè)自由度被用來(lái)參與對(duì)從節(jié)點(diǎn)的載荷分配或約束，因此，只需指定節(jié)點(diǎn)，不必指定自由度。剛性吊掛模型采用RBE2單元，在各邊梁的吊掛位置取一點(diǎn)作為主動(dòng)點(diǎn)，在車(chē)下設(shè)備相應(yīng)位置取一點(diǎn)作為從動(dòng)點(diǎn)，選中該從動(dòng)點(diǎn)的三個(gè)平動(dòng)自由度，使其與主動(dòng)點(diǎn)的六個(gè)自由度耦合。采取同樣的方式將所有設(shè)備剛性吊掛在車(chē)體上。圖2為車(chē)下設(shè)備采用剛性吊掛的有限元模型局部圖。車(chē)下設(shè)備采用剛性吊掛時(shí)，動(dòng)車(chē)及拖車(chē)車(chē)體前5階彈性模態(tài)計(jì)算結(jié)果如表1所示。

圖2 車(chē)下設(shè)備采用剛性吊掛有限元模型局部圖Fig.2 Partial figure of devices with stiffness suspension

振型拖車(chē)頻率/Hz動(dòng)車(chē)頻率/Hz菱形變形8．969．87垂向一階彎曲10．9011．33呼吸模態(tài)11．6712．51一階扭轉(zhuǎn)14．5414．34橫向一階彎曲16．1916．01

1.2 彈性吊掛

由于橡膠件體積緊湊，能同時(shí)提供三向剛度和一定的阻尼，因此鐵道車(chē)輛車(chē)下設(shè)備彈性懸掛通常選用橡膠元件。本研究采用3維彈性單元模擬橡膠元件，在上述剛性吊掛處，用彈性單元代替RBE2單元。假設(shè)每個(gè)獨(dú)立的車(chē)下設(shè)備各彈性懸掛點(diǎn)的剛度相同，那么，各吊點(diǎn)彈性單元的剛度kdi計(jì)算式為

(1)

式中，mi為各車(chē)下設(shè)備的質(zhì)量，g為重力加速度，δst為彈性元件的靜撓度，n為各車(chē)下設(shè)備相應(yīng)的吊掛點(diǎn)數(shù)，d為彈性元件的動(dòng)靜剛度比，其隨著溫度、振動(dòng)頻率、橡膠硬度和配方變化而變化，動(dòng)靜剛度比的取值一般在1.2～2.8[6]，本次分析中，彈性元件的靜撓度選取為8 mm，動(dòng)靜剛度比選取為1.4。圖3為車(chē)下設(shè)備采用彈性吊掛的有限元模型局部圖。車(chē)下設(shè)備采用彈性吊掛時(shí)，動(dòng)車(chē)及拖車(chē)車(chē)體前5階彈性體模態(tài)結(jié)果如表2所示。

圖3 車(chē)下設(shè)備采用彈性吊掛有限元模型局部圖Fig.3 Partial figure of devices with elastic suspension

振型拖車(chē)頻率/Hz動(dòng)車(chē)頻率/Hz菱形變形10．6010．45垂向一階彎曲13．3413．26呼吸模態(tài)14．8914．35一階扭轉(zhuǎn)14．9114．88橫向一階彎曲17．9517．31

分析表1與表2的計(jì)算結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)，車(chē)下設(shè)備采用彈性吊掛時(shí)，車(chē)體彈性模態(tài)頻率明顯高于采用剛性吊掛時(shí)的車(chē)體模態(tài)頻率，其中，動(dòng)車(chē)及拖車(chē)車(chē)體菱形變形模態(tài)頻率分別提高0.58 Hz與1.64 Hz，垂向一階彎曲頻率分別增加了1.93 Hz與2.44 Hz。較高的車(chē)體彈性模態(tài)頻率是鐵道車(chē)輛不斷追求的目標(biāo)，研究表明[7-8]，當(dāng)鐵道車(chē)輛車(chē)體低階彈性模態(tài)頻率大于一定值時(shí)，車(chē)體彈性對(duì)運(yùn)行平穩(wěn)性影響不大，然而車(chē)體的過(guò)分輕量化往往又會(huì)導(dǎo)致車(chē)體剛度不足，模態(tài)頻率降低，因而在追求車(chē)體輕量化的同時(shí)，如何最大化地提高車(chē)體低階彈性模態(tài)頻率一直是車(chē)輛設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。通過(guò)本節(jié)研究可知，當(dāng)車(chē)下設(shè)備采用彈性吊掛時(shí)，車(chē)體整備狀態(tài)下的主要低階彈性模態(tài)頻率提升明顯，因此，對(duì)于高速列車(chē)而言，車(chē)下設(shè)備更易采用彈性吊掛的方式。而當(dāng)采用彈性吊掛時(shí)，吊掛元件的參數(shù)設(shè)計(jì)以及整備狀態(tài)下車(chē)體與車(chē)下設(shè)備之間的模態(tài)匹配關(guān)系尤為重要。

2 整備狀態(tài)下車(chē)體模態(tài)參數(shù)與車(chē)下設(shè)備懸掛模態(tài)參數(shù)匹配研究

2.1 車(chē)下設(shè)備彈性吊掛隔振元件設(shè)計(jì)

按照振動(dòng)傳遞方向，隔振的措施可分為積極隔振與消極隔振兩類(lèi)[9]。其中，積極隔振的目的在于隔離振源，即本身是振源的物體，為了減小它對(duì)周?chē)O(shè)備的影響，將它與整個(gè)基體隔離開(kāi)來(lái)；消極隔振的目的在于隔離響應(yīng)，即對(duì)于允許振動(dòng)很小的儀器或設(shè)備，為了避免周?chē)裨磳?duì)其的影響，將其與整個(gè)基體隔離開(kāi)來(lái)。雖然積極隔振和消極隔振的概念不同，但其基本原理是相同的。根據(jù)鐵道車(chē)輛車(chē)下設(shè)備的振動(dòng)特性，這里將車(chē)體至車(chē)下設(shè)備的振動(dòng)傳遞設(shè)計(jì)為消極隔振，設(shè)備至車(chē)體的振動(dòng)傳遞設(shè)計(jì)為積極隔振。

(2)

(3)

式中，ωn為吊掛系統(tǒng)固有頻率，ω1為10.45 Hz，ω2為2 Hz。

因此，對(duì)于消極隔振而言，車(chē)下設(shè)備懸掛系統(tǒng)固有頻率最好設(shè)置在5.00～7.39 Hz之間。由于車(chē)下設(shè)備中很多激勵(lì)源包括電機(jī)、風(fēng)機(jī)等等激勵(lì)頻率往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于此數(shù)值，因而該數(shù)值范圍仍然可以滿(mǎn)足積極隔振設(shè)計(jì)要求。

由于靜撓度是車(chē)下設(shè)備吊掛橡膠件剛度、橡膠件個(gè)數(shù)選擇的重要設(shè)計(jì)依據(jù)，因此，結(jié)合工程實(shí)際，在后續(xù)分析中以吊掛靜撓度為參數(shù)，動(dòng)靜剛度比仍選取為1.4。那么，車(chē)下設(shè)備自振頻率為

(4)

式中，kd為隔振懸掛的動(dòng)剛度，kst為隔振懸掛的靜剛度。那么，隔振元件的靜撓度δst為

(5)

將fn=5.00～7.39 Hz代入式(5)，可得到靜撓度初始優(yōu)化范圍δst=6.40～13.90 mm。

2.2 模態(tài)參數(shù)匹配研究

為了深入研究車(chē)下設(shè)備懸掛模態(tài)參數(shù)與車(chē)體整備狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)之間的匹配關(guān)系，同時(shí)對(duì)隔振設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，本節(jié)利用Guyan縮減理論[10]結(jié)合動(dòng)力學(xué)軟件，建立包含車(chē)體彈性的動(dòng)車(chē)車(chē)輛剛?cè)狁詈戏蔷€(xiàn)性模型，模型包含1個(gè)彈性車(chē)體、2個(gè)轉(zhuǎn)向架、8個(gè)軸箱、4個(gè)輪對(duì)、2個(gè)牽引電機(jī)、1個(gè)牽引變流器、1個(gè)空調(diào)單元冷凝器、1個(gè)車(chē)載電源箱及制動(dòng)控制單元。轉(zhuǎn)向架、軸箱及輪對(duì)仍考慮為剛性。車(chē)體彈性考慮表2中所列的動(dòng)車(chē)彈性模態(tài)，模型中剛體自由度數(shù)共計(jì)80個(gè)。在模型中考慮了以下的非線(xiàn)性因素：二系橫向彈性止檔的遞增剛度特性、輪軌接觸非線(xiàn)性幾何特性、非線(xiàn)性蠕滑力和蠕滑力矩、液壓減振器的非線(xiàn)性特性。圖4所示為車(chē)輛剛?cè)狁詈戏蔷€(xiàn)性模型，圖5所示為車(chē)下設(shè)備模型。

圖4 車(chē)輛剛?cè)狁詈夏Ｐ虵ig.4 Rigid-flexible coupled model of railway vehicle

圖5 車(chē)下設(shè)備模型Fig.5 Model of suspended device

根據(jù)2.1節(jié)中得到的靜撓度范圍，保守地選取考察范圍為5.00～18.00 mm。圖6分別是橡膠隔振元件阻尼比為0.15，運(yùn)行速度為200、250、300及350 km·h-1時(shí)，車(chē)體中部、轉(zhuǎn)向架上方車(chē)體地板面振動(dòng)加速度RMS值計(jì)算結(jié)果。綜合圖6中各速度級(jí)的計(jì)算結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)橡膠件靜撓度在7.00～10.00 mm范圍內(nèi)時(shí)，車(chē)體中部地板面振動(dòng)較低；對(duì)于轉(zhuǎn)向架上方地板面而言，靜撓度在6.00～9.00 mm范圍內(nèi)時(shí)，振動(dòng)較低。

圖7是位于車(chē)體中部下方牽引變流器(3 000 kg)垂向振動(dòng)加速度RMS值的計(jì)算結(jié)果?？梢钥吹?，設(shè)備的振動(dòng)隨著橡膠件靜撓度增加而降低。這是因?yàn)橄鹉z件靜撓度越高，其對(duì)應(yīng)動(dòng)剛度越低，車(chē)下設(shè)備自振頻率越小，同時(shí)也就越遠(yuǎn)離車(chē)體彈性彎曲頻率，從而更大程度地避免與車(chē)體的耦合振動(dòng)。

圖6 阻尼比0．15，車(chē)輛垂向振動(dòng)加速度RMS值Fig．6Dampingratio0．15，Acc．RMSvaluesofcarbody圖7 阻尼比0．15，牽引變流器垂向振動(dòng)加速度RMS值Fig．7Dampingratio0．15，Acc．RMSvaluesoftractionconvertor

橡膠件的阻尼比通常在0.075～0.20，其阻尼比一般不能太高，否則橡膠很容易發(fā)熱，加速了老化和蠕變過(guò)程[5]。圖8與圖9分別是橡膠件阻尼比為0.10及0.15時(shí)，車(chē)輛運(yùn)行平穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果。通過(guò)對(duì)比兩圖的平穩(wěn)性指標(biāo)，容易發(fā)現(xiàn)，影響車(chē)體運(yùn)行平穩(wěn)性的主要因素是隔振元件靜撓度，也就是橡膠件的剛度，而阻尼的影響相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小；當(dāng)靜撓度為8.00～9.00 mm時(shí)，車(chē)輛運(yùn)行平穩(wěn)性最優(yōu)。

圖8 阻尼比0.10，車(chē)輛垂向運(yùn)行平穩(wěn)性Fig.8 Damping ratio 0.10, Sperling indexes of car body

圖9 阻尼比0.15，車(chē)輛垂向運(yùn)行平穩(wěn)性Fig.9 Damping ratio 0.15, Sperling indexes of car body

圖10是設(shè)備分別采用剛性懸掛與彈性懸掛時(shí)，車(chē)輛垂向運(yùn)行平穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果對(duì)比，其中彈性懸掛靜撓度設(shè)置為8.00 mm，阻尼比為0.15。從圖10中可以看到，采用彈性懸掛的車(chē)輛運(yùn)行平穩(wěn)性要優(yōu)于采用剛性懸掛的車(chē)輛，且運(yùn)行速度越高，這種優(yōu)勢(shì)越加明顯。

圖10 設(shè)備懸掛方式對(duì)運(yùn)行平穩(wěn)性的影響Fig.10 Influence of suspended methods on ride quality

圖11是牽引變流器自振頻率隨橡膠件靜撓度的變化情況。從結(jié)果中可以看出，當(dāng)橡膠件靜撓度范圍在8.00～9.00 mm之間時(shí)，設(shè)備橫移自振頻率范圍為5.23～5.89 Hz，搖頭頻率范圍為7.81～8.31 Hz，浮沉頻率范圍為6.16～6.53 Hz，側(cè)滾頻率范圍為12.53～13.52 Hz，此時(shí)，車(chē)下設(shè)備浮沉自振頻率有效避開(kāi)車(chē)體垂向一階彎曲頻率，設(shè)備側(cè)滾自振頻率有效避開(kāi)車(chē)體菱形變形模態(tài)頻率。

當(dāng)橡膠件靜撓度范圍在8.00～9.00 mm之間時(shí)，懸掛系統(tǒng)固有頻率fn在6.16～6.53 Hz之間，此時(shí)，0～2 Hz及7 Hz以上車(chē)體至車(chē)下設(shè)備的垂向振動(dòng)位移傳遞率及車(chē)下設(shè)備至車(chē)體的動(dòng)力傳遞系數(shù)分析如圖12所示。同理可知，對(duì)應(yīng)積極隔振而言，車(chē)下設(shè)備至車(chē)體的動(dòng)力傳遞系數(shù)分析與此結(jié)果相同。從圖12(a) 中可以看到，在0～2 Hz頻率范圍內(nèi)，隔振懸掛使得車(chē)體至車(chē)下設(shè)備的振動(dòng)傳遞有放大作用。從圖12(b)中可以看到，該懸掛對(duì)應(yīng)8.71 Hz和9.13 Hz以上的振動(dòng)輸入有衰減作用。當(dāng)激勵(lì)頻率為10 Hz時(shí)，即可獲得35%的減振效率，當(dāng)激勵(lì)頻率為100 Hz時(shí)，減振效率即達(dá)98.11%，即98.11%的振動(dòng)經(jīng)懸掛而衰減，這對(duì)降低車(chē)下設(shè)備至車(chē)體的動(dòng)力作用及噪聲傳遞有非常好的功效。

圖11 牽引變流器自振頻率與靜撓度關(guān)系Fig.11 Relations between natural frequencies of traction convertor with stastic deflection

圖12 垂向振動(dòng)傳遞率Fig.12 Vertical vibration transmissibility

2.3 有源設(shè)備振動(dòng)傳遞分析

在高速列車(chē)車(chē)下設(shè)備中，還有很多包含激振源的設(shè)備，其中部分設(shè)備工作頻率高，自振強(qiáng)，如果懸掛方式不當(dāng)，將會(huì)對(duì)車(chē)輛系統(tǒng)振動(dòng)噪聲造成影響，惡化乘坐舒適度，因此對(duì)有源設(shè)備減振性能的研究十分必要。風(fēng)機(jī)是典型的高頻、高激振有源設(shè)備，圖13所示為本次研究中高速列車(chē)風(fēng)機(jī)設(shè)備穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，垂向振動(dòng)加速度時(shí)頻測(cè)試結(jié)果。從圖中可以看到，穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，風(fēng)機(jī)激振源近似為由頻率24.500 Hz及其倍頻處附近的多個(gè)簡(jiǎn)諧激勵(lì)疊加而成，且疊加后振動(dòng)較大。

在系統(tǒng)模型中引入上述風(fēng)機(jī)穩(wěn)態(tài)工作激振源后，設(shè)備懸掛橡膠件靜撓度分別選取為8.00 mm與9.00 mm，阻尼比為0.15時(shí)，風(fēng)機(jī)懸掛點(diǎn)正上方車(chē)體地板面振動(dòng)加速度計(jì)算結(jié)果如圖14所示。不難發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)激振經(jīng)橡膠件減振后，振動(dòng)大幅衰減；其中，頻率為24.5 Hz處的振動(dòng)，在8.00 mm與9.00 mm靜撓度橡膠件作用下，減振率分別達(dá)到93.18%與93.37%，而對(duì)于頻率為48.875 Hz與73.375 Hz的振動(dòng)，兩種靜撓度的減振效率相當(dāng)，均為94.00%與94.04%。這說(shuō)明振動(dòng)頻率越高，橡膠件的減振效率越高，而當(dāng)頻率高于一定值后，兩種靜撓度減振效果接近，這也與圖12中結(jié)果保持一致。

綜合以上分析，根據(jù)本文所提出的車(chē)下設(shè)備懸掛橡膠件參數(shù)設(shè)計(jì)方法可知，當(dāng)橡膠件靜撓度選取在8.00～9.00 mm之間時(shí)，設(shè)備自振頻率可與車(chē)體彈性彎曲頻率分隔開(kāi)來(lái)，有源設(shè)備高頻振動(dòng)減振效果理想，車(chē)輛可以獲得良好的運(yùn)行特性，同時(shí)設(shè)備自振亦不劇烈。

圖13 風(fēng)機(jī)穩(wěn)態(tài)振動(dòng)加速度時(shí)頻測(cè)試結(jié)果Fig.13 Time and frequency domain test results of Acc. of a steady state blower

圖14 風(fēng)機(jī)懸掛點(diǎn)正上方車(chē)體地板面振動(dòng)加速度Fig.14 Acc. of the car body floor above the suspended blower

3 結(jié) 論

(1)相對(duì)于剛性吊掛而言，車(chē)下設(shè)備采用彈性吊掛時(shí)，可以提升車(chē)體整備狀態(tài)下的模態(tài)頻率；

(2)合理設(shè)置車(chē)下設(shè)備隔振懸掛參數(shù)可以有效減小車(chē)體彈性振動(dòng)，其中靜撓度即橡膠件剛度在隔振中起主要作用；本文所研究的高速車(chē)輛，靜撓度選取為8.00～9.00 mm時(shí)， 設(shè)備浮沉頻率有效避開(kāi)了車(chē)體垂

向一階彎曲頻率，設(shè)備側(cè)滾頻率有效避開(kāi)了車(chē)體菱形變形模態(tài)頻率，車(chē)輛運(yùn)行平穩(wěn)性良好，同時(shí)車(chē)下設(shè)備自身振動(dòng)不劇烈；

(3)靜撓度選取為8.00～9.00 mm時(shí)，有源設(shè)備高頻振動(dòng)減振效果理想，激勵(lì)頻率大于10 Hz時(shí)，可至少獲得35%的減振效率，當(dāng)激勵(lì)頻率為100 Hz時(shí)，減振效率即達(dá)98.11%。

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Modes matching between suspended devices and car body for a high-speed railway vehicle

GONG Dao，ZHOU Jin-song，SUN Wen-jing，CHEN Hong

(Tongji University, Shanghai 201804，China)

FE models of fully-equipped car bodies and a high-speed railway vehicle rigid-flexible coupled model including the flexibility of car body were built, the influences of suspended forms of devices on modal parameters of fully-equipped car bodies were analyzed, the design procedures of rubber isolator parameters of suspended devices were proposed, and the matching relations between car body modes and suspended equipment modal parameters were investigated. The results showed that car body modal frequencies can be promoted obviously with devices of elastic suspension; reasonable suspension parameters of devices can effectively suppress car body flexible vibration. The examples here showed that when the static deflection of a rubber isolator is 8～9 mm, the bounce and roll frequencies of the device can be far from the first vertical bending and the diagonal distortion frequencies of the car body, respectively; the devices having vibration sources can achieve a good effect of vibration reduction in a high frequency range, the vehicle can obtain a good ride quality and the suspended device vibration is not strong.

high-speed railway vehicle; suspended device; vibration isolation design; modes matching

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2011BAG10B01-A03);中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2013M541538)

2013-01-10 修改稿收到日期：2013-05-30

宮島 男，博士后，1985年11月生

U270.1

A

10.13465/j.cnki.jvs.2014.08.031