【摘要】中國的高速列車研究跨越式發(fā)展，所引發(fā)的問題隨之而來。當(dāng)列車處于高速行駛狀態(tài)的時候，軌道受到逐漸提升的激擾而使車體輕量化，導(dǎo)致車輛結(jié)構(gòu)剛度下降。如果引起車輛結(jié)構(gòu)自振頻率降低而引發(fā)共振，就會導(dǎo)致列車的動力學(xué)性能下降。此外，高速列車會運用重量超過3噸的彈性元件吊掛在車體客室下，以用于分散動力。為了使車輛運行的平穩(wěn)性不會受到這些因素的影響，就要對車下設(shè)備的車輛動力學(xué)性能影響進行研究。

【關(guān)鍵詞】車下設(shè)備；車輛平穩(wěn)性；研究

中國高速列車輕量化發(fā)展，隨著列車速度的加快，軌道因高頻率的軌道激擾而使得結(jié)構(gòu)自身剛度下降，導(dǎo)致車輛系統(tǒng)共振加劇。列車運行的平穩(wěn)性因此而降低，使得運行的安全性受到了威脅。以鐵路某段運行為例。在中國鐵路不斷提速的過程中，SS7E型電力機車被研制出來。但是，在機車試運行的過程中，當(dāng)運行120公里/小時至140公里/小時時速區(qū)間的時候出現(xiàn)了橫向振動，而且隨著列車運行速度的提升而振動愈加劇烈。當(dāng)列車處于低速運行狀態(tài)時，分別安裝了轉(zhuǎn)向架以測試列車在曲線段以及道岔區(qū)段的運行狀態(tài)，試驗結(jié)果表明，橫向平穩(wěn)性指標(biāo)相對大一些，具有較大的橫向振動響應(yīng)，還會有車體滾擺振動的現(xiàn)象發(fā)生。

一、車下設(shè)備的位置對車輛平穩(wěn)性的影響

車下設(shè)備包括有牽引變壓器、牽引變流器、牽引電機、制動控制裝置等等電源裝置，污水箱、水箱等等水源裝置，空調(diào)機組、空壓機組等等氣源裝置。這些設(shè)備都被安裝在高速列車的車底設(shè)備艙內(nèi)。

將設(shè)備分別安裝在與車體之間-4米、0米、4米的距離。處于激擾運行條件下，根據(jù)車輛系統(tǒng)平穩(wěn)性指標(biāo)確定設(shè)備輸出的加速度，測點設(shè)定在車體的前端、中心位置和后端。車體處于高速運行狀態(tài)下，設(shè)備的橫向加速度會隨著車體運行速度的加快而有所提升。當(dāng)車體時速低于150公里時，設(shè)備安裝在車體中心位置時輸出加速度為最優(yōu)。當(dāng)車體運行時速超過150公里時，設(shè)備所懸掛的位置應(yīng)處于距離車體4米處，可以降低輸出橫向加速度，垂向加速度最優(yōu)。當(dāng)車體運行時速達到200公里的時候，垂向加速度為最大。

由此可見，安裝設(shè)備的位置不同，橫向平穩(wěn)性指標(biāo)也會相應(yīng)地有所改變，而且車體運行時速提高，橫向平穩(wěn)性就會有所增大。與設(shè)備懸掛在車體的前端和后端相比，在車體中心位置懸掛更容易獲得車體的橫向平穩(wěn)性。垂向平穩(wěn)性依然會受到設(shè)備懸掛位置的影響。在車體中心位置懸掛設(shè)備，可以有效地抑制垂向振動程度，而車體的前端和后段的垂向平穩(wěn)性指標(biāo)會有增大的趨勢。車下設(shè)備越是靠近中心位置，車體的前端和后段的平穩(wěn)性指標(biāo)就會相應(yīng)地有所降低。此時，可以采用功能上與動力吸振器相等的隔振措施，特別是車體的一階垂彎的中心位置，可以發(fā)揮良好的控制作用。

二、車下設(shè)備的懸掛剛度對車體平穩(wěn)性影響

隨著車下設(shè)備影響車體振動越加明顯，對于車輛系統(tǒng)的平穩(wěn)性的影響應(yīng)受到關(guān)注，特別是車輛運行中所使用的吊掛設(shè)備，起到了避免傳播振動噪聲的作用。使用彈性元件吊掛，可以很好地起到了隔振的作用，但是對于輸出加速度具有一定的影響作用。

（一）垂向剛度變化對車體平穩(wěn)性的影響

當(dāng)車體的運行時速達到200公里的時候，設(shè)備輸出的垂向加速度就會呈現(xiàn)出明顯的變化。當(dāng)垂向剛度為每米1MN時，設(shè)備輸出效應(yīng)最小。隨著剛度的增加，輸出效應(yīng)也會明顯增加，此時設(shè)備的震動越加增大。當(dāng)設(shè)備輸出的加速度達到每米3MN的時候，輸出的垂向加速度為最大值。

從垂向穩(wěn)定性指標(biāo)來看，當(dāng)設(shè)備在車體中心懸掛時，垂向剛度處于每米0.5MN至1.5MN之間，隨著垂向剛度的增大，平穩(wěn)性指標(biāo)相對減小。當(dāng)垂向剛度超過每米2MN的時候，特別是達到每米3MN時，平穩(wěn)性指標(biāo)逐漸增大，并達到最大值。當(dāng)車體的運行速度達到時速200公里時，垂向平穩(wěn)性指標(biāo)可以達到3.56。此時，車體中心的平穩(wěn)度下降，處于快速下降的狀態(tài)。垂體剛度處于每米2MN時，是一個拐點。當(dāng)車體前端的垂向平穩(wěn)性指標(biāo)逐漸平緩的時候，如果此時垂向剛度超越了每米2MN的剛度，平穩(wěn)指標(biāo)就會迅速增加，甚至于超過了2.64。這就意味著，要使垂向平穩(wěn)性指標(biāo)相對穩(wěn)定，就要在車體中心懸掛設(shè)備，垂向懸掛剛度的局限范圍為每米1.5MN至2MN之間。

（二）橫向剛度變化對車體平穩(wěn)性的影響

隨著車體的運行，橫向懸掛的剛度也會相應(yīng)地發(fā)生變化，特別表現(xiàn)為車體橫向加速度有所增加。當(dāng)車體的運行時速達到100公里時，橫向剛度可以達到每米0.3MN，此時的加速度是最大的。隨后，橫向剛度會逐漸降低，達到每米1.1MN時為最小值。當(dāng)車體的運行時速達到200公里時，橫向剛度可以達到每米0.5MN，此時的加速度是最小的，一旦橫向剛度超過了每米1.1MN時，橫向剛度會快速提升。由此可見，車體運行速度恒定的情況下，橫向平穩(wěn)性指標(biāo)與設(shè)備懸掛剛度之間的關(guān)系是存在著一定的規(guī)律性的。當(dāng)車行時速為100公里時，橫向懸掛剛度可以達到每米1.3MN，此時的平穩(wěn)指標(biāo)是最大的。隨后的橫向剛度為小幅度變化，當(dāng)達到每米0.5MN的時候，剛度變化較為明顯。當(dāng)車體運行時速達到200公里，垂向懸掛剛度對車體的平穩(wěn)性指標(biāo)的影響是較為明顯的。當(dāng)垂向剛度趨向于每米2MN時，平穩(wěn)性指標(biāo)最優(yōu)，而當(dāng)垂向剛度超過每米2.5MN，則垂向平穩(wěn)性指標(biāo)惡化。由此可見，車體運行時速200公里時，垂向剛度介于每米1.5MN至2MN之間，平穩(wěn)指標(biāo)就會呈現(xiàn)出相對平緩的態(tài)勢。由此可見，要是車體的平穩(wěn)性有所提高，而有效規(guī)避設(shè)備懸掛垂向剛度的影響，就要選擇每米1.5MN至2MN的剛度。

結(jié)語

綜上所述，本論文針對車下設(shè)備對高速運行中的車體平穩(wěn)性的影響進行研究，具體是對懸掛設(shè)備安裝于車體不同位置以及懸掛剛度不同對運行中車體平穩(wěn)性的影響。根據(jù)研究得出結(jié)論，懸掛設(shè)備安裝在車體中心位置的平衡性要由于懸掛于車體的前端和后段。從垂向平穩(wěn)性來看，車體的垂向平穩(wěn)性要得到良好的控制，需要將設(shè)備懸掛于車體中心位置，可以很好地避免車體運動中的吹響振動發(fā)生。

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