張遠亮，張立民

(西南交通大學 牽引動力國家重點實驗室，四川成都610031)

某動車牽引變壓器振動及傳遞分析*

張遠亮，張立民

(西南交通大學 牽引動力國家重點實驗室，四川成都610031)

為研究某動車牽引變壓器振動及傳遞特性，測試了變壓器在負載開風機狀態(tài)振動加速度。結(jié)果表明:牽引變壓器底部振動較小，變壓器箱體壁橫向(法向面)振動較大 ，與變壓器鐵芯橫向放置有關。同時，振動烈度能較好的反應變壓器振動情況;牽引變壓器的振動基頻為100 Hz，而且其振動能量絕大部分都集中在100 Hz，倍頻處的振動迅速減小;牽引變壓器振動經(jīng)橡膠隔振器傳遞到車體側(cè)墻及車內(nèi)地板，振動未出現(xiàn)放大現(xiàn)象。該橡膠隔振器、側(cè)墻內(nèi)裝材料和地板內(nèi)裝材料隔振性能較好。

動車;牽引變壓器;振動烈度;振動基頻

動車組采用動力分散型技術(shù)，牽引變壓器、牽引變流器等電氣設備直接下掛在車體下方，這些設備通常重達幾噸，且是具有復雜的振動激勵源，引起車體振動惡化，旅客乘座舒適度下降，甚至會造成車體、車下吊掛設備和連接件的疲勞斷裂［1－2］。高速行駛動車車體和附屬設備都承受著較大的波動載荷，激勵的頻率成分也變得復雜［3］。車下附屬設備等部件的振動疲勞破壞已經(jīng)成為影響車輛運行品質(zhì)的重大問題［4－5］。因此，搞清楚車下設備如牽引變壓器振動情況顯得十分必要。

本文測試牽引變壓器在負載開風機狀態(tài)振動加速度，分析了變壓器箱體不同位置的振動，得出了變壓器的振動基頻及倍頻［6］，最后簡單的分析了牽引變壓器振動經(jīng)橡膠隔振器傳遞到車體側(cè)墻及車內(nèi)地板的傳遞情況。對動車組牽引變壓器吊掛剛度設計具有一定的參考價值。

1 相關理論

1.1 振動烈度

在設備選定的位置上按不同方向(一般是沿縱向、橫向、垂向3個方向)測量出振動速度或加速度，計算其有效值，利用矢量合成，計算出機械振動速度的均方根值［7］。機械振動烈度量標為均方根速度，符號為vrms，mm/s。

機械振動烈度的基本計算公式為［7］:

式中vx為選定位置(測點)上縱向振動速度均方根值，mm/s;vy為選定位置(測點)上橫向振動速度均方根值，mm/s;vz為選定位置(測點)上垂向振動速度均方根值，mm/s;Nx為縱向測點數(shù);Ny為橫向測點數(shù);Nz垂向測點數(shù)。

參照表1所示常用設備的振動烈度評定等級對被試設備進行評定。

表1 常用機械設備的振動烈度等級表

牽引變壓器按第3類設備進行評定，即振動烈度不大于1.8 mm/s為良好。

1.2 頻域傳遞率

機組到構(gòu)架的頻域位移量傳遞率定義為:

式中F［y(t)］是響應信號y(t)的傅里葉變換;F［x(t)］是輸入激勵信號x(t)的傅里葉變換。

2 牽引變壓器試驗分析

對某動車組牽引變壓器在負載開風機狀態(tài)測試變壓器及車體振動加速度。傳感器靈敏度為1 000 mV/g。采樣帶寬為512 Hz，分辨率為0.125 Hz。振動測點［6］如圖1～圖6所示。

測點描述如表2。

圖1 安裝梁振動測點

圖2 變壓器安裝座及箱體底部測點

圖3 變壓器箱體壁測點

圖4 變壓器箱體壁測點

圖5 車體側(cè)墻測點

圖6 車體地板測點

表2 測點描述

2.1 變壓器振動分析

截取變壓器負載開風機狀態(tài)120 s穩(wěn)態(tài)振動加速度數(shù)據(jù)。以6 s的分析段確定平均最大值［8］，同時計算振動有效值。對采樣得到的離散加速度進行數(shù)值積分得到振動速度有效值及振動烈度(重力加速度取9.794 g)。結(jié)果如表3。

由表3可知，變壓器箱體底部(測點20)振動相對較小，變壓器箱體側(cè)壁(測點13)法向方向，即橫向方向振動較大，安裝加強肋板后，即測點14振動減小，但引起縱向振動有所增大?？梢缘贸鲎儔浩鞑粌H僅在垂向振動，在3個方向均存在振動。

表3 變壓器振動加速度特征

表4 變壓器振動烈度

由振動烈度可以看出，變壓器底部垂向(法向面)和變壓器箱體壁橫向(法向面)振動較大，同時箱體壁振動烈度達到容許級別，振動較惡劣，其原因是變壓器鐵芯采用橫向安裝方式。振動烈度更能反應變壓器振動情況。

對變壓器箱體振動進行FFT變換，得到振動頻域信息。頻譜曲線見圖7。

圖7 變壓器箱體頻譜

圖7可以看出，變壓器振動基頻為100 Hz，同時存在倍頻振動，但振動能量均不斷減小。變壓器主要激勵頻率為100 Hz，符合變壓器鐵芯磁滯伸縮規(guī)律。

2.2 變壓器及車體振動傳遞分析

變壓器振動傳遞到車體，將引起車體振動，進而引起車體側(cè)墻及車內(nèi)地板振動。

變壓器采用12個圓形橡膠安裝座彈性安裝，安裝方式見圖8。

圖8 變壓器安裝方式

計算安裝座上下測點、車體側(cè)墻及地板振動有效值，見表5及圖9～圖10。

表5 變壓器及車體加速度有效值

圖9 變壓器安裝座頻譜

圖10 變壓器安裝梁頻譜

圖11 變壓器及車體振動傳遞關系

圖12 傳遞環(huán)節(jié)

圖12中:傳遞環(huán)節(jié)1為:

中部安裝座(測點7)—中部安裝梁(測點2)—車體地板(測點32)—車內(nèi)內(nèi)裝地板(測點30)。

傳遞環(huán)節(jié)2為:

端部安裝座(測點6)—端部安裝梁(測點1)—車體下部側(cè)墻(測點27)—車體上部側(cè)墻(測點26)—車內(nèi)內(nèi)裝側(cè)墻(測點28)。

從表5可以得出:變壓器振動(測點6、7)經(jīng)橡膠隔振器傳遞到車體(測點1、2)，3個方向振動均明顯減小。

由圖9～圖10可以得出經(jīng)橡膠隔振器后，變壓器振動到安裝梁振動能量衰減明顯，高階倍頻明顯減小。但振動頻率仍是100 Hz及其倍頻。

從圖11可以得出:從總體上看，傳遞環(huán)節(jié)1和傳遞環(huán)節(jié)2均逐漸減小。說明橡膠隔振器、側(cè)墻內(nèi)裝材料和地板內(nèi)裝材料隔振性能較好。其中傳遞環(huán)節(jié)1中測點2到測點32傳遞有振動放大現(xiàn)象，是因為傳遞到車體地板的振動不僅僅由中部安裝座傳遞，其余安裝座振動也會傳遞給車體地板。

圖13 變壓器安裝座(測點6)到安裝梁(測點1)頻域傳遞率

圖14 變壓器安裝座(測點7)到安裝梁(測點1)頻域傳遞率

計算變壓器安裝座到安裝梁頻域傳遞率，如圖13、圖14所示。

從圖13～圖14可以看出，變壓器在100 Hz，240 Hz及350 Hz附近存在峰值，但振動均在0dB以下(除350 Hz附近)，橡膠隔振性能較好。

3 結(jié)論

通過上述分析可得到如下結(jié)論:

(1)該牽引變壓器的振動基頻為100 Hz，而且其振動能量絕大部分都集中在100 Hz，倍頻處的振動迅速減小。

(2)該牽引變壓器底部振動較小，變壓器箱體壁橫向(法向面)振動較大，與變壓器鐵芯橫向放置有關。同時，振動烈度能較好的反應變壓器振動情況。

(3)該牽引變壓器振動經(jīng)橡膠隔振器傳遞到車體側(cè)墻及車內(nèi)地板，振動未出現(xiàn)放大現(xiàn)象。該橡膠隔振器、側(cè)墻內(nèi)裝材料和地板內(nèi)裝材料隔振性能較好。

［1］ 吳會超.高速動車組車體與車下設備耦合振動研究［D］.成都:西南交通大學，2012.

［2］ 荊道艷.TPB車體有限元分析與車下設備布局優(yōu)化研究［D］.北京:北京交通大學，2007.

［3］ 陳 亮，康洪軍，張立民.牽引變壓器連接剛度對車體與設備振動影響分析［J］.鐵道車輛.2012，50(8):4-6.

［4］ 張立民，陳 林.簡諧激擾下模態(tài)參數(shù)對平穩(wěn)性指標的影響研究［J］.西南交通大學學報.2008，43(4):465-468.

［5］ 張立民，董鐵軍.鐵道車輛懸掛系統(tǒng)振動特征頻率靈敏度分析［J］.振動與沖擊.2009，28(1):28-31.

［6］ 李德葆，陸秋海.工程振動分析［M］.北京:清華大學出版社，2004.

［7］ GB 5913-86 柴油機車車內(nèi)設備機械振動烈度評定方法［S］.北京:中國標準出版社，1986.

［8］ 方 松.高速鐵路客車振動特性研究［D］.成都:西南交通大學，2012.

Analysis of Vibration and Vibration Transmission for EMU Traction Transformer

ZHANG Yuanliang，ZHANG Limin
(Traction Power State Key Laboratory，Southwest JiaoTong University，Chengdu 610031 Sichuan，China)

Vibration test on load and fans-opened has been done for study vibration and vibration transmission of EMU traction transformer.The results show that vibration at the bottom of traction transformer is smaller，while vibration at the side(normal)is bigger for the horizontal placement of transformer core.Vibration severity can be better reaction transformer vibration;the vibration baseband of traction transformer is 100Hz and most of dynamic energy are concentrated in 100Hz.Vibration decreases rapidly at vibration multiplier;traction transformer vibration transmission through the rubber isolator to the carbody sidewalls and floor，vibration amplification phenomenon does not appear.The isolation performance of rubber isolator，sidewall interior materials and floor interior material is better.

EMU;traction transformer;vibration severity;vibration baseband

U266.2.3

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.06

1008－7842(2015)01－0032－04

*國家科技支撐計劃項目(2009BAG12A04－C03)

8—)男，碩士研究生(

2014－08－25)