湯晏寧，高 陽，郭偉強

（中車長春軌道客車股份有限公司 工程中心工程實驗室，吉林長春130062）

地鐵與輕軌

關(guān)于地鐵車輛空壓機吊裝結(jié)構(gòu)減振方式及特性的研究

湯晏寧，高 陽，郭偉強

（中車長春軌道客車股份有限公司 工程中心工程實驗室，吉林長春130062）

通過對空壓機吊裝結(jié)構(gòu)的模態(tài)計算、試驗測試、以及減振器性能特點的研究，探討和分析了地鐵車輛空壓機吊裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用不同減振方式對地鐵車輛振動特性的影響，并進行了空壓機吊裝結(jié)構(gòu)減振特性正向設(shè)計的研究。

地鐵車輛；減振特性；正向設(shè)計；研究

隨著社會的發(fā)展與進步，地鐵車輛的乘坐舒適度也越來越受到重視，因此，在車輛的設(shè)計研發(fā)過程中，對車下設(shè)備的吊裝結(jié)構(gòu)的減振方式也提出異常嚴格的要求。

眾所周知，吊裝在車下的空氣壓縮機是引起地鐵車輛振動的主要振源之一，在其正常工作狀態(tài)下，空壓機自身的振動會導(dǎo)致其吊裝結(jié)構(gòu)和底架結(jié)構(gòu)的振動，進而影響地鐵車輛的舒適性能。本文通過對空壓機吊裝結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析、對不同減振器的性能特點分析、對空壓機吊裝結(jié)構(gòu)的振動特性測試分析，從振動的傳遞路徑上探討和研究空壓機吊裝結(jié)構(gòu)的不同減振方式對整車振動特性的影響。

1 空壓機吊裝結(jié)構(gòu)的模態(tài)計算

（1）空壓機吊裝結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 空壓機吊裝結(jié)構(gòu)安裝示意圖

（2）空壓機吊裝結(jié)構(gòu)的材料及相關(guān)參數(shù)見表1。

（3）空壓機吊裝結(jié)構(gòu)的模態(tài)計算結(jié)果見表2。

圖2 空壓機吊裝結(jié)構(gòu)模態(tài)計算模型

表1 空壓機吊裝結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)表

表2 空壓機吊裝結(jié)構(gòu)的模態(tài)計算結(jié)果

2 擬采用的減振器的特性闡述

目前，擬采用橡膠減振器和彈簧減振器進行減振設(shè)計，下面針對兩種減振器進行其結(jié)構(gòu)特性的分析。

2.1 橡膠減振器固有頻率及性能特點分析

通過理論研究分析，可知橡膠減振器的固有頻率特性和結(jié)構(gòu)性能特點如圖3及表3所示：

圖3 橡膠減振器結(jié)構(gòu)示意圖

因此，由上述分析可知，該空壓機橡膠減振器的固有頻率約為12～15 Hz；

橡膠彈簧是一種高分子彈性體，內(nèi)部摩擦大，減振能力強，有利于越過共振區(qū)，彈性模量比金屬小得多，可產(chǎn)生較大彈性形變，衰減高頻振動和噪聲，具有壽命長、抗腐蝕、耐寒性，優(yōu)良的防水性、氣密性、電絕緣性等優(yōu)點，與其他金屬彈簧相比，減振能力強，緩沖效果好，噪聲小。

表3 橡膠減振器技術(shù)參數(shù)及外形尺寸表

2.2 彈簧減振器固有頻率及結(jié)構(gòu)性能特點分析

通過理論研究分析，可知彈簧減振器的結(jié)構(gòu)特點及固有頻率特性如圖4及表4所示。

由上述分析可知，該空壓機彈簧減振器的固有頻率約為5～15 Hz；彈簧隔振器主要由金屬材料構(gòu)成，具備靜態(tài)壓縮量大，固有頻率低，低頻隔振良好；耐受油、水和溶劑等侵蝕，不受溫度變化的影響；不會老化或蠕變；大量生產(chǎn)時特性變化很小。

但由于其材料特性的影響，在選用彈簧減振器的同時應(yīng)考慮如下因素：①本身阻尼極?。ㄗ枘岜燃s0.005），以致共振時傳遞率非常大；②高頻時容易沿鋼絲傳遞振動；③容易產(chǎn)生搖擺運動，因而必須加上外阻尼（如金屬絲、橡膠、毛氈等）和惰性塊。

表4 彈簧減振器參數(shù)

通過對兩種減振器結(jié)構(gòu)特性的研究分析，并依據(jù)空壓機吊裝結(jié)構(gòu)的模態(tài)計算結(jié)果，我們一致認為，橡膠減振器能夠很好地隔斷10 Hz以上的激發(fā)頻率，并且其衰減能力強，能夠更好地衰減高頻振動能量，該吊裝結(jié)構(gòu)擬采用橡膠減振器的減振方式。

3 兩種減振器減振特性的測試分析

3.1 兩種減振器的懸掛方式闡述

某地鐵車輛空壓機分別采用彈簧減振器和橡膠彈簧減振器將其吊裝在車下橫梁處，如圖5和圖6所示。

圖5 彈簧減振器的懸掛方式

圖6 橡膠減振器的懸掛方式

3.2 試驗儀器

表5 主要測試儀器

3.3 試驗測點布置

振動傳感器分別從空壓機表面、減振器上下位置、空壓機吊梁、底架下表面、車內(nèi)地板上表面等沿振動傳遞路徑進行布置，共12個測點，如圖7及表6所示；

圖7 空壓機吊裝結(jié)構(gòu)及振動傳感器布置示意圖

表6 測點位置說明

3.4 車輛試驗工況

車輛靜止，空壓機單獨啟動，每次連續(xù)工作60 s時間，測試3次；

3.5 測點振動評定參數(shù)

車輛在靜止狀態(tài)下，單獨啟動空壓機，使其正常工作60 s，分析各個測點在內(nèi)1 000 Hz范圍內(nèi)的振動加速度值。

3.6 測試結(jié)果分析

通過對試驗數(shù)據(jù)進行分析，研究不同減振器在主要傳遞路徑上的各測點的振動頻譜特性，如圖8～圖11所示。

圖8 減振器上方位置振動對比圖

圖9 吊耳附近振動對比圖

圖10 底架下表面位置振動對比圖

圖11 車內(nèi)地板上表面振動對比圖

注：文中空壓機的額定工作頻率為24 Hz。

空壓機采用不同的減振器，相同位置處測點的振動加速度測試結(jié)果如表7所示：

由上述試驗結(jié)果可知，采用橡膠減振器后，空壓機自身及其吊裝結(jié)構(gòu)的振動加速度值均有大幅度減小，其產(chǎn)生的中頻振動能量大部分被衰減和吸收，對于低頻，尤其是20～25 Hz附近的振動能量只有極少部分被傳入車體及內(nèi)部，而人體對這種振動特性感覺不明顯，因此保證了地鐵車輛運行的平穩(wěn)性和乘坐舒適度。

表7 不同測點的振動加速度分析結(jié)果 m·s－2

4 橡膠減振器的應(yīng)用特點

現(xiàn)階段，橡膠減振器被使用的范圍越來越廣，不僅在汽車、火車、輪船、飛機等交通工具，就連工業(yè)上各種設(shè)備、民用建筑的設(shè)備減振工程中都應(yīng)用到，其應(yīng)用特點如下：

橡膠減振器的最大優(yōu)點是阻尼大，在共振頻率附近有較好的減振效果，并適用于垂直、水平、旋轉(zhuǎn)方向的隔振，勁度具有較寬的范圍可供選擇。

橡膠減振器的缺點是隔振性能易受溫度影響，在低溫下使用，性能不好。靜態(tài)壓縮量低且固有頻率高于5 Hz，因此這種減振器對具有較低的干擾頻率（固有頻率低于5 Hz）不適用。

設(shè)計和選用橡膠隔振器的關(guān)鍵是準確估算其勁度和固有頻率，以使承受載荷在其允許范圍內(nèi)。此外還應(yīng)注意，靜負荷時的最大壓縮量不應(yīng)超過原長度的10%～15%，以保證一定使用壽命。

5 結(jié)束語

通過對空壓機吊裝結(jié)構(gòu)的模態(tài)計算、不同減振器性能特點的研究以及吊裝結(jié)構(gòu)的振動測試分析，可知應(yīng)用橡膠減振器對工作狀態(tài)的空壓機及其吊裝結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的中、低頻振動能量具有很好的吸收作用，改善了由于空壓機自身振動引起的地板結(jié)構(gòu)振動嚴重的現(xiàn)象，保證了地鐵車輛乘坐的舒適度，并且在設(shè)計上滿足空壓機吊裝結(jié)構(gòu)的減振特性要求。

綜上，通過仿真計算指導(dǎo)設(shè)計，試驗測試驗證設(shè)計的技術(shù)手段，證實了該地鐵車輛采用橡膠減振器是滿足其結(jié)構(gòu)的減振要求的，并具備豐富的理論基礎(chǔ)和可靠的試驗數(shù)據(jù)，很好地實現(xiàn)了在車輛研發(fā)過程中對空壓機吊裝結(jié)構(gòu)減振方式的正向設(shè)計。

［1］ 馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［2］ 湯普森.鐵路噪聲與振動：機理，模型和控制方法［R］.北京：中國鐵道科學研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，2013.

［3］ 吳昌林，張衛(wèi)國，姜柳林.機械設(shè)計（第3版）［M］.武漢：華中科技大學出版社，2011.

Research on Vibration Damping Method and Characteristic for Air Compressor Hoisting Structure of Subway Vehicles

TANG Yanning，GAO Yang，GUO Weiqiang
（CRRC Changchun Railway Vehicles Co.，Ltd.，Changchun 130062 Jilin，China）

By the modal calculation，testing and vibration damper performance of air compressor hoisting structure，this paper discusses and analyzes the different vibration damping methods’effect on the vibration performance of subway vehicles，and carries out the topdown design of vibration damping characteristics for air compressor hoisting structure.

subway vehicles；vibration damping characteristics；top-down design；research

U239.5

A

10.3969／j.issn.1008－7842.2016.06.22

1008－7842（2016）06－0086－04

7—）女，高級工程師（

2016－07－26）