張高鋒

摘要：本文對(duì)一種軌道工程車出現(xiàn)車體振動(dòng)過(guò)大的現(xiàn)象，參照標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3550.1-2019《機(jī)車車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范 車體：客車車體》并結(jié)合有限元分析軟件，從動(dòng)力裝置與車體結(jié)構(gòu)方面分析、探討其產(chǎn)生振動(dòng)的原因及隔振優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：軌道工程車;車體振動(dòng);有限元分析;隔振優(yōu)化

中圖分類號(hào)：[U273.1] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）07-0071-02

0 ?引言

目前我國(guó)鐵路技術(shù)裝備水平的快速提升、運(yùn)輸能力的快速擴(kuò)充，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)钠惹幸蟆Ｕ駝?dòng)作為一種普遍存在的現(xiàn)象在軌道交通牽引機(jī)車上同樣存在，通常有規(guī)律輕微的振動(dòng)對(duì)機(jī)車及車內(nèi)司乘人員并不會(huì)產(chǎn)生太大影響，然而當(dāng)車輛由于自身結(jié)構(gòu)、動(dòng)力裝置、外界環(huán)境等因素變化而產(chǎn)生較大振動(dòng)，甚至共振時(shí)，不僅會(huì)使車輛各零部件故障率增加，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致機(jī)破、臨修等事件概率的大幅上升，久而久之甚至?xí)＜叭藛T安全[1-2]。

該軌道工程車為內(nèi)燃電傳車，內(nèi)燃電傳車以內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源，輸出的能量通常作用到發(fā)電機(jī)上，發(fā)出的電能經(jīng)過(guò)一系列的變換最終提供給牽引電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)輪對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車移動(dòng)。因此，內(nèi)燃傳動(dòng)機(jī)車的振動(dòng)也多與其內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)等存在一定聯(lián)系，本文從動(dòng)力裝置與車體結(jié)構(gòu)方面出發(fā)，分析、探討其產(chǎn)生振動(dòng)的原因及隔振優(yōu)化措施。

1 ?整車設(shè)計(jì)來(lái)源及車體結(jié)構(gòu)介紹

1.1 整車設(shè)計(jì)來(lái)源

該型重型軌道車是以某半車棚軌道車為原型車（以下簡(jiǎn)稱原型車），原型車主要用于200km/h及以上線路維修中的材料、工具、人員運(yùn)輸，可作為各種鐵路施工和信息化檢測(cè)技術(shù)的設(shè)備裝載平臺(tái)，也可適應(yīng)我國(guó)其它標(biāo)準(zhǔn)軌距的鐵路。整車形式如圖1所示。

1.2 車體結(jié)構(gòu)介紹

該型重型軌道車在原型車設(shè)計(jì)基礎(chǔ)沿用動(dòng)力配置并將車棚形式由半棚改為全棚，并沿用動(dòng)力系統(tǒng)配置。該車車體為整體承載式結(jié)構(gòu)，整體承載式車體均為棚式車體[3]。車體長(zhǎng)21000mm，寬3100mm，定距為14500mm。車體包括車架和車棚，自重20t，車體外形圖如圖2所示。

2 ?振動(dòng)原因分析

整車運(yùn)行過(guò)程中振源主要為輪軌關(guān)系、自身動(dòng)力系統(tǒng)等，本文從動(dòng)力系統(tǒng)配置與車體結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)、隔振系統(tǒng)、車體模態(tài)分析方面查明車體振動(dòng)原因。

2.1 原型車動(dòng)力系統(tǒng)及車體配置情況

原型車發(fā)動(dòng)機(jī)為采用12.8L的電噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，在柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速1800rpm時(shí)，柴油機(jī)激振頻率為30Hz。此類車輛采用大功率的內(nèi)燃機(jī)，傳遞能量大，因此配備隔振系統(tǒng)吸收發(fā)電機(jī)組振動(dòng)能量及衰隔振動(dòng)。

以發(fā)動(dòng)機(jī)為基準(zhǔn)建立隔振裝置坐標(biāo)系，X方向?yàn)椴裼蜋C(jī)的曲軸軸線方向，以發(fā)動(dòng)機(jī)的寬度方向?yàn)閅方向，以垂直方向?yàn)閆方向，隔振系統(tǒng)坐標(biāo)系示意圖如圖3所示。隔振系統(tǒng)垂直方向固有頻率為12.40Hz，見(jiàn)表1。

對(duì)于不同的機(jī)車發(fā)電機(jī)組垂向激勵(lì)力對(duì)應(yīng)的隔振效果如圖4所示，可知該隔振系統(tǒng)在30Hz激勵(lì)下隔振效果為70%，其具有良好的穩(wěn)定性和隔振性能。

標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3550.1-2019《機(jī)車車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范 車體：客車車體》要求車體的剛度應(yīng)確保整備狀態(tài)下車體的一階彎曲自振頻率與轉(zhuǎn)向架的點(diǎn)頭和浮沉自振頻率的比值大于1.4或車體的一階垂向彎曲自振頻率不低于10Hz[4]，經(jīng)有限元仿真計(jì)算，原型車模態(tài)分析結(jié)果顯示車體的垂向彎曲固有頻率為11Hz大于10Hz，滿足標(biāo)準(zhǔn)剛度要求，車體垂向彎曲振型如圖5所示。

綜合以上計(jì)算，在柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速1800rpm時(shí)，柴油機(jī)基頻為30Hz，其共振頻率范圍為～30×Hz（約為21～42Hz），車體的垂向彎曲固有頻率為11Hz，遠(yuǎn)離額定轉(zhuǎn)速下柴油機(jī)基頻共振范圍，整車運(yùn)行過(guò)程中，未出現(xiàn)共振現(xiàn)象，車輛使用狀況良好。

2.2 該重型軌道車車體振動(dòng)原因分析

該型重型軌道車在原型車設(shè)計(jì)基礎(chǔ)沿用動(dòng)力配置并將車棚形式由半棚改為全棚，并沿用其動(dòng)力系統(tǒng)配置。經(jīng)有限元仿真分析，車體的一階垂向彎曲振動(dòng)頻率為26.91Hz大于10Hz，滿足標(biāo)準(zhǔn)剛度要求，車體垂向彎曲振型如圖6所示。

車體一階垂向彎曲振動(dòng)頻率26.91Hz處于柴油機(jī)基頻共振范圍～30×Hz（約為21～42Hz）內(nèi)，故整車運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)車體易出現(xiàn)振動(dòng)過(guò)大現(xiàn)象。

3 ?隔振優(yōu)化建議

根據(jù)上述分析可知，該型軌道工程車由于車體一階垂向彎曲自振頻率接近柴油機(jī)基頻引起整車運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)車體振動(dòng)過(guò)大現(xiàn)象，結(jié)合隔振系統(tǒng)作用及發(fā)電機(jī)組選型、車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多方面考慮，可從以下三個(gè)方面進(jìn)行隔振優(yōu)化：

①選擇適配的隔振系統(tǒng)。在不改變發(fā)電機(jī)組選型及車體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提升隔振系統(tǒng)隔振效果以衰隔振動(dòng)，可參考選取在30Hz激勵(lì)下隔振效果為90%以上的隔振系統(tǒng)，此優(yōu)化方案在整車成型后最容易實(shí)施。

②更改發(fā)動(dòng)機(jī)選型，改善額定轉(zhuǎn)速下柴油機(jī)基頻。在兼顧隔振系統(tǒng)等其他系統(tǒng)穩(wěn)定性基礎(chǔ)上，使額定轉(zhuǎn)速下柴油機(jī)基頻遠(yuǎn)離車體一階垂向彎曲振動(dòng)頻率，此優(yōu)化方案在整車成型后更改難度較大。

③優(yōu)化車體結(jié)構(gòu)，優(yōu)化車體一階垂向彎曲固有頻率，使車體一階垂向彎曲固有頻率遠(yuǎn)離額定轉(zhuǎn)速下柴油機(jī)基頻，此優(yōu)化方案在整車成型后更改難度最大。

4 ?結(jié)論

本文從動(dòng)力裝置與車體結(jié)構(gòu)方面對(duì)該型軌道工程車輛車體振動(dòng)過(guò)大原因進(jìn)行分析，提出有效的隔振優(yōu)化建議并評(píng)估各措施實(shí)施難易程度，對(duì)于提高該型軌道工程車使用體驗(yàn)及運(yùn)行壽命有重大意義，也為類似車輛設(shè)計(jì)及隔振方法選擇提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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