內(nèi)燃動車動力包雙層隔振設計方法研究.pdf

1、高速鐵路因其運輸量大、速度快、便捷舒適等諸多優(yōu)點而成為現(xiàn)在最重要的交通運輸方式之一，世界各國都在大力發(fā)展高速鐵路，高速鐵路的發(fā)展是現(xiàn)代鐵路運輸?shù)谋厝贿x擇。隨著列車運營速度的不斷提高，由此帶來的振動和噪聲問題也隨之增加，而振動問題是影響乘坐舒適性的最重要因素。隨著人們環(huán)境意識的增強和對乘坐舒適性要求的不斷提高，振動控制問題不斷引起設計人員的關(guān)注。在激勵源一定的情況下，如何有效降低車體的振動，使乘坐舒適性滿足預定的要求是設計人員面臨的主要任

2、務之一。
　　目前，世界高速鐵路客運廣泛采用電力動車運輸，但在鐵路電氣化水平不高的亞非國家比如孟加拉，為了提高鐵路運輸能力，其鐵路客運采用內(nèi)燃動車運輸。先進的內(nèi)燃動車主要采用動力包結(jié)構(gòu)，柴油發(fā)電機組通過一級隔振器與公共構(gòu)架相連接，各個附屬設備集成彈性、剛性安裝于公共構(gòu)架上，公共構(gòu)架通過二級隔振器與車體相連接，彈性懸掛于車體下方，共同組成了多子系統(tǒng)雙層隔振的動力包結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在國內(nèi)外已經(jīng)掌握了動力包和車體設計的關(guān)鍵技術(shù)，但對于內(nèi)燃機車動

3、力設備的隔振設計，國內(nèi)多次出現(xiàn)動力設備振動過大問題，通過更換機型或多次實驗的辦法解決了該問題，但其隔振機理不明確，并沒有真正掌握隔振設計的關(guān)鍵技術(shù)。因此，極有必要對國內(nèi)某內(nèi)燃動車上首次采用雙層隔振系統(tǒng)的動力包結(jié)構(gòu)的隔振機理、隔振設計進行全面深入的研究。
　　在系統(tǒng)研究雙層隔振系統(tǒng)隔振設計國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對出口孟加拉內(nèi)燃動車首次采用的動力包雙層隔振系統(tǒng)的設計及其與彈性車體之間的振動耦合問題，采用理論推導、動力學方法、有限元

4、方法及實驗驗證相結(jié)合的手段，研究動力包多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)隔振器剛度的優(yōu)化設計問題、動力包多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)模態(tài)匹配問題以及動力包雙層隔振系統(tǒng)與彈性車體之間的振動耦合問題。
　　抽象動力包為多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)，推導了多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)振幅頻率響應公式，研究了子系統(tǒng)質(zhì)量對雙層隔振系統(tǒng)振幅的影響規(guī)律，構(gòu)建了雙層隔振系統(tǒng)振幅頻率響應曲面，為隔振設計優(yōu)化區(qū)域的選擇提供了依據(jù)。
　　根據(jù)隔振理論和解耦原則以及本文所提出的隔振優(yōu)化

5、設計方法，對國內(nèi)某內(nèi)燃動車首次采用的動力包多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)的隔振器剛度進行了設計。利用設計的隔振器剛度參數(shù)和動力包的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立了動力包多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)的有限元模型和動力包機組、構(gòu)架雙層隔振系統(tǒng)韻有限元模型，并分別進行了模態(tài)計算。模態(tài)計算結(jié)果表明:機組傾倒力矩方向的模態(tài)頻率基本一致，驗證了理論推導的正確性。
　　在系統(tǒng)研究彈性中心偏移對隔振系統(tǒng)解耦度影響并提出具有指導實際工程隔振設計建議的基礎(chǔ)上，針對動力包雙層隔振系統(tǒng)解

6、耦優(yōu)化問題，根據(jù)雙層隔振系統(tǒng)隔振理論和解耦原則，利用本文所提出的隔振優(yōu)化設計思路，采用枚舉法確定一級、二級隔振器的剛度的所有可能組合，以不同的優(yōu)化目標進行編程，比較動力包隔振設計的剛度和優(yōu)化剛度的綜合隔振效果，并最終確定了動力包雙層隔振系統(tǒng)的最優(yōu)剛度方案。
　　利用隔振器的最終剛度方案建立了動力包多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)的有限元模型，施加柴油機的激振力，對系統(tǒng)進行強迫振動計算。通過與動力學方法計算的支反力總和進行對比分析，驗證了本文所

7、提出的雙層隔振優(yōu)化設計思路的正確性。利用最終剛度方案，對動力包進行模態(tài)和諧響應計算，分析模態(tài)匹配是否合理。結(jié)果表明:動力包模態(tài)匹配合理，系統(tǒng)不會出現(xiàn)危險共振。
　　對動力包進行了地面臺架實驗，根據(jù)測試的實驗數(shù)據(jù)，從柴油發(fā)電機組的振動烈度，一級、二級各個隔振器加速度傳遞率以及各個隔振器動態(tài)減振力的有效值隨轉(zhuǎn)速變化曲線對系統(tǒng)的隔振效果進行系統(tǒng)深入的研究。結(jié)果表明，采用本文提出的優(yōu)化設計思路所設計的隔振器隔振效果良好，從實驗角度驗證了提

8、出的考慮多優(yōu)化目標雙層隔振優(yōu)化設計思路的正確性。
　　建立白車體和包含動力包的整車整備狀態(tài)的有限元模型，并且進行了模態(tài)計算，掌握車體的固有振動特性，車體垂彎模態(tài)頻率大于10Hz，滿足了車體垂彎振動的要求。在此基礎(chǔ)上對整車進行了平穩(wěn)性實驗測試，評價整車的平穩(wěn)性指標;并且進行了動力包裝車和地面臺架實驗兩種情況下機組振動烈度和隔振器傳遞率的對比分析。結(jié)果表明:整車的平穩(wěn)性指標等級為優(yōu)級，動力包與車體之間沒有存在振動耦合;裝車后的機組的振

9、動烈度和隔振器的傳遞率總體上優(yōu)于地面臺架實驗的測試結(jié)果，從而進一步說明動力包多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)設計合理，本文所提出的考慮多優(yōu)化目標雙層隔振系統(tǒng)隔振設計思路正確。
　　通過對動力包的隔振設計，已經(jīng)成功投入運營的內(nèi)燃動車的橫向和垂向平穩(wěn)性指標分別為1.765和1.615，均小于2.5，屬于優(yōu)級;動力包中柴油機的振動烈度等級為A級和B級，動力包多子系統(tǒng)雙層隔振設計合理，完全滿足實際工程的需要，最終驗證了本文所提出的考慮多優(yōu)化目標雙層隔