內(nèi)燃動(dòng)車動(dòng)力包雙層隔振設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、高速鐵路因其運(yùn)輸量大、速度快、便捷舒適等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為現(xiàn)在最重要的交通運(yùn)輸方式之一，世界各國(guó)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(yùn)輸?shù)谋厝贿x擇。隨著列車運(yùn)營(yíng)速度的不斷提高，由此帶來(lái)的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題也隨之增加，而振動(dòng)問(wèn)題是影響乘坐舒適性的最重要因素。隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)乘坐舒適性要求的不斷提高，振動(dòng)控制問(wèn)題不斷引起設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。在激勵(lì)源一定的情況下，如何有效降低車體的振動(dòng)，使乘坐舒適性滿足預(yù)定的要求是設(shè)計(jì)人員面臨的主要任

2、務(wù)之一。
　　目前，世界高速鐵路客運(yùn)廣泛采用電力動(dòng)車運(yùn)輸，但在鐵路電氣化水平不高的亞非國(guó)家比如孟加拉，為了提高鐵路運(yùn)輸能力，其鐵路客運(yùn)采用內(nèi)燃動(dòng)車運(yùn)輸。先進(jìn)的內(nèi)燃動(dòng)車主要采用動(dòng)力包結(jié)構(gòu)，柴油發(fā)電機(jī)組通過(guò)一級(jí)隔振器與公共構(gòu)架相連接，各個(gè)附屬設(shè)備集成彈性、剛性安裝于公共構(gòu)架上，公共構(gòu)架通過(guò)二級(jí)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(dòng)力包結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)掌握了動(dòng)力包和車體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，但對(duì)于內(nèi)燃機(jī)車動(dòng)

3、力設(shè)備的隔振設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)多次出現(xiàn)動(dòng)力設(shè)備振動(dòng)過(guò)大問(wèn)題，通過(guò)更換機(jī)型或多次實(shí)驗(yàn)的辦法解決了該問(wèn)題，但其隔振機(jī)理不明確，并沒(méi)有真正掌握隔振設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。因此，極有必要對(duì)國(guó)內(nèi)某內(nèi)燃動(dòng)車上首次采用雙層隔振系統(tǒng)的動(dòng)力包結(jié)構(gòu)的隔振機(jī)理、隔振設(shè)計(jì)進(jìn)行全面深入的研究。
　　在系統(tǒng)研究雙層隔振系統(tǒng)隔振設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)出口孟加拉內(nèi)燃動(dòng)車首次采用的動(dòng)力包雙層隔振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其與彈性車體之間的振動(dòng)耦合問(wèn)題，采用理論推導(dǎo)、動(dòng)力學(xué)方法、有限元

4、方法及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的手段，研究動(dòng)力包多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)隔振器剛度的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題、動(dòng)力包多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)模態(tài)匹配問(wèn)題以及動(dòng)力包雙層隔振系統(tǒng)與彈性車體之間的振動(dòng)耦合問(wèn)題。
　　抽象動(dòng)力包為多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)，推導(dǎo)了多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)振幅頻率響應(yīng)公式，研究了子系統(tǒng)質(zhì)量對(duì)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(yīng)曲面，為隔振設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方法，對(duì)國(guó)內(nèi)某內(nèi)燃動(dòng)車首次采用的動(dòng)力包多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)的隔振器剛度進(jìn)行了設(shè)計(jì)。利用設(shè)計(jì)的隔振器剛度參數(shù)和動(dòng)力包的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立了動(dòng)力包多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)的有限元模型和動(dòng)力包機(jī)組、構(gòu)架雙層隔振系統(tǒng)韻有限元模型，并分別進(jìn)行了模態(tài)計(jì)算。模態(tài)計(jì)算結(jié)果表明:機(jī)組傾倒力矩方向的模態(tài)頻率基本一致，驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性。
　　在系統(tǒng)研究彈性中心偏移對(duì)隔振系統(tǒng)解耦度影響并提出具有指導(dǎo)實(shí)際工程隔振設(shè)計(jì)建議的基礎(chǔ)上，針對(duì)動(dòng)力包雙層隔振系統(tǒng)解

6、耦優(yōu)化問(wèn)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(shè)計(jì)思路，采用枚舉法確定一級(jí)、二級(jí)隔振器的剛度的所有可能組合，以不同的優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行編程，比較動(dòng)力包隔振設(shè)計(jì)的剛度和優(yōu)化剛度的綜合隔振效果，并最終確定了動(dòng)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(dòng)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(jī)的激振力，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算。通過(guò)與動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算的支反力總和進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了本文所

7、提出的雙層隔振優(yōu)化設(shè)計(jì)思路的正確性。利用最終剛度方案，對(duì)動(dòng)力包進(jìn)行模態(tài)和諧響應(yīng)計(jì)算，分析模態(tài)匹配是否合理。結(jié)果表明:動(dòng)力包模態(tài)匹配合理，系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)共振。
　　對(duì)動(dòng)力包進(jìn)行了地面臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，根據(jù)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從柴油發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)烈度，一級(jí)、二級(jí)各個(gè)隔振器加速度傳遞率以及各個(gè)隔振器動(dòng)態(tài)減振力的有效值隨轉(zhuǎn)速變化曲線對(duì)系統(tǒng)的隔振效果進(jìn)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(shè)計(jì)思路所設(shè)計(jì)的隔振器隔振效果良好，從實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證了提

8、出的考慮多優(yōu)化目標(biāo)雙層隔振優(yōu)化設(shè)計(jì)思路的正確性。
　　建立白車體和包含動(dòng)力包的整車整備狀態(tài)的有限元模型，并且進(jìn)行了模態(tài)計(jì)算，掌握車體的固有振動(dòng)特性，車體垂彎模態(tài)頻率大于10Hz，滿足了車體垂彎振動(dòng)的要求。在此基礎(chǔ)上對(duì)整車進(jìn)行了平穩(wěn)性實(shí)驗(yàn)測(cè)試，評(píng)價(jià)整車的平穩(wěn)性指標(biāo);并且進(jìn)行了動(dòng)力包裝車和地面臺(tái)架實(shí)驗(yàn)兩種情況下機(jī)組振動(dòng)烈度和隔振器傳遞率的對(duì)比分析。結(jié)果表明:整車的平穩(wěn)性指標(biāo)等級(jí)為優(yōu)級(jí)，動(dòng)力包與車體之間沒(méi)有存在振動(dòng)耦合;裝車后的機(jī)組的振

9、動(dòng)烈度和隔振器的傳遞率總體上優(yōu)于地面臺(tái)架實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果，從而進(jìn)一步說(shuō)明動(dòng)力包多子系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，本文所提出的考慮多優(yōu)化目標(biāo)雙層隔振系統(tǒng)隔振設(shè)計(jì)思路正確。
　　通過(guò)對(duì)動(dòng)力包的隔振設(shè)計(jì)，已經(jīng)成功投入運(yùn)營(yíng)的內(nèi)燃動(dòng)車的橫向和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)分別為1.765和1.615，均小于2.5，屬于優(yōu)級(jí);動(dòng)力包中柴油機(jī)的振動(dòng)烈度等級(jí)為A級(jí)和B級(jí)，動(dòng)力包多子系統(tǒng)雙層隔振設(shè)計(jì)合理，完全滿足實(shí)際工程的需要，最終驗(yàn)證了本文所提出的考慮多優(yōu)化目標(biāo)雙層隔