内燃机车司机室隔振性能分析

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1、内燃机车司机室隔振性能分析李春胜，罗世辉，马卫华(西南交通大学牵引动力实验室，四川成都610031)摘要:机车车辆的噪声、振动与声振粗糙度(NVH)问题越来越受到重视，过大的噪声振动不但会缩短仪器设备的使用寿命，而且会大大降低乘坐的舒适性，导致司机疲劳引发安全事故。对国内外机车隔振方案进行了对比，并针对国内某型号内燃机车进行隔振方案分析，建立司机室动力学模型，通过计算司机室振动频率响应函数，比较采用司机室弹性安装结构前后机车运行平稳性差异，分析其隔振效果。关键词:内燃机车;司机室;隔振;平稳性中图分类号:文献标识码:文章编号:1003-1820(2012)07-0013

2、-03U262．38B机室低频(小于3Hz)振动的同时，有效地隔离机车司机室的高频振动。文献［4］中记载，在2000年用实验的方法研究北美重载机车典型司机室振动特性，通过比较司机室采用不同弹性隔振器(橡胶隔振器、金属弹簧、空气弹簧)后的隔振性能，作者提出一1国内外机车隔振现状内燃机车的隔振形式主要有两种:一种是主动隔振，即司机室刚性安装在底架上，在柴油发电机组与车体底架之间安装弹性支撑降低振动的传递;另一种是被动隔振，即将柴油发电机组刚性安装在车体底架上，通过在司机室与减振器之间布置弹簧减振器，以降低司机室的振动［1］。国内DF系列机车基本采用主动隔振形式，但其在运营过

3、程中产生了不同程度的司机室共振问题，其中DF4型机车的司机室共振问题比较普遍。不少科研人员对DF系列机车的司机室异常振动进行了研究，如文献［2］中通过理论计算与实际测试进行比较，分析了非运行状态下的共振振源，计算了机车的固有频率，从设计、工艺等方面提出了减小、消除共振的措施。国外机车多采用被动隔振形式。以北美重载机车为例，许多重载机车都采用司机室悬挂结构来降低振动的传递。其中，文献［3］根据EMDpD-70MAC型机车司机室的弹性安装参数以及结构参数，建立振动的数学模型，研究弹性安装参数对司机室隔振性能的影响，并评估了非线性阻尼能否在不引发司［4］。种可分离式“弹性安装

4、司机室”模型2司机室弹性安装方案本文所研究的国内某型内燃机车司机室采用枢轴支撑隔振系统(见图1):两个橡胶轴承减振器安装在司机室后部，减振器水平横向放置，较低的转轴刚度使司机室及隔振系统具有较低的“点头”模态频率;两个弹簧垂直放置于司机室前端的两角，弹簧主要用于控制“点头”模态的频率;两个阻尼器与弹簧平行布置，用于减少或消除轨道不平顺引起的低频振动振幅增大;两个横向连杆安装于车体前端，连杆两端可自由转动，但横向刚度非常大，横向连杆的安装使司机室可以在垂向与纵向上相对于车体底架运动，连杆限制了司机室的横向运动，控制了司机室的摇头模态。3司机室安装参数对其隔振性能的影响对于

5、内燃机车而言，司机室需要隔离两个振源收修回稿日期:2011-11-22作者简介:李春胜(1987—)，男，辽宁鞍山人，在读硕士产生的振动:柴油发电机组产生的高频激扰以及轨道不平顺所引起的低频激扰。研究生。14内燃机车2012年在1.3Hz和5Hz左右的激振频率，司机室弹性安装结构不会产生低频的共振，而该结构对于高频(10Hz以上)的隔离效果也非常好。因此该系统可以非常有效地隔离来自柴油发电机组的垂向振动。由图3可知曲线存在3个峰值，分别是1.6384Hz、6.1449Hz、22.468Hz。当频率为16.7Hz时，纵向频率响应函数的幅值为0.82048，可见该系统虽然可

6、以隔离来自柴油发电机组的振动，但对于纵向振动的隔离效果并不如垂向那么有效。因为司机室前端的横向拉杆只提供较大的横向刚度以限制司机室的横向运动，并未提供阻尼以削弱振动的传递，所以司机室的弹性安装结构对于柴油发电机组横向振动的隔离有待加强。图1机车司机室安装示意图本文分析的机车选用16V265H型柴油机，柴油机与发电机使用弹性联轴节连接，刚性安装在车体底架上，柴油机的工作转速为400～1000r/min。柴油发电机组可以平衡柴油机气体燃烧爆发引起的机械振动和活塞连杆组往复运动惯性力引起的振动，但由于热膨胀以及加工组装产生的偏心质量会使柴油发电机组在工作时产生离心力，这会对机

7、车产生周期性激扰。当激扰频率接近司机室的自振频率时，司机室就会产生共振。由隔振理论可知，当激扰频率大于被隔振物体3．2对轨道不平顺激扰振动的隔离在运行状态下评价司机室弹性安装结构对于轨道不平顺所产生的振动的隔离情况。分别建立自振频率的槡2倍时，就可以有效地隔离振动。柴油发电机组的工作转速为400～1000r/min，根据柴油发电机组的振动实验报告，柴油机曲轴、主发电机转子以及与之相连的旋转结构(弹性联轴节、变速箱、硅油减振器等)转动所产生的振动激励其频率为16.7Hz，且纵向与横向振动大多情况下超过垂向。根据司机室几何参数与安装参数建立司