微探內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室的隔震性能

1、微探內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室的隔震性能 微探內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室的隔震性能 【摘要】本文對(duì)國(guó)內(nèi)外機(jī)車隔震方案進(jìn)行了比照，并針對(duì)國(guó)內(nèi)DF系列型號(hào)內(nèi)燃機(jī)車進(jìn)行隔震方案分析，建立司機(jī)室動(dòng)力學(xué)模型，通過計(jì)算司機(jī)室振動(dòng)頻率響應(yīng)函數(shù)，比擬采用司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)前后機(jī)車運(yùn)行平穩(wěn)性差異，分析其隔震效果。 【關(guān)鍵詞】?jī)?nèi)燃機(jī)車司機(jī)室 隔震性能 中圖分類號(hào)：F407.472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 現(xiàn)今，隨著人們生活水平的提高，機(jī)車車輛的噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度問題越來越受到重視，過大的噪聲振動(dòng)不僅會(huì)縮短儀器設(shè)備的使用壽命，而且會(huì)大大降低乘坐的舒適性，導(dǎo)致司機(jī)疲勞引發(fā)平安事故。本文對(duì)內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室的隔震性能做了以下探討。 一、內(nèi)

2、燃機(jī)車隔震現(xiàn)狀 內(nèi)燃機(jī)車的隔震形式主要有兩種: 一種是主動(dòng)隔震，即司機(jī)室剛性安裝在底架上，在柴油發(fā)電機(jī)組與車體底架之間安裝彈性支撐降低振動(dòng)的傳遞；另一種是被動(dòng)隔震，即將柴油發(fā)電機(jī)組剛性安裝在車體底架上，通過在司機(jī)室與減振器之間布置彈簧減振器，以降低司機(jī)室的振動(dòng)。 國(guó)內(nèi) DF 系列機(jī)車根本采用主動(dòng)隔震形式，但其在運(yùn)營(yíng)過程中產(chǎn)生了不同程度的司機(jī)室共振問題，其中DF4型機(jī)車的司機(jī)室共振問題比擬普遍。不少科研人員對(duì) DF 系列機(jī)車的司機(jī)室異常振動(dòng)進(jìn)行了研究，如?鐵道機(jī)車動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)鑒定方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)?中通過理論計(jì)算與實(shí)際測(cè)試進(jìn)行比擬，分析了非運(yùn)行狀態(tài)下的共振振源，計(jì)算了機(jī)車的固有頻率，從設(shè)計(jì)、工藝等

3、方面提出了減小、消除共振的措施。 國(guó)外機(jī)車多采用被動(dòng)隔震形式。以北美重載機(jī)車為例，許多重載機(jī)車都采用司機(jī)室懸掛結(jié)構(gòu)來降低振動(dòng)的傳遞。其中，?鐵道特種車輛和軌行機(jī)械動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定及試驗(yàn)方法?根據(jù) EMD pD-70MAC型機(jī)車司機(jī)室的彈性安裝參數(shù)以及結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，研究彈性安裝參數(shù)對(duì)司機(jī)室隔震性能的影響，并評(píng)估了非線性阻尼能否在不引發(fā)司機(jī)室低頻( 小于3 Hz) 振動(dòng)的同時(shí)，有效地隔離機(jī)車司機(jī)室的高頻振動(dòng)。西南交通大學(xué)的學(xué)報(bào)中記載，在 2000 年用實(shí)驗(yàn)的方法研究北美重載機(jī)車典型司機(jī)室振動(dòng)特性，通過比擬司機(jī)室采用不同彈性隔震器( 橡膠隔震器、金屬彈簧、空氣彈簧) 后的隔震性能，作者

4、提出一種可別離式“彈性安裝司機(jī)室模型。 二、司機(jī)室安裝參數(shù)對(duì)其隔震性能的影響 對(duì)于內(nèi)燃機(jī)車而言，司機(jī)室需要隔離兩個(gè)振源產(chǎn)生的振動(dòng): 柴油發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的高頻激擾以及軌道不平順?biāo)鸬牡皖l激擾本文分析的機(jī)車選用 16V265H 型柴油機(jī)，柴油機(jī)與發(fā)電機(jī)使用彈性聯(lián)軸節(jié)連接，剛性安裝在車體底架上，柴油機(jī)的工作轉(zhuǎn)速為400 1 000 r/min。柴油發(fā)電機(jī)組可以平衡柴油機(jī)氣體燃燒爆發(fā)引起的機(jī)械振動(dòng)和活塞連桿組往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力引起的振動(dòng)，但由于熱膨脹以及加工組裝產(chǎn)生的偏心質(zhì)量會(huì)使柴油發(fā)電機(jī)組在工作時(shí)產(chǎn)生離心力，這會(huì)對(duì)機(jī)車產(chǎn)生周期性激擾。當(dāng)激擾頻率接近司機(jī)室的自振頻率時(shí)，司機(jī)室就會(huì)產(chǎn)生共振。由隔震理論可知，

5、當(dāng)激擾頻率大于被隔震物體自振頻率的2倍時(shí)，就可以有效地隔離振動(dòng)。柴油發(fā)電機(jī)組的工作轉(zhuǎn)速為400 1 000 r/min，根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，柴油機(jī)曲軸、主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以及與之相連的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)( 彈性聯(lián)軸節(jié)、變速箱、硅油減振器等) 轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)鼓勵(lì)其頻率為16. 7 Hz，且縱向與橫向振動(dòng)大多情況下超過垂向。 根據(jù)司機(jī)室?guī)缀螀?shù)與安裝參數(shù)建立司機(jī)室的動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)該模型進(jìn)行線性系統(tǒng)分析。通過分析結(jié)構(gòu)在正弦鼓勵(lì)下的頻率響應(yīng)函數(shù)，判斷結(jié)構(gòu)是否能夠滿足隔震需要，并研究彈性安裝參數(shù)對(duì)隔震性能的影響。 對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的隔離 對(duì)建立的 6 自由度模型進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，其自振頻率有 6 個(gè)，分別

6、是1. 325 8 Hz( 點(diǎn)頭) 、4. 677 3 Hz( 側(cè)滾) 、5. 057 9 Hz( 沉浮) 、10. 087 7 Hz( 搖頭) 、14. 706 5 Hz ( 側(cè)滾沉浮耦合) 和18. 527 6 Hz ( 點(diǎn)頭) 。下面對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行線性系統(tǒng)分析。該曲線存在三個(gè)峰值: 1. 303 4 Hz、5. 014 1 Hz 和 18. 806 Hz。當(dāng)頻率為 16. 7 Hz 時(shí)，垂向位移頻率響應(yīng)幅值為0. 050 6，由于柴油機(jī)并不存在1. 3 Hz 和5 Hz左右的激振頻率，司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生低頻的共振，而該結(jié)構(gòu)對(duì)于高頻( 10 Hz 以上) 的隔離效果也非常好。因此該系

7、統(tǒng)可以非常有效地隔離來自柴油發(fā)電機(jī)組的垂向振動(dòng)。此時(shí)，曲線存在 3個(gè)峰值，分別是1. 638 4 Hz、6. 144 9 Hz、22. 468 Hz。當(dāng)頻率為 16. 7 Hz 時(shí)，縱向頻率響應(yīng)函數(shù)的幅值為0. 820 48，可見該系統(tǒng)雖然可以隔離來自柴油發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)，但對(duì)于縱向振動(dòng)的隔離效果并不如垂向那么有效。 因?yàn)樗緳C(jī)室前端的橫向拉桿只提供較大的橫向剛度以限制司機(jī)室的橫向運(yùn)動(dòng)，并未提供阻尼以削弱振動(dòng)的傳遞，所以司機(jī)室的彈性安裝結(jié)構(gòu)對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)組橫向振動(dòng)的隔離有待加強(qiáng)。 對(duì)軌道不平順激擾振動(dòng)的隔離 在運(yùn)行狀態(tài)下評(píng)價(jià)司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)對(duì)于軌道不平順?biāo)a(chǎn)生的振動(dòng)的隔離情況。分別建立兩個(gè)機(jī)車模

8、型，比擬分析采用司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)前后對(duì)于機(jī)車運(yùn)行平穩(wěn)性的影響。本文所研究的內(nèi)燃機(jī)車最大運(yùn)行速度為120 km/h，在美國(guó)6 級(jí)譜( FRA Class6) 軌道條件下，計(jì)算機(jī)車以 60 120km /h 速度運(yùn)行時(shí)，機(jī)車前端司機(jī)室位置的橫向和縱向平穩(wěn)性指標(biāo)以及最大加速度。 由 計(jì)算出的平穩(wěn)性指標(biāo)可以看出: 兩種情況下機(jī)車的垂向平穩(wěn)性均到達(dá)了優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)； 未采用司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)的機(jī)車橫向平穩(wěn)性在 120km / h 速度下為良好，在 110 km / h 以下為優(yōu)良； 采用司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)的機(jī)車橫向平穩(wěn)性在 60 120 km / h 下均為優(yōu)良。選用司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)會(huì)改善機(jī)車橫向與垂向平

9、穩(wěn)性指標(biāo)。 采用司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)之前，機(jī)車的垂向振動(dòng)加速度要大于橫向振動(dòng)加速度； 采用司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)后，機(jī)車前端司機(jī)室位置的垂向振動(dòng)加速度的最大值明顯降低，與橫向振動(dòng)加速度的最大值接近，并且橫向振動(dòng)加速度的最大值也有所降低。 三、司機(jī)室彈性安裝方案 本文所研究的國(guó)內(nèi)某型內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室采用樞軸支撐隔震系統(tǒng): 兩個(gè)橡膠軸承減振器安裝在司機(jī)室后部，減振器水平橫向放置，較低的轉(zhuǎn)軸剛度使司機(jī)室及隔震系統(tǒng)具有較低的“點(diǎn)頭模態(tài)頻率； 兩個(gè)彈簧垂直放置于司機(jī)室前端的兩角，彈簧主要用于控制“點(diǎn)頭模態(tài)的頻率； 兩個(gè)阻尼器與彈簧平行布置，用于減少或消除軌道不平順引起的低頻振動(dòng)振幅增大； 兩個(gè)橫向連桿安裝于車體

10、前端，連桿兩端可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，但橫向剛度非常大，橫向連桿的安裝使司機(jī)室可以在垂向與縱向上相對(duì)于車體底架運(yùn)動(dòng)，連桿限制了司機(jī)室的橫向運(yùn)動(dòng)，控制了司機(jī)室的搖頭模態(tài)。 四、結(jié)語 通過對(duì)司機(jī)室結(jié)構(gòu)進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組的激振頻率并不在司機(jī)室共振頻率范圍內(nèi)，司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)可以隔離柴油發(fā)電機(jī)組正常工作下所產(chǎn)生的振動(dòng)，且垂向的隔離效果較明顯，縱向與橫向隔離效果欠佳。 由于柴油機(jī)激振頻率十分接近司機(jī)室共振頻率范圍，當(dāng)機(jī)車車體底架固有頻率在司機(jī)室固有頻率與柴油發(fā)電機(jī)組激振頻率之間時(shí)，就會(huì)造成車體底架共振，這種共振會(huì)引發(fā)司機(jī)室的共振。 機(jī)車采用司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)后，橫向與垂向平穩(wěn)性均有所增強(qiáng)，在各運(yùn)行速度下的橫向與垂向平穩(wěn)性均到達(dá)優(yōu)良水平。 在采用司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)之前，司機(jī)室位置的垂向振動(dòng)加速度要大于橫向； 而采用司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)后，司機(jī)室位置垂向振動(dòng)加速度明顯降低，橫向與垂向振動(dòng)加速度相當(dāng)。司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)可以隔離柴油發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的高頻振動(dòng)，有效地改善司機(jī)室垂向振動(dòng)過大情況，但該結(jié)構(gòu)對(duì)于縱向與橫向振動(dòng)的改善并不明顯，可適當(dāng)增加減振器來降低縱向與橫向的振動(dòng)。 【參考文獻(xiàn)】 1 陳建政，張衛(wèi)華 車體參數(shù)測(cè)定方法研究J 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，( 4)