高速轨道客车车载电气柜被动隔振方法的研究

高速轨道客车车载电气柜被动隔振方法的研究

王海风 李军 安长财

中车长春轨道客车股份有限公司 130000

摘要：我国是世界上高速铁路发展最快、里程最长的国家。随着铁路行驶速度的提升，列车中的各类零部件设备也面临新的技术考验。在列车行驶过程时，车载电气柜可能受到周围环境的振动和冲击影响，导致其结构受损，最终影响到列车的运行安全。本文针对高速列车车载电气柜的被动隔振方法展开探讨。

关键词：车载电气柜；被动隔振；隔振方法

我国的高速铁路发展起步较晚，在2008年才正式建成第一条高速铁路，但在短短十几年时间内就取得迅速突破，成为世界上高速铁路里程最长的国家。到2019年年末，我国的高速铁路里程已达到3.5万公里。随着铁路行驶速度的提升，列车中的各类零部件设备也面临新的技术考验。车载电气柜在列车传动控制系统中发挥着重要的作用，在列车行驶过程时，车载电气柜可能受到周围环境的振动和冲击影响，导致其结构受损，最终影响到列车的运行安全。列车运行速度越高，对车载电气柜的隔振、减振性能要求也就越高，本文针对车载电气柜中的隔振方法展开简要探讨。

一、振动和隔振的相关理论

振动是自然界中普遍存在的一种运动现象。根据振动规律的不同，可以将其分为简谐振动、周期振动、随机振动、瞬态振动等不同类型。简谐振动是一种理想化的振动模型，它的运动规律完全符合数学上的正弦或余弦函数，具体特征仅仅取决于振幅、频率和初始相位三个基本参数。

但现实中其实并不存在纯粹的简谐振动。现实中的振动，往往是由许多个参数不同的简谐振动组合而成的随机振动，我们要了解这些振动的具体规律，就必须对其进行谐波分析，将其解析为多个正弦或余弦函数（即多个简谐振动）相加的形式。

在了解振动规律的基础上，我们就可以对振动现象进行适当的控制，减少有害的振动现象。振动控制的主要方法包括削弱振动源、远离振动源、避开共振区、隔振、加强物体的抗振性能、利用动力吸振等。对于车载电气柜而言，削弱或远离振动源都是不可能实现的，其他大多数方法也难以操作，只有采取隔振措施才能有效达到振动控制的目标。

根据控制对象的不同，可以将隔振措施分为主动隔振和被动隔振，主动隔振是指对振动源的隔振，主要目的是防止振动源对周围环境造成影响；被动隔振则是指对非振动源物体的隔振，主要目的是防止振动从外界传递到该物体当中。显然，高速列车上的振动源是发动机和车身，因此对车载电气柜的隔振处理属于被动隔振。

二、被动隔振系统的选择

被动隔振系统主要是由各类减振设备组成。根据振动频率的不同，可以将减振设备分为中高频和低频两大类。

中高频减振材料中较常见的包括钢弹簧、钢丝绳、橡胶、玻璃纤维板等。其中钢弹簧最为常用，由于钢弹簧的种类较多，参数易于调节，可以应对各种不同的减震需求，然而钢弹簧的阻尼效果不佳，在使用时需要额外设置阻尼以减少共振。钢丝绳的隔振效果较好，安装也较为方便，不足之处在于占用的空间较大。橡胶减振器的使用也较为广泛，其主要特点是形变范围大。玻璃纤维板主要用于负载较低的隔振场合，其价格较为低廉，但防水性能较差。在大型项目中，一般使用的是无谐振峰隔振器，其隔振性能十分稳定，环境适应性强，且基本不发生蠕变。

低频减振材料中较常见的有磁力隔震垫、混凝土隔振台等。

高速列车车载电气柜中的振动现象属于中高频振动，并且其规模较大、性能需求较高，因此适合选用无谐振峰隔振器。其结构如图所示：

图1 无谐振峰隔振器结构示意图

无谐振峰隔振器虽然隔振性能较好、稳定性强，但其在水平方向的隔振效果较差，容易产生藕联振动。为解决这一问题，通常在设备底部安装无谐振峰隔振器的基础上，还需要在设备背部再安装配套的背架隔振器，以增强水平方向的隔振效果。本文选取的设计方案是在设备底部安装四只无谐振峰隔振器（GWF），同时在设备背部安装两只背架隔振器（GBJ），如图所示：

图2 无谐振峰隔振系统示意图

三、隔振系统的应用

本文以CRH380C型高速列车的车载电气柜为例，分析无谐振峰隔振系统的应用可行性。

CRH380C型高速列车的车载电气柜采用的是不锈钢材料。外部采用对开结构，内部包含前后两排，其中前排为元器件安装架，将其打开后，可以对后排的元器件进行安装操作。车载电气柜的顶部和底部均采用螺栓进行固定。CRH380C型列车正常行驶时的速度高达300km/h以上，因此在加速、减速阶段都会产生较大的惯性力，对车载电气柜的内部结构容易造成影响。我们利用ANSYS软件对车载电气柜上的无谐振峰隔振系统进行模拟分析，发现隔振系统可以较好地满足车载电气柜的隔振需求。

图3 高频段位移响应曲线

四、结语

被动隔振系统主要是由各类减振设备组成。高速列车车载电气柜中的振动现象属于中高频振动，并且其规模较大、性能需求较高，因此适合选用无谐振峰隔振器。本文选取的设计方案是在设备底部安装四只无谐振峰隔振器，同时在设备背部安装两只背架隔振器。经过ANSYS软件模拟分析发现其隔振效果较好，能够满足高速列车车载电气柜的隔振需求。

参考文献

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