受電弓隔振裝置可行性分析

曹 榮，張方濤

（南車青島四方股份公司，山東 青島 266000）

受電弓隔振裝置可行性分析

曹 榮，張方濤

（南車青島四方股份公司，山東 青島 266000）

本文主要針對安裝有受電弓的軌道車輛，在高速運行時受電弓對車體的激勵振動造成車外和客室內部噪音值較高的問題，提出增加安裝受電弓隔振裝置的方案，以消弱受電弓對車體鋼結構的激勵振動，達到降低噪音的目的。同時，對此方案在阻尼隔振性能和結構可靠性能兩方面進行分析。

受電弓；隔振裝置；降低噪音

1 前言

受電弓作為軌道車輛主要受電設備之一，在電力機車、地鐵車輛以及動車組上得到了廣泛的應用。但在實際運行中發現，在受電弓安裝位置下方的客室內部噪音明顯高于平均值。而且隨著軌道車輛運行速度的提高，受電弓對車體的激勵振動也進一步增加。那么，除了增加隔音棉、隔音墊等輔助性措施以外，是否可以從根本上減弱或消除該處對車體的激勵振動呢？

2 噪聲與振動分析

通過線路測試，獲得了車外振動與噪聲分布及頻譜特性，車外聲壓分布圖見下圖1：

圖1 車外聲壓分布圖

如圖1所示，在車輛高速運行時，受電弓區域的聲壓是整列車聲壓的峰值。而可采用的有效降噪隔振的措施，除了加強車體的隔聲降噪性能外，則是增加安裝受電弓隔振裝置，切斷受電弓與車體鋼結構的剛性連接，從而起到降低受電弓對車體鋼結構的激勵振動的作用。

3 受電弓隔振裝置用隔振材料

在車輛高速運行過程中，受電弓承受強烈的風阻，產生的振動則通過受電弓弓體傳遞到受電弓安裝座上。普通的減震材料其抗老化性和減震效果均無法滿足受電弓隔振的要求。因此我們選擇了一種特殊的阻尼隔振材料：壓電阻尼隔振材料。

3.1 成分及特性

由高阻尼聚合物基體、壓電粒子和導電粒子復合而成。該材料作為隔振材料，具備優良的隔音特性，同時其機械強度又遠遠高于普通的隔振、隔音材料。

3.2 隔振原理

在外力作用下，通過材料內的壓電相、導電項和聚合物基體之間的相互作用，利用壓電效應（機械能-電能轉換）、導電作用（電能-熱能轉換）及聚合物粘彈性阻尼作用，最終達到隔振降低噪聲作用。隔振原理圖見圖2。

圖2 壓電阻尼隔振材料隔振原理

3.4 應用案例

3.4.1 簡介

潛艇螺旋漿主驅動電機軸，安裝于金屬內筒內部，通過軸承與之連接。如下圖3所示。

圖3 材料應用案例示意圖

3.4.2 模型試驗結果

1）噪聲降低了8-10dB。

2）試件結構剛度大于8GPa。

3）軸向剪切力大于70噸。

4 受電弓隔振裝置

4.1 受電弓隔振裝置設計

如圖4所示為受電弓隔振裝置設計圖，金屬零件均為不銹鋼材質，內部填充物為壓電阻尼隔振材料，此材料通過材料灌注孔灌裝并固化。固化后，材料灌注孔等材料裸露部位將采取措施封閉，使壓電阻尼隔振材料與外部環境隔絕，以增強其穩定性。

如圖中所示，受電弓向下傳遞振動的金屬路徑在隔振裝置內部被壓電阻尼隔振材料完全隔斷，以避免剛性連接。

圖4 受電弓隔振裝置圖

4.2 受電弓隔振裝置安裝布置

如圖5所示，受電弓絕緣座安裝在隔振裝置上，從而實現了受電弓與車體的非剛性連接。

圖5 受電弓隔振裝置安裝布置圖

5 可行性分析

5.1 概述

針對受電弓隔振裝置，主要考察其阻尼隔振性能和結構可靠性能。

5.2 阻尼隔振性能分析

5.2.1 阻尼隔振性能驗證試驗如下表1所示：

表1 阻尼隔振性能驗證試驗項目

5.3 結構可靠性能分析

5.3.1 壓電阻尼隔振材料性能試驗

序號測試項目測試標準1固化度GB/T 2576-2005 2拉伸強度GB/T 2568-1995 3壓縮強度、壓縮模量GB/T 2569-1995 4拉伸剪切強度GB-7124-1986 5吸水率GB/T 1462-1988 6沖擊韌性GB/T 2571-1995 7硬度GB/T 3854-2005 8熱性能GB/T 1634.1-2004

5.3.2 受電弓隔振裝置結構可靠性能試驗

序號測試項目測試標準1構件疲勞性能測試1）抗壓性能的疲勞試驗采用英國INSTRON1341電液伺服材料實驗機進行疲勞試驗，用壓—壓模式對結構徑向壓應力加載，頻率15Hz，周期107。試驗機通過壓頭對試樣施加靜載荷，試驗機通過下壓頭對試樣施加動載。2）剪切性能的疲勞試驗用壓—壓模式對整環結構軸向壓應力加載，頻率15Hz，周期107。試驗機通過壓頭對試樣施加靜載荷，試驗機通過下壓頭對試樣施加動載。2抗壓性能測試/結構剛度從經過疲勞的試件和未經疲勞的試件上各切取3件試樣進行抗壓縮試驗。以2mm/min的位移加載速率對試樣施加載荷直至試樣破壞，試驗過程中試驗機自動采集數據。獲得過程中的作用力及載荷—位移數據。通過作用力與形變比值計算出該作用力下試件的結構剛度值。3水壓性能測試對構件進行水壓試驗，考察水壓條件下構件各層材料的變形率、吸水率及構件整體變形情況。水壓試驗在密封壓力筒內進行，對施加0.0—0.5Mpa壓力范圍下時的應變值進行測試，獲得應力-應變曲線，進而考察構件在壓力條件下的吸水性能及變形情況。4抗振動沖擊試驗IEC 61373-1999

5.3.3 結構可靠性能試驗項目說明

1）壓電阻尼隔振材料性能試驗主要考察驗證的是此材料本身的耐環境穩定性和結構強度的相關物理參數。

2）受電弓隔振裝置結構可靠性能試驗主要從抗壓疲勞及剪切疲勞兩種方式進行試驗，研究此結構的抗疲勞性能，為受電弓隔振裝置可行性應用提供參照。

［1］南車青島四方股份公司受電弓安裝圖紙［Z］.

［2］南車青島四方股份公司內部文件.新一代動車組設計進展-減振降噪部分［Z］.

［3］趙良省.噪聲與振動控制技術［M］.

［4］本文相關試驗標準［S］.