25TYW型鐵路客車臥鋪舒適性探究

谷雨

摘 要：由于25TYW鐵路客車車廂臥鋪的結構導致行車時振動較大，該文擬用ANSYS對猜想結構進行數值模擬以得到一個理想的結構，從而提高旅客行車體驗。

關鍵詞：床鋪連接方式 ANSYS 仿真數值模擬 減震 改善空間

中圖分類號：U270 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（a）-0029-02

隨著經濟的發展和社會的進步，鐵路作為運輸旅客的主力工具不僅僅需要提速更需要堅持以人為本關注旅客的乘坐體驗，尤其是硬臥作為現在大部分長途旅行的乘客的首選交通工具仍然在舒適性上存在很多問題，該文即列舉一些存在的問題并且依次提出一些解決辦法。

1 客車振動對人體的影響

首先，車輛在軌道上運行時，會伴隨行駛產生復雜的振動現象，有構造速度共振、輪過軌縫振動、車輪過道岔有害空間振動、轉彎車鉤引起的振動、氣動剎車和緩解時引起的振動、以及啟動時車鉤空隙引起的闖動，這些都會造成顛簸，而且由于振動車廂也會產生大量的噪聲。列車運行速度越高，這些振動和沖擊的危害就越嚴重。

振動作用到人體表現為振動幅度，頻率，作用的方位和作用時間而這些振動可能會引起人體正常生理參數狀態的改變如：心電、血壓、脈搏、肌電，當振動強度達到使人不舒服的程度時，人就會出現以下癥狀：一般性不舒適、耳鳴、鼻血、胸腹痛、虛弱、頭痛、頭暈、瞌睡、噩夢、口語不便、發音不清、注意力分散、從而大大影響旅客的行車體驗。

不僅如此還會影響到人體正常心理狀態的改變，其表現為不舒服、煩躁、疼痛、厭倦并且這些也與旅客的身體素質、工作經歷也有著密切的關系。但是與此相反，在一定范圍內的特定的頻率、振幅有時也會對人們的情緒和植物神經起到有益的調節。

在全身振動作用下，人的生理反應特點決定于兩個方面：一是與組織器官的位移和變形直接有關，具有明顯的頻率響應特征；二是與應激的非特異性全身性反應有關，具有較明顯的強度響應和時間效應。在次聲頻中等強度（1～10 m/s）作用下，心肺的反應表現為心率、心輸出量、呼吸率、肺通氣量、氧攝取量增加。振動可改變大腦的醒覺水平，1～2 Hz的振動具有催眠作用，高頻較強的振動或不穩定的振動則提高醒覺水平。重復性慢性應激會引起代謝指標的輕度紊亂。重復振動時，組織器官的長時間反復變形和生理應激的累積作用，也是對于列車員慢性損傷和致病的主要因素。

為了提高車輛運行平穩性和減少有害的車輛沖動車輛一般需要在走行部分安裝緩沖和衰減振動的裝置，但是在這并沒有完全消除乘客在硬臥上的不適感覺。25T硬臥作為現在主要的載客車體，本文運用Anasys軟件進行數值模擬來了模擬25T型硬臥車廂在軌道上運動時所出現的一些諧振動，以及在停車變道時發生的一些瞬態激勵下臥鋪的響應，通過改進臥鋪的結構以及進行一定的分析來找出一種合適的方法來減輕振動影響。

在有阻尼自由振動下有：

令相對阻尼比為則根據理論當ξ>1以及當ξ<1時振動曲線見圖1，見圖2。

可以看到在大阻尼情況下，系統的運動迅速衰減，并無振動的特點，而小阻尼下有振動特點。

所以提出假設：25 t型車廂臥鋪采用固定連接方式，當列車受到瞬態激勵以及振動激勵時雖然車輛底部的彈簧裝置會吸收很大一部分振動能量但是臥鋪床板和間隔板依舊采用固結的方式，導致振動直接傳導到床板上，所以提出可以使用床板和間隔板之間的連接方式改為鉸接，并且將床板底部的斜支撐改為彈簧阻尼減震器。

首先分析固定連結情況下的振動情況，可以查到25 t型車廂床板寬585 mm長2000 mm，按照普通正常成年人重700 N載荷均布加在在床板上，列車一般振動頻率范圍為0.5～25 Hz，強迫振動幅值也并無定值，所以進行數值仿真模擬時采用較大幅值來進行模擬。并且在相同激勵載荷下分析不同結構的響應情況。

在ansys中先采用諧響應分析分析用于確定一個線性結構在一定頻率下的簡諧載荷作用下的結構穩態響應技術，然后采用瞬態動力學分析確定承受任意隨時間變化的載荷的結構的動力學響應。

2 已知動力學方程

其中[M]為質量矩陣，[C]為阻尼矩陣，[K]為剛度矩陣，{x}為節點位移向量，{F}載荷可為時間任意函數。對于簡諧運動而言，{u}和{F}均為簡諧形式，設其頻率為w，則有用ANSYS進行建模（包括間隔板、床板、斜支撐）進行模態分析（見圖3，表1）。

根據多質點體系自由振動運動微分方程的通解，在一般初始條件下，結構的振動是由各主振型的簡諧振動疊加而成的復合振動；因為振型越高，阻尼作用造成的衰減越快，所以高振型只在振動初始才比較明顯，以后則逐漸衰減，因此選取的八幅圖表示間隔板四條邊的自由度在不同的約束情況下所表現的出來的一階及二階的主振型，從圖中也可以看到約束升高后固有頻率也在升高，而火車的振動頻率在0～25 Hz內所以提高固有頻率是一種有效的減振的方法所以將間隔板四邊與車體固結可以減輕對床板的振動。

同樣另外使床板與間隔板之間的固結改為鉸接并且將床板與間隔板之間的剛性連桿變為彈簧阻尼減震器。并進行數值模擬。可以也發現可以起到明顯的減震效果。

參考文獻

[1] 殷祥超.振動理論與測試技術[M].中國礦業大學出版社，2007.

[2] 唐傳茵，張天俠.汽車振動舒適性評價研究[J].振動與沖擊，2008（9）.

[3] 董霜，朱元清.環境振動對人體的影響[J].噪聲與振動控制，2004（6）.

摘 要：由于25TYW鐵路客車車廂臥鋪的結構導致行車時振動較大，該文擬用ANSYS對猜想結構進行數值模擬以得到一個理想的結構，從而提高旅客行車體驗。

關鍵詞：床鋪連接方式 ANSYS 仿真數值模擬 減震 改善空間

中圖分類號：U270 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（a）-0029-02

隨著經濟的發展和社會的進步，鐵路作為運輸旅客的主力工具不僅僅需要提速更需要堅持以人為本關注旅客的乘坐體驗，尤其是硬臥作為現在大部分長途旅行的乘客的首選交通工具仍然在舒適性上存在很多問題，該文即列舉一些存在的問題并且依次提出一些解決辦法。

1 客車振動對人體的影響

首先，車輛在軌道上運行時，會伴隨行駛產生復雜的振動現象，有構造速度共振、輪過軌縫振動、車輪過道岔有害空間振動、轉彎車鉤引起的振動、氣動剎車和緩解時引起的振動、以及啟動時車鉤空隙引起的闖動，這些都會造成顛簸，而且由于振動車廂也會產生大量的噪聲。列車運行速度越高，這些振動和沖擊的危害就越嚴重。

振動作用到人體表現為振動幅度，頻率，作用的方位和作用時間而這些振動可能會引起人體正常生理參數狀態的改變如：心電、血壓、脈搏、肌電，當振動強度達到使人不舒服的程度時，人就會出現以下癥狀：一般性不舒適、耳鳴、鼻血、胸腹痛、虛弱、頭痛、頭暈、瞌睡、噩夢、口語不便、發音不清、注意力分散、從而大大影響旅客的行車體驗。

不僅如此還會影響到人體正常心理狀態的改變，其表現為不舒服、煩躁、疼痛、厭倦并且這些也與旅客的身體素質、工作經歷也有著密切的關系。但是與此相反，在一定范圍內的特定的頻率、振幅有時也會對人們的情緒和植物神經起到有益的調節。

在全身振動作用下，人的生理反應特點決定于兩個方面：一是與組織器官的位移和變形直接有關，具有明顯的頻率響應特征；二是與應激的非特異性全身性反應有關，具有較明顯的強度響應和時間效應。在次聲頻中等強度（1～10 m/s）作用下，心肺的反應表現為心率、心輸出量、呼吸率、肺通氣量、氧攝取量增加。振動可改變大腦的醒覺水平，1～2 Hz的振動具有催眠作用，高頻較強的振動或不穩定的振動則提高醒覺水平。重復性慢性應激會引起代謝指標的輕度紊亂。重復振動時，組織器官的長時間反復變形和生理應激的累積作用，也是對于列車員慢性損傷和致病的主要因素。

為了提高車輛運行平穩性和減少有害的車輛沖動車輛一般需要在走行部分安裝緩沖和衰減振動的裝置，但是在這并沒有完全消除乘客在硬臥上的不適感覺。25T硬臥作為現在主要的載客車體，本文運用Anasys軟件進行數值模擬來了模擬25T型硬臥車廂在軌道上運動時所出現的一些諧振動，以及在停車變道時發生的一些瞬態激勵下臥鋪的響應，通過改進臥鋪的結構以及進行一定的分析來找出一種合適的方法來減輕振動影響。

在有阻尼自由振動下有：

令相對阻尼比為則根據理論當ξ>1以及當ξ<1時振動曲線見圖1，見圖2。

可以看到在大阻尼情況下，系統的運動迅速衰減，并無振動的特點，而小阻尼下有振動特點。

所以提出假設：25 t型車廂臥鋪采用固定連接方式，當列車受到瞬態激勵以及振動激勵時雖然車輛底部的彈簧裝置會吸收很大一部分振動能量但是臥鋪床板和間隔板依舊采用固結的方式，導致振動直接傳導到床板上，所以提出可以使用床板和間隔板之間的連接方式改為鉸接，并且將床板底部的斜支撐改為彈簧阻尼減震器。

首先分析固定連結情況下的振動情況，可以查到25 t型車廂床板寬585 mm長2000 mm，按照普通正常成年人重700 N載荷均布加在在床板上，列車一般振動頻率范圍為0.5～25 Hz，強迫振動幅值也并無定值，所以進行數值仿真模擬時采用較大幅值來進行模擬。并且在相同激勵載荷下分析不同結構的響應情況。

在ansys中先采用諧響應分析分析用于確定一個線性結構在一定頻率下的簡諧載荷作用下的結構穩態響應技術，然后采用瞬態動力學分析確定承受任意隨時間變化的載荷的結構的動力學響應。

2 已知動力學方程

其中[M]為質量矩陣，[C]為阻尼矩陣，[K]為剛度矩陣，{x}為節點位移向量，{F}載荷可為時間任意函數。對于簡諧運動而言，{u}和{F}均為簡諧形式，設其頻率為w，則有用ANSYS進行建模（包括間隔板、床板、斜支撐）進行模態分析（見圖3，表1）。

根據多質點體系自由振動運動微分方程的通解，在一般初始條件下，結構的振動是由各主振型的簡諧振動疊加而成的復合振動；因為振型越高，阻尼作用造成的衰減越快，所以高振型只在振動初始才比較明顯，以后則逐漸衰減，因此選取的八幅圖表示間隔板四條邊的自由度在不同的約束情況下所表現的出來的一階及二階的主振型，從圖中也可以看到約束升高后固有頻率也在升高，而火車的振動頻率在0～25 Hz內所以提高固有頻率是一種有效的減振的方法所以將間隔板四邊與車體固結可以減輕對床板的振動。

同樣另外使床板與間隔板之間的固結改為鉸接并且將床板與間隔板之間的剛性連桿變為彈簧阻尼減震器。并進行數值模擬?？梢砸舶l現可以起到明顯的減震效果。

參考文獻

[1] 殷祥超.振動理論與測試技術[M].中國礦業大學出版社，2007.

[2] 唐傳茵，張天俠.汽車振動舒適性評價研究[J].振動與沖擊，2008（9）.

[3] 董霜，朱元清.環境振動對人體的影響[J].噪聲與振動控制，2004（6）.

摘 要：由于25TYW鐵路客車車廂臥鋪的結構導致行車時振動較大，該文擬用ANSYS對猜想結構進行數值模擬以得到一個理想的結構，從而提高旅客行車體驗。

關鍵詞：床鋪連接方式 ANSYS 仿真數值模擬 減震 改善空間

中圖分類號：U270 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（a）-0029-02

隨著經濟的發展和社會的進步，鐵路作為運輸旅客的主力工具不僅僅需要提速更需要堅持以人為本關注旅客的乘坐體驗，尤其是硬臥作為現在大部分長途旅行的乘客的首選交通工具仍然在舒適性上存在很多問題，該文即列舉一些存在的問題并且依次提出一些解決辦法。

1 客車振動對人體的影響

首先，車輛在軌道上運行時，會伴隨行駛產生復雜的振動現象，有構造速度共振、輪過軌縫振動、車輪過道岔有害空間振動、轉彎車鉤引起的振動、氣動剎車和緩解時引起的振動、以及啟動時車鉤空隙引起的闖動，這些都會造成顛簸，而且由于振動車廂也會產生大量的噪聲。列車運行速度越高，這些振動和沖擊的危害就越嚴重。

振動作用到人體表現為振動幅度，頻率，作用的方位和作用時間而這些振動可能會引起人體正常生理參數狀態的改變如：心電、血壓、脈搏、肌電，當振動強度達到使人不舒服的程度時，人就會出現以下癥狀：一般性不舒適、耳鳴、鼻血、胸腹痛、虛弱、頭痛、頭暈、瞌睡、噩夢、口語不便、發音不清、注意力分散、從而大大影響旅客的行車體驗。

不僅如此還會影響到人體正常心理狀態的改變，其表現為不舒服、煩躁、疼痛、厭倦并且這些也與旅客的身體素質、工作經歷也有著密切的關系。但是與此相反，在一定范圍內的特定的頻率、振幅有時也會對人們的情緒和植物神經起到有益的調節。

在全身振動作用下，人的生理反應特點決定于兩個方面：一是與組織器官的位移和變形直接有關，具有明顯的頻率響應特征；二是與應激的非特異性全身性反應有關，具有較明顯的強度響應和時間效應。在次聲頻中等強度（1～10 m/s）作用下，心肺的反應表現為心率、心輸出量、呼吸率、肺通氣量、氧攝取量增加。振動可改變大腦的醒覺水平，1～2 Hz的振動具有催眠作用，高頻較強的振動或不穩定的振動則提高醒覺水平。重復性慢性應激會引起代謝指標的輕度紊亂。重復振動時，組織器官的長時間反復變形和生理應激的累積作用，也是對于列車員慢性損傷和致病的主要因素。

為了提高車輛運行平穩性和減少有害的車輛沖動車輛一般需要在走行部分安裝緩沖和衰減振動的裝置，但是在這并沒有完全消除乘客在硬臥上的不適感覺。25T硬臥作為現在主要的載客車體，本文運用Anasys軟件進行數值模擬來了模擬25T型硬臥車廂在軌道上運動時所出現的一些諧振動，以及在停車變道時發生的一些瞬態激勵下臥鋪的響應，通過改進臥鋪的結構以及進行一定的分析來找出一種合適的方法來減輕振動影響。

在有阻尼自由振動下有：

令相對阻尼比為則根據理論當ξ>1以及當ξ<1時振動曲線見圖1，見圖2。

可以看到在大阻尼情況下，系統的運動迅速衰減，并無振動的特點，而小阻尼下有振動特點。

所以提出假設：25 t型車廂臥鋪采用固定連接方式，當列車受到瞬態激勵以及振動激勵時雖然車輛底部的彈簧裝置會吸收很大一部分振動能量但是臥鋪床板和間隔板依舊采用固結的方式，導致振動直接傳導到床板上，所以提出可以使用床板和間隔板之間的連接方式改為鉸接，并且將床板底部的斜支撐改為彈簧阻尼減震器。

首先分析固定連結情況下的振動情況，可以查到25 t型車廂床板寬585 mm長2000 mm，按照普通正常成年人重700 N載荷均布加在在床板上，列車一般振動頻率范圍為0.5～25 Hz，強迫振動幅值也并無定值，所以進行數值仿真模擬時采用較大幅值來進行模擬。并且在相同激勵載荷下分析不同結構的響應情況。

在ansys中先采用諧響應分析分析用于確定一個線性結構在一定頻率下的簡諧載荷作用下的結構穩態響應技術，然后采用瞬態動力學分析確定承受任意隨時間變化的載荷的結構的動力學響應。

2 已知動力學方程

其中[M]為質量矩陣，[C]為阻尼矩陣，[K]為剛度矩陣，{x}為節點位移向量，{F}載荷可為時間任意函數。對于簡諧運動而言，{u}和{F}均為簡諧形式，設其頻率為w，則有用ANSYS進行建模（包括間隔板、床板、斜支撐）進行模態分析（見圖3，表1）。

根據多質點體系自由振動運動微分方程的通解，在一般初始條件下，結構的振動是由各主振型的簡諧振動疊加而成的復合振動；因為振型越高，阻尼作用造成的衰減越快，所以高振型只在振動初始才比較明顯，以后則逐漸衰減，因此選取的八幅圖表示間隔板四條邊的自由度在不同的約束情況下所表現的出來的一階及二階的主振型，從圖中也可以看到約束升高后固有頻率也在升高，而火車的振動頻率在0～25 Hz內所以提高固有頻率是一種有效的減振的方法所以將間隔板四邊與車體固結可以減輕對床板的振動。

同樣另外使床板與間隔板之間的固結改為鉸接并且將床板與間隔板之間的剛性連桿變為彈簧阻尼減震器。并進行數值模擬?？梢砸舶l現可以起到明顯的減震效果。

參考文獻

[1] 殷祥超.振動理論與測試技術[M].中國礦業大學出版社，2007.

[2] 唐傳茵，張天俠.汽車振動舒適性評價研究[J].振動與沖擊，2008（9）.

[3] 董霜，朱元清.環境振動對人體的影響[J].噪聲與振動控制，2004（6）.