動(dòng)車組異常振動(dòng)問題分析

張仰彬

摘 要 現(xiàn)如今，高鐵已經(jīng)成為人們出行的主要方式。高鐵給乘客帶來快捷舒適的旅程，高速運(yùn)行的動(dòng)車組的異常震動(dòng)問題對(duì)行車品質(zhì)帶來極壞的影響，除對(duì)旅客影響外對(duì)行車安全性也帶來一定的安全隱患。本文主要對(duì)動(dòng)車組產(chǎn)生異常震動(dòng)的原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)解決方案。

關(guān)鍵詞 動(dòng)車組 踏面 蛇形運(yùn)動(dòng) 震動(dòng) 減震器

0前言

隨著武廣、滬寧杭、京滬、京廣和哈大等高速鐵路干線的開通運(yùn)營，快捷便利、舒適準(zhǔn)點(diǎn)的高鐵逐漸成為人們出行選擇的主要交通方式。旅客在追求速度的同時(shí)，也對(duì)乘車的舒適度和車內(nèi)環(huán)境的要求越來越高。通過技術(shù)部門的測(cè)試和分析旅客乘車環(huán)境的要求，評(píng)估車內(nèi)環(huán)境技術(shù)條件對(duì)乘車舒適度的影響，研究確定基于乘車舒適需求的車內(nèi)環(huán)境技術(shù)條件，為高速動(dòng)車組車內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)提供基本依據(jù)，滿足旅客對(duì)高速動(dòng)車組車內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。影響乘車品質(zhì)的條件有很多，本文主要講動(dòng)車組異常振動(dòng)的影響。

1高速動(dòng)車組異常振動(dòng)分析

高速動(dòng)車組區(qū)別于普通客運(yùn)車輛的根本原因在于其所處的特殊動(dòng)態(tài)環(huán)境，隨著車輛運(yùn)行速度的增加，其動(dòng)態(tài)環(huán)境急劇變化，在服役過程中高速動(dòng)車組都多少出現(xiàn)了一些異常振動(dòng)問題，列車振動(dòng)的主要原因是軌道不平順造成的顛簸搖晃、車體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的顫振、列車機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)以及氣流和空氣阻力的影響。振動(dòng)對(duì)人員的影響主要表現(xiàn)在心理、生理和工效三方面，高速動(dòng)車組受振對(duì)象的范圍寬泛，旅客有老人和兒童，有健康人也有病人，旅客除坐臥外，常有飲食、閱讀、書寫、交談、娛樂等活動(dòng)，要求有一個(gè)較平穩(wěn)的環(huán)境。

轉(zhuǎn)向架懸掛參數(shù)對(duì)確保在運(yùn)用線路條件下包括直線、道岔、曲線及緩和曲線車輛具有良好的運(yùn)行品質(zhì)和舒適性，高速運(yùn)行時(shí)具有良好的平穩(wěn)性和運(yùn)行安全性均具有很大的影響。

通過調(diào)查分析，構(gòu)架橫向加速度報(bào)警出現(xiàn)在包括構(gòu)架加速度報(bào)警和車體低頻晃動(dòng)問題。車輛運(yùn)行速度為300km/h左右時(shí)的車輪磨耗狀態(tài)，踏面旋修后報(bào)警問題消失，因此可以定性地認(rèn)為踏面等交通度過大是導(dǎo)致二次蛇行穩(wěn)定裕量不足的主要原因。為切實(shí)解決動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警自停問題，首先對(duì)動(dòng)車組穩(wěn)定性進(jìn)行了理論分析。構(gòu)架的橫向振動(dòng)既包括蛇行振動(dòng)部分，又包括蛇行振動(dòng)激起的構(gòu)架側(cè)滾、點(diǎn)頭以及端部局部彈性振動(dòng)部分，蛇行振動(dòng)是主因，需從穩(wěn)定性角度來考察。

對(duì)于該動(dòng)車組安裝K70C440型抗蛇行減振器能夠在輪軌磨耗狀態(tài)下解決構(gòu)架報(bào)警問題，但是在踏面新旋輪狀態(tài)下卻帶來了車體低頻晃動(dòng)問題。

轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)的頻率隨著車輛運(yùn)行速度的增大而增大，轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)對(duì)車體振動(dòng)的影響主要有當(dāng)車輛前后轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)同相位時(shí)，將會(huì)與車體的上心滾擺和下心滾擺耦合，如果懸掛裝置不能減弱這種模態(tài)的耦合，一旦轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)頻率與車體的上心滾擺、下心滾擺頻率接近時(shí)，將可能引起車體的橫向振動(dòng)加劇，就會(huì)出現(xiàn)車體嚴(yán)重晃動(dòng)現(xiàn)象。甚至給行車安全帶來影響。由于該動(dòng)車組車輛采用大定位剛度，使轉(zhuǎn)向架挖剛性定位轉(zhuǎn)向，剛性定位轉(zhuǎn)向架對(duì)等效錐度、抗蛇行減振器參數(shù)非常敏感，容易出現(xiàn)一次蛇行失穩(wěn)問題。更換K70C440型抗蛇行減振器前沒有出現(xiàn)這種問題，可以定性地認(rèn)為是搞蛇行減振器更換之后參數(shù)選取不當(dāng)引起的一次蛇行失穩(wěn)。

2使用的合適的減振器改進(jìn)振動(dòng)問題

使現(xiàn)有的K70C440和K70C330型抗蛇行減振器，可以通過改進(jìn)懸掛參數(shù)來延長旋輪周期，同時(shí)又能得到高速穩(wěn)定運(yùn)行的效果。

安裝K70C440型抗蛇行減振器的問題在于新旋輪狀態(tài)車輛產(chǎn)生了明顯的車體低頻側(cè)滾振動(dòng)，磨耗后穩(wěn)定性卻能夠等到保證，為了彌補(bǔ)該減振器因新旋輪狀態(tài)給車體帶來的異常震動(dòng)，可以考慮在不影響磨耗狀態(tài)穩(wěn)定性的前提下降低一系減震裝置縱向定位剛度或者同時(shí)降低一系縱向定位剛度和初始等效錐度的方案。

安裝K70C330型抗蛇行減振器的問題在于旋輪周期還不足20萬公里就發(fā)生了構(gòu)架報(bào)警，報(bào)警時(shí)等效錐度較大，穩(wěn)定裕量不足，為了彌補(bǔ)該減振器在車輪磨耗狀態(tài)下抑制蛇行振動(dòng)能力的不足，可以考慮降低初始等效錐度的方案以達(dá)到延長旋輪周期的目的。

對(duì)于該動(dòng)車組而言，降低等效錐度可能出現(xiàn)一次蛇行，根據(jù)理論分析可知，可以通過降低一系縱向定位剛度的方式來解決。分析了一系縱向定位剛度和等效錐度對(duì)臨界速度的影響，現(xiàn)有的踏面等效錐度較大，為了延長旋輪周期，可以考慮選取踏面等效錐度較低的踏面。

由于車輛橫向運(yùn)行平穩(wěn)性不僅受軌道激擾的影響，還受轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)的影響，所以車輛的橫向運(yùn)行平穩(wěn)性控制難度較大。如果車輛系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)頻率在某一速度下與車體下心滾擺固有頻率接近時(shí)，會(huì)影響車輛在該速度段的橫向運(yùn)行平穩(wěn)性，從而使車輛在該速度段產(chǎn)生嚴(yán)重的橫向晃動(dòng)。取消車鉤減振器，調(diào)整橫向減振器和抗蛇行減振器阻尼參數(shù)的方案就可以大大減弱了車體下心滾擺模態(tài)和轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)模態(tài)的耦合問題，橫向運(yùn)行平穩(wěn)性明顯改善，減輕了車體晃動(dòng)嚴(yán)重問題。同時(shí)，此問題的解決方案也可為同類型動(dòng)車組的設(shè)計(jì)、改型和優(yōu)化提供借鑒。

3結(jié)語

高速轉(zhuǎn)向架運(yùn)行時(shí)必須具備穩(wěn)定性、平穩(wěn)性和良好的曲線通過能力，以保證高速列車安全行駛、乘坐舒適。理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，車輛的垂向和橫向運(yùn)行平穩(wěn)性隨速度提高而下降。在一般速度下平穩(wěn)性滿足的車輛，在高速運(yùn)行時(shí)就不能滿足要求。為此，除對(duì)線路構(gòu)造、養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)有嚴(yán)格要求外，應(yīng)合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向架的懸掛裝置（彈簧減震系統(tǒng)）和選擇其參數(shù)。

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