蘭州地鐵1號線車輛空壓機啟動后對應客室部位振感強烈問題研究

曹兵奇

（廣州軌道交通建設監理有限公司，廣東廣州510010）

1 問題來源

蘭州地鐵1號線車輛采用KNORRVV120空壓機，其與風源模塊框架之間的聯接采用鋼彈簧減振器。在監造過程中，發現空壓機啟動后其上方的客室內（以空壓機為中心，半徑2m范圍內）地板和立柱振感強烈。

該問題發生后，對采用同一技術平臺的深圳地鐵2號線車輛進行調研，發現深圳地鐵2號線車輛上并不存在該問題（振感較弱）。

2 振動分析

空壓機上方客室內（以空壓機為中心，半徑2m范圍內）地板和立柱的振感是由于空壓機的振動通過減振器、自身的吊架、底架主橫梁、鋁型材底架邊梁、鋁型材底架地板、客室內地板橡膠件、客室內鋁蜂窩地板、地板布及立柱傳遞到乘客的足部和手部，這其中的每個環節都在起作用，將它們分成兩大類進行分析，即振源和傳播路徑。

2.1 振源分析

振源是空壓機本身，由電機、吸入消音器、活塞壓縮機構、散熱板及風扇組成，其中任何部位的變化都會改變振動頻率或強度。

蘭州地鐵1號線風源模塊結構（圖1）與深圳地鐵2號線風源模塊結構（圖2）對比，主要變化如下：（1）空壓機安裝框架；（2）空壓機與安裝框架的相對位置；（3）空壓機吸入過濾器；（4）單向閥等閥類的布局。

圖1 蘭州地鐵1號線風源裝置

圖2 深圳地鐵2號線風源裝置

振動頻譜分析：振動頻譜為0～1000Hz，其中振幅及能量集中在25Hz，將這部分能量通過下面的傳播途徑有效消弱。

2.2 傳播路徑分析

空壓機在運行過程中振動是比較大的，若想客室內的乘客振感不明顯，需要通過相應的結構措施來進行隔振、吸振，并合理設計局部車體鋁結構（含橫梁吊掛結構），使其自身頻率避開共振頻率，最終減小傳遞到乘客肢體的振動能量而使其振感不明顯，其中主要的措施如下：

（1）空壓機自身減振器：傳播路徑中最重要的振動能量吸收結構，對振動變化影響起到決定性作用，經對比深圳地鐵2號線，該結構并未變化。

（2）局部車體鋁結構（含橫梁吊掛結構）：經過計算，一階頻率為16.55Hz，對比空壓機的主振動頻率25Hz，并不共振。經對比深圳地鐵2號線，僅空壓機吊掛用主橫梁型材下壁厚增厚，對振動傳遞幾乎沒有影響。

（3）車內地板橡膠件、鋁蜂窩地板、地板布：該結構組合可以吸收振動，經對比深圳地鐵2號線，該結構并未變化。

綜上所述，經對比深圳地鐵2號線，變化較大的部分是空壓機本身，車體主橫梁變化較小，初步的分析為空壓機對應客室部位乘客振感強烈是由于空壓機自身結構的變化使得其自振頻率發生了改變，變后頻率和車體固有頻率接近。

3 方案研究

通過振動分析，減小振感的辦法是改變振源或改變傳播路徑，決定更改振動傳播路徑中起到關鍵作用的空壓機減振器。

目前，地鐵車輛空氣壓縮機減振器為鋼彈簧減振器和橡膠減振器。鋼彈簧減振器和橡膠彈簧減振器在各項目地鐵車輛上都有較多應用，兩種元件固有頻率及結構特性對比如表1所示。

表1 鋼彈簧減振器和橡膠彈簧減振器對比

通過對比分析，橡膠減振器能夠很好地隔斷10Hz以上的激發頻率，并且衰減能力強，能夠很好地衰減高頻振動能量，蘭州地鐵1號線空壓機擬采用橡膠減振彈簧部分或全部代替鋼彈簧減振器。

4 振感對比測試

根據分析結論，制定了六個振感對比測試方案。具體組合方案如下，并同時測試了深圳地鐵2號線車輛作為對比。

方案一：蘭州地鐵1號線空壓機減振器為原有KNORR鋼彈簧減振器。

方案二：蘭州地鐵1號線空壓機減振器為KNORR大剛度橡膠減振器。

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方案三：蘭州地鐵1號線空壓機減振器為一位側KNORR小剛度橡膠減振器，二位側KNORR鋼彈簧減振器。

方案四：蘭州地鐵1號線空壓機減振器為一位側KNORR大剛度橡膠減振器，二位側KNORR鋼彈簧減振器。

方案五：蘭州地鐵1號線空壓機減振器為KNORR小剛度橡膠減振器。

方案六：蘭州地鐵1號線空壓機減振器為四方所小剛度橡膠減振器。

深圳地鐵2號線空壓機減振器為KNORR鋼彈簧減振器。

經振感對比測試，僅方案五、六能解決振感問題，同時滿足測試人員肢體振感不明顯和試驗數值變好兩種要求，具體試驗數據如表2所示（頻率范圍0～1kHz、加速度單位m/s2）。

表2 試驗數據

在蘭州地鐵1號線改進方案中，方案五（KNORR產品）最大振動值0.36m/s2、方案六（青島四方所產品）最大振動值0.371m/s2都遠小于蘭州地鐵1號線原方案為0.45m/s2，肢體振感均不明顯。

方案五（KNORR公司小剛度橡膠減振器）和方案六（四方所小剛度橡膠減振器）都能夠解決空壓機引起的異常振動問題，最終方案為：把蘭州地鐵1號線空壓機的鋼彈簧減振器全部替換為KNORR小剛度橡膠減振器。

5 結語

風源模塊內空壓機電機組在工作時必然會產生相應振動，通過采用合適的減振元件能消減大部分的振動，小剛度橡膠減振器相對于鋼彈簧減振器在減振效果方面更優秀，可有效保障車輛運行平穩性和乘坐舒適度。

［參考文獻］

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