混合动力动车组动力包隔振设计与试验研究

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动力包作为混合动力动车组在非电气化线路运行的动力来源,在工作过程中会产生较大的激扰力,这不仅引起其自身强烈振动,还会将振动传递到车体,引起车体的振动,轻则影响乘客乘坐的舒适性和列车运行的平稳性,重则会造成车辆结构局部的疲劳断裂,甚至影响行车安全。因此,对动力包进行振动隔离十分必要。本文主要从理论推导、仿真计算、试验等三个方面对动力包进行双层隔振设计及验证。将动力包简化为由框架、柴油发电机组、冷却系统和排气后处理等构成的带子结构双层隔振系统。柴油发电机组与框架弹性连接构成第一级隔振系统,框架与车体弹性连接构成第二级隔振系统,冷却系统和排气后处理与框架弹性连接构成子结构隔振系统。本研究将动力包各部件视为刚体,车体视为刚性基础,推导了具有24自由度的双层隔振系统动力学方程。采用SQP方法对动力包双层隔振系统进行多目标优化设计。首先,将各减振器的垂向动刚度、横垂刚度比和纵垂刚度比作为设计变量,并运用蒙特卡罗灵敏度分析方法对设计变量进行灵敏度分析,结果表明子结构减振器垂向动刚度的灵敏度系数很小,在优化设计过程中可忽略子结构垂向动刚度,从而减少环境变量的个数,达到提升优化设计效率的目的。其次,以传递率和静平衡作为约束条件,将机组的振动烈度和传递至基础的动反力作为优化目标,结合动力包动力学方程和SQP方法对双层隔振系统的动刚度进行优化计算。利用ADAMS建立动力包的刚柔耦合模型,在设计最优动刚度的基础上进行振动特性分析,结果表明:机组振动烈度均小于28 mm/s,全部处于A/B级;传递至台架动反力合力均小于100 N;双层隔振系统的振级落差值均大于20 d B(即隔振效率>90%),隔振效果为优。最后,利用SIMPACK建立车辆—动力包刚柔耦合仿真模型,分析列车在线路激励下有无动力包激励对车体舒适度的影响。结果表明:动力包激励对车体中位端的舒适度影响最大且舒适度指标平均增加了20%左右。通过台架悬挂方式对动力包进行了空载1100 r/min和负载1100~1800 r/min转速下振动烈度、振级落差和动反力振动测试。试验结果表明:在所有工况下,机组的振动烈度均小于28 mm/s,全部处于A/B级;传递至台架的动反力均小于100 N;双层隔振系统的振级落差值均大于20 d B,隔振效果为优。由此表明,本次隔振优化方法设计合理,这为动力包隔振设计在工程实际的应用提供了指导依据。
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