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摘 要：目前，对动车组空调机组振动分析研究较少，还未能建立起空调机组振动评价的完整标准，导致车辆制造厂对空调机组振动情况评价困难。本文通过对动车组空调机组振动情况进行测试和分析，初步建立动车组空调系统评价的参考标准，为后续进一步深入研究打下基础。
关键词：动车组；空调机组；振动；评价标准
1 引言
随着我国铁路装备事业的发展，动车组已越来越普偏地驰骋在祖国的大江南北，越来越多的人们选择动车组出行，旅客也越来越关注动车组乘坐的舒适性。动车组空调机组是保证列车舒适性必不可少的设备，一般安装在列车顶部。由于空调机组内有压缩机、冷凝风机和通风机等影响振动和噪声的部件，故空调机组的振动分析尤为重要。目前，对动车组空调机组振动分析研究较少，还未能建立起空调机组振动评价的完整标准，导致车辆制造厂对空调机组振动情况评价困难。如何确定一个合理的振动评价标准尤为重要。本文针对某型动车组空调机组振动的测量，并根据目前振动评价的通用标准，给出空调机组振动评价的初步标准。
2 动车组空调机组布置简介
如图1所示是动车组空调机组内部布局示意，由图可以看出，空调机组内有两台压缩机，两台冷凝风机和两台蒸发风机组成。我们知道，在空调机组内部，压缩机是主要的振动源。制冷压缩机根据其工作原理分为容积型和速度型，其中容积型压缩机又分为活塞式和旋转式两种类型。目前动车组空调系统所用压缩机为涡旋式，属于旋转式压缩机的一种。每台压缩机的电功率一般为11-15kW，频率60Hz，转速3500r/min，重量一般为60kg左右。压缩机和空调机组壳体之间通过减振器连接。
图1 动车组空调机组设备排布示意
3 空调机组振动测试
如图2、图3所示，主要对空调机组内压缩机安装地脚处和空调机组与车体安装连接边梁处的振动情况进行测试。测试工况为全冷工况，即两台压缩机、冷凝风机和蒸发风机全部运转。
图3 车体与设备耦合振动模型
测试结果如下：
（1）压缩机地脚处
（2）空调机组边梁处
4 现有振动评价体系分析
目前对机器振动的综合评价标准有两个系列，分别是ISO 10816系列（等同GB/T 6075系列）和ISO 7919系列（等同GB/T 11347系列）。ISO 10816系列规定了在机器固定部件（如轴承座）上测量评价机器振动。ISO 7919系列主要适用于在机器旋转轴上测量评价。显然，对空调机组的振动评价，ISO 10816系列标准更适用些。
空调机组属于一个综合性部件，其内部集成了压缩机、风机等产生振动的部件。综合来看，ISO 10816-1和ISO 10816-3都可作为其振动评价的标准，且对比来看二者的评价值也是一致的。
4.1测量位置
ISO 10816系列标准中对测量位置定义为：应该在轴承、轴承支座或者其他有明显动力响应并能表示机器整体振动特性的结构部件上进行测量。
GB/T 5913（柴油机车车内设备机械振动烈度评定方法）中对测量位置定义为：隔振垫上或安装座上。
综上，对空调机组振动合理的测量位置应该是机组与车顶连接座处。但该位置在现车是无法测试到的。
目前我们测试的数据都是在空调机组底部测得的。
4.2评价标准
（1） ISO 10816-1标准
ISO 10816-1中其中之一的评价方法就是对振动烈度的评价，划分为A/B/C/D四个区域，每个区域的定义如下：
区域 A：新交付使用的机器振动通常落在改区域。
区域B：振动量值在该区域的机器，通常认为可不受限制地长期运行。
区域C：通常认为振动量值在该区域的机器，不适宜于长期持续运行。
区域D振动量值在该区域通常被认为振动剧烈，足以引起机器损坏。
根据标准，每个区域的定义如下：
上表中Class 1是指电功率在15kW以下的，Class 2是指电功率在15kW以上，75kW以下的。空调机组内单个个压缩机的电功率就是15kW，有两个压缩机，再加上冷凝风机和送风机，应该以Class 2去评价比较合适。
（2） ISO 10816-3标准
该部分适用于功率大于15kW、运行转速在120r/min至15000r/min的机组。（客室机组内压缩机的转速为）该部分的涵盖机器中，包括旋转式压缩机和电机等，不包括往复式压缩机和回转压缩机。
该标准部分的评价指标如下：
5 空调机组振动评价分析
通过以上分析，压缩机的振动可以按照ISO 10816-3标准去评价，对应支承类型为柔性。因空调机组与车体之间是刚性连接，可按ISO 10816-3中对应支承类型为刚性去评价，也可按ISO 10816-1中电功率在15kW以上的系列（即Class2）去评价。
综上分析，对于压缩机地脚处的振动，新造空调机组中新压缩机地脚振动烈度应小于2.3mm/s。工作一段时间的压缩机（比如达到三级修或四级修阶段）地脚振动烈度应小于4.5mm/s。压缩机地脚处的振动烈度在4.5-7.1mm/s之间时，可能会对压缩机的寿命有一定的影响。
对于空调机组安装梁除的振动，新造空调机组安装梁的振动烈度至少应小于1.4mm/s，一般应小于1.12 mm/s。工作一段时间的客室空调机组（比如达到三级修或四级修阶段）安装梁处的动烈度应小于2.8mm/s。
根据上述分析，部分空调压缩机和机组安装梁处的测量数值已经超出了标准所允许的范围，需要改善振动情况。
6 结论
空调机组与车体之间为刚性连接，空调机组的振动会通过车体传递给客室，会对旅客的舒适性造成影响。由于空调机组的振动主要来源于压缩机，故对空调机组振动的抑制首先应能抑制空调机组内压缩机的振动，应按照本文两级控制法，分别对压缩机和空调机组本身的振动进行控制。■
参考文献
[1] 黄润华，韩国民. 机器振动测量与评价ISO标准四个发展阶段[J].第十届全国振动理论及应用学术会议论文集，2011.
[2] 师汉民，黄其柏.机械振动系统——分析·建模·测试·对策[M].华中科技大学出版社，2013.
[3] ISO 10816-1-2009，Mechanical vibration-Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts-Part1：Genneral guidelines[S].
[4] ISO 10816-3-2009，Mechanical vibration-Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts-Part3：Industrial machines with nominal power above 15kW and nominal speeds between 120 r/min and 15000 r/min when measured in situ[S].
[5] GB/T 6075.1-2012，机械振动 在非旋转部件上测量评价机器的振动 第1部分：总则[S].
[6] GB/T 6075.3-2011，机械振动 在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 第 3 部分：额定功率大于15kW额定转速在120r-min至15000r-min之间的在现场测量的工业机器[S].
关键词：动车组；空调机组；振动；评价标准
1 引言
随着我国铁路装备事业的发展，动车组已越来越普偏地驰骋在祖国的大江南北，越来越多的人们选择动车组出行，旅客也越来越关注动车组乘坐的舒适性。动车组空调机组是保证列车舒适性必不可少的设备，一般安装在列车顶部。由于空调机组内有压缩机、冷凝风机和通风机等影响振动和噪声的部件，故空调机组的振动分析尤为重要。目前，对动车组空调机组振动分析研究较少，还未能建立起空调机组振动评价的完整标准，导致车辆制造厂对空调机组振动情况评价困难。如何确定一个合理的振动评价标准尤为重要。本文针对某型动车组空调机组振动的测量，并根据目前振动评价的通用标准，给出空调机组振动评价的初步标准。
2 动车组空调机组布置简介
如图1所示是动车组空调机组内部布局示意，由图可以看出，空调机组内有两台压缩机，两台冷凝风机和两台蒸发风机组成。我们知道，在空调机组内部，压缩机是主要的振动源。制冷压缩机根据其工作原理分为容积型和速度型，其中容积型压缩机又分为活塞式和旋转式两种类型。目前动车组空调系统所用压缩机为涡旋式，属于旋转式压缩机的一种。每台压缩机的电功率一般为11-15kW，频率60Hz，转速3500r/min，重量一般为60kg左右。压缩机和空调机组壳体之间通过减振器连接。
图1 动车组空调机组设备排布示意
3 空调机组振动测试
如图2、图3所示，主要对空调机组内压缩机安装地脚处和空调机组与车体安装连接边梁处的振动情况进行测试。测试工况为全冷工况，即两台压缩机、冷凝风机和蒸发风机全部运转。
图3 车体与设备耦合振动模型
测试结果如下：
（1）压缩机地脚处
（2）空调机组边梁处
4 现有振动评价体系分析
目前对机器振动的综合评价标准有两个系列，分别是ISO 10816系列（等同GB/T 6075系列）和ISO 7919系列（等同GB/T 11347系列）。ISO 10816系列规定了在机器固定部件（如轴承座）上测量评价机器振动。ISO 7919系列主要适用于在机器旋转轴上测量评价。显然，对空调机组的振动评价，ISO 10816系列标准更适用些。
空调机组属于一个综合性部件，其内部集成了压缩机、风机等产生振动的部件。综合来看，ISO 10816-1和ISO 10816-3都可作为其振动评价的标准，且对比来看二者的评价值也是一致的。
4.1测量位置
ISO 10816系列标准中对测量位置定义为：应该在轴承、轴承支座或者其他有明显动力响应并能表示机器整体振动特性的结构部件上进行测量。
GB/T 5913（柴油机车车内设备机械振动烈度评定方法）中对测量位置定义为：隔振垫上或安装座上。
综上，对空调机组振动合理的测量位置应该是机组与车顶连接座处。但该位置在现车是无法测试到的。
目前我们测试的数据都是在空调机组底部测得的。
4.2评价标准
（1） ISO 10816-1标准
ISO 10816-1中其中之一的评价方法就是对振动烈度的评价，划分为A/B/C/D四个区域，每个区域的定义如下：
区域 A：新交付使用的机器振动通常落在改区域。
区域B：振动量值在该区域的机器，通常认为可不受限制地长期运行。
区域C：通常认为振动量值在该区域的机器，不适宜于长期持续运行。
区域D振动量值在该区域通常被认为振动剧烈，足以引起机器损坏。
根据标准，每个区域的定义如下：
上表中Class 1是指电功率在15kW以下的，Class 2是指电功率在15kW以上，75kW以下的。空调机组内单个个压缩机的电功率就是15kW，有两个压缩机，再加上冷凝风机和送风机，应该以Class 2去评价比较合适。
（2） ISO 10816-3标准
该部分适用于功率大于15kW、运行转速在120r/min至15000r/min的机组。（客室机组内压缩机的转速为）该部分的涵盖机器中，包括旋转式压缩机和电机等，不包括往复式压缩机和回转压缩机。
该标准部分的评价指标如下：
5 空调机组振动评价分析
通过以上分析，压缩机的振动可以按照ISO 10816-3标准去评价，对应支承类型为柔性。因空调机组与车体之间是刚性连接，可按ISO 10816-3中对应支承类型为刚性去评价，也可按ISO 10816-1中电功率在15kW以上的系列（即Class2）去评价。
综上分析，对于压缩机地脚处的振动，新造空调机组中新压缩机地脚振动烈度应小于2.3mm/s。工作一段时间的压缩机（比如达到三级修或四级修阶段）地脚振动烈度应小于4.5mm/s。压缩机地脚处的振动烈度在4.5-7.1mm/s之间时，可能会对压缩机的寿命有一定的影响。
对于空调机组安装梁除的振动，新造空调机组安装梁的振动烈度至少应小于1.4mm/s，一般应小于1.12 mm/s。工作一段时间的客室空调机组（比如达到三级修或四级修阶段）安装梁处的动烈度应小于2.8mm/s。
根据上述分析，部分空调压缩机和机组安装梁处的测量数值已经超出了标准所允许的范围，需要改善振动情况。
6 结论
空调机组与车体之间为刚性连接，空调机组的振动会通过车体传递给客室，会对旅客的舒适性造成影响。由于空调机组的振动主要来源于压缩机，故对空调机组振动的抑制首先应能抑制空调机组内压缩机的振动，应按照本文两级控制法，分别对压缩机和空调机组本身的振动进行控制。■
参考文献
[1] 黄润华，韩国民. 机器振动测量与评价ISO标准四个发展阶段[J].第十届全国振动理论及应用学术会议论文集，2011.
[2] 师汉民，黄其柏.机械振动系统——分析·建模·测试·对策[M].华中科技大学出版社，2013.
[3] ISO 10816-1-2009，Mechanical vibration-Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts-Part1：Genneral guidelines[S].
[4] ISO 10816-3-2009，Mechanical vibration-Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts-Part3：Industrial machines with nominal power above 15kW and nominal speeds between 120 r/min and 15000 r/min when measured in situ[S].
[5] GB/T 6075.1-2012，机械振动 在非旋转部件上测量评价机器的振动 第1部分：总则[S].
[6] GB/T 6075.3-2011，机械振动 在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 第 3 部分：额定功率大于15kW额定转速在120r-min至15000r-min之间的在现场测量的工业机器[S].