摘要：动车组产生的振动会给动车运行的稳定性带来恶劣的影响，这样不利于动车的正常运行。本文研究了高速动车组牵引变流器振动特性以及进行了隔振优化分析，并通过试验进行牵引变流器隔振效果的测试，然后通过仿真提出降低变流器振动的措施。
关键词：高速动车组；牵引变流器；隔振优化
随着动车轻量化的发展，动车组车下设备的相对重量增加，例如牵引变流器。这样也就致使车下设备与车体之间的耦合关系增加，从而增大了设备的振动噪声。由于牵引变流器、变压器等内部继承了很多的装置，这样会使动车在运行过程中带来振动激励，随着振动的传递会使柜体产生振动。为降低振动影响，本文进行了振动测试，并采取仿真进行优化分析，这为今后降低变流器振动提供一定的参考依据。
1 振动试验
对于某些振动明显的高速动车组进行分析发现牵引变流器是产生振动的主要原因。一般牵引变流器所产生的振动多来自于其内部的变压器以及冷却风机，可通过试验进行这两个振动源的判断[1]。本次振动试验首先分析装车振动，通过测点的数据进行车体振动强度的分析。在变流器地板区域进行重点监测。然后采用对比分析的方法分析车体的振动情况。最终结果表明牵引变流器上方的振动情况远大于车厢地板的振动情况，这也就表明车体振动发生于牵引变流器位置[2]。然后进行牵引变流器内部的振动分析，可以确定车体地板振动与噪声由牵引变流器内部的变压器引起。装车振动试验之后便进行车间振动试验，这一试验可进一步分析变流器的振动特性，这需要固定好变流器柜体顶部以便于进行试验。然后采用单测的方法进行牵引变流器振动分析，这种单测排查的方法可确定动车产生的地板振动主要是通过哪个部分产生。这一方法需要进行测点的布置，可在柜顶安全座的附近进行测点的布置。最终测点布置情况可见图1。
图 1 牵引变流器车间振动测点分布图
然后采用变量对比分析法进行工况的分析，分别进行风机与变压器停止和运行对比。其中风机运行、变压器停止与风机停止、变压器运行的情况在6个观测点上都有非常小的振动加速度差别，而其余观测点均为变压器运行、风机停止的状况大于风机运行、变压器停止的情况。通过这两种工况的对比可得出变压器为主要的振动源，而冷却风机产生的振动对动车的影响非常小。此外还进行了测点曲线分析，最终发现1、16测点的频谱最为接近，变压器此时以100Hz谐波为基波进行振动。
2 隔振性能
造成牵引变流器振动有两方面原因，一是变压器的自身振动剧烈，另一是隔振器对100Hz振动起不到很好的效果。可从这两个方面进行分析、采取措施，这样可从根源处解决振动情况[3]。变压器自身振动较难采取解决措施，这关系到生产的技术情况。可进行隔振器隔振性能的提升，这样就能够有效控制振动情况。首先要进行隔振器隔振性能的分析，通过计算公式进行隔振度的计算，发现隔振器对变压器100Hz振动的阻隔效率为百分之七十左右，这也表明大量振动无法有效阻隔。另外，振级落差与插入损失也是评估的重要标准指标。其中插入损失按隔振前后之比的对数进行表示，即L1=20lg 。通过对测点进行插入损失的计算，最终发现隔振器虽有一定的隔振作用，但其隔振效果十分有限，插入损失曲线可见图2。
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3 隔振仿真优化
进行隔振仿真的优化需要进行模型的建立，这样是使优化有效的前提。通过选取减振刚度，然后进行对比分析，这样可以选择出良好的优化举措。
3.1 有限元模型减振
由于牵引变流器的振动主要通过变压器产生，所以在建模时要重点注意变压器柜体附近的位置。然后进行模型结构的简化，这样方便进行分析。柜体的顶部螺栓采用刚性约束，在变压器安装位置附近选择多个节点进行对比。由于振动主要在一百赫兹左右，所以选择中心为一百赫兹的频率范围，然后提取几组不同的隔振器刚度模型进行位移谱的对比。通过结果可发现隔振器的刚度参数越小，观测点的垂向位移峰值就越低。大致刚度在1000kN/m的隔振器要具备更好的隔振效果，而且这种情况不会激发共振。之后可进行实验验证这一情况。采用频率为100Hz、幅值为8000N的振荡力模拟变压器的振动，在时域上进行数据的分析，然后判断、对比隔振器的隔振性能。而通过分析发现优化后的模型隔振的有效值显著提升。
图 2 变压器运行、风机停止相关测点的插入损失曲线图
3.2 虚拟样机模型
通过多体动力学软件Simpack进行虚拟样机模型的建立，样机模型建立完成后进行实际情况的模拟，主要为变压器在100Hz振动激励下的情况。此模型在部件之间连接关系上采用了FE5力元模型，采用FE93的力元进行载荷的施加。之后进行数据的分析，首先进行有限元模型坐标系的建立，然后布置相同位置观测点。这样不仅可进行这些观测点的对比分析，还可进行两种模型的对比。然后进行时域积分，分析频率为250Hz，将这一隔振器模型优化，然后进行模型结果对比。最终得到的结果表明隔振器通过此模型优化可实现非常好的隔振效果，这样可有效抵抗变压器100Hz的振动，这样也就使机柜柜体的振动状况减低，从而使动车更加平稳。今后动车组速度的提升会造成牵引变流器功率的提升，这样就会带来更大的噪声、振动，所以要重点注意这方面的情况。通过这些仿真结果了解到优化隔振器可降低牵引变流器的振动情况，而且这两种优化模型也不会出现共振的状况，可进行今后隔振器的选型优化。
4结束语
动车组若在运行过程中产生振动无疑会给其带来非常恶劣的影响，而且这也会影响到乘客的体验。所以进行动车组的减振对保证动车组安全、可靠地运行有着积极的意义。通过本文可发现牵引变流器为当前动车组振动产生的重点观测区，对其进行分析很有必要。进行测点的布置可有效分析变流器中产生振动的重点位置，这样就可分析出振动产生的重点位置或者器件。然后采用仿真模型进行优化，这样可为实际的优化提供理论依据，对今后动车的发展十分有益。
参考文献：
[1]殷振环，董侃，高吉磊.高速动车组牵引变流器关键数据记录及解析[J].机车电传动，2017（4）：41-43.
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[3]盖盼盼，徐赵东，吕令毅，et al.黏弹性阻尼隔振系统动力分析与优化设计[J].振动与冲击，2019，38（01）：246-250.
论文作者:郭林,孙宝坤
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/11
标签：变流器论文; 变压器论文; 隔振论文; 车组论文; 模型论文; 情况论文; 风机论文; 《基层建设》2019年第23期论文;