橡胶减振器在轨道车辆上的应用

李令义，王冰松

中车四方机车车辆股份有限公司技术中心

橡胶减振器在轨道车辆上的应用

李令义，王冰松

中车四方机车车辆股份有限公司技术中心

针对轨道车辆高速发展，对减振器要求不断提高。以减振理论为基础，并结合橡胶的特性，选择了车下设备自振频率范围，确定合理的橡胶刚度值及阻尼参数，为减振方案选择提供了依据。

橡胶减振器；橡胶参数；车下设备

引言

近年来，随着轨道交通的蓬勃发展，车辆行车安全、可靠性、舒适性问题备受重视。

在车辆运行时，由于路轨的不平顺性输入及轮轨强烈的相互作用会导致车体产生剧烈振动，与车体相连的车下电器设备因为自身发热需要风机冷却，风机自身产生振动，容易与车体产生谐振。振动的叠加不仅影响乘客舒适性，甚至造成设备受损和连接件的疲劳断裂。

为了避免和减小振动的影响，常用措施是风机支座安装减震器。其中由于橡胶减振器具有高弹及耐冲击，重量轻，体积小便于安装等特点，被优先选用。但如何选用合适的减震器从而提高隔振率是一个急需研究的问题。

本文结合橡胶减振器的特性，以减振理论为基础，经仿真计算和实验结果分析，论述如何根据某车下设备风机参数确定减振方案。

1 橡胶减振器特性

橡胶减振器主要由橡胶及金属基座构成，根据其使用的环境及性能要求，其结构和胶料也会作相应的调整。

1.1 胶料的选择

随着橡胶材料的发展，用在减振方面的胶料有多种。在选择减振器时，要根据其使用温度范围要求，防火要求、耐油及耐紫外线等要求来选择胶料。因为天然胶具有优良的耐疲劳性，所以减振器的胶料以天然胶为主；如果有高温要求的可以使用硅胶；轨道车辆转向架上的空气弹簧，因为其使用及环境要求使用氯丁橡胶。

同一系的胶料，其动刚度与静刚度的比值Kd∕Ks和阻尼比随着胶料硬度增加而变大。表1举了某系列胶料动刚度与静刚度比值Kd∕Ks，及阻尼比：

表1 某系橡胶胶料动静刚度比及阻尼比特性

另外，橡胶的蠕变性能也是重要的参数。尤其较长生命周期的减震器上，需要选择具有低蠕变性能的胶料。常用胶料与某低蠕变胶料蠕变曲线对比如下图：

蠕变性能曲线对比

1.2 减振器结构的选用

在选用减振器时，根据使用的用途，需要要考虑减震器是否有失效保护的结构。设备固定在静止的地方，诸如陆用发电机组，因为没有外部冲击，可以使用无失效保护结构的减振器；设备装在轨道车辆上的，诸如逆变器设备上冷却风机用减震器，要考虑失效保护及额外冲击；军用设备上的减震器，要考虑受到袭击爆炸时的冲击载荷，需要单独安装失效保护装置。

1.3 橡胶减振器的安装要求

因为橡胶的独特特性，橡胶可以承受剪切力及压力，但不能承受拉力。因此在安装橡胶减振器时，要特别注意。

2 减震原理

减震理论中，当固有频率=激扰频率时，激扰频率与固有频率比值Z=1，此时产生共振。当Z＞2时，振动传递率为40%，即隔振率达60%，具有良好的减震效果。因此在选择减振器刚度值时，目标是Z＞2的减震器。考虑到橡胶的阻尼比，在减振区域阻尼比越小，系统的减震效果越好。但是选用阻尼比小的胶料，系统共振时其放大系数也就越大。

3 轨道车辆车某车下设备风机参数确定减振方案制定

3.1 数据输入及计算

实际应用中，设备具有六个自由度：X方向，Y方向，Z方向，绕X旋转方向（Roll），绕Y旋转方向（Pitch），绕Z旋转方向（Yaw）。如下图所示：

以该风机减振选型为例，需要输入风机的质量，质心位置，绕X、Y、Z各个方向的转动惯量，风机转速、叶片数量，及减震器安装点的位置。

根据质量、质心位置及减震器位置，初步算定减震器的刚度值；

利用ISOMAG软件建立力学模型，根据车辆运行情况，在各个方向上加载冲击载荷，输入该减振器的静态刚度、动静刚度比和阻尼系数，软件计算出系统固有频率，在冲击载荷下减振器最大位移及冲击力。

计算出固有频率：

3.2 振动测试

利用SKF两通道的手持振动测试仪测试支撑点的振动状况。风机转速为1750转∕分钟下，在1#、2#位置附近，同时在风机支架和底板处采集数据，测试方向为垂向。

测试结果：风机在一种转速的状态下显示振动加速度谱线。风机在低转速1750RPM时，#1位置一阶振动有97.7%的隔振率，二阶振动有85.5%的隔振率；#2位置一阶振动有99%的隔振率，二阶振动有98%的隔振率。

4 结论

本文以轨道车辆某车下风机为例，通过力学计算并结合减振理论，选定减振器的阻尼比为0.023，动静刚度比为1.15，经仿真计算论述了橡胶减振器选型过程。并通过实验测试数据分析，得到进一步的验证。从而提高了车辆的可靠性和舒适性。

[1]梁威.减震橡胶材料的研究.陕西.西北工业大学，2006

[2]丁文镜.减振理论.北京.清华大学出版社，1988

[3]潘孝勇.橡胶隔振器动态计算与建模方法的研究.浙江.浙江工业大学，2009