CN107218328A - 基于动力吸振的轨道交通变流器减振方法及设计方法 - Google Patents

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丁杰
臧晓斌
李振鹏
曾亚平
夏亮
赵清良
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王明
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Abstract

本发明公开了一种基于动力吸振的轨道交通变流器减振方法及设计方法，减振方法通过动力吸振器来降低变流器向车体的振动传递，从而实现减振；设计方法包括：S1.获取变流器振动对车体振动影响的主要激励频率；S2.以主要激励频率为吸振设计目标，设计动力吸振器；S3.建立动力吸振器仿真模型，通过仿真验证动力吸振器的固有频率是否符合预设的设计要求，是则跳转至步骤S4，否则跳转至步骤S2；S4.根据设计生产动力吸振器，在真实安装条件下验证动力吸振器是否符合设计要求，是则完成动力吸振器的设计，否则跳转至步骤S2。本发明具有操作简单、可靠性高、成本低、减振效果好明显的等优点。

Description

基于动力吸振的轨道交通变流器减振方法及设计方法
技术领域
本发明涉及轨道交通变流器振动控制领域，尤其涉及一种轨道交通变流器动力吸振器设计方法。
背景技术
随着轨道交通产业的发展，人们对乘车舒适性要求越来越高，动车和城轨等轨道车辆的振动问题越来越受到关注。变流器作为轨道交通车辆的关键设备，其内在变压器和冷却风机等旋转部件产生的振动通过连接部件向车体传递，最终在地板等位置体现，影响乘车舒适性。这类问题在以往的动车、地铁等项目中已经出现，变流器内部振动引起车体地板振动超标而受到客户投诉。针对这类问题以往采取的措施包括更换振动较小的振源(如采用振动更小的变压器)和安装减振器等，这些方法虽然都能解决问题，但同样也具有一些明显的缺点：若采用更换振动较小的振源，这种方法周期长，且成本很大，另外更换内部振源往往动作较大，影响十分恶劣；采用减振器的方法对安装借口要求较高，接口尺寸往往难以满足，需要进行更改，且市场上普遍采用的金属橡胶减振器具有一定的使用寿命，需要定期进行更换。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种操作简单、可靠性高、成本低、减振效果好明显的基于动力吸振的轨道交通变流器减振方法及设计方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于动力吸振的轨道交通变流器减振方法，根据变流器振动对车体振动影响的主要激励频率构建翼板-质量吸振器；将所述翼板-质量吸振器夹装在变流器安装结构与列车安装结构之间。
作为本发明的进一步改进，所述翼板-质量吸振器的固有频率与所述主要激励频率之间的误差小于预设的第一误差值。
作为本发明的进一步改进，所述变流器安装结构与列车安装结构之间夹装有多个所述翼板-质量吸振器。
一种基于动力吸振的轨道交通变流器减振方法，根据变流器振动对车体振动影响的主要激励频率构建弹簧-质量吸振器；将所述弹簧-质量吸振器吊装在变流器安装结构上。
作为本发明的进一步改进，所述弹簧-质量吸振器的固有频率与所述主要激励频率之间的误差小于预设的第二误差值。
作为本发明的进一步改进，所述变流器安装结构上吊装有多个所述弹簧-质量吸振器。
一种轨道交通变流器动力吸振器设计方法，包括如下步骤：
S1.获取变流器振动对车体振动影响的主要激励频率；
S2.以所述主要激励频率为吸振设计目标，设计动力吸振器；
S3.建立动力吸振器仿真模型，通过仿真验证所述动力吸振器的固有频率是否符合预设的设计要求，是则跳转至步骤S4，否则跳转至步骤S2；
S4.根据设计生产动力吸振器，在真实安装条件下验证动力吸振器是否符合设计要求，是则完成动力吸振器的设计，否则跳转至步骤S2。
作为本发明的进一步改进，步骤S1的具体步骤为：对轨道交通车体及变流器进行振动试验，确定变流器的振动激励与车体的振动响应之间的关系，根据车体的振动响应确定主要激励频率。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述设计动力吸振器包括：以主要激励频率为吸振目标，设计动力吸振器形式及参数，使得动力吸振器的固有频率等于所述主要激励频率；
所述形式包括翼板-质量吸振器和弹簧-质量吸振器；
所述翼板-质量吸振器的参数包括：翼板长度、翼板宽度、翼板厚度、质量块质量、安装位置；
所述弹簧-质量吸振器的参数包括：弹簧刚度、质量块质量、安装位置。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中所述预设的设计要求为：所述动力吸振器的固有频率与所述主要激励频率之间的误差小于2Hz。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S4的具体步骤包括：
S4.1.根据设计生产动力吸振器，并根据设计将动力吸振器实际安装至轨道交通设备；
S4.2.在轨道交通设备的实际运行过程中测试动力吸振器的固有频率、减振效果及可靠性是否满足预设的标准，是则完成动力吸振器的设计，否则跳转至步骤S2。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的轨道交通变流器减振方法能够有效控制变流器传递到车体的振动，具有操作简单、可靠性高、成本低、减振效果好等优点，能够很好地解决变流器振动对轨道交通车辆车体影响的问题，特别适用于产品交付后的现场振动问题改造。
2、本发明的轨道交通变流器减振设计方法可有效提高动力吸振器的设计效率，提高动力吸振器的设计成功率。
附图说明
图1为本发明具体实施例一轨道交通变流器减振方法示意图。
图2为本发明具体实施例二轨道交通变流器减振方法示意图。
图3为本发明具体实施例轨道交通变流器减振设计方法流程示意图。
图4为轨道交通变流器安装结构、振动传递示意图。
图5为轨道交通中变流器传递到车体的振动频谱曲线图。
图例说明：1、车体；2、变流器柜；3、动力吸振器；4、连接件。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
变流器内部振源主要包括变压器、电抗器等产生的电磁振动，冷却风机等旋转部件产生的机械振动，另外还包括流体流动产生的振动。电磁振动和旋转部件产生的机械振动频谱基本都属于离散谱，电磁振动主要集中在电源频率及倍频附近，其中2倍电源频率的振动尤为明显(当电源频率为50Hz时，100Hz电磁振动明显)，而旋转件产生的机械振动跟转速强相关。流体流动产生的振动属于宽频振动，但能量较小，对车体影响较小。
如图4所示，变流器产生的电磁振动、机械振动通过连接件(螺栓等)向车体传递，通过大量的研究后发现，大部分中高频振动在传递过程中衰减，最终体现在车体地板等位置处的振动一般只有低频区域的几个离散振动。图5是某车变流器振动在地板处的体现，具有典型的代表意义。由该图可以看出，变流器振动对车体地板等的影响主要体现在个别离散频率附近，其中大部分为2倍电源频率的电磁振动。通过大量的研究确定，控制变流器在这些频率的振动就可以解决其对车体振动的影响。
实施例一：
如图1所示，本实施例的基于动力吸振的轨道交通变流器减振方法，其特征在于：根据变流器振动对车体振动影响的主要激励频率构建翼板-质量吸振器；将翼板-质量吸振器夹装在变流器安装结构与列车安装结构之间。翼板-质量吸振器的固有频率与主要激励频率之间的误差小于预设的第一误差值。在本实施例中，变流器安装结构为变流器的安装吊耳，列车安装结构为列车的安装吊耳。翼板-质量吸振器夹装在变流器的安装吊耳和列车的安装吊耳的连接螺栓处。预设的第一误差值为2Hz。
在本实施例中，变流器安装结构与列车安装结构之间夹装有多个翼板-质量吸振器。图1中仅用一个翼板-质量吸振器为例来说明其安装方式。在本实施例中，在变流器的每个安装螺栓处，都安装有一个翼板-质量吸振器，用于吸收变流器通过螺栓向车身的振动传递。
如图3所示，本实施例的轨道交通变流器动力吸振器设计方法，包括如下步骤：S1.获取变流器振动对车体振动影响的主要激励频率；S2.以主要激励频率为吸振设计目标，设计动力吸振器；S3.建立动力吸振器仿真模型，通过仿真验证动力吸振器的固有频率是否符合预设的设计要求，是则跳转至步骤S4，否则跳转至步骤S2；S4.根据设计生产动力吸振器，在真实安装条件下验证动力吸振器是否符合设计要求，是则完成动力吸振器的设计，否则跳转至步骤S2。
在本实施例中，步骤S1的具体步骤为：对轨道交通车体及变流器进行振动试验，确定变流器的振动激励与车体的振动响应之间的关系，根据车体的振动响应确定主要激励频率。
在本实施例中，步骤S2中设计动力吸振器包括：以主要激励频率为吸振目标，设计动力吸振器形式及参数，使得动力吸振器的固有频率等于主要激励频率；形式为翼板-质量吸振器；翼板-质量吸振器的参数包括：翼板长度、翼板宽度、翼板厚度、质量块质量、安装位置。
在本实施例中，步骤S3中预设的设计要求为：动力吸振器的固有频率与主要激励频率之间的误差小于2Hz。
步骤S4的具体步骤为：S4.1.根据设计生产动力吸振器，并根据设计将动力吸振器实际安装至轨道交通设备；S4.2.在轨道交通设备的实际运行过程中测试动力吸振器的固有频率、减振效果及可靠性是否满足预设的标准，是则完成动力吸振器的设计，否则跳转至步骤S2。
在本实施例中，预设的标准是指固有频率与主要激励频率的误差小于2Hz，减振效果是按照主机厂要求根据实际情况制定的标准，可靠性为GB/T 21563标准。
在本实施例中，变流器与动力吸振器共同构成一个两自由度系统，该两自由度系统在振动中的运动方程如式(1)所示：
式(1)中：m1主振系质量，即变流器柜的质量；k1为主振系刚度，即变流器柜的刚度；m2为吸振器质量；k2为吸振器刚度；x1为主振系位移；x2为吸振器位移；为主振系统位移对时间的二次求导，即加速度；为吸振器位移对时间的二次求导，即加速度；F0为作用在主振系统激励力的幅值；ω为激励力的频率；t为时间。
在两自由度系统中，可以推算出主振系的振幅A1如式(2)所示：
式(2)中，各参数的定义与式(1)中相同。
可以推算出吸振器的振幅A2如式(3)所示：
式(3)中，各参数的定义与式(1)中相同。
由式(2)可知，当动力吸振器的因胡频率满足式(4)所示公式时，主振系的振幅A1为0，此时动力吸振器的固有频率与激励频相等，主振系振动能量全部被动力吸振器吸收。
实施例二：
如图2所示，本实施例的基于动力吸振的轨道交通变流器减振方法，根据变流器振动对车体振动影响的主要激励频率构建弹簧-质量吸振器；将弹簧-质量吸振器吊装在变流器安装结构上。弹簧-质量吸振器吊装在变流器的安装吊耳上，并且靠近安装螺栓的位置。弹簧-质量吸振器的固有频率与主要激励频率之间的误差小于预设的第二误差值。在本实施例中，预设的第二误差值为2Hz。
在本实施例中，变流器安装结构上吊装有多个弹簧-质量吸振器。在变流器的安装吊耳的每个螺栓附近，都吊装有一个弹簧-质量吸振器，以吸收变流器通过螺栓向车身传递的振动。
本实施例的轨道交通变流器动力吸振器设计方法与实施例一基本相同，不同之处在于步骤S2中的动力吸振器形式为弹簧-质量吸振器。弹簧-质量吸振器的参数为：弹簧刚度、质量块质量、安装位置。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种基于动力吸振的轨道交通变流器减振方法，其特征在于：根据变流器振动对车体振动影响的主要激励频率构建翼板-质量吸振器；将所述翼板-质量吸振器夹装在变流器安装结构与列车安装结构之间。
2.根据权利要求1所述的基于动力吸振的轨道交通变流器减振方法，其特征在于：所述翼板-质量吸振器的固有频率与所述主要激励频率之间的误差小于预设的第一误差值。
3.根据权利要求2所述的基于动力吸振的轨道交通变流器减振方法，其特征在于：所述变流器安装结构与列车安装结构之间夹装有多个所述翼板-质量吸振器。
4.一种基于动力吸振的轨道交通变流器减振方法，其特征在于：根据变流器振动对车体振动影响的主要激励频率构建弹簧-质量吸振器；将所述弹簧-质量吸振器吊装在变流器安装结构上。
5.根据权利要求4所述的基于动力吸振的轨道交通变流器减振方法，其特征在于：所述弹簧-质量吸振器的固有频率与所述主要激励频率之间的误差小于预设的第二误差值。
6.根据权利要求5所述的基于动力吸振的轨道交通变流器减振方法，其特征在于：所述变流器安装结构上吊装有多个所述弹簧-质量吸振器。
7.一种轨道交通变流器动力吸振器设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.获取变流器振动对车体振动影响的主要激励频率；
S2.以所述主要激励频率为吸振设计目标，设计动力吸振器；
S3.建立动力吸振器仿真模型，通过仿真验证所述动力吸振器的固有频率是否符合预设的设计要求，是则跳转至步骤S4，否则跳转至步骤S2；
S4.根据设计生产动力吸振器，在真实安装条件下验证动力吸振器是否符合设计要求，是则完成动力吸振器的设计，否则跳转至步骤S2。
8.根据权利要求7所述的轨道交通变流器动力吸振器设计方法，其特征在于：步骤S1的具体步骤为：对轨道交通车体及变流器进行振动试验，确定变流器的振动激励与车体的振动响应之间的关系，根据车体的振动响应确定主要激励频率。
9.根据权利要求8所述的轨道交通变流器动力吸振器设计方法，其特征在于：步骤S2中所述设计动力吸振器包括：以主要激励频率为吸振目标，设计动力吸振器形式及参数，使得动力吸振器的固有频率等于所述主要激励频率；
所述形式包括翼板-质量吸振器和弹簧-质量吸振器；
所述翼板-质量吸振器的参数包括：翼板长度、翼板宽度、翼板厚度、质量块质量、安装位置；
所述弹簧-质量吸振器的参数包括：弹簧刚度、质量块质量、安装位置。
10.根据权利要求9所述的轨道交通变流器动力吸振器设计方法，其特征在于，步骤S3中所述预设的设计要求为：所述动力吸振器的固有频率与所述主要激励频率之间的误差小于2Hz。
11.根据权利要求10所述的轨道交通变流器动力吸振器设计方法，其特征在于：所述步骤S4的具体步骤包括：
S4.1.根据设计生产动力吸振器，并根据设计将动力吸振器实际安装至轨道交通设备；
S4.2.在轨道交通设备的实际运行过程中测试动力吸振器的固有频率、减振效果及可靠性是否满足预设的标准，是则完成动力吸振器的设计，否则跳转至步骤S2。
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