摘要：內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室振動(dòng)問題正得到越來越多的關(guān)注，采用獨(dú)立司機(jī)室結(jié)構(gòu)可以有效降低司機(jī)室振動(dòng)，但其隔振元件參數(shù)還需要合理匹配才能發(fā)揮最佳的隔振效果。本文基于建立的司機(jī)室6自由度動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)合能量解耦理論、隔振原理及優(yōu)化算法改進(jìn)了司機(jī)室隔振器布置參數(shù)及剛度參數(shù)，利用建立的司機(jī)室-底架有限元分析模型，仿真分析了實(shí)測(cè)柴油機(jī)各檔位激勵(lì)下隔振器參數(shù)改進(jìn)前后的司機(jī)室振動(dòng)情況，結(jié)果表明參數(shù)改進(jìn)后司機(jī)室的隔振性能得到了明顯的提高，對(duì)于柴油機(jī)各工作檔位的振動(dòng)激勵(lì)均可以實(shí)現(xiàn)良好的隔振效果。

　　關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)車;隔振性能;有限元;動(dòng)力學(xué);優(yōu)化方法

　　相關(guān)論文投稿刊物：內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)主要刊載內(nèi)燃機(jī)方面有較高水平的研究論文和階段性研究報(bào)告，或重要學(xué)術(shù)問題的評(píng)述性文章，也包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能改進(jìn)、設(shè)計(jì)計(jì)算新方法、測(cè)試新技術(shù)與設(shè)備、新工藝與新材料等方面有較高參考價(jià)值和實(shí)用價(jià)值的文章。

　　內(nèi)燃機(jī)車以大功率柴油機(jī)作為動(dòng)力源，由其導(dǎo)致的司機(jī)室振動(dòng)問題時(shí)有發(fā)生[1-2]，造成了機(jī)車司機(jī)工作環(huán)境惡化。獨(dú)立司機(jī)室的應(yīng)用可以有效減振司機(jī)室振動(dòng)水平[3]，改進(jìn)機(jī)車司機(jī)工作環(huán)境。獨(dú)立司機(jī)室采用的隔振器參數(shù)需要合理配置才能發(fā)揮最佳的隔振效果，在這方面已有許多學(xué)者做出了大量研究。例如，李春勝等[3-4]以司機(jī)室隔振系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化了HXN3型內(nèi)燃機(jī)車的隔振性能。

　　邵迎安等[5]利用車體模態(tài)疊加獲得了司機(jī)室最大歸一化位移，并以該歸一化位移最小為優(yōu)化目標(biāo)，獲得了獨(dú)立司機(jī)室隔振器的優(yōu)化剛度參數(shù)。Zhou等[6]建立了車輛動(dòng)力總成的動(dòng)力學(xué)模型，并以動(dòng)力總成完全解耦及固有頻率匹配為目標(biāo)優(yōu)化了動(dòng)力總成的隔振性能。針對(duì)司機(jī)室隔振優(yōu)化問題，為分析隔振參數(shù)優(yōu)化對(duì)于司機(jī)室隔振性能的影響，本文通過解耦設(shè)計(jì)與隔振原理結(jié)合的方法，改進(jìn)了某型內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室隔振參數(shù)，并建立了相應(yīng)的司機(jī)室-底架有限元模型，分析了在不同柴油機(jī)工作檔位下改進(jìn)前后司機(jī)室隔振性能的差別。

　　1內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室動(dòng)力學(xué)模型及隔振優(yōu)化

　　1.1司機(jī)室動(dòng)力學(xué)模型

　　該型內(nèi)燃機(jī)車采用獨(dú)立司機(jī)室設(shè)計(jì)，司機(jī)室與底架通過6個(gè)彈性橡膠堆隔振裝置連接在一起。為研究司機(jī)室隔振性能，優(yōu)化司機(jī)室隔振布置及隔振參數(shù)，建立了司機(jī)室6自由度動(dòng)力學(xué)模型。該動(dòng)力學(xué)模型中，將每個(gè)隔振器簡(jiǎn)化為相互垂直的3個(gè)線性彈簧，且隔振器橫向剛度與縱向剛度相等。

　　1.2司機(jī)室隔振器參數(shù)優(yōu)化

　　彈性支承組成的隔振系統(tǒng)各個(gè)自由度之間往往是相互耦合的，這給隔振優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來了極大的困難。針對(duì)各自由度耦合較強(qiáng)的系統(tǒng)，一般通過合理布置隔振器位置、配置隔振系統(tǒng)振動(dòng)固有頻率來達(dá)到隔離振動(dòng)的目的[7-8]。通過建立的機(jī)車司機(jī)室動(dòng)力學(xué)模型模態(tài)及解耦分析可知：優(yōu)化改進(jìn)前司機(jī)室隔振系統(tǒng)第一階振動(dòng)主要表現(xiàn)為縱向、橫向、點(diǎn)頭振動(dòng)的耦合，其中縱向振動(dòng)占據(jù)主要部分;第二階振動(dòng)表現(xiàn)為縱向、橫向、側(cè)滾振動(dòng)的耦合，其中橫向振動(dòng)占主要部分;第三階振動(dòng)中表現(xiàn)為垂向振動(dòng)，其解耦率達(dá)到97%，但系統(tǒng)第三階固有頻率不滿足隔振要求，并且接近于柴油機(jī)第四檔轉(zhuǎn)頻，在第四檔工況下易引發(fā)司機(jī)室共振;第四階振動(dòng)主要表現(xiàn)為司機(jī)室搖頭振動(dòng)，第五階振動(dòng)主要為縱向、點(diǎn)頭振動(dòng)耦合，第五階振動(dòng)主要為橫向、側(cè)滾振動(dòng)的耦合。

　　改進(jìn)后的司機(jī)室隔振系統(tǒng)第一階振動(dòng)主要表現(xiàn)為橫向、側(cè)滾振動(dòng)的耦合，其中橫向振動(dòng)占據(jù)主要部分;第二階振動(dòng)主要表現(xiàn)為縱向、點(diǎn)頭振動(dòng)耦合，其中縱向振動(dòng)占據(jù)主要部分;第三階振動(dòng)表現(xiàn)為垂向振動(dòng)，解耦率為100%;第四階振動(dòng)主要表現(xiàn)為搖頭振動(dòng);第五階振動(dòng)表現(xiàn)為縱向與點(diǎn)頭振動(dòng)的耦合，點(diǎn)頭振動(dòng)占據(jù)主要部分;第五階振動(dòng)表現(xiàn)為橫向與側(cè)滾的耦合，側(cè)滾振動(dòng)占據(jù)主要部分。系統(tǒng)六階振動(dòng)的固有頻率均小于激勵(lì)頻率的1/2，且前三階固有頻率小于激勵(lì)頻率的1/2，可以達(dá)到較好的隔振效果。

　　2基于實(shí)測(cè)柴油機(jī)激勵(lì)的內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室隔振性能分析

　　2.1機(jī)車司機(jī)室-底架有限元模型

　　利用大型有限元軟件建立了機(jī)車底架及司機(jī)室有限元模型。機(jī)車底架與司機(jī)室均采用殼單元進(jìn)行建模，司機(jī)室隔振器采用6號(hào)梁?jiǎn)卧�建模，該單元模擬隔振器縱、橫、垂三向剛度。模型中1、6位置為機(jī)車發(fā)電機(jī)組支座位置，2～5位置為柴油機(jī)支座位置。在柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)支座相應(yīng)位置施加實(shí)測(cè)柴油機(jī)在各個(gè)工作檔位下的縱、橫、垂三向振動(dòng)激勵(lì)。司機(jī)室隔振器剛度參數(shù)及位置按照表2中隔振器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，分別仿真隔振器初始參數(shù)下及隔振器參數(shù)改進(jìn)后的司機(jī)室振動(dòng)情況。

　　2.2有限元結(jié)果分析

　　柴油機(jī)第一檔至第四檔工況下司機(jī)室縱、橫、垂三向振動(dòng)加速度。參數(shù)優(yōu)化后司機(jī)室振動(dòng)幅值得到了明顯的控制。前兩檔隔振器參數(shù)改進(jìn)前后司機(jī)室垂向振動(dòng)幅值差距不大，第四檔參數(shù)改進(jìn)前后司機(jī)室垂向振動(dòng)差距較大。統(tǒng)計(jì)了司機(jī)室隔振器參數(shù)優(yōu)化前后司機(jī)室三向振動(dòng)加速度的均方根值。當(dāng)柴油機(jī)處于第一檔至第三檔工況時(shí)，優(yōu)化前司機(jī)室垂向加速度小于橫向與縱向加速度，這說明在初始隔振器參數(shù)下，司機(jī)室的垂向隔振性能要優(yōu)于橫向與縱向;隔振器參數(shù)優(yōu)化后，司機(jī)室三向振動(dòng)加速度有了明顯減小，司機(jī)室橫向與縱向加速度相較于優(yōu)化前等得到了更好的改善。柴油機(jī)處于第四檔工況時(shí)，優(yōu)化前司機(jī)室垂向加速度遠(yuǎn)大于橫向與縱向加速度，司機(jī)室的垂向隔振性能不佳，這是由于第四檔激勵(lì)頻率接近于司機(jī)室垂向振動(dòng)固有頻率引起司機(jī)室共振;參數(shù)優(yōu)化后，司機(jī)室三向振動(dòng)加速度均明顯減小，垂向加速度幅值得到了有效控制。

　　3結(jié)論

　　本文介紹了一種司機(jī)室隔振參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，并給出了司機(jī)室隔振參數(shù)的改進(jìn)方案，通過理論分析與有限元分析對(duì)比了初始參數(shù)與改進(jìn)參數(shù)下司機(jī)室的隔振性能，可得出以下結(jié)論：

　　(1)初始參數(shù)下司機(jī)室隔振系統(tǒng)各模態(tài)耦合較強(qiáng)，對(duì)應(yīng)固有頻率不滿足的隔振原理的要求，隔振器參數(shù)改進(jìn)后，司機(jī)室各階模態(tài)解耦率得到了較大的提升，其中垂向振動(dòng)實(shí)現(xiàn)完全解耦，各階固有頻率配置也比較合理，可以良好地隔離各檔位下司機(jī)室振動(dòng);

　　(2)初始參數(shù)下司機(jī)室對(duì)于柴油機(jī)前三檔工況下對(duì)縱向與橫向振動(dòng)隔振效果尚可，但無法達(dá)到20dB以上的振動(dòng)衰減，對(duì)垂向振動(dòng)的隔離效果良好，向柴油機(jī)第四檔工況下，司機(jī)室三向隔振性能較差，垂向振動(dòng)較大;

　　(3)隔振器參數(shù)改進(jìn)后，各檔位下司機(jī)室的隔振性能較改進(jìn)前有了明顯提高，司機(jī)室三向振級(jí)落差均達(dá)到20dB以上。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]張明東，陳鞋蘭.東方紅〈3〉型機(jī)車司機(jī)室振動(dòng)問題的測(cè)試分析及對(duì)策[J].鐵道機(jī)車與動(dòng)車，1999(3)：26-29.

　　[2]張書堂，王雙強(qiáng).東風(fēng)_4型機(jī)車司機(jī)室共振問題的研究[J].鐵道機(jī)車與動(dòng)車，2002(5)：6-12.

　　[3]李春勝，羅世輝，馬衛(wèi)華.基于頻率響應(yīng)函數(shù)的HXN3司機(jī)室隔振性能分析[J].振動(dòng)與沖擊，2013，32(19)：210-215.

　　[4]李春勝，曲天威，羅世輝.基于剛?cè)狁詈系腍XN3司機(jī)室隔振系統(tǒng)多維度頻率響應(yīng)分析[J].振動(dòng)與沖擊，2015，34(4)：135-141.