中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春 130062
摘要：高铁车辆的稳定性，在很大程度上决定了乘客乘坐的舒适度，为了探索影响高铁车辆车下质量振动传递机制的因素，提高高铁车辆乘客的用户体验感，本文主要通过介绍高铁车辆稳定性的现状、高铁车辆主要的振动行为、日系高铁车辆和欧系高铁车辆为减少振动传递的相关设计，进而加深人们对高铁车辆车下质量振动传递机制认识。
关键词：高铁车辆；车下质量；振动；传递机制；弹性吊悬
引言
我国高铁车辆在稳定性方面，存在高速列车稳定鲁棒性问题和转向架稳定裕度不充足问题，加之，轨道同样会对车辆振动产生一定影响，多种因素诱导下，高铁车辆便产生横向和垂直方向上的振动传递机制。其中，高铁车辆车下质量振动传递机制主要是指高铁车辆的设备舱中有效负荷量进行传递的方式、产生振动的原因以及副作用。所以，必须切实解决高铁车辆存在的不稳定性问题，进而提高高铁车辆的安全性和稳定性，尽可能的减少甚至避免高铁运行过程中存在的潜在风险。因此，研究高铁车辆车下质量振动传递机制具有重要意义。
高铁车辆的特殊
高铁车辆所具有的特殊性是影响车辆稳定性的重要原因，高铁车辆的特殊性主要是指车体摇头大阻尼和轮轨磨耗敏感性两方面。
1.1车体摇头大阻尼
车体摇头大阻尼是指高铁车辆的车体摇头模态阻尼值处在很大状态，其中，动车的车体摇头模态阻尼超过百分之六十，这也是欧系高铁车辆的显著特征之一。为了确保高铁车辆的稳定性，车体摇头大阻尼主要表现是：当抗蛇行减振器所形成的转向架对车体的回转动态刚度产生影响时，前位转向架的摇头模态阻尼比后位转向架的摇头模态阻尼大很多。
1.2轮轨磨耗敏感性
轮轨磨耗敏感性主要是指轮轨磨耗对于高速转向架稳定裕度敏感性的影响。其中，转向架稳定裕度不充足主要是由于轮轨磨耗敏感性所以引发的安全超限现象。除此之外，轮轨磨耗敏感性也是高铁技术经济性评估的重要标准。
二、高铁车辆振动特征分析
高铁车辆振动主要分为横向振动和竖向振动，由于各向振动的动力学有所不同，因此，振动的特点也不相同。其中，高铁车辆的横向振动具有其特殊的自激振动系统，因此，在横向振动发生时，当振动超过一定的临界速度，就会出现非衰减的发散性振动现象，而垂向振动则是一直处于衰减状态。另外，由于横向动力学系统不属于属于保守系统，因此，在横向振动发生时，其运动模态的阻尼值会随着高铁车速的增大而减小，当超过临界速度，其阻尼值将处于小于零的状态。
2.1横向振动
由于横向振动不属于保守系统，其产生的振动主要是蛇形震荡，该震荡是自激振动的一种特殊类型，主要是由于高铁车速不断提高以及等效锥度的共同作用而产生。如果高铁车辆出现蛇形震荡，会导致车体的安全稳定裕度不足，进而影响车体的稳定性。其中，安全稳定裕度主要是指在高铁处于稳定状态和临界速度的条件下，还要将高速运行的高铁走行部动态非线性行为控制在安全限度以内。为了解决这一问题，主要将抗蛇形软约束调控技术和抗蛇频带吸能新理论进行有机结合，这样不仅能提高高铁车辆的稳定性，还能解决抗蛇行动态刚度非线性问题。
2.2垂向振动
垂向振动属于保守系统，车体发生垂向主要是由以下三个原因所致：第一，空簧动态刚度非线性。通过对比分析德国和日本高铁中空簧悬挂对车体垂向舒适度的影响可知，在车辆高速运行的情况下，德系空簧悬挂对车体垂向舒适度的影响比日系空簧悬挂的提高了百分之十左右，由此可知，德系空簧悬挂对垂向振动的处理更有效果；第二，高铁车辆的构造情况。为了提高高铁的运行速度，优化高铁列车性能，在高铁设计时，主要采用高铁车辆轻量化设计，例如，对铝合金车体进行拼接时，主要采用挤压成型整体拼焊技术，让高铁的结构具有无骨架、无横梁的特点，这样设计虽然能提高车体的整体刚度，但是，高铁的局部模态频率将受到影响，增加车体垂向振动的产生，进而对高铁车体的底板产生严重的破坏；第三，轨道存在缺陷。轨道缺陷的产生将导致构架处于垂向振动下，车体激扰频带的宽度也会随之增大，车体地板将会发生局部模态振动，进而加剧车体晃动，影响乘客的用户体验感。为解决这一问题，主要利用铝合金泡沫复合材料做成的垫层来缓解地板的震动。
三、高铁车辆常用减振技术
3.1频带减振
为了减小高铁车辆的横向振动，解决蛇形震荡的问题，主要采用抗蛇行频带吸能的方式来减小振动对高铁转向架造成的影响。虽然能达到一定的减振效果，但是抗蛇行动态刚性非线性问题依然没有得到解决，加之，由于技术的局找，阻尼串联单元与弹簧的理想状态，在实际操作中难以实现。
3.2半主动减振技术
在解决高铁垂向振动上，半主动减振技术应用较为广泛，并取得不错的减振效果。而日系高铁车辆主要是通过调节流孔的节流效应来代替垂向减震器实现减振效果，随着技术的不断革新，该技术变成垂向悬挂半主动控制技术，采用该技术，能适当的减少或维持减振器产生的阻尼力，进而将横向的稳定性提高10%左右。
3.3转向架悬挂减振
转向架悬挂主要包括轴箱悬挂和空簧悬挂两方面。其中，轴箱悬挂属于机械悬挂，通过轴箱悬挂能行之有效地解决转向架蛇行运动不稳定的问题，还能进一步优化高铁车辆的曲线通过性。加之，轴箱定位装置减震器能够有效减小垂向振动，对提高车体稳定性具有重要作用。
空簧悬挂的使用能将提高将车体的稳定性提高百分之十左右，通过车辆刚柔耦合仿真可知，当车辆的速度大于300km/h时，高铁地板前端的高频率振动主要是由于转向架的局部模态振动引起，当速度逐渐减小时，地板的振动频率也会随之变小甚至消失，此时，和二系悬挂方式几乎没有关系；当高铁车辆的车速低于300km/h时，地板的振动频率较低，与二系悬挂呈现出较大的关联性。
四、总结
综上所述，高铁车辆运行的稳定程度与车下质量振动密不可分，为提高高铁车辆的稳定性，必须切实解决高铁车辆稳定鲁棒性问题和转向架稳定裕度不充足的问题。除此之外，要优化转向架的配置，确保高铁车辆走性的稳定性，从而为车下吊挂部件的振动安全提供强有力的技术保障。结合高铁车辆的实际情况，以及谐波减振的原理，进一步选择合适的吊悬方式，从而促进我国高铁车辆的稳定性，提高乘客的用户体验感，让乘客的出行变得更加轻松、愉快。
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