曾龙 李宁 姚海南
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266111
摘要：随着我国高速铁路的迅速发展，高速动车组列车牵引电机的振动特性不仅关乎电机自身的平稳运行，也是确保牵引驱动装置甚至整列列车持续可靠运营的关键。当前，动车组牵引电机多采用鼠笼式三相异步电动机，具有结构简单、运行可靠、制造成本较低等优点。本文以某型高速动车组为研究对象，针对其运行中车体出现的异常抖振现象，结合跟踪试验分析，研究了车体异常抖振的原因。为治理车体抖振问题，提出了基于正试验的多目标悬挂参数优化的方法，并结合仿真和试验对优化效果进行验证。本研究可为铁道车辆车体异常振动问题的治理方法以及悬挂参数优化方法提供参考及建议。
关键词：动车机组；异常震动；研究
中图分类号：U589 文献标识码：C
1试验分析
对某型高速动车组进行长期跟踪试验发现，当车辆运行超过一定里程时，车体会时常发生异常抖振现象，给车辆运行平稳性产生负面影响。为此，本文首先结合车体和构架振动测试分析、车轮踏面测试分析以及车体试验模态分析对车体异常抖振机理开展系统研究。
1.1车体振动测试分析
分别对新镟修、镟修后运行18万km、23万km、25万km正常运营状态下的动车组进行跟踪测试，发现当车轮镟修后车辆运行18万km以上时，车体异常抖振现象时有发生。随着运行里程的增加，抖振时车体振动愈加严重，乘客体感愈加明显，一般抖振可持续10～30s不等。在试验过程中，采样频率设置为1024Hz。图1与图2所示分别为车轮镟修后运行18万km工况下，车辆运行速度为160km·h?1时，车体非抖振和抖振状态下地板中部振动加速度时域及频域测试结果，其中，在典型测试结果中分别截取10s数据进行对比分析。
从结果中可以看出，相对非抖振而言，发生抖振时，车体的横向和垂向振动加速度幅值均显著增大，且横向振动幅值增加更为明显，呈谐波振荡趋势。抖振发生时车体横向及垂向振动能量集中，主频均为10.1Hz。
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图1车体地板中部振动加速度时域测试结果
1.2构架振动测试分析
当车轮镟修后车辆运行18万km工况下，车体非抖振和抖振发生时，构架端部横向振动加速度经0.5～10Hz带通滤波后的时域、频域测试结果，其中，在典型测试结果中分别截取10s数据进行对比分析。从结果中可以看出，相对非抖振而言，发生抖振时，转向架横向振动加速度幅值显著增大，易呈现谐波振荡趋势，转向架表现出较明显的蛇行运动，横向稳定性下降。此外，抖振发生时，转向架蛇行运动频率陡升，构架横向振动能量集中于10.1Hz，与车体振动主频一致。
表1为车轮镟修后运行18万km时，非抖振段和抖振段车体与构架振动主频分布，抖振发生时10.1Hz处的能量极大，并掩盖了其他峰值频率信息。
表1车体和构架振动主频
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1.3车轮踏面测试分析
新镟修、镟修后运行18万km、23万km、25万km车轮踏面外形测试结果，同时还增加LM标准踏面外形以进行对比分析。可以看到，新镟修车轮踏面外形接近LM标准车轮踏面；随着车辆运行里程的增加，车轮踏面磨耗量逐渐增大，出现不同程度的凹形磨耗，踏面最大磨耗量接近1.5mm。
6结论
(1)对跟踪测试的高速动车组进行试验分析发现，当车轮镟修后车辆运行里程达到18万km以上时，车轮等效锥度增加至0.501以上，且车轮踏面出现凹磨，轮轨接触位置较分散，存在跳跃现象；当车辆运行过程中受到较大的线路横向激扰时，车轮产生较大的横移量，轮轨接触位置发生突变，致使转向架蛇行运动频率陡升至与车体菱形模态频率接近而引发二者同步运动，导致菱形模态振动放大，是车体发生异常抖振的原因。
(2)为治理车体抖振问题，以提高车辆运行稳定性及运行平稳性为目标，提出了基于正交试验的多目标车辆系统悬挂参数优化方法，对一系横向、纵向定位刚度和抗蛇行减振器节点刚度及阻尼系数进行同步优化，并通过车辆刚柔耦合动力学模型仿真验证了优化效果，结果表明，采用优化方案后，车辆在不同踏面磨耗状态下的临界速度、运行安全性及运行平稳性均得到明显提高。
(3)对采用优化方案的车辆进行在线试验测试，试验结果表明，车辆采用优化的悬挂参数后，车体抖振处能量明显下降，抖振问题能够得到明显改善。同时，对新镟修车轮车辆或全新车辆采用优化的悬挂参数，可间接延长车辆镟轮周期，为抑制抖振而产生的镟轮周期缩短问题提供有效解决途径之一。
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