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[摘 要]主要介绍了中国北车集团大连机车车辆有限公司的HXN3B（4400马力）交流传动调车内燃机车司机室钢结构、内部装饰的设计。
[关键词]司机室 钢结构 内装 减震
中图分类号：U260 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）25-0343-02
0.引言
北车集团大连机车车辆有限公司的4400马力大功率交流传动调车机车，采用了柴油机与车底架直接固定的方式连接，为减缓柴油机振源对司机室的振动影响，采用了独立悬挂的司机室结构，通过悬挂元件实现隔振目的以改善司机室的舒适度。为使新设计的4400马力大功率交流传动内燃机车司机室具有良好的隔振性能，以既有司机室悬挂结构方案为基础，进一步对新设计机车的司机室隔振措施进行分析，并在典型机车上重新进行各工况的振动测试和分析，以期为新机车司机室的悬挂参数提供设计依据。
1.司机室钢结构设计
1.1 司机室整体外形的确定
由机车限界，通过曲线及车长等参数最终确定司机室的主要结构尺寸。司机室整体结构由司机室钢结构及辅助室钢结构组成，辅助室钢结构内安放辅助电气柜。司机室外形最大宽度为3200mm；最大高度为2610mm；最大长度为2960mm。空调采用整体低置式空调，司机室地板梁下部需预留空调安装空间、制动柜安装空间，及减振装置的空间。司机室整体结构如图1所示。
1.2 司机室钢结构组成
司机室由左右侧墙，前脸，地板梁、后墙及顶盖焊接组成。由于本机车为外廊机车，因此需在司机室后墙上、司机室前墙中部及辅助室中部设立入口门，。因为司机室侧墙没有被入口门占用空间，因此可以在司机室左右侧墙上各布置了一扇侧拉窗。这样即可使侧墙结构更加合理可靠，又可增加司机的可视范围，方便司机的各项操作等。司机室前墙中部设置了一扇通往辅助室的整体车门。在这样的情况下，维修人员可通过此门进入辅助室对辅助电气柜进行维护操作，无需从车外通过辅助室外部设置的整体车门进入其内部。司机室前脸上布置了两块电热挡风玻璃，两处刮雨器安装座一处整体车门及两处标志灯灯箱。综合考虑司机室的整体强度及减振强度等要求，司机室钢结构与辅助室钢结构采用整体焊接的结构型式。通过司机室前墙及左右侧墙内部的梁将辅助室连接在司机室钢结构上面，司机室整体结构内所有梁及蒙皮均选用的材料为Q235B的材质。司机室钢结构及辅助室钢结构模型如图2所示。
1.3 司机室振动计算
1.3.1 隔振原理与司机室振动响应
隔离振动是振动控制的主要方法之一，它利用控制振动能量的传递来减小振动，即在振源与被隔振物体之间建立隔振装置，用以减小振源和被隔振物体之间的动态耦合，从而减少不良振动传递给被保护物体或从物体传出。
隔振系统由被隔振物体、支撑结构（地面、基础）和放置在两者之间的隔振装置组成。根据振源的性质以及力传递方向的不同，可以把隔振措施分为：隔离振源和隔离响应。
隔离振源，即隔离机械设备本身的扰动通过支承座传递至基础或基座。这种类型的隔振又被称为积极隔振或主动隔振，其目的在于减小振源振动能量对周围环境振动的影响。
隔离响应，即防止周围环境的扰动通过支座传递到需要保护的器具、仪表。通常这类隔振又被称为消极隔振、被动隔振或防护隔振，目的在于隔离或减小振动能量传递到目标物体，使仪器设备不受基础振动的影响。一般电子仪表、贵重设备、精密仪器、易损器具、人体坐垫等的隔振都是属于隔离响应。
本车司机室的减振原理，主要依靠在司机室与车体底架之间通过设置减振元件来隔离来自柴油机等车体设备所产生的振动和噪音。减振零件及其参数的选取经过多体动力学隔振分析，减振元件的布置如下：
（1）在司机室后部下方安装两个橡胶轴承减振器，减振器水平横向放置。
（2）在司机室前端的两角放置两个与其垂直的弹簧。
（3）与司机室前端的两个弹簧肩并肩放置两个阻尼器。
在司机室需要安装隔振元件的部位进行局部加强，同时在构建三维模型的时候，核对司机室减振结构的安装位置及可操作性，避免在减振结构安装后，无法二次维护的现象出现。
1.3.2 司机室减振条件
防止司机室与底架共振关键是司机室固有模态频率避开1/2柴油机主工作频率的倍频即8.33Hz，16.67Hz，24.99Hz等。
根据振动理论，增幅系数γ与频率比η=f/fn、损失因数D的关系如图4所示（f为输入激励频率、fn为系数固有频率）。
由图4可知，当f/fn>时，增幅系数γ<1，系统隔振。但是由于司机室和车体底架的各阶固有频率都相对较密，不容易做到f/fn>。所以只能通过改变司机室橡胶关节的刚度来使得司机室受柴油机工作频率激励下的增幅系数最小。
在进行大量的计算后，从得到的数据结果来看，在优化了橡胶关节后的司机室在柴油机工作状态下较好的避开了其工作频率1/2的倍频。只有在少数测量点的Z向没有有效避开16.67Hz，但是在车体阻尼较大的情况下16.67Hz对应的各点位移响应也并不是很大。表10.2中蓝色数字表示司机室测量点的位移响应要小于其正下方对应的底架测量点的位移响应。可以看出，在对整车影响较大的低频振动分量中，司机室的位移响应要小于底架位移响应，说明优化后的橡胶关节发挥了良好的作用。
2.司机室内装设计
司机室内部美观与否，内装起了至关重要的作用。本车内装采用玻璃钢为主体材料，通过装饰钉将各块内装板固定于司机室钢结构上。玻璃钢材质相较于旧的多孔铝板有诸多优点。它具有高强度性，高阻燃性。在安装时便于研配且各内装板之间搭接结构更加美观。
2.1 内装骨架
因司机室内部结构比较复杂，某些部位无法直接将内装板固定于钢结构上，所以需要通过内装骨架将内装板与司机室钢结构连接到一起。内装骨架起到了桥梁的作用。
2.2 内装板设计
内装板为4mm厚的玻璃钢板。玻璃钢板背面贴有一层橡胶垫，能够有效的降低玻璃钢板与司机室钢结构间因震动产生的噪音。
司机室内装主要由右（左）侧墙板、右（左）侧前板、右（左）侧顶板、顶棚板、前顶板及头灯检修罩板组成。各板之间搭接后通过大头螺钉固定在钢结构或内装骨架上。头灯检修罩处一端设置为铰链结构，另一端由三角锁固定。开启便利，便于对内部设备的检修操作。
2.3 司机室保温
在司机室板梁的每一个方格内，都会填充上由复合硅酸盐构成的保温材料。复合硅酸盐具有耐高温、耐腐蚀、难燃、重量轻、隔热、隔冷、防震、吸音、便于安装等诸多优点。是比较理想的保温材料。
2.4 司机室附件
在司机室后墙上布置了为司机室放置衣物的衣帽钩、一个折叠型添乘座椅、一个暖风机和一个灭火器箱，当不使用时，可自动回弹至后墙内。由于司机室后墙总厚度为80mm，所以将一个暖风机完全嵌入至后墙内，添乘座椅和灭火器箱为半嵌入式。使司机室后墙上各设备布置更加美观；在左右侧墙上各有一扇侧拉窗及两个暖风机。司机室门采用铝合金整体式车门，结构强度高，不易变形，重量轻，隔热，隔音及安装维护方便等优点。侧拉窗也是由铝合金框架构成。通过铆钉固定于侧墙上。除此之外，司机室中还配有电热挡风玻璃，遮阳帘，刮雨器，电风扇，照明灯，阅读灯，烟灰缸，可调节式司机室座椅等设备。司机室内各附件在设计时充分的体现了以人为本的理念。每一种设备的布置都是从司乘人员的角度出发，以方便使用及操作为目的来开展设计。
3.总结
随着生产制造技术的不断发展，对司机室的性能及舒适性要求也会越来越高，只有不断的完善设计中存在的细节问题，才能满足实际使用中的需求。本车司机室在满足使用功能的前提下，进行了多处人性化的设计，为司乘人员提供了一个舒适，良好的工作环境。
[关键词]司机室 钢结构 内装 减震
中图分类号：U260 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）25-0343-02
0.引言
北车集团大连机车车辆有限公司的4400马力大功率交流传动调车机车，采用了柴油机与车底架直接固定的方式连接，为减缓柴油机振源对司机室的振动影响，采用了独立悬挂的司机室结构，通过悬挂元件实现隔振目的以改善司机室的舒适度。为使新设计的4400马力大功率交流传动内燃机车司机室具有良好的隔振性能，以既有司机室悬挂结构方案为基础，进一步对新设计机车的司机室隔振措施进行分析，并在典型机车上重新进行各工况的振动测试和分析，以期为新机车司机室的悬挂参数提供设计依据。
1.司机室钢结构设计
1.1 司机室整体外形的确定
由机车限界，通过曲线及车长等参数最终确定司机室的主要结构尺寸。司机室整体结构由司机室钢结构及辅助室钢结构组成，辅助室钢结构内安放辅助电气柜。司机室外形最大宽度为3200mm；最大高度为2610mm；最大长度为2960mm。空调采用整体低置式空调，司机室地板梁下部需预留空调安装空间、制动柜安装空间，及减振装置的空间。司机室整体结构如图1所示。
1.2 司机室钢结构组成
司机室由左右侧墙，前脸，地板梁、后墙及顶盖焊接组成。由于本机车为外廊机车，因此需在司机室后墙上、司机室前墙中部及辅助室中部设立入口门，。因为司机室侧墙没有被入口门占用空间，因此可以在司机室左右侧墙上各布置了一扇侧拉窗。这样即可使侧墙结构更加合理可靠，又可增加司机的可视范围，方便司机的各项操作等。司机室前墙中部设置了一扇通往辅助室的整体车门。在这样的情况下，维修人员可通过此门进入辅助室对辅助电气柜进行维护操作，无需从车外通过辅助室外部设置的整体车门进入其内部。司机室前脸上布置了两块电热挡风玻璃，两处刮雨器安装座一处整体车门及两处标志灯灯箱。综合考虑司机室的整体强度及减振强度等要求，司机室钢结构与辅助室钢结构采用整体焊接的结构型式。通过司机室前墙及左右侧墙内部的梁将辅助室连接在司机室钢结构上面，司机室整体结构内所有梁及蒙皮均选用的材料为Q235B的材质。司机室钢结构及辅助室钢结构模型如图2所示。
1.3 司机室振动计算
1.3.1 隔振原理与司机室振动响应
隔离振动是振动控制的主要方法之一，它利用控制振动能量的传递来减小振动，即在振源与被隔振物体之间建立隔振装置，用以减小振源和被隔振物体之间的动态耦合，从而减少不良振动传递给被保护物体或从物体传出。
隔振系统由被隔振物体、支撑结构（地面、基础）和放置在两者之间的隔振装置组成。根据振源的性质以及力传递方向的不同，可以把隔振措施分为：隔离振源和隔离响应。
隔离振源，即隔离机械设备本身的扰动通过支承座传递至基础或基座。这种类型的隔振又被称为积极隔振或主动隔振，其目的在于减小振源振动能量对周围环境振动的影响。
隔离响应，即防止周围环境的扰动通过支座传递到需要保护的器具、仪表。通常这类隔振又被称为消极隔振、被动隔振或防护隔振，目的在于隔离或减小振动能量传递到目标物体，使仪器设备不受基础振动的影响。一般电子仪表、贵重设备、精密仪器、易损器具、人体坐垫等的隔振都是属于隔离响应。
本车司机室的减振原理，主要依靠在司机室与车体底架之间通过设置减振元件来隔离来自柴油机等车体设备所产生的振动和噪音。减振零件及其参数的选取经过多体动力学隔振分析，减振元件的布置如下：
（1）在司机室后部下方安装两个橡胶轴承减振器，减振器水平横向放置。
（2）在司机室前端的两角放置两个与其垂直的弹簧。
（3）与司机室前端的两个弹簧肩并肩放置两个阻尼器。
在司机室需要安装隔振元件的部位进行局部加强，同时在构建三维模型的时候，核对司机室减振结构的安装位置及可操作性，避免在减振结构安装后，无法二次维护的现象出现。
1.3.2 司机室减振条件
防止司机室与底架共振关键是司机室固有模态频率避开1/2柴油机主工作频率的倍频即8.33Hz，16.67Hz，24.99Hz等。
根据振动理论，增幅系数γ与频率比η=f/fn、损失因数D的关系如图4所示（f为输入激励频率、fn为系数固有频率）。
由图4可知，当f/fn>时，增幅系数γ<1，系统隔振。但是由于司机室和车体底架的各阶固有频率都相对较密，不容易做到f/fn>。所以只能通过改变司机室橡胶关节的刚度来使得司机室受柴油机工作频率激励下的增幅系数最小。
在进行大量的计算后，从得到的数据结果来看，在优化了橡胶关节后的司机室在柴油机工作状态下较好的避开了其工作频率1/2的倍频。只有在少数测量点的Z向没有有效避开16.67Hz，但是在车体阻尼较大的情况下16.67Hz对应的各点位移响应也并不是很大。表10.2中蓝色数字表示司机室测量点的位移响应要小于其正下方对应的底架测量点的位移响应。可以看出，在对整车影响较大的低频振动分量中，司机室的位移响应要小于底架位移响应，说明优化后的橡胶关节发挥了良好的作用。
2.司机室内装设计
司机室内部美观与否，内装起了至关重要的作用。本车内装采用玻璃钢为主体材料，通过装饰钉将各块内装板固定于司机室钢结构上。玻璃钢材质相较于旧的多孔铝板有诸多优点。它具有高强度性，高阻燃性。在安装时便于研配且各内装板之间搭接结构更加美观。
2.1 内装骨架
因司机室内部结构比较复杂，某些部位无法直接将内装板固定于钢结构上，所以需要通过内装骨架将内装板与司机室钢结构连接到一起。内装骨架起到了桥梁的作用。
2.2 内装板设计
内装板为4mm厚的玻璃钢板。玻璃钢板背面贴有一层橡胶垫，能够有效的降低玻璃钢板与司机室钢结构间因震动产生的噪音。
司机室内装主要由右（左）侧墙板、右（左）侧前板、右（左）侧顶板、顶棚板、前顶板及头灯检修罩板组成。各板之间搭接后通过大头螺钉固定在钢结构或内装骨架上。头灯检修罩处一端设置为铰链结构，另一端由三角锁固定。开启便利，便于对内部设备的检修操作。
2.3 司机室保温
在司机室板梁的每一个方格内，都会填充上由复合硅酸盐构成的保温材料。复合硅酸盐具有耐高温、耐腐蚀、难燃、重量轻、隔热、隔冷、防震、吸音、便于安装等诸多优点。是比较理想的保温材料。
2.4 司机室附件
在司机室后墙上布置了为司机室放置衣物的衣帽钩、一个折叠型添乘座椅、一个暖风机和一个灭火器箱，当不使用时，可自动回弹至后墙内。由于司机室后墙总厚度为80mm，所以将一个暖风机完全嵌入至后墙内，添乘座椅和灭火器箱为半嵌入式。使司机室后墙上各设备布置更加美观；在左右侧墙上各有一扇侧拉窗及两个暖风机。司机室门采用铝合金整体式车门，结构强度高，不易变形，重量轻，隔热，隔音及安装维护方便等优点。侧拉窗也是由铝合金框架构成。通过铆钉固定于侧墙上。除此之外，司机室中还配有电热挡风玻璃，遮阳帘，刮雨器，电风扇，照明灯，阅读灯，烟灰缸，可调节式司机室座椅等设备。司机室内各附件在设计时充分的体现了以人为本的理念。每一种设备的布置都是从司乘人员的角度出发，以方便使用及操作为目的来开展设计。
3.总结
随着生产制造技术的不断发展，对司机室的性能及舒适性要求也会越来越高，只有不断的完善设计中存在的细节问题，才能满足实际使用中的需求。本车司机室在满足使用功能的前提下，进行了多处人性化的设计，为司乘人员提供了一个舒适，良好的工作环境。