摘 要：建立了包含车下设备的铁道车辆动力学模型，设计了车下设备隔振元件参数，并对隔振元件参数、设备质量及吊挂位置对车体振动及设备自身振动的影响进行了分析。结果表明，合理设立吊挂参数可有效减小车体弹性振动。根据本文的研究，吊挂在车体纵向中心位置附近的大质量设备采用弹性悬挂时能够有效抑制车体的弹性振动。轻质量设备（小于1000kg）对于车体弹性振动抑制效果很小；分布在车体两端的车下设备对车体一阶垂弯振动抑制效果很小。另外，对位于端部且质量不大的车下部件，可以采用刚性连接。
　　关键词：动车组；车下设备；弹性悬挂；隔振设计
　　引言：随着我国铁路装备事业的发展，动车组已越来越普偏地驰骋在祖国的大江南北，越来越多的人们选择动车组出行。随着列车速度的不断提高，动车组的其安全性能备受关注。由于目前动车组均采用动力分散技术，一些大型设备直接影响其安全性能的就是车下，有些设备重量高达3t以上，故科学合理选择车下设备的吊挂方式及吊挂参数无论对动车组本身还是设备自身都尤为重要，这不仅影响吊挂设备能否正常工作，还对动车组的安全性能有着至关重要的影响。本文对某型动车组其中一节车的车下设备吊装方式的选择、隔振元件参数的设计进行了分析，得出了动车组车下设备吊装的一般设计依据。
　　一、动车组车下设备的布置方式
　　如图1所示是动车组中间车车下设备排布示意，由图可以看出，列车两端分别是污水箱和空调系统的废排单元，转向架之间分别布置着逆变器、制动风缸、牵引变压器以及变流器。车下设备均吊装在车体底架边梁上，通过减振元件与车体底架相连，所有设备均位于封闭的设备舱内。
　　二、简化垂向耦合振动模型分析
　　建立等效欧拉伯努利梁车体与设备垂向耦合振动模型如图2所示，研究车下设备对车体自振特性的影响。前后转向架位置通过并联的弹簧和阻尼进行弹性支撑。图中Mc标示车体质量，E标示弹性模量，I标示截面惯性矩，ρ标示密度，A标示截面积，Me标示设备质量，k1标示空气弹簧刚度， c1标示空气弹簧 ，k2标示悬挂设备刚度，c2标示悬挂设备阻尼。
　　将车体视为均质欧拉梁，运用梁的弹性振动理论，车体振动的偏微分方程可以表示为：
　　三、隔振元件参数设计
　　图3[2]给出了各种阻尼比情况下，隔振传递率随变化的曲线。隔振传递率越小表明通过隔振系统传递的力或运动也越小，隔振效果就越好。
　　因此对于消极隔振而言，隔振元件的频率最好设置在
　　5～8.44Hz之间。另外，根据隔振理论]得知，为了限制共振区附近的振動，实际中常取阻尼比为0.05～0.20。由于铁道车辆车下设备的隔振元件往往采用橡胶件，橡胶的阻尼比一般为
　　0.075～0.05，阻尼比不能太高，否则橡胶很容易发热，加速老化和蠕变过程。
　　四、车下吊装设备振动性能分析
　　（一）牵引变压器。本文所研究的车下吊装牵引变压器重量约为4000kg，在列车下方的布置位置如图1所示，设备中心距离车体中心的距离约为0.5m，图4为设计频率f=9.81Hz和设备采用刚性连接时车体加速度响应幅频特性曲线，由图可以看出采用弹性悬挂可大大降低车体的弹性振动。
　　（二）牵引变流器。本文所研究的车下吊装牵引变压器重量约为1700kg，在列车下方的布置位置如图1所示，设备中心距离车体中心的距离约为3m，图5为设计频率f=10.43Hz和设备采用刚性连接时车体加速度响应幅频特性曲线，由图可以看出采用弹性悬挂可大大降低车体的弹性振动。
　　（三）废排单元。本文所研究的车下吊装废排单元重量约为140kg，在列车下方的布置位置如图1所示，设备中心距离车体中心的距离约为23m，图6为设计频率f=11.81Hz和设备采用刚性连接时车体加速度响应幅频特性曲线，由图可以看出采用弹性连接与采用刚性连接情况相比减振效果不明显，即轻质量且远离车体中心的设备对降低车体一阶垂弯的弹性振动效用很小。
　　结论：根据所建立的简化车体与设备垂向耦合振动模型，分析设备悬挂系统自振频率对车体幅频特性的影响。从图可以看出车下设备采用弹性吊挂方式要比采用刚性连接时的车体振动加速度幅值要小，表明采用弹性悬挂系统有助于削弱设备对车体弹性振动的影响，能提高车辆的运行平稳性。
　　吊挂在车体纵向中心位置的大质量设备采用弹性悬挂时能够有效抑制车体的弹性振动，与采用刚性连接时相比减振效果显著。从图可看出，轻质量设备（小于1000kg）对于车体弹性振动抑制效果很小，与采用刚性连接相比效果很小；分布在车体两端位置的设备对车体一阶垂弯振动抑制效果很小。对像废排单元位于端部且质量不大的车下部件，建议采用刚性连接。
　　参考文献：
　　[1] 宫岛，周劲松，孙文静，等.车下吊设备对高速列车弹性车体垂向运行平稳性影响[J].中国工程机械学报，2011，9（4）：405-409.
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