摘要：內燃機車司機室振動問題正得到越來越多的關注，采用獨立司機室結構可以有效降低司機室振動，但其隔振元件參數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室6自由度動力學模型，結合能量解耦理論、隔振原理及優(yōu)化算法改進了司機室隔振器布置參數及剛度參數，利用建立的司機室-底架有限元分析模型，仿真分析了實測柴油機各檔位激勵下隔振器參數改進前后的司機室振動情況，結果表明參數改進后司機室的隔振性能得到了明顯的提高，對于柴油機各工作檔位的振動激勵均可以實現良好的隔振效果。

　　關鍵詞：內燃機車;隔振性能;有限元;動力學;優(yōu)化方法

　　相關論文投稿刊物：內燃機學報主要刊載內燃機方面有較高水平的研究論文和階段性研究報告，或重要學術問題的評述性文章，也包括產品結構性能改進、設計計算新方法、測試新技術與設備、新工藝與新材料等方面有較高參考價值和實用價值的文章。

　　內燃機車以大功率柴油機作為動力源，由其導致的司機室振動問題時有發(fā)生[1-2]，造成了機車司機工作環(huán)境惡化。獨立司機室的應用可以有效減振司機室振動水平[3]，改進機車司機工作環(huán)境。獨立司機室采用的隔振器參數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者做出了大量研究。例如，李春勝等[3-4]以司機室隔振系統(tǒng)頻率響應函數作為評價指標，優(yōu)化了HXN3型內燃機車的隔振性能。

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

　　1內燃機車司機室動力學模型及隔振優(yōu)化

　　1.1司機室動力學模型

　　該型內燃機車采用獨立司機室設計，司機室與底架通過6個彈性橡膠堆隔振裝置連接在一起。為研究司機室隔振性能，優(yōu)化司機室隔振布置及隔振參數，建立了司機室6自由度動力學模型。該動力學模型中，將每個隔振器簡化為相互垂直的3個線性彈簧，且隔振器橫向剛度與縱向剛度相等。

　　1.2司機室隔振器參數優(yōu)化

　　彈性支承組成的隔振系統(tǒng)各個自由度之間往往是相互耦合的，這給隔振優(yōu)化設計帶來了極大的困難。針對各自由度耦合較強的系統(tǒng)，一般通過合理布置隔振器位置、配置隔振系統(tǒng)振動固有頻率來達到隔離振動的目的[7-8]。通過建立的機車司機室動力學模型模態(tài)及解耦分析可知：優(yōu)化改進前司機室隔振系統(tǒng)第一階振動主要表現為縱向、橫向、點頭振動的耦合，其中縱向振動占據主要部分;第二階振動表現為縱向、橫向、側滾振動的耦合，其中橫向振動占主要部分;第三階振動中表現為垂向振動，其解耦率達到97%，但系統(tǒng)第三階固有頻率不滿足隔振要求，并且接近于柴油機第四檔轉頻，在第四檔工況下易引發(fā)司機室共振;第四階振動主要表現為司機室搖頭振動，第五階振動主要為縱向、點頭振動耦合，第五階振動主要為橫向、側滾振動的耦合。

　　改進后的司機室隔振系統(tǒng)第一階振動主要表現為橫向、側滾振動的耦合，其中橫向振動占據主要部分;第二階振動主要表現為縱向、點頭振動耦合，其中縱向振動占據主要部分;第三階振動表現為垂向振動，解耦率為100%;第四階振動主要表現為搖頭振動;第五階振動表現為縱向與點頭振動的耦合，點頭振動占據主要部分;第五階振動表現為橫向與側滾的耦合，側滾振動占據主要部分。系統(tǒng)六階振動的固有頻率均小于激勵頻率的1/2，且前三階固有頻率小于激勵頻率的1/2，可以達到較好的隔振效果。

　　2基于實測柴油機激勵的內燃機車司機室隔振性能分析

　　2.1機車司機室-底架有限元模型

　　利用大型有限元軟件建立了機車底架及司機室有限元模型。機車底架與司機室均采用殼單元進行建模，司機室隔振器采用6號梁單元建模，該單元模擬隔振器縱、橫、垂三向剛度。模型中1、6位置為機車發(fā)電機組支座位置，2～5位置為柴油機支座位置。在柴油機、發(fā)電機支座相應位置施加實測柴油機在各個工作檔位下的縱、橫、垂三向振動激勵。司機室隔振器剛度參數及位置按照表2中隔振器參數進行設置，分別仿真隔振器初始參數下及隔振器參數改進后的司機室振動情況。

　　2.2有限元結果分析

　　柴油機第一檔至第四檔工況下司機室縱、橫、垂三向振動加速度。參數優(yōu)化后司機室振動幅值得到了明顯的控制。前兩檔隔振器參數改進前后司機室垂向振動幅值差距不大，第四檔參數改進前后司機室垂向振動差距較大。統(tǒng)計了司機室隔振器參數優(yōu)化前后司機室三向振動加速度的均方根值。當柴油機處于第一檔至第三檔工況時，優(yōu)化前司機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下，司機室的垂向隔振性能要優(yōu)于橫向與縱向;隔振器參數優(yōu)化后，司機室三向振動加速度有了明顯減小，司機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。柴油機處于第四檔工況時，優(yōu)化前司機室垂向加速度遠大于橫向與縱向加速度，司機室的垂向隔振性能不佳，這是由于第四檔激勵頻率接近于司機室垂向振動固有頻率引起司機室共振;參數優(yōu)化后，司機室三向振動加速度均明顯減小，垂向加速度幅值得到了有效控制。

　　3結論

　　本文介紹了一種司機室隔振參數的設計方法，并給出了司機室隔振參數的改進方案，通過理論分析與有限元分析對比了初始參數與改進參數下司機室的隔振性能，可得出以下結論：

　　(1)初始參數下司機室隔振系統(tǒng)各模態(tài)耦合較強，對應固有頻率不滿足的隔振原理的要求，隔振器參數改進后，司機室各階模態(tài)解耦率得到了較大的提升，其中垂向振動實現完全解耦，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室振動;

　　(2)初始參數下司機室對于柴油機前三檔工況下對縱向與橫向振動隔振效果尚可，但無法達到20dB以上的振動衰減，對垂向振動的隔離效果良好，向柴油機第四檔工況下，司機室三向隔振性能較差，垂向振動較大;

　　(3)隔振器參數改進后，各檔位下司機室的隔振性能較改進前有了明顯提高，司機室三向振級落差均達到20dB以上。

　　參考文獻：

　　[1]張明東，陳鞋蘭.東方紅〈3〉型機車司機室振動問題的測試分析及對策[J].鐵道機車與動車，1999(3)：26-29.

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

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

　　[4]李春勝，曲天威，羅世輝.基于剛柔耦合的HXN3司機室隔振系統(tǒng)多維度頻率響應分析[J].振動與沖擊，2015，34(4)：135-141.