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内燃机车柴油机与车体耦合振动研究

作　者: 邵迎安
导　师: 肖守讷
学　校: 西南交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 内燃机车独立司机室一级减振二级减振刚度优化
分类号: U262
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

虽然在电气化高度发达的今天,开始有大量的电力机车被投入使用,但内燃机车依然具备着机动性强,一次性投入少,上马快等电力机车不具备的优点。因此在世界范围内,内燃机车依然是机车队伍中的主力成员之一。在内燃机车使用初期,由于运行速度低,牵引功率小,所以对机车运行过程中振动的控制要求并不高。随着内燃机车行驶速度的提升,柴油机功率的增大,内燃机车车体在运行过程中产生的振动越来越被人们所重视。尤其是司机的工作环境问题已经成为了内燃机车设计过程中被首要考虑的问题之一。本文在验证4400马力调车机车底架承载结构的强度和刚度合理的基础上,首先理论分析了4400马力调车机车的12V265柴油机和主发电机整体在运行过程中产生的激励,包括气体力,惯性力,惯性力矩,倾覆力矩等。柴油机振动试验表明,柴油机主发整体支座上的激励是一系列以柴油机工作频率一半的倍频激励。对于12V265柴油机来说在1000转每分钟的工作状态下其产生的激励将是以8.33Hz,16.67Hz,25Hz,33.33Hz等为频率的周期激励。在了解12V265柴油机激励特点的基础上,选择了横向和垂向各四个谐响应工况来研究4400马力调车机车柴油机激励相位与大小对司机室振动的影响。研究发现对4400马力调车机车而言,当柴油机主发电机整体结构的六个支承上的激励相位相同,幅值最大时司机室处的振动幅值最大。故在所有的研究计算中都以这种最恶劣的方式来加载激励。4400马力调车机车采用的是带减振系统独立司机室结构,即司机室与车体底架为弹性连接。为了使柴油机工作状态下司机室座位处的振动最小,本文在模态响应叠加方法的基础上提出了用考察点的最大归一化位移响应来评价司机室振动的强弱来优化司机室橡胶关节的刚度,从而使得司机室考察点处的激励共振现象最轻微。考虑到司机室与底架,柴油机与底架均可以通过连接弹性元件来隔振,本文设计了二级减振结构的内燃机车,在Simulink中建立了简化模型,并就其隔振性能与独立司机室一级减振结构进行了比较。得到结论：二级减振结构对于类似柴油机激励这样的周期持续激励有很好的减振作用；而一级减振结构则可以使随机瞬时激励导致的振动能更快的衰减。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-16
  1.1 研究意义  12-13
  1.2 国内外现状分析  13-14
  1.3 本文研究内容  14-16
第2章带减振系统的独立司机室内燃机车车架结构强度  16-21
  2.1 4400马力调车机车结构介绍  16-18
  2.2 有限元理论介绍  18
  2.3 有限元模型建立  18-19
  2.4 有限元静强度计算结果  19-20
  2.5 本章小结  20-21
第3章柴油机发电机组激励分析  21-32
  3.1 柴油机介绍  21-22
  3.2 曲柄连杆机构运动学分析  22-23
  3.3 曲柄连杆机构运动学分析  23-29
    3.3.1 单缸柴油机的受力分析  24-26
    3.3.2 V型两缸柴油机的受力分析  26-29
  3.4 12V265柴油机受力分析  29-31
    3.4.1 惯性力  29-30
    3.4.2 惯性力矩  30
    3.4.3 倾覆力矩  30-31
  3.5 本章小结  31-32
第4章柴油机激励相位与大小对司机室振动的影响  32-45
  4.1 车体底架有限元模态分析  32-35
    4.1.1 模态分析理论  32-34
    4.1.2 模态计算结果  34-35
  4.2 激励大小与方向对司机室振动响应的影响  35-44
    4.2.1 谐响应分析理论  35-36
    4.2.2 圣维南定理的延伸  36-37
    4.2.3 谐响应工况设计  37-38
    4.2.4 谐响应计算结果  38-44
  4.3 本章小结  44-45
第5章独立司机室弹性元件参数优化  45-53
  5.1 独立司机室  45-46
    5.1.1 独立司机室结构说明  45
    5.1.2 独立司机室的连接刚度  45-46
  5.2 响应叠加方法提出  46-48
  5.3 误差分析  48
  5.4 方法应用  48-52
    5.4.1 柴油机激励谱  48-49
    5.4.2 橡胶关节特性  49-50
    5.4.3 优化结果  50-52
  5.5 本章小结  52-53
第6章隔振方案进一步研究及比较  53-68
  6.1 传统内燃机车柴油机隔振方案  53-54
  6.2 柴油机主发电机整体结构合理性分析  54-57
    6.2.1 有限元模型的建立  54-55
    6.2.2 分析工况设计与评价方法  55-56
    6.2.3 计算结果  56-57
  6.3 二级减振结构内燃机车  57-59
    6.3.1 二级减振结构内燃机车构想  57
    6.3.2 柴油机主发电机整体结构橡胶支承刚度优化  57-59
  6.4 两种隔振方案中阻尼影响  59-67
    6.4.1 整车结构简化  59
    6.4.2 底架等效垂向刚度计算  59-60
    6.4.3 一级减振结构内燃机车振动方程及Simulink模型建立  60-62
    6.4.4 二级减振结构内燃机车振动方程及Simulink模型建立  62-67
  6.5 本章小结  67-68
结论与展望  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-74
攻读硕士学位期间发表的论文  74

内燃机车柴油机与车体耦合振动研究

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