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2020

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铁路车辆减振的必要性及进行振动试验的必要性


一、振动是如何产生的

说起车辆的振动问题,所有带轱辘在地上滚的都逃不了。因为地面是不平的,而轮子是沿着地面轮廓滚动的,轮子的转心(车轴)与地面(轨道)轮廓线平行。那么车轴走过的路线就不可能是一条直线,有曲线就存在加速度和力,这样振动就会产生。这是最最基本的垂向振动原理,这个原理适用于一切带轮子在地面上滚动的东西。

铁路车辆与其他车辆的不同之处在于它独特的导向机制。(火车的轮对与一般轮子不一样,它与轨道接触的表面是带有锥度的,这样当轮对偏向钢轨一侧时,偏向的那一侧滚动半径加大,导致整个轮对自动向偏移方向的反方向调整)其导向机制可使轮对沿着轨道的方向前进,但有两个副作用:

(1)直线轨道由于误差原因是不直的,这样导向机制就会使轮对沿着这些不直的方向前进,车轴行进是一条曲线而不是直线;
(2)如果轮对不处于直线轨道的正中心,则轮对天生、自发的蛇行前进(该运动曲线为正弦波,波长跟轮对锥度平方根成反比)。

 

以上这两个原因导致了独特的横向振动,由于导向原理的不同导致横向振动在其他带轱辘的载具中不如轨道车辆突出。
二、减振的必要性
1.保证车辆速度及安全性。
过大的振动(通过脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向/垂向力、颠覆系数等判定)对车辆运行安全会造成严重的影响,是制约提速的关键因素,也是保障车辆安全性的关键所在,相信大家都好理解。这里主要防范轨道不平顺造成的振动和蛇行(振动幅度随前进不停扩大的蛇行运动)运动失稳(振动幅度随前进不停扩大的蛇形运动)造成的振动。
2.坐着舒服。
舒适度(通过车体横向/垂向加速度、平稳性指标等判定)的指标不仅跟最大加速度有关系,跟加速度的变化率也有关系,好比开车转方向盘回轮太快会让人觉得甩得慌。人体对低频(小于10Hz)频率振动比较敏感,需要注意这些频率的衰减。高频一些的振动(主要是波磨或者车体弹性振动造成)会让车厢里挂衣钩、行李架这些玩意不停出声儿,影响乘车舒适度。

3.减少设备损伤。

过大的振动会对簧下/簧间设备产生损伤。比如减震器漏油,橡胶件融胶、构架裂纹等等损坏。通过减振手段,可以增加车辆各部件及结构的使用寿命。

 

三、振动试验的必要性

从车辆振动产生的原理可知振动是不可避免的。我们能做到的只能是研究新型产品尽可的衰减振动,但是振动还是无时无刻在对产品产生影响。因此对产品进行振动试验,看产品或结构件等能否承受其工作状态下振动对其产生的影响,也是重要的科研步骤,可以说振动测试是协助产品跃入高质量行列中不可缺乏的利器。

振动测试约在四、五十年前开始萌芽,理论建立时,并无助于人们相信它的重要性,直到二 次大战时,许多的飞行器、舰艇、车辆及器材在使用后,意外的发现机件失灵的比例相当高, 经研究的结果发现,大都由于其结构无法承受其本身所产生的长时间共振,或搭载物品承受 运送共振所引起的组件松脱、崩裂,而致机件失灵甚而造成巨大损失。当这项结果公布后, 振动测试才受到各界重视,纷纷投入大笔经费、人力去研究。尔后,对于振动量测分析以至模拟分析的近代理论建立后,对振动测试的方法及逻辑亦不断改进。

振动测试的目的是在于实验中作一连串可控制的振动模拟,测试产品在寿命周期中, 是否能承受运送或振动环境因素的考验,也能确定产品设计及功能的要求标准。据统计数据显示提升3%的减振设计水平,将增加 20%的回收及减少18%的各项不必要支出。

振动模拟依据不同的试验目的也有不同的方法。如:共振搜寻、共振驻留、循环扫描、随机振动及应力筛检等。而振动的效应计有:(1)结构的强度。(2)结合物的松脱。(3)保护材料的磨损。(4)零部件的破损。(5)电子组件之间接触不良。(6)电路短路及断续不稳。(7)各件之标准值偏移。(8)提早将不良件筛检出。(9)找寻零件、结构、包装与运送过程之间共振关系,改良其共振因素。而振动测试的程序,须评估试验规格,夹具设计的真实性,测试过程中的功能检查及最后试件的评估、检讨和建议。振动测试的要义在于确认产品的可靠度以及提前将不良品在出厂前筛检出,并评估其不良品的失效分析。

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