受电弓隔振装置可行性分析

曹 荣，张方涛

（南车青岛四方股份公司，山东 青岛 266000）

受电弓隔振装置可行性分析

曹 荣，张方涛

（南车青岛四方股份公司，山东 青岛 266000）

本文主要针对安装有受电弓的轨道车辆，在高速运行时受电弓对车体的激励振动造成车外和客室内部噪音值较高的问题，提出增加安装受电弓隔振装置的方案，以消弱受电弓对车体钢结构的激励振动，达到降低噪音的目的。同时，对此方案在阻尼隔振性能和结构可靠性能两方面进行分析。

受电弓；隔振装置；降低噪音

1 前言

受电弓作为轨道车辆主要受电设备之一，在电力机车、地铁车辆以及动车组上得到了广泛的应用。但在实际运行中发现，在受电弓安装位置下方的客室内部噪音明显高于平均值。而且随着轨道车辆运行速度的提高，受电弓对车体的激励振动也进一步增加。那么，除了增加隔音棉、隔音垫等辅助性措施以外，是否可以从根本上减弱或消除该处对车体的激励振动呢？

2 噪声与振动分析

通过线路测试，获得了车外振动与噪声分布及频谱特性，车外声压分布图见下图1：

图1 车外声压分布图

如图1所示，在车辆高速运行时，受电弓区域的声压是整列车声压的峰值。而可采用的有效降噪隔振的措施，除了加强车体的隔声降噪性能外，则是增加安装受电弓隔振装置，切断受电弓与车体钢结构的刚性连接，从而起到降低受电弓对车体钢结构的激励振动的作用。

3 受电弓隔振装置用隔振材料

在车辆高速运行过程中，受电弓承受强烈的风阻，产生的振动则通过受电弓弓体传递到受电弓安装座上。普通的减震材料其抗老化性和减震效果均无法满足受电弓隔振的要求。因此我们选择了一种特殊的阻尼隔振材料：压电阻尼隔振材料。

3.1 成分及特性

由高阻尼聚合物基体、压电粒子和导电粒子复合而成。该材料作为隔振材料，具备优良的隔音特性，同时其机械强度又远远高于普通的隔振、隔音材料。

3.2 隔振原理

在外力作用下，通过材料内的压电相、导电项和聚合物基体之间的相互作用，利用压电效应（机械能-电能转换）、导电作用（电能-热能转换）及聚合物粘弹性阻尼作用，最终达到隔振降低噪声作用。隔振原理图见图2。

图2 压电阻尼隔振材料隔振原理

3.4 应用案例

3.4.1 简介

潜艇螺旋浆主驱动电机轴，安装于金属内筒内部，通过轴承与之连接。如下图3所示。

图3 材料应用案例示意图

3.4.2 模型试验结果

1）噪声降低了8-10dB。

2）试件结构刚度大于8GPa。

3）轴向剪切力大于70吨。

4 受电弓隔振装置

4.1 受电弓隔振装置设计

如图4所示为受电弓隔振装置设计图，金属零件均为不锈钢材质，内部填充物为压电阻尼隔振材料，此材料通过材料灌注孔灌装并固化。固化后，材料灌注孔等材料裸露部位将采取措施封闭，使压电阻尼隔振材料与外部环境隔绝，以增强其稳定性。

如图中所示，受电弓向下传递振动的金属路径在隔振装置内部被压电阻尼隔振材料完全隔断，以避免刚性连接。

图4 受电弓隔振装置图

4.2 受电弓隔振装置安装布置

如图5所示，受电弓绝缘座安装在隔振装置上，从而实现了受电弓与车体的非刚性连接。

图5 受电弓隔振装置安装布置图

5 可行性分析

5.1 概述

针对受电弓隔振装置，主要考察其阻尼隔振性能和结构可靠性能。

5.2 阻尼隔振性能分析

5.2.1 阻尼隔振性能验证试验如下表1所示：

表1 阻尼隔振性能验证试验项目

5.3 结构可靠性能分析

5.3.1 压电阻尼隔振材料性能试验

序号测试项目测试标准1固化度GB/T 2576-2005 2拉伸强度GB/T 2568-1995 3压缩强度、压缩模量GB/T 2569-1995 4拉伸剪切强度GB-7124-1986 5吸水率GB/T 1462-1988 6冲击韧性GB/T 2571-1995 7硬度GB/T 3854-2005 8热性能GB/T 1634.1-2004

5.3.2 受电弓隔振装置结构可靠性能试验

序号测试项目测试标准1构件疲劳性能测试1）抗压性能的疲劳试验采用英国INSTRON1341电液伺服材料实验机进行疲劳试验，用压—压模式对结构径向压应力加载，频率15Hz，周期107。试验机通过压头对试样施加静载荷，试验机通过下压头对试样施加动载。2）剪切性能的疲劳试验用压—压模式对整环结构轴向压应力加载，频率15Hz，周期107。试验机通过压头对试样施加静载荷，试验机通过下压头对试样施加动载。2抗压性能测试/结构刚度从经过疲劳的试件和未经疲劳的试件上各切取3件试样进行抗压缩试验。以2mm/min的位移加载速率对试样施加载荷直至试样破坏，试验过程中试验机自动采集数据。获得过程中的作用力及载荷—位移数据。通过作用力与形变比值计算出该作用力下试件的结构刚度值。3水压性能测试对构件进行水压试验，考察水压条件下构件各层材料的变形率、吸水率及构件整体变形情况。水压试验在密封压力筒内进行，对施加0.0—0.5Mpa压力范围下时的应变值进行测试，获得应力-应变曲线，进而考察构件在压力条件下的吸水性能及变形情况。4抗振动冲击试验IEC 61373-1999

5.3.3 结构可靠性能试验项目说明

1）压电阻尼隔振材料性能试验主要考察验证的是此材料本身的耐环境稳定性和结构强度的相关物理参数。

2）受电弓隔振装置结构可靠性能试验主要从抗压疲劳及剪切疲劳两种方式进行试验，研究此结构的抗疲劳性能，为受电弓隔振装置可行性应用提供参照。

［1］南车青岛四方股份公司受电弓安装图纸［Z］.

［2］南车青岛四方股份公司内部文件.新一代动车组设计进展-减振降噪部分［Z］.

［3］赵良省.噪声与振动控制技术［M］.

［4］本文相关试验标准［S］.