某动车牵引变压器振动及传递分析*

张远亮，张立民

(西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，四川成都610031)

某动车牵引变压器振动及传递分析*

张远亮，张立民

(西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，四川成都610031)

为研究某动车牵引变压器振动及传递特性，测试了变压器在负载开风机状态振动加速度。结果表明:牵引变压器底部振动较小，变压器箱体壁横向(法向面)振动较大 ，与变压器铁芯横向放置有关。同时，振动烈度能较好的反应变压器振动情况;牵引变压器的振动基频为100 Hz，而且其振动能量绝大部分都集中在100 Hz，倍频处的振动迅速减小;牵引变压器振动经橡胶隔振器传递到车体侧墙及车内地板，振动未出现放大现象。该橡胶隔振器、侧墙内装材料和地板内装材料隔振性能较好。

动车;牵引变压器;振动烈度;振动基频

动车组采用动力分散型技术，牵引变压器、牵引变流器等电气设备直接下挂在车体下方，这些设备通常重达几吨，且是具有复杂的振动激励源，引起车体振动恶化，旅客乘座舒适度下降，甚至会造成车体、车下吊挂设备和连接件的疲劳断裂［1－2］。高速行驶动车车体和附属设备都承受着较大的波动载荷，激励的频率成分也变得复杂［3］。车下附属设备等部件的振动疲劳破坏已经成为影响车辆运行品质的重大问题［4－5］。因此，搞清楚车下设备如牵引变压器振动情况显得十分必要。

本文测试牵引变压器在负载开风机状态振动加速度，分析了变压器箱体不同位置的振动，得出了变压器的振动基频及倍频［6］，最后简单的分析了牵引变压器振动经橡胶隔振器传递到车体侧墙及车内地板的传递情况。对动车组牵引变压器吊挂刚度设计具有一定的参考价值。

1 相关理论

1.1 振动烈度

在设备选定的位置上按不同方向(一般是沿纵向、横向、垂向3个方向)测量出振动速度或加速度，计算其有效值，利用矢量合成，计算出机械振动速度的均方根值［7］。机械振动烈度量标为均方根速度，符号为vrms，mm/s。

机械振动烈度的基本计算公式为［7］:

式中vx为选定位置(测点)上纵向振动速度均方根值，mm/s;vy为选定位置(测点)上横向振动速度均方根值，mm/s;vz为选定位置(测点)上垂向振动速度均方根值，mm/s;Nx为纵向测点数;Ny为横向测点数;Nz垂向测点数。

参照表1所示常用设备的振动烈度评定等级对被试设备进行评定。

表1 常用机械设备的振动烈度等级表

牵引变压器按第3类设备进行评定，即振动烈度不大于1.8 mm/s为良好。

1.2 频域传递率

机组到构架的频域位移量传递率定义为:

式中F［y(t)］是响应信号y(t)的傅里叶变换;F［x(t)］是输入激励信号x(t)的傅里叶变换。

2 牵引变压器试验分析

对某动车组牵引变压器在负载开风机状态测试变压器及车体振动加速度。传感器灵敏度为1 000 mV/g。采样带宽为512 Hz，分辨率为0.125 Hz。振动测点［6］如图1～图6所示。

测点描述如表2。

图1 安装梁振动测点

图2 变压器安装座及箱体底部测点

图3 变压器箱体壁测点

图4 变压器箱体壁测点

图5 车体侧墙测点

图6 车体地板测点

表2 测点描述

2.1 变压器振动分析

截取变压器负载开风机状态120 s稳态振动加速度数据。以6 s的分析段确定平均最大值［8］，同时计算振动有效值。对采样得到的离散加速度进行数值积分得到振动速度有效值及振动烈度(重力加速度取9.794 g)。结果如表3。

由表3可知，变压器箱体底部(测点20)振动相对较小，变压器箱体侧壁(测点13)法向方向，即横向方向振动较大，安装加强肋板后，即测点14振动减小，但引起纵向振动有所增大。可以得出变压器不仅仅在垂向振动，在3个方向均存在振动。

表3 变压器振动加速度特征

表4 变压器振动烈度

由振动烈度可以看出，变压器底部垂向(法向面)和变压器箱体壁横向(法向面)振动较大，同时箱体壁振动烈度达到容许级别，振动较恶劣，其原因是变压器铁芯采用横向安装方式。振动烈度更能反应变压器振动情况。

对变压器箱体振动进行FFT变换，得到振动频域信息。频谱曲线见图7。

图7 变压器箱体频谱

图7可以看出，变压器振动基频为100 Hz，同时存在倍频振动，但振动能量均不断减小。变压器主要激励频率为100 Hz，符合变压器铁芯磁滞伸缩规律。

2.2 变压器及车体振动传递分析

变压器振动传递到车体，将引起车体振动，进而引起车体侧墙及车内地板振动。

变压器采用12个圆形橡胶安装座弹性安装，安装方式见图8。

图8 变压器安装方式

计算安装座上下测点、车体侧墙及地板振动有效值，见表5及图9～图10。

表5 变压器及车体加速度有效值

图9 变压器安装座频谱

图10 变压器安装梁频谱

图11 变压器及车体振动传递关系

图12 传递环节

图12中:传递环节1为:

中部安装座(测点7)—中部安装梁(测点2)—车体地板(测点32)—车内内装地板(测点30)。

传递环节2为:

端部安装座(测点6)—端部安装梁(测点1)—车体下部侧墙(测点27)—车体上部侧墙(测点26)—车内内装侧墙(测点28)。

从表5可以得出:变压器振动(测点6、7)经橡胶隔振器传递到车体(测点1、2)，3个方向振动均明显减小。

由图9～图10可以得出经橡胶隔振器后，变压器振动到安装梁振动能量衰减明显，高阶倍频明显减小。但振动频率仍是100 Hz及其倍频。

从图11可以得出:从总体上看，传递环节1和传递环节2均逐渐减小。说明橡胶隔振器、侧墙内装材料和地板内装材料隔振性能较好。其中传递环节1中测点2到测点32传递有振动放大现象，是因为传递到车体地板的振动不仅仅由中部安装座传递，其余安装座振动也会传递给车体地板。

图13 变压器安装座(测点6)到安装梁(测点1)频域传递率

图14 变压器安装座(测点7)到安装梁(测点1)频域传递率

计算变压器安装座到安装梁频域传递率，如图13、图14所示。

从图13～图14可以看出，变压器在100 Hz，240 Hz及350 Hz附近存在峰值，但振动均在0dB以下(除350 Hz附近)，橡胶隔振性能较好。

3 结论

通过上述分析可得到如下结论:

(1)该牵引变压器的振动基频为100 Hz，而且其振动能量绝大部分都集中在100 Hz，倍频处的振动迅速减小。

(2)该牵引变压器底部振动较小，变压器箱体壁横向(法向面)振动较大，与变压器铁芯横向放置有关。同时，振动烈度能较好的反应变压器振动情况。

(3)该牵引变压器振动经橡胶隔振器传递到车体侧墙及车内地板，振动未出现放大现象。该橡胶隔振器、侧墙内装材料和地板内装材料隔振性能较好。

［1］ 吴会超.高速动车组车体与车下设备耦合振动研究［D］.成都:西南交通大学，2012.

［2］ 荆道艳.TPB车体有限元分析与车下设备布局优化研究［D］.北京:北京交通大学，2007.

［3］ 陈 亮，康洪军，张立民.牵引变压器连接刚度对车体与设备振动影响分析［J］.铁道车辆.2012，50(8):4-6.

［4］ 张立民，陈 林.简谐激扰下模态参数对平稳性指标的影响研究［J］.西南交通大学学报.2008，43(4):465-468.

［5］ 张立民，董铁军.铁道车辆悬挂系统振动特征频率灵敏度分析［J］.振动与冲击.2009，28(1):28-31.

［6］ 李德葆，陆秋海.工程振动分析［M］.北京:清华大学出版社，2004.

［7］ GB 5913-86 柴油机车车内设备机械振动烈度评定方法［S］.北京:中国标准出版社，1986.

［8］ 方 松.高速铁路客车振动特性研究［D］.成都:西南交通大学，2012.

Analysis of Vibration and Vibration Transmission for EMU Traction Transformer

ZHANG Yuanliang，ZHANG Limin
(Traction Power State Key Laboratory，Southwest JiaoTong University，Chengdu 610031 Sichuan，China)

Vibration test on load and fans-opened has been done for study vibration and vibration transmission of EMU traction transformer.The results show that vibration at the bottom of traction transformer is smaller，while vibration at the side(normal)is bigger for the horizontal placement of transformer core.Vibration severity can be better reaction transformer vibration;the vibration baseband of traction transformer is 100Hz and most of dynamic energy are concentrated in 100Hz.Vibration decreases rapidly at vibration multiplier;traction transformer vibration transmission through the rubber isolator to the carbody sidewalls and floor，vibration amplification phenomenon does not appear.The isolation performance of rubber isolator，sidewall interior materials and floor interior material is better.

EMU;traction transformer;vibration severity;vibration baseband

U266.2.3

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.06

1008－7842(2015)01－0032－04

*国家科技支撑计划项目(2009BAG12A04－C03)

8—)男，硕士研究生(

2014－08－25)