动车组集尘风箱结构优化研究

李 丹

（湖南铁路科技职业技术学院铁道车辆学院 湖南·株洲 412000）

在高速铁路建成投入使用以后，动车组在东部地区实现了高效的运营，同时也在西部地区恶劣的环境中畅通无阻，比如哈大线、兰新线等在风沙肆虐、温度差异较大的恶劣环境中平稳运行。高寒动车组 CRH2G的时速达到了250公里，其属于完全自主产权，彻底的解决了高海拔、高寒和紫外线老化问题，其防风沙能力比较强，在西北戈壁、沙漠等地区具有较强的适应性。

1 动车组集尘风箱结构改进与优化的重要意义

高速列车设备舱通风受极端风沙天气的影响非常明显，给设备舱进风带来了严重的阻碍，一旦有沙粒进入到用风设备以后，就会给其正常运行造成严重的干扰，使行车安全大打折扣。集尘风箱作为设备舱供风系统第一次应用于CRH2G高寒抗风沙动车组中，冷却风在灌入设备舱时，集尘风箱起到了过滤的作用，在风箱中匹配了除尘风机和引流风机。原有的集尘风箱噪音比较大，整体振动非常明显，风箱通常会在车体底架横梁上吊装，振动会被直接传递到车内，使行车舒适度和稳定度受到严重的影响。

2 动车组集尘风箱结构改进与优化的方法

2.1 风机选型

轴流风机是引流风机的主要结构类型，额定风量为性能参数实测结果时，风机的噪音非常大，其缺点表现为：第一，轴向流入和流出，引流风机轴向吸入空气以后，从集尘风箱转向径向位置的两侧细滤流出，气流需要转向才能流出，降低了集尘风箱的整体效率。第二，全压和风量一样时，轴流风机的噪音性能要比离心风机的噪音性能差很多。第三，轴流风机的叶轮普遍都不宽，使得振动控制比较困难。

随着科学技术水平的不断提升，引流风机被无蜗壳离心风机所取代，风机的核心组成部分有电机、进风口和离心叶轮，其优势表现为：第一，气流采取了径向流出的方式，其流速均匀，噪音比较低。第二，全压和风量一样时，离心风机噪音会更小。第三，离心风机叶轮都比较宽，采取双面动平衡的方式，易于实现振动控制。

2.2 连接方式

借助固定点1和固定点2将原集尘风箱轴流引风机刚性连接到集尘风箱箱体上部位置处，具体情况详见下图1。在箱体下部位置安装除尘风机，借助上部的四个吊座将集尘风箱悬挂到车底位置处。铝合金5052-H32是轴流引风机风筒的核心材质，气流轴向流入以后，在转向作用下，借助两侧径向细滤流出去，悬臂结构的核心组成部分为电机，会给风机振动造成严重的影响，风机振动向车体上转移，显著的提升了车内的舒适性和平稳性。

图1：原集尘风箱结构图示

在安装支架1位置处安装无蜗壳离心引风机，借助安装支架2将除尘风机吊装到箱体框架上部位置，增加承重位置，使振动路径实现高效的隔断。具体情况详见下图2。集尘风箱整体的重量被减轻，同时增加了其强度，从而使风机振动得以不断的优化和升级。无蜗壳离心引风机是其核心振动源，在整体支架上组装电机组、进风口和离心引风机叶轮，箱体框架与减振器连接时，采取整体连接的方式，借助上部四个吊座使箱体框架悬挂在车底部位置处，减振器有效的隔离了引流风机的振动，从而使集尘风箱整体振动被控制到最小值的范围里。

图2：新型集尘风箱结构图示

3 试验验证

3.1 噪声测试

新型集成风箱试制完成以后，开始装车试验验证，列车停靠静态测试在库里完成，设置五个噪声测试点在车上，设置两个噪声测试点在车下。以《声学轨道车辆内部噪声测量》为依据将3#测点设置在集尘风箱正上方，将2#和4#测点设置在3#测点两端2米范围之内，将1#和5#测点设置在3#测点两端4米范围之内，测点的高度要保持在1.2米左右。依据《风机和罗茨鼓风机噪声测量方法》，将6#和7#测点设置在车下集尘风箱进口轴线45°角位置处，集尘风箱进口轴线高度与测点高度保持一致。测点高度的具体情况详见下图3。

图3：集尘风箱噪声测点布置情况

车下设备全部开启以后，分析测试采集的数据，发现原集尘风箱的总声压级测试结果要大于新型集尘风箱在各测点的测试值。受列车不同运行情况的影响，测试单独运行集尘风箱工作情况以后，发现原集尘风箱的总声压级测试结果依然大于新型集尘风箱在各测点的测试值，新型集尘风箱的降噪效果更加理想一些。

3.2 振动测试

集尘风箱的振动情况借助吊挂点直接反映出来，所以在四个吊挂座上设置振动测点，对与轨面垂直的朝上振动加速度进行测量，测点布置的具体情况详见下图4。

图4：集尘风箱吊挂点测点布置情况

原集尘风箱和新型集尘风箱的吊挂垂向振动加速度的均方根值和极值测试情况详见下表1所示。

表1：集尘风箱吊挂结构振动测试的结果

详细分析以后发现，原集尘风箱的振动值要比新型集尘灯箱的四个吊挂点位置的振动值大很多。集尘风箱中部三个断面与顶部横梁是车内振动测点的具体位置，将法向振动加速度测点设置在每个断面的地板的中部、边缘、过渡部中间位置以及侧墙底部位置处，测点的总数量为12个，具体布置情况详见下图5。

图5：集尘风箱车内振动测点断面布置情况

在车下设备全部开启以后，测试车内振动，从测试结果的整体情况来看，新型集尘风箱的振动指标非常理想，集尘风箱车内测点振动测试结果详见下表2所示。

表2：车下设备全部开启时，集尘风箱车内测点振动测试的结果

4 结论

（1）与轴流风机比较离心风机的噪声性能会略好一些，叶轮宽度大，振动控制比较容易，无蜗壳离心风机是集尘风箱的核心组成部分，对于气流径向流出与轴向流入的具体情况来说，气流方向与引流风机流向保持着高度的统一，将气流转向引起的振动和气动噪声降到最小。新型集尘风箱的车下两个测点和车内五个测点的总声压级测试结果要比原集尘风箱低很多。

（2）在安装集尘风箱内部除尘风机和离心风机时，采取的主要安装方式为支架吊装式，将振动降到最低，风机自身具有较强的振动性，使用减振垫阻将风机振动控制到最小的范围之内，使风机振动传递路径被隔断，原集尘风箱的吊挂点值要大于新型集尘风箱的四个吊挂点值。