某混合动力总成系统静刚度设计研究

2021-01-15张远亮张立民

铁道机车车辆 2020年6期

张远亮，张立民

（1 四川城市职业学院智能制造与交通学院，成都610110；2 西南交通大学牵引动力国家重点实验室，成都610031）

利用弹性元件将车体与车下设备连接起来组成的单层隔振系统，对振动、噪声要求比较高的设备已经无法满足设计要求。目前，有关设计工作者开始深入、系统的研究双层隔振系统，已满足设计要求[1−4]。

对车下隔框架、机组及动力冷却包建立动力学平衡方程，同时满足几何协调平衡，在满足一级、二级隔振器垂向变形量容许的条件下，筛选出框架和机组的转动角度绝对值不小于0.02 度且不大于0.04 度的刚度组合工况，同时结合实际情况，得到了满足设计要求的各个隔振器静刚度值；将设计值静平衡验证，各项位移量及偏转角均符合要求，设计结果可靠。为后续仿真及振动性能等提供借鉴及依据，对工程中车下设备悬挂刚度设计具有指导意义[5−11]。

1 混合动力总成系统简介

研究对象为某型混合动力动车组动力包总成系统。动力总成通过4 个隔振器安装在车体下方，如图1 所示。

动力总成将柴油发电机组2、散热器3 等集成在框架上，如图2。

本系统中动力总成是双层隔振系统，柴油发电机组与框架之间连接的隔振器定义为一级隔振器组，框架与底部连接的隔振器定义为二级隔振器组。动力包隔振系统的各个隔振器的位置和编号如图3。

图1 某混合动力总成悬挂示意图

图2 动力总成组成

图3 隔振器位置和编号

2 静刚度设计分析

2.1 动力包静平衡模型

根据动力包实际模型，画出动力包框架、机组和冷却装置各隔振器位置示意图如图4 所示，其中以车体中心线与框架2 位端上端面的交点为坐标原点。

图4 动力包静平衡模型简图

2.2 基本参数

系统中质量及质心位置见表3 及表4。

2.3 设计过程

对模型进行分析，分别对各部件建立方程组。

表1 动力包模型各隔振器符号物理意义

表2 动力包数学模型各参数符号物理意义

表3 动力包模型质量参数

对于框架:受力如图5 所示。

根据力和力矩平衡列方程如式（1）.

力的平衡方程

表4 动力包模型各标注参数尺寸

图5 动力包框架受力图

以F22和F23所在直线为转动轴列出力矩平衡方程式（2）

以F23和F24所在直线为转动轴列出力矩平衡方程式（3）

根据二级隔振器共面条件列出几何协调方程式（4）

由于本系统采用两路信号同时滤波，且为达到尽可能理想的滤波器及处理性能与FPGA逻辑资源之间的平衡。本系统利用FIR滤波系统在具备线性相位时的对称特点，采用对称结构对此滤波器进行实现，以减少对乘法器资源的使用以及尽量增大滤波器的阶数，使其更接近于理想滤波器[12-14]。

对于机组:受力如图6 所示。

图6 动力包机组受力图

根据力和力矩平衡列方程如下:

力的平衡方程式（5）

以F13和F14所在直线为转动轴列出力矩平衡方程式（6）

以F14和F15所在直线为转动轴列出力矩平衡方程式（7）

根据一级隔振器共面条件列出几何协调方程式（8）～式（9）

对于冷却装置:受力如图7 所示。

根据力和力矩平衡列方程如下:

力的平衡方程式（10）

图7 动力包冷却装置受力图

以和所在直线为转动轴列出力矩平衡方程

在满足二级隔振器垂向变形量5.0～6.5 mm 以及一级隔振器垂向变形量 4.0～5.0 mm 的条件下[11−13]，求解方程式（1）～式（11）。根据工程实际情况以及隔振器压缩量（变形量）要求，在全部解集中筛选出框架和机组的转动角度绝对值不小于0.02°且不大于0.04°的刚度组合工况，结果如图8～图12 所示。