動車組空調(diào)壓縮機的減振優(yōu)化試驗*

丁義鋒， 崔元虎， 閆莉瑩

(1.西安中車永電捷通電氣有限公司，陜西 西安 710016； 2.大連機車車輛有限公司 遼寧 大連 116021)

0 引 言

近年來，我國高速列車不斷發(fā)展，運行速度不斷提高，客室內(nèi)的振動與噪聲已成為影響客室內(nèi)舒適性的重要指標[1]。某型號列車客室空調(diào)機組采用完全嵌入式結(jié)構(gòu)，振動與噪聲對客室的影響尤為明顯?？褪铱照{(diào)機組的振動主要來源于壓縮機、冷凝風機、蒸發(fā)風機3種運動部件，以及客室空調(diào)與車輛的共振。其中，壓縮機是最主要的振動源[2-4]。在客室空調(diào)機組中，壓縮機布置在室外腔，主要通過與空調(diào)箱體的連接向客室內(nèi)傳播振動噪聲。

空調(diào)機組的異常振動對乘客舒適性產(chǎn)生了嚴重影響，因此，有必要對空調(diào)機組的減振問題進行研究分析。針對空調(diào)機組振動較大的問題，筆者采用加速度計對空調(diào)機組在不同負載條件下的振動量進行了測試，測試結(jié)果表明，振動主要來源于空調(diào)機組內(nèi)部的壓縮機。通過調(diào)整壓縮機減振橡膠硬度，及增加二級減振結(jié)構(gòu)，有效地解決了壓縮機振動較大的問題，達到了減振降噪的目的，提高了客室內(nèi)的舒適性，對空調(diào)機組的減振降噪有著重要的指導(dǎo)意義。

1 壓縮機原方案振動測試

1.1 空調(diào)機組安裝點振動量測試

某型號客室空調(diào)機組壓縮機為臥式全封閉渦旋壓縮機，采用一級減振結(jié)構(gòu)。壓縮機四個安裝點使用減振橡膠進行減振，安裝在托盤上，托盤剛性安裝在空調(diào)室外腔。為研究壓縮機對箱體的振動影響，主要對空調(diào)機組室外腔12個安裝點附近進行振動測試。各測點加速度RMS值如圖1所示，各測點頻譜分析結(jié)果如圖2所示。

圖1 不同測點振動量測試結(jié)果

圖2 頻譜分析結(jié)果

試驗結(jié)果表明，在振動較大部位，風機振動量占比約為20%，壓縮機占比約為80%，壓縮機振動量較大，風機振動峰值主要出現(xiàn)在150 Hz，而壓縮機振動峰值主要出現(xiàn)在50 Hz和150 Hz。

1.2 掃頻測試

為測得壓縮機所用減振系統(tǒng)的固有特性，使用振動試驗臺對壓縮機減振系統(tǒng)進行掃頻試驗。三個方向的掃頻測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 原方案壓縮機掃頻測試結(jié)果

壓縮機一級減振結(jié)構(gòu)振動量和掃頻測試結(jié)果表明，壓縮機振動量遠大于風機，需改進壓縮機減振系統(tǒng)。壓縮機在50 Hz處的振動量較大，需降低50 Hz振動峰值。壓縮機減振系統(tǒng)在垂向雖處于隔振區(qū)，但頻率比較小，隔振效果不理想。壓縮機減振系統(tǒng)橫向二階固有頻率約為52 Hz，處于共振區(qū)，需改進壓縮機減振系統(tǒng)。

2 壓縮機減振優(yōu)化設(shè)計

2.1 壓縮機減振方案設(shè)計

為研究不同一級減振橡膠硬度及增加二級減振橡膠后減振系統(tǒng)的特性，設(shè)計八種方案對壓縮機二級減振系統(tǒng)進行研究。壓縮機二級減振安裝示意圖如圖4所示，一級減振橡膠與二級減振橡膠的組合情況如表1所示。

圖4 壓縮機二級減振安裝示意圖

表1 壓縮機減振系統(tǒng)二級減振系統(tǒng)方案

2.2 掃頻測試

壓縮機減振系統(tǒng)垂向、縱向和橫向的掃頻測試結(jié)果分別如圖5～7所示。

圖5 垂向掃頻測試結(jié)果

圖6 縱向掃頻測試結(jié)果

圖7 橫向掃頻測試結(jié)果

對掃頻結(jié)果中一階固有頻率和幅值比進行匯總，如表2所列。

表2 不同方案一階固有頻率和幅值比

掃頻測試結(jié)果表明，一級減振橡膠硬度越小，減振系統(tǒng)固有頻率越低，而且增加二級減振同樣可降低減振系統(tǒng)固有頻率。

2.3 安裝點振動量測試

不同方案加速度RMS值測試結(jié)果如圖8所示。

圖8 不同方案振動量測試結(jié)果

上述測試結(jié)果表明：一級減振橡膠硬度越小，減振系統(tǒng)固有頻率越低，壓縮機減振效果越好。硬度30～35的減振效果最好；硬度35～45和硬度30～40的次之；硬度60～70(原方案)的減振效果最差。增加二級減振可進一步降低壓縮機振動量及50 Hz處的振動峰值。

3 試驗結(jié)果

壓縮機二級減振方案方案6的減震效果最好，但與車體的固有頻率接近，存在共振的風險。綜合減振效果及減振系統(tǒng)固有頻率后，選擇方案8作為最終方案，即一級減振橡膠硬度由60～70降低為30～40，并增加二級減振橡膠。最終方案與原方案的對比如圖9和圖10所示。

圖9 最終方案與原方案振動量對比

圖10 頻譜分析結(jié)果對比

壓縮機最終方案掃頻測試結(jié)果如圖11所示，從圖中看出，壓縮機減振系統(tǒng)在50 Hz處無共振峰。

圖11 最終方案壓縮機掃頻測試結(jié)果

與原方案相比，最終方案減振效果更好，能夠滿足整改目標要求。在原方案振動較大的部位，最終方案振動量降幅達60%以上。最終方案8#和9#測點振動量與風機振動量相差不大，除8#和9#測點外，其他測點振動量與風機振動量相比，可忽略不計。壓縮機在50 Hz的振動峰值降幅達50%以上。減振系統(tǒng)垂向頻率比約為2.7，縱向頻率比約為4，橫向頻率比約為4.8，均處于隔振區(qū)，可有效降低壓縮機傳遞的振動量，提高客室內(nèi)的舒適性。

4 結(jié) 語

通過試驗測量，確定了空調(diào)機組的振動主要來源于其內(nèi)部的壓縮機。為了降低壓縮機振動量，文中共設(shè)計了八種不同的壓縮機減振方案。試驗測試結(jié)果表明，減振橡膠硬度越小，減振系統(tǒng)固有頻率越低，減振效果越好。增加二級減振可以進一步降低系統(tǒng)的固有頻率，但需避開車輛固有頻率，以避免與車體發(fā)生共振。與原方案相比，最終方案極大地降低了壓縮機的振動量，有效地解決了壓縮機振動過大的問題，對空調(diào)機組的減振降噪有著重要的指導(dǎo)意義。