摘要：公司在对各型机车进行厂修试验过程中，会发生多种型成的振动质量问题，现对形成各种振动基理进行分析研究。

关键词：基础知识；控制理论；标准选取；机车；处理控制

1振动研究的基本内容

振动泛指物体在某一个位置附近的往复运动，机械振动是一种常见的力学现象，任何物体在激励的作用下就会产生振动。引起机械或者某一结构振动的原因有多种；旋转机械转动质量的不平衡分布，传动装置中齿轮的加工误差，轴承的缺陷和不良。由于震动，机器和机构会受到反复作用的动载荷，会降低其使用寿命。机车的震动会引起管路开裂、电气故障，还会影响司机对机车的操控。

2振动的控制理论

2.1振动源

机械冲击常常出现在多种机械设备的工作过程中。如内燃机缸体内燃烧气体时对活塞的冲击力。

旋转机械式各种动力机械中最主要的振动源。如啮合的齿轮或选齿在传动时，由于相互的磁撞或摩擦激起齿轮体振动，成为振动源；机械做旋转运动时产生不平衡离心力时旋转机械主要的振动源；不平衡引起转子的挠曲和内应力也是机器产生振动。

往复式机械，如柴油机、往复式空气压缩机组的曲柄连杆机构运动无法达到完全平衡，机器运转时总存在周期性的扰动力。特别是缸数少的柴油机，气缸内的压力不是完全的正弦形式，同时在活塞作往复运动并带动曲柄连杆机构运动时，曲柄销等部位会出现和转速相关的周期惯性力，使其为各种机械设备的主要振动源。

流体激励是工程中常见的激励形式，如热交换器管道，主滑油进出油管受到湍流激励的振动，造成机车局部区域、车架地板的振动。

2.2振动的危害和容许标准

人和机械所承受的振动往往含有多种频率成分，单一频率的情况是很少的。一般来说，人能承受的全身振动最低的频率是4〉8HZ，在不同频率的振动情况下。对人体危害的表现也不同，视觉模糊2〉20HZ。司机室的异常振动式机车运动部件因各种原因导致的集中体现。在实际测定中，司机室的振动均以操纵台的振动烈度作为司机室是否振动的衡量标准，在铁标中，操纵台属于Ⅲ类。内燃机车振动烈度分为：A良好工作状态、B正常工作状态、C容许工作状态、D不容许工作状态四个等级。

2.3振动控制方法

振动控制三要素：震源、传递途径和受控对象。对振动控制其实就是对这三要素进行相应的控制。

消振：消除或减弱振动源，是解决异常振动的治本的方法。

隔振：消除或减弱振动沿着振动路径传递中的能量。按照振动能量传递方式，又将隔振分为积极隔振和消除隔振。

阻尼减振：在受控对象上附加阻尼器或阻尼元件，通过消耗受控对象的能量使其响应减小，该方法对控制共振响应特别有效。

吸振：在振动对象上附加一个子系统（动力吸振器），产生吸振以减少受控对象对振动源激励的响应。

振动主动控制：通过对被控对象施加作用力来实现振动抑制的一类控制办法。

3内燃机车振动标准的选取

从《柴油机机车内设备振动烈度评定办法》中可以看出，内燃机车设备振动标准的选取只是速度，而没有对振动的位移作出规定。机车在“0”位时，柴油机转速一般只有400r/min，振动频率、速度都相对较小，而此时的振动位移（振幅）不一定小，例DF7G-26，柴油机在450转时，，主发的振幅达到1000um以上。柴油机在低转速时，仅用烈度的概念（也就是速度、频率的数据）来判断柴油机发电机组的振动情况，不能做出准确有效的判断。

4内燃机车常见振动分析与控制

4.1柴油机发电机组的异常振动

引起柴油机发电机组异常振动的主要原因有如下：

①曲轴：曲轴是柴油机最主要的部件之一，通过曲轴的旋转，启动柴油机，从而输出功率。曲轴的动平衡量不得大于1500g*cm，水平测量主轴颈对公共周心线的跳动量应在0.15mm以内，处置测量相邻主轴颈的跳动量在0.03mm以内，当曲轴本身的动平衡或跳动量超出技术标准时，就会引起内燃机车的振动。具体振动形式为柴油机左右摆动，前后晃动，严重的会引起机车司机室振动超差。柴油机输出端异常振动，如振动异常的是横向，处理故障基本上时调整各缸的供油量（或更换高压泵），如振动的方向是垂向或低转速时柴油机第一个座子垂向振动数据异常，则调整更换电机与曲轴的相对位置或更换弹性联轴节。

②弹性联轴节/主发转子：柴油機曲轴与主发转子通过簧片式弹性联轴节连接，簧片的主片自由插入到花键轴的花键槽内，以弹性的形式传递扭矩，簧片具有柔性大的特点，主要起缓和振动的目的以及起到调频的作用。当弹性联轴节动平衡不好或簧片转动滞后就会引起柴油机发电机组异常振动。柴油机发电机组异常振动，如振动的方向是垂向或低转速时柴油机第一个座子垂向振动数据异常，则调整更换电机与曲轴的相对位置或更换弹性联轴节。例DF4D-3267司机室异常振动，测得主发座子数据（垂向和横向，垂向数据高达20mm/s）异常，后更换弹性联轴节后，司机室异常振动消除。DF7G-38司机室异常振动，经检查发现主发座子振动异常、传动整体座子振动异常（座子螺丝未紧到位），后续紧固座子螺栓，司机室振动加强，原因是主发异常振动，通过钢结构传递的过程中，传动座子未紧，导致变速箱等部件吸收一部分振动能量，从而使得传动部件振动异常，

③橡胶支承：橡胶支承由于承担柴油机发电机组的重量，同时缓和柴油机发电机组与转向架间的振动，当橡胶支承的刚度发生变化后，各橡胶支承的自振频率发生变化，造成柴油机出现异常振动。

4.2司机室出现异常振动的主要原因：

①柴油机发电机组、变速箱等传动部件异常振动，会通过钢结构传递至司机室钢结构，进而导致司机室（操纵台）异常振动。此类问题可根据实测得操纵台以及司机室钢结构的振动数据来判断。如钢结构振动数据在8mm/s以内，加固操纵台会消除擦总台的异常振动，如钢结构的振动数据超过9mm/s时，加固操纵台会使得振动数据减少，并不能解决问题，有效的处理方案为处理柴油机发电机组的异常振动，例DF4D-3267司机室异常振动，后测得柴油机发电机组振动异常，前期加固操纵台以及转主发，都未消除司机室以及柴油机发电机组的异常振动。后期更换弹性联轴节，消除操纵台以及柴油机发电机组的异常振动。后续统计了5台DF4D机车的振动数据，16位测柴油机发电机组座子的数据，其中4台车柴油机座子的三个方向的数据均未超过10mm/s（烈度），最大的是9mm/s左右，主发座子的数据最大的在10mm/s左右，其中一台车（DF4D-3267），柴油机座子的数据大多超过10mm/s，最大的达15mm/s，主发座子的数据为20mm/s，由于主发支承座子的数据没有标准，只能从统计多台车的数据来判别。

②司机室钢结构强度不够：原因是修理机车司机室钢结构锈蚀过多，导致钢结构强度不够，吸收不了从震源传递过来的振动能量，使得司机室地板垂向振动数据偏大。此类问题可以从司机室地板振动数据来判断，当测得的数据大于9mm/s时，则可以判断司机室钢结构强度不够或者振动能量大（柴油机发电机组异常振动）。此类问题一般是加强司机室钢结构或解决柴油机异常振动。

参考文献：

[1]李成辉，振动理论与分析基础.西南交通大学出版社，2015

[2]戚墅堰机车车辆厂编.DF8B型内燃机车.北京：中国铁道出版社，2001

作者简介：

徐峰（1968.7-）男，江苏常州人，中车戚墅堰公司技能专家，高级技师