YW25T型鐵路客車臥鋪舒適性探究

【摘 要】 由于25TYW鐵路客車車廂臥鋪的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致行車時(shí)振動(dòng)較大，該文擬用ANSYS對(duì)猜想結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬以得到一個(gè)理想的結(jié)構(gòu)，從而提高旅客行車體驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】 床鋪連接方式 ANSYS 仿真數(shù)值模擬 減震 改善空間

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，鐵路作為運(yùn)輸旅客的主力工具不僅僅需要提速更需要堅(jiān)持以人為本關(guān)注旅客的乘坐體驗(yàn)，尤其是硬臥作為現(xiàn)在大部分長(zhǎng)途旅行的乘客的首選交通工具仍然在舒適性上存在很多問(wèn)題，該文即列舉一些存在的問(wèn)題并且依次提出一些解決辦法。

1、 客車振動(dòng)對(duì)人體的影響

首先，車輛在軌道上運(yùn)行時(shí)，會(huì)伴隨行駛產(chǎn)生復(fù)雜的振動(dòng)現(xiàn)象，有構(gòu)造速度共振、輪過(guò)軌縫振動(dòng)、車輪過(guò)道岔有害空間振動(dòng)、轉(zhuǎn)彎車鉤引起的振動(dòng)、氣動(dòng)剎車和緩解時(shí)引起的振動(dòng)、以及啟動(dòng)時(shí)車鉤空隙引起的闖動(dòng)，這些都會(huì)造成顛簸，而且由于振動(dòng)車廂也會(huì)產(chǎn)生大量的噪聲。列車運(yùn)行速度越高，這些振動(dòng)和沖擊的危害就越嚴(yán)重。

振動(dòng)作用到人體表現(xiàn)為振動(dòng)幅度，頻率，作用的方位和作用時(shí)間而這些振動(dòng)可能會(huì)引起人體正常生理參數(shù)狀態(tài)的改變?nèi)纾盒碾?、血壓、脈搏、肌電，當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到使人不舒服的程度時(shí)，人就會(huì)出現(xiàn)以下癥狀：一般性不舒適、耳鳴、鼻血、胸腹痛、虛弱、頭痛、頭暈、瞌睡、噩夢(mèng)、口語(yǔ)不便、發(fā)音不清、注意力分散、從而大大影響旅客的行車體驗(yàn)。

不僅如此還會(huì)影響到人體正常心理狀態(tài)的改變，其表現(xiàn)為不舒服、煩躁、疼痛、厭倦并且這些也與旅客的身體素質(zhì)、工作經(jīng)歷也有著密切的關(guān)系。但是與此相反，在一定范圍內(nèi)的特定的頻率、振幅有時(shí)也會(huì)對(duì)人們的情緒和植物神經(jīng)起到有益的調(diào)節(jié)。在全身振動(dòng)作用下，人的生理反應(yīng)特點(diǎn)決定于兩個(gè)方面：一是與組織器官的位移和變形直接有關(guān)，具有明顯的頻率響應(yīng)特征；二是與應(yīng)激的非特異性全身性反應(yīng)有關(guān)，具有較明顯的強(qiáng)度響應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)。在次聲頻中等強(qiáng)度（1～10 m/s）作用下，心肺的反應(yīng)表現(xiàn)為心率、心輸出量、呼吸率、肺通氣量、氧攝取量增加。振動(dòng)可改變大腦的醒覺(jué)水平，1～2 Hz的振動(dòng)具有催眠作用，高頻較強(qiáng)的振動(dòng)或不穩(wěn)定的振動(dòng)則提高醒覺(jué)水平。重復(fù)性慢性應(yīng)激會(huì)引起代謝指標(biāo)的輕度紊亂。重復(fù)振動(dòng)時(shí)，組織器官的長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)變形和生理應(yīng)激的累積作用，也是對(duì)于列車員慢性損傷和致病的主要因素。

為了提高車輛運(yùn)行平穩(wěn)性和減少有害的車輛沖動(dòng)車輛一般需要在走行部分安裝緩沖和衰減振動(dòng)的裝置，但是在這并沒(méi)有完全消除乘客在硬臥上的不適感覺(jué)。25T硬臥作為現(xiàn)在主要的載客車體，本文運(yùn)用電腦軟件進(jìn)行數(shù)值模擬來(lái)了模擬25T型硬臥車廂在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)所出現(xiàn)的一些諧振動(dòng)，以及在停車變道時(shí)發(fā)生的一些瞬態(tài)激勵(lì)下臥鋪的響應(yīng)，通過(guò)改進(jìn)臥鋪的結(jié)構(gòu)以及進(jìn)行一定的分析來(lái)找出一種合適的方法來(lái)減輕振動(dòng)影響。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以看出，在大阻尼情況下，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)迅速衰減，并無(wú)振動(dòng)的特點(diǎn)，而小阻尼下有振動(dòng)特點(diǎn)。

所以提出假設(shè)：25T型車廂臥鋪采用固定連接方式，當(dāng)列車受到瞬態(tài)激勵(lì)以及振動(dòng)激勵(lì)時(shí)雖然車輛底部的彈簧裝置會(huì)吸收很大一部分振動(dòng)能量但是臥鋪床板和間隔板依舊采用固結(jié)的方式，導(dǎo)致振動(dòng)直接傳導(dǎo)到床板上，所以提出可以使用床板和間隔板之間的連接方式改為鉸接，并且將床板底部的斜支撐改為彈簧阻尼減震器。

首先分析固定連結(jié)情況下的振動(dòng)情況，可以查到25T型車廂床板寬585 mm長(zhǎng)2000 mm，按照普通正常成年人重700 N載荷均布加在在床板上，列車一般振動(dòng)頻率范圍為0.5～25 Hz，強(qiáng)迫振動(dòng)幅值也并無(wú)定值，所以進(jìn)行數(shù)值仿真模擬時(shí)采用較大幅值來(lái)進(jìn)行模擬。并且在相同激勵(lì)載荷下分析不同結(jié)構(gòu)的響應(yīng)情況。

在軟件計(jì)算分析中先采用諧響應(yīng)分析分析用于確定一個(gè)線性結(jié)構(gòu)在一定頻率下的簡(jiǎn)諧載荷作用下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)技術(shù)，然后采用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析確定承受任意隨時(shí)間變化的載荷的結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。

2、結(jié)論及相關(guān)建議

根據(jù)多質(zhì)點(diǎn)體系自由振動(dòng)運(yùn)動(dòng)微分方程的通解，在一般初始條件下，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)是由各主振型的簡(jiǎn)諧振動(dòng)疊加而成的復(fù)合振動(dòng)；因?yàn)檎裥驮礁?，阻尼作用造成的衰減越快，所以高振型只在振動(dòng)初始才比較明顯，以后則逐漸衰減，因此選取的八幅圖表示間隔板四條邊的自由度在不同的約束情況下所表現(xiàn)的出來(lái)的一階及二階的主振型，從數(shù)據(jù)分析結(jié)果也可以看到約束升高后固有頻率也在升高，而火車的振動(dòng)頻率在0～25 Hz內(nèi)所以提高固有頻率是一種有效的減振的方法所以將間隔板四邊與車體固結(jié)可以減輕對(duì)床板的振動(dòng)。同樣另外使床板與間隔板之間的固結(jié)改為鉸接并且將床板與間隔板之間的剛性連桿變?yōu)閺椈勺枘釡p震器。并進(jìn)行數(shù)值模擬?？梢砸舶l(fā)現(xiàn)可以起到明顯的減震效果。

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作者簡(jiǎn)介：趙靜濤，1981-09籍貫：河北徐水，民族：漢，職稱：車輛鉗工，學(xué)歷：大專。endprint