The Journal of the Acoustical Society of Korea (한국음향학회지)

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The influence of transom pipe gap on the resonance response in motorized bogie and traction motor system

트랜섬 파이프 간격이 동력대차-견인전동기간 강체 모드 공진응답에 미치는 영향에 관한 연구

  • Received : 2019.04.05
  • Accepted : 2019.05.14
  • Published : 2019.05.31
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Abstract

In this paper, a problem of mechanical resonance between traction motor's rigid body mode and traction motor's excitation force is introduced, and a bogie design variable affecting the control of resonance response is reviewed numerically. To solve the resonance problem in rotating machinery with variable rotational speeds, resonance frequency should be out of rotational machine's operation range or dynamic stiffness of structures should be increased for resonance response enough to be low. In general, operation range of a traction motor is from 0 r/min to 4800 r/min. It is not possible that all bogie modes are more than 80 Hz. Therefore, it is very important to find design factor affecting resonance response of traction motor's rigid body modes. It is found that key design variable is the gab between transom pipes from finite element analysis. The larger gab is, the higher resonance response when resonance between traction motor's excitation force and traction motor's rigid body mode is happened.

본 논문은 동력차에서 견인전동기 기진 주파수와 견인전동기 강체 모드 공진 문제로 인해 발생할 수 있는 현상에 대해 소개하고, 이를 제어하는데 효과적인 설계인자를 해석적으로 검토해보았다. 회전 속도가 변하는 회전기기의 경우, 공진 문제를 해결하기 위해서는 공진주파수 대역을 상용 운전 범위 바깥으로 이동시키거나 동강성을 크게 하는 등의 방법을 통하여 공진 응답이 낮아지도록 하는 방안이 있다. 견인전동기의 운전 범위는 일반적으로 0 r/min ~ 4800 r/min으로 대차모드가 이 운전 영역대를 벗어나게 설계하는 것은 현실적으로 불가능 하다. 따라서 공진 응답에 영향을 주는 설계 인자를 찾아 이를 적절하게 조정하여야 한다. 유한요소 해석 검토 결과, 견인전동기 강체모드 공진 응답에 영향을 주는 설계인자는 트랜섬파이프 간격으로 간격이 지나치게 넓게 설계될 경우 견인전동기 기진력과 강체 모드 간 공진 시 과도한 진동이 발생될 수 있음을 파악하였다.

Keywords

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Fig. 1. Construction of a bolsterless bogie and parts name.

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Fig. 2. Rigid body mode of a traction motor at around 57 Hz (note that it is different from the bogie in Fig. 1).[1]

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Fig. 3. Vibration velocity on a traction motor bracket and a saloon floor when mechanical resonance is occurred.; upper figure is on the traction motor bracket, lower figure is on the saloon floor.

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Fig. 4. Finite element model of a bogie to perform modal frequency response analysis and positions of excitation and receiver (it is a model coming from the bogie in Fig. 1).

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Fig. 5. Traction motor rigid body mode (51.4 Hz).

Table 1. The results of FRF analysis of a bogie. Excitation and receiver positions are referred to Fig. 4.

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References

  1. J. Kim, S. Song, and H. Lim, "Rigid-body mode of traction motor on a motorized bogie and its influence on the saloon of rolling stocks" (in Korean), Proc. Kr. Soc. Urban Railway, September, 137 (2017).
  2. S. C. Sunnersjo, "Rolling bearing vibration - the effects of geometrical imperfections and wear," J. Sound. Vib. 98, 455-474 (1985). https://doi.org/10.1016/0022-460X(85)90256-1
  3. N. Pagaldipti and X. Qu, "Modal frequency response optimization in Optistruct," Proc. 7th World Congress on Computational Machanics (2006).
  4. L. Meirovitch, Fundamentals of Vibration, International Ed. (McGraw-Hill, New York, 2001) pp. 336-345.