本节选取动车组经过九里庄隧道时的数据进行分析，该隧道总长4.34km，是哈大线上全线最长的一条双向隧道，也是中国铁路建设史上技术含量和要求最高的隧道之一，隧道设计速度为350km/h。由于高速动车组频繁在隧道中运行，而齿轮箱箱体在隧道中的振动特性目前鲜有详细的研究说明，为了掌握齿轮箱箱体在该隧道中的振动特性，有必要对此开展研究。
3.3.3.1 新镟踏面减速工况下齿轮箱箱体与轴箱振动特性
新镟踏面列车在经过九里庄隧道驶向大连北站时，由于该隧道离大连北站距离不远，所以列车一直处于减速运行状态。下面分析列车驶入隧道前、驶入隧道及驶出隧道后共300s时间内齿轮箱箱体和轴箱的振动特性。
1.齿轮箱箱体振动特性
分析数据为列车运行在隧道前、中、后的3个阶段，图3-31表明这3个阶段的时间依次为161.96s、56.47s和81.57s，共300s。其中后250s列车减速运行，驶入与驶出隧道的速度差为24.03km/h，齿轮箱箱体垂、横向加速度均随列车速度变化呈现相同的变化趋势。对比图3-31（a）和图3-31（b）可知：齿轮箱箱体垂、横向加速度在隧道中均存在一个增加和减小的现象，这是因为齿轮箱箱体在隧道中间位置承受的压力增大，导致箱体加速度增大，随着压力减小，箱体的加速度也减小；在隧道中齿轮箱箱体横向加速度整体高于垂向。
图3-31 齿轮箱箱体垂、横向加速度与速度关系
说明：列车进入隧道后由于GPS测速仪信号消失，所以列车速度信号也随之消失，消失的速度信号在图3-31中用两条竖虚线区间表示，但加速度传感器仍可测得齿轮箱箱体的振动信号，本书中列车经过隧道时此现象不再另行说明。
结合图3-32和图3-33的时频图分析可知：在61～155s时间段和200～265s时间段均出现齿轮啮合主频消失现象，这均是由于列车经过分相区和驶出隧道时牵引电机断所致。图中2 363Hz上方附近存在齿轮啮合频率与齿轮箱箱体局部共振现象；1 010Hz为小齿轮转频，它在车速约为285km/h时被激发出来，并随着速度的下降而降低。图3-32（b）中126Hz为枕跨冲击频率，其对应的主频与车速变化趋势一致，而在横向时频图中没有出现这个频率信号，说明枕跨冲击主要体现在垂向。
图3-32 齿轮箱箱体垂向振动时频图
图3-33 齿轮箱箱体横向振动时频图
2.轴箱垂、横向振动特性分析
分析图3-34可知，轴箱垂、横向加速度与列车速度的变化趋势一致，垂向加速度稍高于横向，其中当列车速度从300km/h降到210km/h时，垂向加速度由±80g降到±20g，横向加速度由±70g降到±18g左右，由此可见运行速度对轴箱加速度的影响很大。
图3-34 过九里庄隧道时轴箱垂、横向加速度与速度关系图
从图3-35可知，图中不存在明显的主频带，在前150s，图3-35（a）和图3-35（b）中分别在[600Hz，1 200Hz]和[0Hz，900Hz]频段存在较高的能量响应，而在后150s则明显减弱，表明加速度均方根值幅值能量响应会随着齿轮箱箱体加速度的减小而减小。
图3-35 轴箱垂、横向振动时频图
3.齿轮箱箱体与轴箱垂、横向加速度RMS值比较
图3-36表明齿轮箱箱体和轴箱体的加速度均方根值与速度的对应关系。从图3-36（a）可知当列车运行速度高于280km/h时，齿轮箱箱体横向加速度均方根值明显高于垂向，说明在九里庄隧道中，列车速度超过280km/h时，齿轮箱箱体横向加速度明显高于垂向；当运行速度在210～280km/h时，垂、横向加速度的均方根值曲线形状相似且差值较小。在图3-36（b）中因为轴箱垂、横向加速度相差较小，所以二者的均方根值曲线与速度曲线形状相似。
图3-36 齿轮箱箱体垂、横向加速度RMS值与速度关系图
3.3.3.2 磨耗踏面减速工况下齿轮箱箱体与轴箱振动特性
磨耗踏面列车在经过九里庄隧道驶向大连北站时，列车一直处于减速运行状态，列车运行位置与3.3.3.1节相同；同样分析列车驶入隧道前、驶入隧道及驶出隧道后共300s时间内齿轮箱箱体和轴箱的振动特性。
1.齿轮箱箱体垂、横向振动特性分析
图3-37表明齿轮箱箱体加速在九里庄隧道也受列车速度变化影响，但其波动幅度主要体现在一些相邻时间点的加速度上，其中横向波动比垂向要明显且横向加速度高于垂向。当列车速度降到[210km/h，230km/h]区间时，齿轮箱箱体的加速度显著下降。(www.xing528.com)
图3-37 齿轮箱箱体垂、横向加速度与速度关系图
结合图3-38（a）和图3-39（a）分析可知：在[0s，35s]和[273s，300s]两个时段均存在齿轮啮合主频，其他时段齿轮啮合主频基本消失是由于牵引电机断电。分析图3-38（b）和图3-39（b）可知：655Hz为23阶车轮多边形的轮轨激励频率；132Hz为枕跨冲击频率；57Hz为电机转频；在[0s，35s]时段存在比较明显的轮轨垂、横向冲击现象。
图3-38 齿轮箱箱体垂向加速度时频图
图3-39 齿轮箱箱体横向加速度时频图
2.轴箱垂、横向振动特性分析
图3-40表明轴箱加速度与列车速度变化趋势相同，轴箱垂向加速度高于横向。图3-41（a）和图3-42（a）的高频区发生频率混叠现象，图3-41（b）和图3-42（b）中均存在655Hz的23阶车轮多边形轮轨激扰频率，且在低频区并没有发生频率混叠现象。
图3-40 轴箱垂、横向加速度与速度关系图
图3-41 轴箱垂向加速度时频图
图3-42 轴箱横向加速度时频图
3.齿轮箱箱体与轴箱垂、横向加速度RMS值分析
图3-43表明：齿轮箱箱体横向加速度RMS值高于垂向，而横向加速度RMS值在最后50s呈现上升趋势，这主要是横向加速度在此期间增加所致，而这与列车速度减小的趋势相反。轴箱垂向加速度RMS值高于横向，且二者数值变化趋势与速度变化比较一致。
图3-43 加速度RMS值与速度关系图
3.3.3.3 车轮磨耗对齿轮箱箱体振动影响
将新镟踏面与磨耗踏面在减速工况下的振动特性进行比较，分析图3-44～3-46可知：列车在0～220s时段，新镟踏面列车的速度高于磨耗踏面列车约15km/h，即列车速度处于[240km/h，305km/h]区间时，新镟踏面列车齿轮箱箱体的垂、横加速度RMS值高于磨耗踏面列车；在[210km/h，240km/h]区间时，磨耗踏面的速度值略高于新镟踏面，这说明列车在该速度区间运行且速度相差不大的工况下，磨耗踏面列车的齿轮箱箱体加速度RMS值与新镟修踏面列车齿轮箱箱体近似相等。
图3-44 新镟踏面与磨耗踏面列车的速度-时间关系
图3-45 新镟踏面与磨耗踏面列车齿轮箱箱体垂、横向加速度比较
图3-46 新镟踏面与磨耗踏面列车齿轮箱箱体垂、横向加速度RMS值比较
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