一種高速列車轉向架輪對模態分析的試驗裝置的製作方法

2023-05-26 12:24:41 1

本發明涉及一種高速列車轉向架輪對模態分析的試驗裝置，屬高速列車轉向架輪對技術領域。

背景技術：

高速列車是世界鐵路的共同發展趨勢，並成為鐵路現代化的重要標誌。

高速列車轉向架在運行中擔當著導向、承載、減振等任務，同時也是牽引和制動最終執行者，是高速列車的關鍵部件。

高速列車轉向架由輪對、軸箱、一系懸掛、構架、二系懸掛、驅動裝置和基礎制動裝置等七部分組成，輪對是高速列車轉向架與鋼軌相連接的部分，由左右兩個車輪牢固地壓裝在同一根車軸上所組成。輪對是轉向架核心關鍵部件，其運行狀態直接影響到轉向架的穩定性。

模態分析，是通過外部激勵，利用數據採集卡進行數據採集，然後對採集到的數據進行信號處理及特徵提取，由模態分析法獲得相應系統的模態參數（主要包括固有頻率與阻尼比），並與實際系統的模態參數相比較，以確定該試驗系統是否處於穩定的階段。所以搭建一個模態試驗裝置，通過模態分析法判斷輪對的穩定性將是一種十分有效的方法。

技術實現要素：

本實用新型的目的是，為了實現對輪對的模態分析，確定高速列車轉向架的輪對是否處於正常狀態，本實用新型提出一種高速列車轉向架輪對模態分析的試驗裝置。

本實用新型的技術方案是，一種高速列車轉向架輪對模態分析的試驗裝置包括信號發生器、功率放大器、激振器、加速度傳感器、數據採集卡和PC機。

所述加速度傳感器為壓電式加速度傳感器。

所述信號發生器通過導線連接與功率放大器；功率放大器通過導線與激振器相連；激振器的激振頭與被測件高速列車轉向架輪對相接觸；加速度傳感器的正極與數據採集卡的採集埠相連，負極接地；數據採集卡通過數據線與PC機相連。

本實用新型一種高速列車轉向架輪對模態分析試驗裝置的試驗原理為，當振動達到系統的固有頻率時，系統會產生共振。當激振器產生的振動頻率與所測輪對的固有頻率比較接近時，輪對會產生共振，此時輪對的振動幅值比較大，可以通過加速度傳感器測得，對所採集的信號進行特徵提取與處理後，可以獲得輪對的模態參數。

本實用新型利用信號發生器產生激勵信號，再經功率放大器將信號放大，輸入到激振器中，使激振器產生振動，通過激振頭對輪對的力作用，從而激起輪對的振動。為了獲取振動信號，在輪對上安裝了加速度傳感器，測量輪對的振動加速度信號，由數據採集卡採集振動加速度信號，並將振動加速度模擬信號轉換成數位訊號，最後輸入PC機中，通過模態分析方法，確定輪對的模態參數，從而判斷輪對的運行狀態。

本實用新型的有益效果是，本實用新型採用單點激勵的方式對所測構件進行激勵，單點激勵操作簡單，成本較低，而且可達到比較好的激勵效果。本實用新型採用了穩態正弦激勵信號，通過逐步改變正弦信號的頻率，可以有效的激起被測構件的各階主振動，而且激勵信號的頻率與幅值比較好控制，輸出信號能達到比較高的信噪比。本實用新型採用了激振器激勵的裝置，這種裝置比較容易控制。本實用新型採用了壓電式加速度傳感器，這種傳感器比較靈敏，能快速、準確的測得構件的振動加速度信號。

本實用新型裝置不限於高速列車轉向架輪對的模態分析，對其餘的高速列車構件的模態分析也適用。

附圖說明

圖1是本實用新型的測量裝置示意圖；

圖2是本實用新型的測量技術線路圖；

圖中，1是高速列車轉向架輪對；2是壓電式加速度傳感器；3是數據採集卡；4是PC機；5是信號發生器；6是功率放大器；7是激振器。

具體實施方式

本實用新型的具體實施方式如圖1所示。

本實施例一種高速列車轉向架輪對模態分析的試驗裝置由高速列車轉向架輪對1、壓電式加速度傳感器2、數據採集卡3、PC機4、信號發生器5、功率放大器6、激振器7所組成。其中信號發生器5與功率放大器6用導線連接，並且正極與正極相連，負極與負極相連；功率放大器6與激振器7也用導線相連，激振器7的激振頭與高速列車轉向架輪對1相接觸；加速度傳感器的正極與數據採集卡的採集埠相連，負極接地；數據採集卡3與PC機4是通過數據線相連的。

在信號採集之前，為了確保輸入激振器中的信號是信號發生器提供的信號，需要先將安裝在輪對上的加速度傳感器的信號輸入到示波器中，觀察示波器中顯示的頻率與信號發生器輸出的頻率是否一致，一致時即可進行振動信號的採集。

進行信號採集時，首先打開信號發生器的開關，調節至預先計劃的頻率，再在PC機上設置好保存路徑，然後點擊信號採集的按鈕，振動信號開始被採集並保存至相應的文件中，信號採集結束後，點擊關閉信號採集的按鈕，再關閉信號發生器的開關，信號採集結束。

由於採集到的信號含有噪聲，為了提高特徵提取的準確性，需在信號處理前進行預處理，這裡選擇小波去噪的方法。為了得到比較平緩的去噪曲線，本實用新型選擇軟閾值法；為了達到比較好的去噪效果，本實用新型選擇給定閾值消噪處理的方式。在MATLAB中，輸入原始信號，確定閾值和去噪方式，可得到去噪後的信號。

為了識別輪對的模態參數，首先將預處理後的信號進行經驗模態分解，得到各階特徵模函數和一個剩餘函數；再將經EMD分解後的各階函數進行希爾伯特變換；然後利用MATLAB軟體繪製瞬時幅值對數圖與瞬時相位圖，再進行線性擬合，得到擬合函數的表達式。

根據求解得到的模態參數，與處於正常狀態下輪對的模態參數進行對比，如果在誤差允許的範圍內（本實用新型專利優先考慮5%的誤差範圍），則可判斷輪對的狀態為正常，如果不在這個範圍內，則可判斷輪對的狀態為不正常。