軌道車輛振動特性試驗裝置及方法
2023-12-12 05:09:27
軌道車輛振動特性試驗裝置及方法
【專利摘要】一種軌道車輛振動特性試驗裝置及方法，屬於機械性能測試【技術領域】，其裝置由前運動平臺、後運動平臺、連杆、卡具和作動器構成，兩個運動平臺的左右兩側分別安裝有一個卡具，兩運動平臺的四個角的底部分別通過鉸鏈支座安裝有一個向下的垂向作動器，兩個運動平臺的左側中間位置分別通過鉸鏈支座安裝有一個向左的橫向作動器，兩個運動平臺上分別通過鉸鏈支座安裝有一個連杆。測試方法是將所有作動器及連杆固定，再將車輛推入裝置工位固定，車體內部安裝加速度傳感器，啟動作動器，設定參數，正弦波形式連續加載，激勵頻率範圍0.1~15Hz，移幅值1mm，頻率間隔0.05Hz/s，數據採樣頻率為200Hz，通過加速度傳感器進行數據採集。本裝置能夠便捷、多方面、準確的對車輛的振動特性進行測試。
【專利說明】軌道車輛振動特性試驗裝置及方法【技術領域】
[0001]本發明屬於機械性能測試【技術領域】，涉及軌道車輛振動特性試驗裝置以及利用這種裝置對軌道車輛振動特性試驗的方法。
【背景技術】
[0002]目前，我國高速列車飛速發展，對列車的各方面性能要求也越來越高。列車在高速運轉時與軌道間會產生相互作用，這種動力學效應會對列車的平穩性和舒適性產生影響。整車的振動模態是影響動力學效應的直接因素，對其進行試驗研究具有重大意義。
[0003]由於受到真實軌道線路條件、線路試驗費用預算高、影響車輛正常運行、並且線路試驗重複性差等因素制約，真實測試存在難度。現在多採用試驗的方法在實驗室完成對車輛各部分的振動特性的測試，現有的試驗手段主要包括利用激勵器、力錘敲擊固定點分別測試車體或轉向架的模態，不足之處在於不能對整個車輛同時測試；也有利用滾振試驗的方式來模擬運行情況測試整車的動力學特性，不足在於其設備主要測試車輛動力學特性，而且設備龐大必須滾動和振動同時進行，測試過程複雜，對整車振動模態的測試沒有針對性。因此，開發一種結構合理、方法準確、測試結果多樣化的整車振動特殊試驗系統迫在眉睫。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種軌道車輛振動特性試驗裝置。
[0005]本發明還提供了利用這種裝置對軌道車輛振動特性試驗的方法。
[0006]本發明裝置由前運動平臺、後運動平臺、連杆、卡具和作動器構成，前運動平臺及後運動平臺的臺面左右兩側分別安裝有一個卡具，前運動平臺及後運動平臺的四個角的底部分別通過鉸鏈支座安裝有一個向下的垂向作動器，前運動平臺及後運動平臺的左側中間位置分別通過鉸鏈支座安裝有一個向左的橫向作動器，前運動平臺左右兩側中間位置分別通過鉸鏈支座安裝有一個向前的連杆，後運動平臺左右兩側中間位置分別通過鉸鏈支座安裝有一個向後的連杆，每一個連杆的另一端都鉸鏈有一個固定座。
[0007]所述的卡具由兩個開口對應的凹形槽體構成，四個卡具的相對位置與軌道車輛前端的四個車輪位置對應。
[0008]作動器是由液壓伺服系統驅動的運動裝置。
[0009]本裝置通過以下步驟對軌道車輛振動特性進行試驗測試:
1、將所有作動器的遠離運動平臺端固定在牢固的物體上，並且將每一個連杆的固定座也固定在牢固的物體上，再將車輛推入裝置工位，再利用卡具將車輪固定在運動平臺上，車體兩端利用鏈條牽 引進行安全保護，車體內部安裝加速度傳感器；
2、啟動作動器，設定參數，正弦波形式連續加載，激勵頻率範圍0.f 15Hz，移幅值1mm，頻率間隔0.05Hz/s ；
3、數據採樣頻率為200Hz，在作動器開啟油壓並待油壓穩定後進行調零，然後通過加速度傳感器進行數據採集。
[0010]為了能夠方便說明作動器的動作，設定前運動平臺左側向下的兩個垂向作動器為A，前運動平臺右側向下的兩個垂向作動器為B，後運動平臺左側向下的兩個垂向作動器為C，後運動平臺右側向下的兩個垂向作動器為D，後運動平臺左側作動器為E，前運動平臺的左側作動器為F。
[0011]鉸鏈連接方式可以在平臺進行垂向和橫向運動時提供運動的補償，連杆起到縱向穩定運動平臺的作用；橫向兩個作動器E和F提供橫向加載；垂向作動器A到D，提供垂向加載。
[0012]由於研究的整車振動特性是車輛的固有屬性，所以激勵一側轉向架或者採用兩側轉向架同時激勵所得到的試驗結果一致，並且車輛在試驗過程中是否處在運行狀態，也對振動特性的測試沒有影響，所以本著簡便、易操作、節能等優點，本試驗採用僅對整車的一側轉向架進行激勵的方法。
[0013]本試驗利用液壓伺服控制系統驅動加載設備，通過不同的控制輸入，可以實現不同的激勵方式(如定頻或掃頻)、不同的波形(如線路譜、隨機譜、正弦波、梯形波等)對車輛激勵，同時也可以通過控制系統對掃頻速度、掃頻頻率區間等參數進行控制。驅動的加載設備協調動作，實現模擬車輛在通過特殊路段時，表現出點頭、搖頭、三角坑等姿態，測試整車在該狀態下受到激振所表現出的振動特性。
[0014]試驗前通過在車體左側和右側牆的各處、車上地板及座椅、轉向架的軸箱和構架端部、車下設備(牽引變流器)等處布置三向的加速度傳感器測試振動加速度數據，具體數據採集和分析方法如下:
1、左側及右側牆振動特性:通過垂向、橫向和側滾的振動工況，分別採集側牆各處垂向、橫向和橫垂向的加速度數據，分析側牆邊梁、側牆中部和側牆上部的振動特性、車體的橫彎、垂彎模態、上下心擺頻率以及各類振動模態；
2、轉向架振動特性:通過橫向和垂向的振動工況，分別採集轉向架軸箱和構架頂端的垂向和橫向的加速度數據，分析轉向架構架的浮沉、考察一系和二系懸掛在垂向和橫向振動時對振動的衰減情況等；
3、車下設備:通過對車下設備在橫向和垂向振動工況下的數據採集，分析振動特性； 同理，還可以對車廂地板、車廂座椅等位置進行數據採集和振動特性分析，此處不再贅述。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
本發明採用整車一側轉向架激勵的試驗方法，完成對整車振動特性的測試。本試驗臺的現有結構，對整車振動特性試驗更有針對性，並且具有操作簡便、時效更高、更節能等優
佔.在任意姿態(如:車輛點頭、搖頭、三角坑等姿態)情況下對車輛進行連續激勵，模擬車輛在經過特殊路段，呈現特殊姿態時受到連續激勵的情況；
通過對加載波的各要素控制，可以實現對不同路況路段進行模擬。
[0016]綜合以上，本試驗設備和試驗方法可以便捷、多方面、準確的對車輛的振動特性進行測試，從多姿態、採用多種激勵方式、測試數據多角度等幾個方面得到了創新。【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1整車振動試驗臺示意圖；
圖2整車進入測定試驗臺工位示意圖；
圖3輪對卡具裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0019]本發明裝置由前運動平臺1、後運動平臺2、連杆3、作動器4和卡具5構成，前運動平臺I及後運動平臺2的臺面左右兩側分別安裝有一個卡具5，前運動平臺I及後運動平臺2的四個角的底部分別通過鉸鏈支座6安裝有一個向下的垂向作動器4，前運動平臺I及後運動平臺2的左側中間位置分別通過鉸鏈支座6安裝有一個向左的橫向作動器4，前運動平臺I左右兩側中間位置分別通過鉸鏈支座6安裝有一個向前的連杆3，後運動平臺2左右兩側中間位置分別通過鉸鏈支座6安裝有一個向後的連杆3，每一個連杆3的另一端都鉸鏈有一個固定座7，卡具5由兩個開口對應的凹形槽體構成。
[0020]實驗過程中，首先將車推入試驗工位，再利用卡具將車輪固定在運動平臺上，車體兩端利用鏈條牽引進行安全保護。
[0021]按照試驗要求對三向的加速度傳感器進行布置，並調試好數據採集系統，同時完成對液壓伺服系統的調節，將工況的載荷譜輸入，為試驗做好準備。
[0022]試驗臺的基礎測試動作如下:
垂向振動試驗:利用圖1中A、B、C、D作動器以同相位按規定波形做連續的垂向運動，完成對轉向架的垂向激勵；
橫向振動試驗:利用圖1中E和F以同相位按規定波形做連續的橫向運動,完成對轉向架的橫向激勵；
側滾振動試驗:利用圖1中A與C、B與D做相位相同的垂向運動，但A、C與B、D的垂向運動相位相反，完成對轉向架的側滾激勵。
[0023]車輛姿態模擬並激振:兩個運動平臺垂向作動器協調動作，如圖1所示A、B做相位相同的垂向運動模擬車輛點頭；A、B做相位相同的橫向運動模擬車輛搖頭；A與D、B與C做相位相同的垂向運動，A、D與B、C做相位相反的垂向運動，模擬車輛三角坑，在這些姿態情況下可利用垂向或橫向作動器給予連續激勵。
[0024]上述試驗過程均可以重複進行，且具有較好的重複性。
[0025]具體實施例:
以CRH380系車型為實例，按照以上所述試驗過程，首先將整車推進試驗位置並固定如圖2所示，做好試驗前所需準備。
[0026]根據試驗大綱要求對車體相應位置布加速度傳感器，所布位置如下(所述傳感器為三向的加速度傳感器):
1、車體左側牆頂部和邊梁分別布置5個加速度傳感器；
2、車體右側牆頂部和邊梁分別布置5個加速度傳感器；
3、車輛地板座椅處布置5個加速度傳感器；
4、前中後座椅分別在扶手和靠背處布置I個加速度傳感器； 5、牽引變流器處左右兩側的設備吊掛點和車體吊掛點分別布置I個加速度傳感器；
6、選擇試驗臺上的轉向架，在左右兩側的軸箱端部和構架端部分別布置I個加速度傳感器。
[0027]編制垂向、橫向和側滾三種工況的試驗譜，設定參數為:正弦波形式連續加載，激勵頻率範圍0.1?15Hz，移幅值1mm，頻率間隔0.05Hz/s。
[0028]對數據採集系統的採樣頻率等參數進行設置，數據採樣頻率為200Hz，採集系統應在試驗臺開啟油壓並待油壓穩定後進行調零，然後進行數據採集。
[0029]垂向振動試驗:利用圖1中A、B、C、D作動器以同相位按規定波形做連續的垂向運動，完成對轉向架的垂向激勵；
橫向振動試驗:利用圖1中E和F以同相位按規定波形做連續的橫向運動,完成對轉向架的橫向激勵；
側滾振動試驗:利用圖1中A與C、B與D做相位相同的垂向運動，但A、C與B、D的垂向運動相位相反，完成對轉向架的側滾激勵。
[0030]通過以上工況測試得到的加速度數據，經過數據處理和分析可以得到整車振動特性的相關參數，本次試驗結果如下:
1、車體垂向振動主頻為10.5Hz和14.2Hz，其中10.5Hz對應為車體中部菱形模態。14.2Hz認為是車體垂彎模態。
[0031]2、車體橫向振動主頻為10.6Hz和13.7Hz，其中10.6Hz認為是車體中部菱形模態頻率。13.7Hz認為是車體橫彎模態。
[0032]3、車體剛體振動頻率:側滾激勵時，下心擺動頻率0.8Hz，上心擺動頻率2.1Hz。垂向激勵時，浮沉頻率1.2Hz。
[0033]4、轉向架構架浮沉頻率為6Hz，帶寬較寬。橫向、垂向激擾經一、二系懸掛傳遞至車體振動得到有效衰減。
[0034]5、座椅垂向振動由地板傳遞至靠背，振動頻率為車體彈性振動頻率,前、中、後部座椅振動規律一致。座椅橫向振動由地板傳遞至靠背，振動頻率為車體彈性振動頻率，前、中、後座椅振動規律基本一致。
[0035]除以上結果外，還可對軸箱、構架、車體的橫向和垂向的振動傳遞關係進行分析，同時還可以對車下設備等車輛相關部件進行振動特性測試及分析。
【權利要求】
1.一種軌道車輛振動特性試驗裝置，其特徵在於:它由前運動平臺、後運動平臺、連杆、卡具和作動器構成，前運動平臺及後運動平臺的臺面左右兩側分別安裝有一個卡具，前運動平臺及後運動平臺的四個角的底部分別通過鉸鏈支座安裝有一個向下的垂向作動器，前運動平臺及後運動平臺的左側中間位置分別通過鉸鏈支座安裝有一個向左的橫向作動器，前運動平臺左右兩側中間位置分別通過鉸鏈支座安裝有一個向前的連杆，後運動平臺左右兩側中間位置分別通過鉸鏈支座安裝有一個向後的連杆，每一個連杆的另一端都鉸鏈有一個固定座。
2.根據權利要求1所述的試驗裝置，其特徵在於:卡具由兩個開口對應的凹形槽體構成。
3.根據權利要求1所述裝置的試驗方法，其特徵在於由以下步驟實現: (1)將所有作動器的遠離運動平臺端固定在牢固的物體上，並且將每一個連杆的固定座也固定在牢固的物體上，再將車輛推入裝置工位，再利用卡具將車輪固定在運動平臺上，車體兩端利用鏈條牽弓I進行安全保護，車體內部安裝加速度傳感器； (2)啟動作動器，設定參數，正弦波形式連續加載，激勵頻率範圍0.f 15Hz，移幅值Imm,頻率間隔 0.05Hz/s ； (3)數據採樣頻率為200Hz，在作動器開啟油壓並待油壓穩定後進行調零，然後通過加速度傳感器進行數據採集。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於:垂向振動試驗利用A、B、C、D作動器以同相位做連續的垂向運動。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於:橫向振動試驗利用E作動器和F作動器以同相位做連續的橫向運動。
6.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於:側滾振動試驗利用A與C、B與D作動器做相位相同的垂向運動，但A、C與B、D作動器的垂向運動相位相反。
7.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於:車輛姿態模擬並激振A、B作動器做相位相同的垂向運動模擬車輛點頭；A、B作動器做相位相同的橫向運動模擬車輛搖頭；A與D、B與C作動器做相位相同的垂向運動，A、D與B、C作動器做相位相反的垂向運動，模擬車輛三角坑。
【文檔編號】G01M7/06GK104006940SQ201410238106
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】趙明花, 譚富星 申請人:長春軌道客車股份有限公司