軌道車輛振動特性試驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】一種軌道車輛振動特性試驗(yàn)裝置及方法，屬于機(jī)械性能測試【技術(shù)領(lǐng)域】，其裝置由前運(yùn)動平臺、后運(yùn)動平臺、連桿、卡具和作動器構(gòu)成，兩個(gè)運(yùn)動平臺的左右兩側(cè)分別安裝有一個(gè)卡具，兩運(yùn)動平臺的四個(gè)角的底部分別通過鉸鏈支座安裝有一個(gè)向下的垂向作動器，兩個(gè)運(yùn)動平臺的左側(cè)中間位置分別通過鉸鏈支座安裝有一個(gè)向左的橫向作動器，兩個(gè)運(yùn)動平臺上分別通過鉸鏈支座安裝有一個(gè)連桿。測試方法是將所有作動器及連桿固定，再將車輛推入裝置工位固定，車體內(nèi)部安裝加速度傳感器，啟動作動器，設(shè)定參數(shù)，正弦波形式連續(xù)加載，激勵頻率范圍0.1~15Hz，移幅值1mm，頻率間隔0.05Hz/s，數(shù)據(jù)采樣頻率為200Hz，通過加速度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。本裝置能夠便捷、多方面、準(zhǔn)確的對車輛的振動特性進(jìn)行測試。
【專利說明】軌道車輛振動特性試驗(yàn)裝置及方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械性能測試【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及軌道車輛振動特性試驗(yàn)裝置以及利用這種裝置對軌道車輛振動特性試驗(yàn)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國高速列車飛速發(fā)展，對列車的各方面性能要求也越來越高。列車在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)與軌道間會產(chǎn)生相互作用，這種動力學(xué)效應(yīng)會對列車的平穩(wěn)性和舒適性產(chǎn)生影響。整車的振動模態(tài)是影響動力學(xué)效應(yīng)的直接因素，對其進(jìn)行試驗(yàn)研究具有重大意義。
[0003]由于受到真實(shí)軌道線路條件、線路試驗(yàn)費(fèi)用預(yù)算高、影響車輛正常運(yùn)行、并且線路試驗(yàn)重復(fù)性差等因素制約，真實(shí)測試存在難度?，F(xiàn)在多采用試驗(yàn)的方法在實(shí)驗(yàn)室完成對車輛各部分的振動特性的測試，現(xiàn)有的試驗(yàn)手段主要包括利用激勵器、力錘敲擊固定點(diǎn)分別測試車體或轉(zhuǎn)向架的模態(tài)，不足之處在于不能對整個(gè)車輛同時(shí)測試；也有利用滾振試驗(yàn)的方式來模擬運(yùn)行情況測試整車的動力學(xué)特性，不足在于其設(shè)備主要測試車輛動力學(xué)特性，而且設(shè)備龐大必須滾動和振動同時(shí)進(jìn)行，測試過程復(fù)雜，對整車振動模態(tài)的測試沒有針對性。因此，開發(fā)一種結(jié)構(gòu)合理、方法準(zhǔn)確、測試結(jié)果多樣化的整車振動特殊試驗(yàn)系統(tǒng)迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種軌道車輛振動特性試驗(yàn)裝置。
[0005]本發(fā)明還提供了利用這種裝置對軌道車輛振動特性試驗(yàn)的方法。
[0006]本發(fā)明裝置由前運(yùn)動平臺、后運(yùn)動平臺、連桿、卡具和作動器構(gòu)成，前運(yùn)動平臺及后運(yùn)動平臺的臺面左右兩側(cè)分別安裝有一個(gè)卡具，前運(yùn)動平臺及后運(yùn)動平臺的四個(gè)角的底部分別通過鉸鏈支座安裝有一個(gè)向下的垂向作動器，前運(yùn)動平臺及后運(yùn)動平臺的左側(cè)中間位置分別通過鉸鏈支座安裝有一個(gè)向左的橫向作動器，前運(yùn)動平臺左右兩側(cè)中間位置分別通過鉸鏈支座安裝有一個(gè)向前的連桿，后運(yùn)動平臺左右兩側(cè)中間位置分別通過鉸鏈支座安裝有一個(gè)向后的連桿，每一個(gè)連桿的另一端都鉸鏈有一個(gè)固定座。
[0007]所述的卡具由兩個(gè)開口對應(yīng)的凹形槽體構(gòu)成，四個(gè)卡具的相對位置與軌道車輛前端的四個(gè)車輪位置對應(yīng)。
[0008]作動器是由液壓伺服系統(tǒng)驅(qū)動的運(yùn)動裝置。
[0009]本裝置通過以下步驟對軌道車輛振動特性進(jìn)行試驗(yàn)測試:
1、將所有作動器的遠(yuǎn)離運(yùn)動平臺端固定在牢固的物體上，并且將每一個(gè)連桿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(yùn)動平臺上，車體兩端利用鏈條牽 引進(jìn)行安全保護(hù)，車體內(nèi)部安裝加速度傳感器；
2、啟動作動器，設(shè)定參數(shù)，正弦波形式連續(xù)加載，激勵頻率范圍0.f 15Hz，移幅值1mm，頻率間隔0.05Hz/s ；
3、數(shù)據(jù)采樣頻率為200Hz，在作動器開啟油壓并待油壓穩(wěn)定后進(jìn)行調(diào)零，然后通過加速度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
[0010]為了能夠方便說明作動器的動作，設(shè)定前運(yùn)動平臺左側(cè)向下的兩個(gè)垂向作動器為A，前運(yùn)動平臺右側(cè)向下的兩個(gè)垂向作動器為B，后運(yùn)動平臺左側(cè)向下的兩個(gè)垂向作動器為C，后運(yùn)動平臺右側(cè)向下的兩個(gè)垂向作動器為D，后運(yùn)動平臺左側(cè)作動器為E，前運(yùn)動平臺的左側(cè)作動器為F。
[0011]鉸鏈連接方式可以在平臺進(jìn)行垂向和橫向運(yùn)動時(shí)提供運(yùn)動的補(bǔ)償，連桿起到縱向穩(wěn)定運(yùn)動平臺的作用；橫向兩個(gè)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]由于研究的整車振動特性是車輛的固有屬性，所以激勵一側(cè)轉(zhuǎn)向架或者采用兩側(cè)轉(zhuǎn)向架同時(shí)激勵所得到的試驗(yàn)結(jié)果一致，并且車輛在試驗(yàn)過程中是否處在運(yùn)行狀態(tài)，也對振動特性的測試沒有影響，所以本著簡便、易操作、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，本試驗(yàn)采用僅對整車的一側(cè)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行激勵的方法。
[0013]本試驗(yàn)利用液壓伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動加載設(shè)備，通過不同的控制輸入，可以實(shí)現(xiàn)不同的激勵方式(如定頻或掃頻)、不同的波形(如線路譜、隨機(jī)譜、正弦波、梯形波等)對車輛激勵，同時(shí)也可以通過控制系統(tǒng)對掃頻速度、掃頻頻率區(qū)間等參數(shù)進(jìn)行控制。驅(qū)動的加載設(shè)備協(xié)調(diào)動作，實(shí)現(xiàn)模擬車輛在通過特殊路段時(shí)，表現(xiàn)出點(diǎn)頭、搖頭、三角坑等姿態(tài)，測試整車在該狀態(tài)下受到激振所表現(xiàn)出的振動特性。
[0014]試驗(yàn)前通過在車體左側(cè)和右側(cè)墻的各處、車上地板及座椅、轉(zhuǎn)向架的軸箱和構(gòu)架端部、車下設(shè)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(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)采集和分析方法如下:
1、左側(cè)及右側(cè)墻振動特性:通過垂向、橫向和側(cè)滾的振動工況，分別采集側(cè)墻各處垂向、橫向和橫垂向的加速度數(shù)據(jù)，分析側(cè)墻邊梁、側(cè)墻中部和側(cè)墻上部的振動特性、車體的橫彎、垂彎模態(tài)、上下心擺頻率以及各類振動模態(tài)；
2、轉(zhuǎn)向架振動特性:通過橫向和垂向的振動工況，分別采集轉(zhuǎn)向架軸箱和構(gòu)架頂端的垂向和橫向的加速度數(shù)據(jù)，分析轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的浮沉、考察一系和二系懸掛在垂向和橫向振動時(shí)對振動的衰減情況等；
3、車下設(shè)備:通過對車下設(shè)備在橫向和垂向振動工況下的數(shù)據(jù)采集，分析振動特性； 同理，還可以對車廂地板、車廂座椅等位置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和振動特性分析，此處不再贅述。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明采用整車一側(cè)轉(zhuǎn)向架激勵的試驗(yàn)方法，完成對整車振動特性的測試。本試驗(yàn)臺的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，對整車振動特性試驗(yàn)更有針對性，并且具有操作簡便、時(shí)效更高、更節(jié)能等優(yōu)
占.在任意姿態(tài)(如:車輛點(diǎn)頭、搖頭、三角坑等姿態(tài))情況下對車輛進(jìn)行連續(xù)激勵，模擬車輛在經(jīng)過特殊路段，呈現(xiàn)特殊姿態(tài)時(shí)受到連續(xù)激勵的情況；
通過對加載波的各要素控制，可以實(shí)現(xiàn)對不同路況路段進(jìn)行模擬。
[0016]綜合以上，本試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法可以便捷、多方面、準(zhǔn)確的對車輛的振動特性進(jìn)行測試，從多姿態(tài)、采用多種激勵方式、測試數(shù)據(jù)多角度等幾個(gè)方面得到了創(chuàng)新。【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1整車振動試驗(yàn)臺示意圖；
圖2整車進(jìn)入測定試驗(yàn)臺工位示意圖；
圖3輪對卡具裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0019]本發(fā)明裝置由前運(yùn)動平臺1、后運(yùn)動平臺2、連桿3、作動器4和卡具5構(gòu)成，前運(yùn)動平臺I及后運(yùn)動平臺2的臺面左右兩側(cè)分別安裝有一個(gè)卡具5，前運(yùn)動平臺I及后運(yùn)動平臺2的四個(gè)角的底部分別通過鉸鏈支座6安裝有一個(gè)向下的垂向作動器4，前運(yùn)動平臺I及后運(yùn)動平臺2的左側(cè)中間位置分別通過鉸鏈支座6安裝有一個(gè)向左的橫向作動器4，前運(yùn)動平臺I左右兩側(cè)中間位置分別通過鉸鏈支座6安裝有一個(gè)向前的連桿3，后運(yùn)動平臺2左右兩側(cè)中間位置分別通過鉸鏈支座6安裝有一個(gè)向后的連桿3，每一個(gè)連桿3的另一端都鉸鏈有一個(gè)固定座7，卡具5由兩個(gè)開口對應(yīng)的凹形槽體構(gòu)成。
[0020]實(shí)驗(yàn)過程中，首先將車推入試驗(yàn)工位，再利用卡具將車輪固定在運(yùn)動平臺上，車體兩端利用鏈條牽引進(jìn)行安全保護(hù)。
[0021]按照試驗(yàn)要求對三向的加速度傳感器進(jìn)行布置，并調(diào)試好數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，同時(shí)完成對液壓伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，將工況的載荷譜輸入，為試驗(yàn)做好準(zhǔn)備。
[0022]試驗(yàn)臺的基礎(chǔ)測試動作如下:
垂向振動試驗(yàn):利用圖1中A、B、C、D作動器以同相位按規(guī)定波形做連續(xù)的垂向運(yùn)動，完成對轉(zhuǎn)向架的垂向激勵；
橫向振動試驗(yàn):利用圖1中E和F以同相位按規(guī)定波形做連續(xù)的橫向運(yùn)動,完成對轉(zhuǎn)向架的橫向激勵；
側(cè)滾振動試驗(yàn):利用圖1中A與C、B與D做相位相同的垂向運(yùn)動，但A、C與B、D的垂向運(yùn)動相位相反，完成對轉(zhuǎn)向架的側(cè)滾激勵。
[0023]車輛姿態(tài)模擬并激振:兩個(gè)運(yùn)動平臺垂向作動器協(xié)調(diào)動作，如圖1所示A、B做相位相同的垂向運(yùn)動模擬車輛點(diǎn)頭；A、B做相位相同的橫向運(yùn)動模擬車輛搖頭；A與D、B與C做相位相同的垂向運(yùn)動，A、D與B、C做相位相反的垂向運(yùn)動，模擬車輛三角坑，在這些姿態(tài)情況下可利用垂向或橫向作動器給予連續(xù)激勵。
[0024]上述試驗(yàn)過程均可以重復(fù)進(jìn)行，且具有較好的重復(fù)性。
[0025]具體實(shí)施例:
以CRH380系車型為實(shí)例，按照以上所述試驗(yàn)過程，首先將整車推進(jìn)試驗(yàn)位置并固定如圖2所示，做好試驗(yàn)前所需準(zhǔn)備。
[0026]根據(jù)試驗(yàn)大綱要求對車體相應(yīng)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(cè)墻頂部和邊梁分別布置5個(gè)加速度傳感器；
2、車體右側(cè)墻頂部和邊梁分別布置5個(gè)加速度傳感器；
3、車輛地板座椅處布置5個(gè)加速度傳感器；
4、前中后座椅分別在扶手和靠背處布置I個(gè)加速度傳感器； 5、牽引變流器處左右兩側(cè)的設(shè)備吊掛點(diǎn)和車體吊掛點(diǎn)分別布置I個(gè)加速度傳感器；
6、選擇試驗(yàn)臺上的轉(zhuǎn)向架，在左右兩側(cè)的軸箱端部和構(gòu)架端部分別布置I個(gè)加速度傳感器。
[0027]編制垂向、橫向和側(cè)滾三種工況的試驗(yàn)譜，設(shè)定參數(shù)為:正弦波形式連續(xù)加載，激勵頻率范圍0.1?15Hz，移幅值1mm，頻率間隔0.05Hz/s。
[0028]對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，數(shù)據(jù)采樣頻率為200Hz，采集系統(tǒng)應(yīng)在試驗(yàn)臺開啟油壓并待油壓穩(wěn)定后進(jìn)行調(diào)零，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
[0029]垂向振動試驗(yàn):利用圖1中A、B、C、D作動器以同相位按規(guī)定波形做連續(xù)的垂向運(yùn)動，完成對轉(zhuǎn)向架的垂向激勵；
橫向振動試驗(yàn):利用圖1中E和F以同相位按規(guī)定波形做連續(xù)的橫向運(yùn)動,完成對轉(zhuǎn)向架的橫向激勵；
側(cè)滾振動試驗(yàn):利用圖1中A與C、B與D做相位相同的垂向運(yùn)動，但A、C與B、D的垂向運(yùn)動相位相反，完成對轉(zhuǎn)向架的側(cè)滾激勵。
[0030]通過以上工況測試得到的加速度數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和分析可以得到整車振動特性的相關(guān)參數(shù)，本次試驗(yàn)結(jié)果如下:
1、車體垂向振動主頻為10.5Hz和14.2Hz，其中10.5Hz對應(yīng)為車體中部菱形模態(tài)。14.2Hz認(rèn)為是車體垂彎模態(tài)。
[0031]2、車體橫向振動主頻為10.6Hz和13.7Hz，其中10.6Hz認(rèn)為是車體中部菱形模態(tài)頻率。13.7Hz認(rèn)為是車體橫彎模態(tài)。
[0032]3、車體剛體振動頻率:側(cè)滾激勵時(shí)，下心擺動頻率0.8Hz，上心擺動頻率2.1Hz。垂向激勵時(shí)，浮沉頻率1.2Hz。
[0033]4、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架浮沉頻率為6Hz，帶寬較寬。橫向、垂向激擾經(jīng)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、后部座椅振動規(guī)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、后座椅振動規(guī)律基本一致。
[0035]除以上結(jié)果外，還可對軸箱、構(gòu)架、車體的橫向和垂向的振動傳遞關(guān)系進(jìn)行分析，同時(shí)還可以對車下設(shè)備等車輛相關(guān)部件進(jìn)行振動特性測試及分析。
【權(quán)利要求】
1.一種軌道車輛振動特性試驗(yàn)裝置，其特征在于:它由前運(yùn)動平臺、后運(yùn)動平臺、連桿、卡具和作動器構(gòu)成，前運(yùn)動平臺及后運(yùn)動平臺的臺面左右兩側(cè)分別安裝有一個(gè)卡具，前運(yùn)動平臺及后運(yùn)動平臺的四個(gè)角的底部分別通過鉸鏈支座安裝有一個(gè)向下的垂向作動器，前運(yùn)動平臺及后運(yùn)動平臺的左側(cè)中間位置分別通過鉸鏈支座安裝有一個(gè)向左的橫向作動器，前運(yùn)動平臺左右兩側(cè)中間位置分別通過鉸鏈支座安裝有一個(gè)向前的連桿，后運(yùn)動平臺左右兩側(cè)中間位置分別通過鉸鏈支座安裝有一個(gè)向后的連桿，每一個(gè)連桿的另一端都鉸鏈有一個(gè)固定座。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于:卡具由兩個(gè)開口對應(yīng)的凹形槽體構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于由以下步驟實(shí)現(xiàn): (1)將所有作動器的遠(yuǎn)離運(yùn)動平臺端固定在牢固的物體上，并且將每一個(gè)連桿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(yùn)動平臺上，車體兩端利用鏈條牽弓I進(jìn)行安全保護(hù)，車體內(nèi)部安裝加速度傳感器； (2)啟動作動器，設(shè)定參數(shù)，正弦波形式連續(xù)加載，激勵頻率范圍0.f 15Hz，移幅值Imm,頻率間隔 0.05Hz/s ； (3)數(shù)據(jù)采樣頻率為200Hz，在作動器開啟油壓并待油壓穩(wěn)定后進(jìn)行調(diào)零，然后通過加速度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:垂向振動試驗(yàn)利用A、B、C、D作動器以同相位做連續(xù)的垂向運(yùn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:橫向振動試驗(yàn)利用E作動器和F作動器以同相位做連續(xù)的橫向運(yùn)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:側(cè)滾振動試驗(yàn)利用A與C、B與D作動器做相位相同的垂向運(yùn)動，但A、C與B、D作動器的垂向運(yùn)動相位相反。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:車輛姿態(tài)模擬并激振A、B作動器做相位相同的垂向運(yùn)動模擬車輛點(diǎn)頭；A、B作動器做相位相同的橫向運(yùn)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(yùn)動，A、D與B、C作動器做相位相反的垂向運(yùn)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(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】趙明花, 譚富星 申請人:長春軌道客車股份有限公司