本發(fā)明涉及一種高速列車轉(zhuǎn)向架輪對(duì)模態(tài)分析的試驗(yàn)裝置，屬高速列車轉(zhuǎn)向架輪對(duì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

高速列車是世界鐵路的共同發(fā)展趨勢(shì)，并成為鐵路現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。

高速列車轉(zhuǎn)向架在運(yùn)行中擔(dān)當(dāng)著導(dǎo)向、承載、減振等任務(wù)，同時(shí)也是牽引和制動(dòng)最終執(zhí)行者，是高速列車的關(guān)鍵部件。

高速列車轉(zhuǎn)向架由輪對(duì)、軸箱、一系懸掛、構(gòu)架、二系懸掛、驅(qū)動(dòng)裝置和基礎(chǔ)制動(dòng)裝置等七部分組成，輪對(duì)是高速列車轉(zhuǎn)向架與鋼軌相連接的部分，由左右兩個(gè)車輪牢固地壓裝在同一根車軸上所組成。輪對(duì)是轉(zhuǎn)向架核心關(guān)鍵部件，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響到轉(zhuǎn)向架的穩(wěn)定性。

模態(tài)分析，是通過(guò)外部激勵(lì)，利用數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理及特征提取，由模態(tài)分析法獲得相應(yīng)系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)（主要包括固有頻率與阻尼比），并與實(shí)際系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)相比較，以確定該試驗(yàn)系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定的階段。所以搭建一個(gè)模態(tài)試驗(yàn)裝置，通過(guò)模態(tài)分析法判斷輪對(duì)的穩(wěn)定性將是一種十分有效的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)輪對(duì)的模態(tài)分析，確定高速列車轉(zhuǎn)向架的輪對(duì)是否處于正常狀態(tài)，本實(shí)用新型提出一種高速列車轉(zhuǎn)向架輪對(duì)模態(tài)分析的試驗(yàn)裝置。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種高速列車轉(zhuǎn)向架輪對(duì)模態(tài)分析的試驗(yàn)裝置包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、激振器、加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和PC機(jī)。

所述加速度傳感器為壓電式加速度傳感器。

所述信號(hào)發(fā)生器通過(guò)導(dǎo)線連接與功率放大器；功率放大器通過(guò)導(dǎo)線與激振器相連；激振器的激振頭與被測(cè)件高速列車轉(zhuǎn)向架輪對(duì)相接觸；加速度傳感器的正極與數(shù)據(jù)采集卡的采集端口相連，負(fù)極接地；數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)數(shù)據(jù)線與PC機(jī)相連。

本實(shí)用新型一種高速列車轉(zhuǎn)向架輪對(duì)模態(tài)分析試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)原理為，當(dāng)振動(dòng)達(dá)到系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生共振。當(dāng)激振器產(chǎn)生的振動(dòng)頻率與所測(cè)輪對(duì)的固有頻率比較接近時(shí)，輪對(duì)會(huì)產(chǎn)生共振，此時(shí)輪對(duì)的振動(dòng)幅值比較大，可以通過(guò)加速度傳感器測(cè)得，對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行特征提取與處理后，可以獲得輪對(duì)的模態(tài)參數(shù)。

本實(shí)用新型利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，再經(jīng)功率放大器將信號(hào)放大，輸入到激振器中，使激振器產(chǎn)生振動(dòng)，通過(guò)激振頭對(duì)輪對(duì)的力作用，從而激起輪對(duì)的振動(dòng)。為了獲取振動(dòng)信號(hào)，在輪對(duì)上安裝了加速度傳感器，測(cè)量輪對(duì)的振動(dòng)加速度信號(hào)，由數(shù)據(jù)采集卡采集振動(dòng)加速度信號(hào)，并將振動(dòng)加速度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后輸入PC機(jī)中，通過(guò)模態(tài)分析方法，確定輪對(duì)的模態(tài)參數(shù)，從而判斷輪對(duì)的運(yùn)行狀態(tài)。

本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型采用單點(diǎn)激勵(lì)的方式對(duì)所測(cè)構(gòu)件進(jìn)行激勵(lì)，單點(diǎn)激勵(lì)操作簡(jiǎn)單，成本較低，而且可達(dá)到比較好的激勵(lì)效果。本實(shí)用新型采用了穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)逐步改變正弦信號(hào)的頻率，可以有效的激起被測(cè)構(gòu)件的各階主振動(dòng)，而且激勵(lì)信號(hào)的頻率與幅值比較好控制，輸出信號(hào)能達(dá)到比較高的信噪比。本實(shí)用新型采用了激振器激勵(lì)的裝置，這種裝置比較容易控制。本實(shí)用新型采用了壓電式加速度傳感器，這種傳感器比較靈敏，能快速、準(zhǔn)確的測(cè)得構(gòu)件的振動(dòng)加速度信號(hào)。

本實(shí)用新型裝置不限于高速列車轉(zhuǎn)向架輪對(duì)的模態(tài)分析，對(duì)其余的高速列車構(gòu)件的模態(tài)分析也適用。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的測(cè)量裝置示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的測(cè)量技術(shù)線路圖；

圖中，1是高速列車轉(zhuǎn)向架輪對(duì)；2是壓電式加速度傳感器；3是數(shù)據(jù)采集卡；4是PC機(jī)；5是信號(hào)發(fā)生器；6是功率放大器；7是激振器。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式如圖1所示。

本實(shí)施例一種高速列車轉(zhuǎn)向架輪對(duì)模態(tài)分析的試驗(yàn)裝置由高速列車轉(zhuǎn)向架輪對(duì)1、壓電式加速度傳感器2、數(shù)據(jù)采集卡3、PC機(jī)4、信號(hào)發(fā)生器5、功率放大器6、激振器7所組成。其中信號(hào)發(fā)生器5與功率放大器6用導(dǎo)線連接，并且正極與正極相連，負(fù)極與負(fù)極相連；功率放大器6與激振器7也用導(dǎo)線相連，激振器7的激振頭與高速列車轉(zhuǎn)向架輪對(duì)1相接觸；加速度傳感器的正極與數(shù)據(jù)采集卡的采集端口相連，負(fù)極接地；數(shù)據(jù)采集卡3與PC機(jī)4是通過(guò)數(shù)據(jù)線相連的。

在信號(hào)采集之前，為了確保輸入激振器中的信號(hào)是信號(hào)發(fā)生器提供的信號(hào)，需要先將安裝在輪對(duì)上的加速度傳感器的信號(hào)輸入到示波器中，觀察示波器中顯示的頻率與信號(hào)發(fā)生器輸出的頻率是否一致，一致時(shí)即可進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的采集。

進(jìn)行信號(hào)采集時(shí)，首先打開(kāi)信號(hào)發(fā)生器的開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)至預(yù)先計(jì)劃的頻率，再在PC機(jī)上設(shè)置好保存路徑，然后點(diǎn)擊信號(hào)采集的按鈕，振動(dòng)信號(hào)開(kāi)始被采集并保存至相應(yīng)的文件中，信號(hào)采集結(jié)束后，點(diǎn)擊關(guān)閉信號(hào)采集的按鈕，再關(guān)閉信號(hào)發(fā)生器的開(kāi)關(guān)，信號(hào)采集結(jié)束。

由于采集到的信號(hào)含有噪聲，為了提高特征提取的準(zhǔn)確性，需在信號(hào)處理前進(jìn)行預(yù)處理，這里選擇小波去噪的方法。為了得到比較平緩的去噪曲線，本實(shí)用新型選擇軟閾值法；為了達(dá)到比較好的去噪效果，本實(shí)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(hào)，確定閾值和去噪方式，可得到去噪后的信號(hào)。

為了識(shí)別輪對(duì)的模態(tài)參數(shù)，首先將預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，得到各階特征模函數(shù)和一個(gè)剩余函數(shù)；再將經(jīng)EMD分解后的各階函數(shù)進(jìn)行希爾伯特變換；然后利用MATLAB軟件繪制瞬時(shí)幅值對(duì)數(shù)圖與瞬時(shí)相位圖，再進(jìn)行線性擬合，得到擬合函數(shù)的表達(dá)式。

根據(jù)求解得到的模態(tài)參數(shù)，與處于正常狀態(tài)下輪對(duì)的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，如果在誤差允許的范圍內(nèi)（本實(shí)用新型專利優(yōu)先考慮5%的誤差范圍），則可判斷輪對(duì)的狀態(tài)為正常，如果不在這個(gè)范圍內(nèi)，則可判斷輪對(duì)的狀態(tài)為不正常。