CN103278303B - 一种轨道交通设备冲击试验波形补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通设备冲击试验波形补偿方法，通过选择合适的补偿波形，将补偿参数设置在1%～35%之间，使冲击过程中的“最大速度Vmax（m/s）”、“最大位移D？max（mm）”、“最小位移-Dmin”三个参数值符合冲击试验设备电动振动台的许用技术指标要求。本发明的冲击补偿方法可以使轨道交通设备冲击试验时的末速度和末位移都恢复到零处；可优化冲击试验的位移，提升振动台的冲击试验能力，即技术参数一定的振动台可以完成更大量级的冲击试验。

Description

一种轨道交通设备冲击试验波形补偿方法

技术领域

本发明涉及一种波形补偿方法,特别是一种轨道交通设备冲击试验波形补偿方法。

背景技术

轨道交通设备在定型时需按IEC61373的要求完成冲击试验，以验证其在实际使用环境中的冲击耐受能力。冲击试验的目的在于评估设备结构和功能承受非重复性冲击的能力，并确定设备的易损性，冲击会导致结构永久性变形、零件间摩擦力变化、设备绝缘变化、磁场变化、零件损坏、材料加速疲劳与破裂。由于机车车辆设备在运行过程中不可避免地历经复杂的冲击环境，因此在产品装车前必须按要求完成冲击试验。

现有冲击试验设备主要有电动振动台和冲击台两种，电动振动台其冲击波形好，易于控制，使用便捷，但冲击加速度不能很大，一般不超过100g。冲击台可以达到很大的冲击加速度，可达1000g，但是其冲击波形有时不规则，试验过程不好控制。

然而，在冲击试验时一个经典的加速度脉冲将产生一个非零的末速度和末位移，但要在振动台上复现一个脉冲，其末速度和位移必须为零（或趋于零），需要确保在冲击试验结束振动台的速度和位移恢复到静止状态。

在冲击试验时一般是给出时域加速度脉冲波形a(t)，其脉冲波形分为半正弦波、半正矢波、前锋锯齿波、后锋锯齿波、三角形波、矩形波、梯形波等7种，机车车辆设备冲击试验波形为半正弦波。如图1所示的半正弦波形式，该波形在冲击结束的t₂时刻，其末加速度a₂虽为0，但经一次积分和二次积分后得到的末速度v₂和末位移d₂均不为0，这样容易损坏振动台，且所采用补偿波形或补偿方式不合适时，其冲击的最大绝对位移会大大增加，如表1所示：

表1冲击补偿方式、补偿参数与最大绝对位移之间的关系

由表1可知，冲击补偿方式与补偿参数对冲击最大位移影响巨大，而目前轨道交通设备所遵照执行的IEC61373和IEC60068-2-27等国际通行的标准中均未给出冲击试验的波形补偿方式与补偿参数，而冲击试验时必须对波形进行补偿，因此，需要对补偿的方式与参数进行研究确定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种轨道交通设备冲击试验波形补偿方法，使轨道交通设备冲击试验时的末速度和末位移都恢复到零处，优化冲击试验的位移，提升振动台的冲击试验能力。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种轨道交通设备冲击试验波形补偿方法，该方法为：

1）根据试验类别，在冲击控制系统中设置“峰值加速度”值和“标称持续时间”值；

2）在冲击控制系统中设置补偿的类型：当轨道交通设备电动振动台的最大许用位移足够时，采用前后半正弦波补偿方式；当电动振动台的最大许用位移限制时，依次选用前后双圆矩形波补偿、前后双矩形波补偿、前后三角形波补偿和位移最优化补偿方式；

3）通过冲击控制系统计算出本次冲击过程的“最大速度Vmax（m/s）”、“最大位移D max（mm）”、“最小位移-Dmin”三个参数值；

4）在冲击控制系统中设置“前补偿”和“后补偿”参数值，如果采用“前后半正弦波补偿”方式，则其前、后补偿的参数值相等，其取值范围为1%～35%；若不是“前后半正弦波补偿”方式，则前、后补偿值为1%～35，且前后补偿值相等或不相等；

5）比较冲击过程中的“最大速度Vmax（m/s）”、“最大位移D max（mm）”、“最小位移-Dmin”这三个参数值是否符合冲击试验设备电动振动台的许用技术指标要求：当采用前后半正弦波补偿方式时，若“最大速度Vmax（m/s）”、“最大位移D max（mm）”、“最小位移-Dmin”这三个参数超出了电动振动台的许用范围，则改变补偿方式；当采用前后双圆矩形波补偿、前后双矩形波补偿、前后三角形波补偿、位移最优化补偿方式中的一种时，若“最大速度Vmax（m/s）”、“最大位移D max（mm）”、“最小位移-Dmin”这三个参数超出了电动振动台的许用范围，则改变前、后补偿的参数值；直至冲击过程中的“最大速度Vmax（m/s）”、“最大位移D max（mm）”、“最小位移-Dmin”三个参数符合电动振动台许用要求为止；

6）启动冲击试验程序，完成冲击试验。

所谓最大许用位移足够，就是冲击时的最大位移小于振动台的最大许用位移。每个振动台不同而其最大许用位移也不同，一般的振动台最大许用位移有76.2mm、50.8mm、38.1mm等3种。

作为优选方案，所述步骤4）中，如果采用“前后半正弦波补偿”方式，则其前、后补偿的参数值均为35%；如果采用前后双圆矩形波补偿、前后双矩形波补偿、前后三角形波补偿、位移最优化补偿方式中的一种，则前补偿的参数值为20%，后补偿的参数值为16%。

作为优选方案，所述步骤5）中，在采用前后双圆矩形波补偿、前后双矩形波补偿、前后三角形波补偿、位移最优化补偿方式中的一种时，当“最大位移D max（mm）”和“最小位移-Dmin”两者误差不超过10%时，则停止改变前、后补偿的参数值。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明的冲击补偿方法可以使轨道交通设备冲击试验时的末速度和末位移都恢复到零处；可优化冲击试验的位移，提升振动台的冲击试验能力，即技术参数一定的振动台可以完成更大量级的冲击试验；弥补了目前IEC61373和IEC60068-2-27:1987等国际通行的标准均未能给出冲击试验的波形补偿方式与补偿参数的空白。

附图说明

图1为半正弦冲击波补偿示意图；

图2为半正弦脉冲冲击试验容差范围示意图；

图3为前后半正弦波补偿方式示意图；

图4为前后矩形波补偿方式示意图；

图5为前后双矩形波补偿方式示意图；

图6为前后三角波补偿方式示意图；

图7为前后双圆矩形波补偿方式示意图；

图8为位移最优化补偿方式示意图；

图9－图32分别为本发明具体实施方式表3所对应的各种补偿方式在不同的冲击参数下的冲击加速度、速度、位移图；

其中：

图1中，A为波形补偿系数；图9－图32中，纵坐标上的gn为冲击加速度；m/s为速度；mm为位移。

具体实施方式

IEC61373标准中规定的轨道交通设备冲击试验要求见表2和图2：

表2冲击试验参数

IEC61373标准中规定的轨道交通设备的冲击试验波形为图2所示半正弦脉冲。

针对轨道交通设备的冲击试验的半正弦波冲击波形，本发明人经过多个实验测试比较，合适的补偿方式有：前后半正弦波补偿（图3），前后矩形波补偿（图4），前后双矩形波补偿（图5），前后三角波补偿（图6），前后双圆矩形波补偿（图7），位移最优化补偿（图8）等6种。

图3中的红色曲线为上、下中断线，即上红色曲线和下红色曲线之间为允许的容差范围。绿色曲线为标准所规定的冲击波形，图3～图8均一样。

冲击试验补偿其实质是在幅值为A的主脉冲前后分别附加一个反向的脉冲波形，即设备在经受主脉冲冲击的前后都需历经一次幅值等于kA的冲击，如果k值过大，则补偿脉冲冲击对设备的影响也越严酷，这就有可能致使原本不会失效的产品失效，导致了过试验，因此选择合适的补偿因子非常关键。

按照轨道交通设备的冲击标准要求进行冲击试验，在表3中列出了1类A级B级、2类和3类冲击试验时，分别采用前后半正弦波补偿、前后矩形波补偿、前后双矩形波补偿、前后三角形波补偿、前后双圆矩形波补偿、位移最优补偿等6种补偿方式下测得的最大速度、最小速度、最大位移、最小位移等4种参数：

表3各种冲击参数下不同补偿方式的冲击加速度、速度和位移表

由表3和图9～图32的可知：

1）比较分析图9～图32可知，冲击试验过程中，前后半正弦波补偿方式的加速度、速度和位移曲线圆滑，无突变拐点，由此可见，其冲击试验过程中也没有加速度、速度和位移的突变，因此在采用前后半正弦波补偿时冲击过程平稳无震荡，对冲击设备振动台寿命损伤较少，很好地保护了振动台。

比较分析图9～图32可知，冲击试验过程中，前后矩形波补偿，前后双矩形波补偿，前后三角波补偿，前后双圆矩形波补偿，位移最优化补偿5种补偿方式的速度和位移曲线存在突变点，因此，采用以上5种补偿方法补偿时冲击过程存在震荡，对冲击设备振动台的损伤较大，不利于保护振动台。虽然采用以上5中补偿方式导致振动台的损害或震荡，但当振动台的最大许用位移不够时，为了完成冲击试验，就需要采用以上五种补偿方式中的一种来减少冲击过程中的最大位移，使其顺利完成冲击试验。在冲击设备能力有限时（最大许用位移不够），为了顺利完成试验，就选取以上5种补偿方式来弥补设备试验能力不足的缺陷。

2）分析由表3可知，冲击试验中，采用前后半正弦波补偿的位移较大，而振动台的最大许用位移是一定的，当振动台的最大许用位移较小时，则限制了冲击试验的完成。而双矩形波补偿，前后三角波补偿，前后双圆矩形波补偿，位移最优化补偿等补偿方式可以大大减少冲击过程中的最大位移，有利于完成冲击试验。因此，轨道交通设备的冲击试验时，只要振动台的最大许用位移足够，推荐采用前后半正弦波补偿方式，当振动台的最大许用位移限制时，选用前后双圆矩形波补偿、前后双矩形波补偿、前后三角形波补偿和位移最优化补偿方式中的一种。

本发明的冲击试验补偿方法具体步骤如下：

第一步：根据试验类别（从表2中选择），在冲击控制系统中设置“峰值加速度”值和“标称持续时间”值；

第二步：在冲击控制系统中设置补偿的类型：

轨道交通设备冲击试验波形补偿类型一般为：前后半正弦波补偿、前后矩形波补偿、前后双矩形波补偿、前后三角形波补偿、前后双圆矩形波补偿、位移最优补偿等6种；推荐使用前后半正弦波补偿，因为这种补偿方式的加速度、速度、位移时域波形均不存在突变，使得整个冲击过程平稳。

第三步：通过冲击控制系统计算出本次冲击过程的“最大速度Vmax（m/s）”、“最大位移D max（mm）”、“最小位移-Dmin”等三个参数值；

第四步：在冲击控制系统中设置“前补偿”和“后补偿”参数值，如果采用“前后半正弦波补偿”方式，则其前、后补偿的参数值应当相等，其取值范围为1%～35%之间，最优取20%。若不是“前后半正弦波补偿”方式，则前、后补偿值在1%～35%之间取值。

第五步：比较冲击过程中的“最大速度Vmax（m/s）”、“最大位移D max（mm）”、“最小位移-Dmin”这三个参数值是否符合冲击试验设备电动振动台的许用技术指标要求。如冲击中的“最大速度Vmax”应当小于电动振动台的最大允许速度，冲击过程中的最大位移值是一样；

若“最大速度Vmax（m/s）”、“最大位移D max（mm）”、“最小位移-Dmin”这三个参数超出了电动振动台的许用范围，则需要改变补偿方式或改变前、后补偿值，直至冲击过程中的“最大速度Vmax（m/s）”、“最大位移D max（mm）”、“最小位移-Dmin”这三个参数符合电动振动台许用要求为止。

若不是使用“前后半正弦波补偿”方式，则前、后补偿值不一定需要一致，可以不断调整其前补偿和后补偿的值（如前补偿为20%，后补偿为16%），直至其最大位移D max值和最小位移∣-D max∣值最为接近（基本一致，Dmax和∣-D max∣两者误差不超过10%），这样有利于冲击过程结束后，电动振动台的动圈回到中心位置。

第六步：确认设置参数后启动冲击试验程序，完成冲击试验。

Claims (3)

1.一种轨道交通设备冲击试验波形补偿方法，其特征在于，该方法为：

1）根据试验类别，在冲击控制系统中设置“峰值加速度”值和“标称持续时间”值；

2）在冲击控制系统中设置补偿的类型：当轨道交通设备电动振动台的最大许用位移足够时，采用前后半正弦波补偿方式；当电动振动台的最大许用位移限制时，选用前后双圆矩形波补偿、前后双矩形波补偿、前后三角形波补偿和位移最优化补偿方式中的一种；

3）通过冲击控制系统计算出本次冲击过程的“最大速度Vmax m/s”、“最大位移D max mm”、“最小位移-Dmin”三个参数值；

4）在冲击控制系统中设置“前补偿”和“后补偿”参数值，如果采用“前后半正弦波补偿”方式，则其前、后补偿的参数值相等，其取值范围为1%~35%；若不是“前后半正弦波补偿”方式，则前、后补偿值为1%~35%，且前后补偿值相等或不相等；

5）比较冲击过程中的“最大速度Vmax m/s”、“最大位移D max mm”、“最小位移-Dmin”这三个参数值是否符合冲击试验设备电动振动台的许用技术指标要求：当采用前后半正弦波补偿方式时，若“最大速度Vmax m/s”、“最大位移D max mm”、“最小位移-Dmin”这三个参数超出了电动振动台的许用范围，则改变补偿方式；当采用前后双圆矩形波补偿、前后双矩形波补偿、前后三角形波补偿、位移最优化补偿方式中的一种时，若“最大速度Vmax m/s”、“最大位移D max mm”、“最小位移-Dmin”这三个参数超出了电动振动台的许用范围，则改变前、后补偿的参数值；直至冲击过程中的“最大速度Vmax m/s”、“最大位移D max mm”、“最小位移-Dmin”三个参数符合电动振动台许用要求为止；

6）启动冲击试验程序，完成冲击试验。

2.根据权利要求1所述的轨道交通设备冲击试验波形补偿方法，其特征在于，所述步骤4）中，如果采用“前后半正弦波补偿”方式，则其前、后补偿的参数值均为35%；如果采用前后双圆矩形波补偿、前后双矩形波补偿、前后三角形波补偿、位移最优化补偿方式中的一种，则前补偿的参数值为20%，后补偿的参数值为16%。

3.根据权利要求1所述的轨道交通设备冲击试验波形补偿方法，其特征在于，所述步骤5）中，在采用前后双圆矩形波补偿、前后双矩形波补偿、前后三角形波补偿、位移最优化补偿方式中的一种时，当“最大位移D max mm”和“最小位移-Dmin”两者误差不超过10%时，则停止改变前、后补偿的参数值。