CN105510062A - 一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置，包括移动支座、垂向定位轨道、量角盘、旋转支臂以及安装在旋转支臂上的若干个传声器夹具，若干个传声器夹具绕量角盘旋转形成与量角盘平行的圆形测试面，旋转支臂上焊接有便于观察量角盘上刻度的指示针。本发明的有益效果是：利用该装置的基本结构，只需适当调整各部分尺寸，便可实现对任意结构的圆形声辐射表面进行声辐射指向性测量；利用该装置可帮助技术人员简便、直观地识别火车车轮辐板声辐射严重区域，从而针对性地提出降噪措施；并实现了从声学测试角度获得车轮主要模态及其模态振型的方法创新，不再局限于利用振动实验来获取结构系统模态及振型信息的传统测试方法。

Description

一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置
技术领域
本发明属于轨道交通车辆行业的NVH测试领域，涉及一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置。
背景技术
轮轨噪声是轨道交通领域的主要噪声源之一，且车轮产生的噪声在轮轨噪声中占据了相当大的比重，而车轮辐板是车轮噪声的主要辐射区域，研究车轮辐板的声辐射指向性，可以帮助技术人员有效识别其声辐射严重区域，从而针对性地提出降噪措施。目前最常见的能够用于声辐射指向性研究的技术主要有B&K等知名振动噪声公司研发的用于远场、近场和内外声场全息测量分析和声源定位的轮辐阵列、球形阵列和平面阵列系统。
模态是结构系统的固有振动特性，结构系统在受到激励后，会呈现出由若干模态振动主导的复合振动型态，火车车轮亦是如此。其中，这些模态振动占据了整体振动中的绝大部分能量。因此，识别火车车轮振动的主要模态，能够帮助研究人员从减振的角度，采取相应措施，有的放矢地削弱这些主要模态振动，从而达到减振降噪的目的。目前，识别结构系统模态及模态振型的方法主要包括两种：利用现有Ansys、MSCNastran、Vitual.lab等有限元软件进行计算的方法；利用振动传感器和模态激振器进行测试的方法。
这些识别结构系统模态及模态振型的方法具有以下问题和不足：
(1)B&K等知名振动噪声公司研发的声阵列系统虽然具备很高的测试精度，但其成本高昂，且所采用的传声器支架结构相对固定，不便随测试环境的变化而做出相应调整，因此对测试条件的要求较高，操作不够方便；
(2)当车轮的材料多样且结构复杂时，利用有限元软件准确计算结构的模态和振型将变得较为困难；而传统的振动测试方法需要振动传感器和模态激振器，测试成本高，且分析过程繁琐。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种简单经济、操作方便的转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置，能够有效识别火车车轮辐板的声辐射严重区域，并从声学角度实现对火车车轮模态和振型的识别，从而帮助技术人员针对性地提出减振降噪措施。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置，包括移动支座、垂直焊接于移动支座上的垂向定位轨道、垂向可移动连接于垂向定位轨道上的量角盘、连接于量角盘外侧面的在与量角盘平行的竖直面内做旋转运动的旋转支臂以及安装在旋转支臂上的若干个传声器夹具，若干个传声器夹具绕量角盘旋转形成与量角盘平行的圆形测试面，旋转支臂上焊接有便于观察量角盘上刻度的指示针。
进一步地，量角盘的与旋转支臂接触面的对侧面焊接有滑块，滑块为方形，量角盘的圆心与滑块焊接面的几何中心重合。
进一步地，垂向定位轨道的横截面呈“[”型，垂向定位轨道侧面形成供滑块上下位移的滑槽，垂向定位轨道中央沿垂向开设有用于将滑块固定在垂向定位轨道上的通槽。
进一步地，滑块的与滑槽接触面的中心钻有螺纹孔，通槽内穿设有拧入螺纹孔将滑块固定在滑槽内的第一螺栓。
进一步地，量角盘的盘面上标有角度刻度，量程360度，最小间隔为5度。
进一步地，旋转支臂为折式直角结构，旋转支臂包括相互垂直设置的连接面和安装面，连接面与量角盘外侧面可旋转贴合连接，若干个传声器夹具安装于安装面上，若干个传声器夹具呈一列均匀排列，传声器夹具上安装有传声器。
进一步地，指示针的方向与传声器夹具列平行，指示针的反向延长线通过传声器夹具列的旋转中心。
进一步地，连接面与量角盘圆心通过第二螺栓可旋转连接，通过第二螺栓的松紧，实现连接面以量角盘圆心为中心的旋转运动及其与量角盘相对位置的固定。
进一步地，移动支座的底部安装有变向轮。
进一步地，量角盘的圆心、传声器夹具列形成的传声器列的旋转中心与待测车轮的中心在一直线上。
本发明的有益效果是：利用该装置的基本结构，只需适当调整各部分尺寸，便可实现对任意结构的圆形声辐射表面进行声辐射指向性测量；利用该装置可帮助技术人员简便、直观地识别火车车轮辐板声辐射严重区域，从而针对性地提出降噪措施；并实现了从声学测试角度获得车轮主要模态及其模态振型的方法创新，不再局限于利用振动实验来获取结构系统模态及振型信息的传统测试方法。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的爆炸图；
其中：1.移动支座，2.垂向定位轨道，3.量角盘，4.旋转支臂，5.传声器夹具，6.指示针，7.滑块，8.滑槽，9.通槽，10.第一螺栓，11.第二螺栓。
图2是利用该装置对一标准火车车轮和一阻尼火车车轮进行辐板声辐射指向性的测试图，其中，(a)显示了两个车轮的(0,3)模态，(b)显示了两个车轮的(0,4)模态。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
如图1所示的一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置，包括移动支座1、垂直焊接于移动支座1上的垂向定位轨道2、垂向可移动连接于垂向定位轨道2上的量角盘3、连接于量角盘3外侧面的在与量角盘3平行的竖直面内做旋转运动的旋转支臂4以及安装在旋转支臂4上的若干个传声器夹具5，若干个传声器夹具5绕量角盘3旋转形成与量角盘3平行的圆形测试面，实现对火车车轮辐板表面的声辐射指向性扫描测试，旋转支臂4上焊接有便于观察量角盘3上刻度的指示针6。
量角盘3的与旋转支臂4接触面的对侧面焊接有滑块7，滑块7为方形，量角盘3的圆心与滑块7焊接面的几何中心重合。
垂向定位轨道2的横截面呈“[”型，垂向定位轨道2侧面形成供滑块7上下位移的滑槽8，垂向定位轨道2中央沿垂向开设有用于将滑块7固定在垂向定位轨道2上的通槽9。
与滑槽8接触面的滑块7的中心钻有螺纹孔，通槽9内穿设有拧入螺纹孔将滑块7固定在滑槽8内的第一螺栓10。
量角盘3的盘面上标有角度刻度，量程360度，最小间隔为5度。
旋转支臂4为折式直角结构，旋转支臂4包括相互垂直设置的连接面和安装面，连接面与量角盘3外侧面可旋转贴合连接，若干个传声器夹具5安装于安装面上，若干个传声器夹具5呈一列均匀排列。传声器夹具5上安装有传声器，可随着旋转支臂4在竖直平面的旋转，实现对火车车轮辐板表面的声辐射指向性扫描测试。
指示针6的方向与传声器夹具列平行，指示针6的反向延长线通过传声器夹具列的旋转中心。在旋转支臂4的旋转过程中，指示针6在量角盘3面上方同时转动，联合观察指示针6和量角盘3上的刻度，可帮助测试人员明确旋转支臂4转动的角度数值信息，从而实现声学传感器的准确定位，提高了测试精度。
在连接面的中心开有10mm直径的通孔，连接面与量角盘3圆心通过第二螺栓11可旋转连接，利用直径8mm的第二螺栓11穿过该通孔，再拧进量角盘3的螺纹孔，可将旋转支臂与量角盘3连接，并通过第二螺栓11的松紧，实现连接面以量角盘3圆心为中心的旋转运动及其与量角盘3相对位置的固定。
移动支座1的底部安装有变向轮，保证在安装变向轮后，移动支座1的上表面保持水平。移动支座1质量较大，重心较稳，且有足够的刚度，能够有效支撑上方所有部件，可采用实心铸钢材料。
垂向定位轨道2和滑块7采用铝合金材料，通槽9宽度10mm，可供直径8mm的第一螺栓10穿过并在其中上下移动。
量角盘3采用铝合金材料，量角盘3的中心钻有便于与第二螺栓11连接的螺纹孔，孔径8mm。传声器夹具列上的传声器列的中央一个传声器的中心与量角盘3的圆心、待测车轮的中心在一直线上，因此通过转动旋转支臂4，形成圆形测试面，实现对火车车轮辐板表面的声辐射指向性扫描测试。
如图2示，利用本发明的装置对一标准火车车轮和一阻尼火车车轮分别进行辐板声辐射指向性扫描测试，测试结果展示了两个车轮的(0,3)和(0,4)两个模态，其中颜色越深的区域，表示该区域的声辐射水平越高，噪声辐射越严重。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置，其特征是：包括移动支座、垂直焊接于移动支座上的垂向定位轨道、垂向可移动连接于垂向定位轨道上的量角盘、连接于量角盘外侧面的在与量角盘平行的竖直面内做旋转运动的旋转支臂以及安装在旋转支臂上的若干个传声器夹具，若干个传声器夹具绕量角盘旋转形成与量角盘平行的圆形测试面，旋转支臂上焊接有便于观察量角盘上刻度的指示针。
2.根据权利要求1所述的一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置，其特征是：所述的量角盘的与旋转支臂接触面的对侧面焊接有滑块，滑块为方形，量角盘的圆心与滑块焊接面的几何中心重合。
3.根据权利要求2所述的一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置，其特征是：所述的垂向定位轨道的横截面呈“[”型，垂向定位轨道侧面形成供滑块上下位移的滑槽，垂向定位轨道中央沿垂向开设有用于将滑块固定在垂向定位轨道上的通槽。
4.根据权利要求3所述的一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置，其特征是：所述的滑块的与滑槽接触面的中心钻有螺纹孔，通槽内穿设有拧入螺纹孔将滑块固定在滑槽内的第一螺栓。
5.根据权利要求1所述的一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置，其特征是：所述的量角盘的盘面上标有角度刻度，量程360度，最小间隔为5度。
6.根据权利要求1所述的一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置，其特征是：所述的旋转支臂为折式直角结构，旋转支臂包括相互垂直设置的连接面和安装面，连接面与量角盘外侧面可旋转贴合连接，若干个传声器夹具安装于安装面上，若干个传声器夹具呈一列均匀排列，传声器夹具上安装有传声器。
7.根据权利要求1或6所述的一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置，其特征是：所述的指示针的方向与传声器夹具列平行，指示针的反向延长线通过传声器夹具列的旋转中心。
8.根据权利要求6所述的一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置，其特征是：所述的连接面与量角盘圆心通过第二螺栓可旋转连接，通过第二螺栓的松紧，实现连接面以量角盘圆心为中心的旋转运动及其与量角盘相对位置的固定。
9.根据权利要求1所述的一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置，其特征是：所述的移动支座的底部安装有变向轮。
10.根据权利要求1所述的一种转臂式火车车轮辐板声辐射指向性测试装置，其特征是：所述的量角盘的圆心、传声器夹具列形成的传声器列的旋转中心与待测车轮的中心在一直线上。
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