CN106950032A - 一种高速列车外部气动噪声采集试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速列车噪声控制领域，具体为是一种高速列车外部气动噪声采集试验台，其结构包括：N段(少于10段)2m长的试验台支架，试验台支架四周有凹槽，用槽条连接件可将其相连，还可作为滑道；一个移动平台车，试验台支架铰接于其上，钢丝绳连接在试验台支架上部，拉动钢丝绳可将试验台支架由水平位置竖立起来；三层安装传声器与测量采集装置的框架平台，通过定滑轮以试验台支架凹槽为滑道的提升装置，将传声器等装置提升至与高速列车同一水平位置进行测量采集气动噪声。本发明在满足各种噪声测试使用标准的情况下，造价低廉，体积小，便于拆装运输，增加或减少试验台支架数量，可以升高或降低试验台高度，使用灵活。

Description

一种高速列车外部气动噪声采集试验台

技术领域

本发明涉及高速列车噪声控制领域，具体为是一种高速列车外部气动噪声采集试验台。

背景技术

高速列车是指最高行车速度每小时达到或超过200公里的铁路列车，也就是现在所说的"“高铁”。进入21世纪以后，人类的铁路交通进入“高铁”时代。随着列车运行速度的提高，很多在低速时被合理忽略的问题都变得越来越明显，并严重制约着列车速度的提高。铁路高速化中的环保问题莫过于噪声的影响。列车噪声主要由牵引噪声、轮轨噪声和气动噪声组成，随着列车速度的增加，气动噪声迅速增大，在高速时将成为高速列车噪声的主要来源。

实验研究是高速列车气动噪声的重要研究方法之一，包括风洞试验和实地试验。风洞试验是指在风洞中安置高速列车模型，研究气体流动及其与列车模型的相互作用，基于相似性原理以了解实际列车的空气动力学特性的一种实验方法；实地试验是指在铁路沿线实地测量列车经过时的空气动力学特性的一种实验方法。虽然风洞试验在高速列车外流场气动噪声的研究方面被广泛采用，但其是一种模拟实验，具有明显的局限性，主要有边界干扰、支架干扰、低雷诺数和成本高昂等问题。而现有的实地试验研究，普遍在常规普通的铁路沿线进行，不具有普适性，这是因为我国高速铁路普遍建在高架桥上，在河面路段桥高能达到11米，非公路通过沉降值低的路段高度达2米，而且远离城区、地形复杂，致使测试气动噪声变得十分困难。因此，在高速列车外流场气动噪声的研究方面，亟需一种高效、便捷、长期、稳定的高速列车外部气动噪声采集设备及噪声实地试验方法。

发明内容

针对目前尚无此类设备的现状，本发明提供一种高速列车外部气动噪声采集试验台，以达到准确测量高速列车外部气动噪声的目的。

本发明的技术方案是：

一种高速列车外部气动噪声采集试验台，包括：移动平台车、试验台支架、钢丝绳、传声器、高速摄像机及测距仪及测速仪、框架平台、滑绳、定滑轮装置、步进电机，具体结构如下：

移动平台车上铰接试验台支架，钢丝绳分别从不同方向与试验台支架连接，使试验台支架保持竖直，移动平台车上设置步进电机，试验台支架的顶部设置定滑轮装置，滑绳穿设于定滑轮装置，试验台支架的侧面与框架平台滑动配合，滑绳的一端连接框架平台，滑绳的另一端连接步进电机；框架平台为三层，第一层设置传声器一，第二层设置高速摄像机及测距仪及测速仪和传声器三，第三层设置传声器二。

所述的高速列车外部气动噪声采集试验台，每段试验台支架四面开有凹槽，槽条连接件插于两段试验台支架之间，四个螺纹孔平均分配在两段试验台支架上，并用紧固螺钉紧固；每两段试验台支架之间用三个槽条连接件连接相同的三面，剩下的一面凹槽当作提升三层框架平台的滑道，并依据高架桥高度连接试验台支架。

所述的高速列车外部气动噪声采集试验台，试验台支架少于10段，每段长2米，各段之间插入三个槽条连接件并用紧固螺钉紧固，组合为20米内高的平台，根据高架桥高度增减试验台支架数量。

所述的高速列车外部气动噪声采集试验台，以移动平台车为主的基座，移动平台车的车轮处设计刹车装置，移动平台车停在某一位置固定不动，在移动平台车上放置平衡块，防止试验台倾覆；试验台支架铰接于移动平台车上，试验台支架的上部焊接三个铁环连接三根钢丝绳，顺着铰接方向拉动钢丝绳将试验台支架竖立起来，到达竖直位置，插入销钉，保持此位置不动；当试验台支架竖立起来后，钢丝绳拉紧缠绕于销钉上，固定在地面上，保证试验过程中试验台的稳固性。

所述的高速列车外部气动噪声采集试验台，试验台测量车身顶部、车身中部和车底部的气动噪声，在框架平台上布置竖直排列的三层传声器：传声器一、传声器二和传声器三，相邻两个传声器上下相距2m，根据需要还在竖直方向或水平方向增加传声器，在框架平台上配备高速摄像机及测距仪及测速仪，高速列车经过试验台时，同时记录下噪声频谱信息、车速、运行状态、列车外观形状。

所述的高速列车外部气动噪声采集试验台，框架平台与试验台支架中的槽条连接件用螺栓相连接，框架平台以试验台支架的凹槽为滑道上下移动，框架平台的每层设计有安装传声器的卡箍，在框架平台的第二层除了安置传声器三，还包括高速摄像机及测距仪及测速仪，第二层设计有安装高速摄像机及测距仪及测速仪卡箍，确保其牢固可靠。

所述的高速列车外部气动噪声采集试验台，还设有数据采集系统，数据采集系统包括传声器、BNC线缆、NI USB4431板卡、计算机、测控软件，三层传声器通过BNC线缆分别连接在NI USB4431板卡的AI0和AI1接口，在测控软件中分别选好相应的采集接口，并分别设置采集气动噪声的原始声压信号、声压级信号、频谱图、1/3倍频程声压级、A计权1/3倍频程声压级，并记录；高速摄像机及测距仪及测速仪通过无限蓝牙装置与计算机相连，远程控制其工作，并记录图像和距离。

所述的高速列车外部气动噪声采集试验台，试验台支架采用铝合金材质和中空结构。

本发明的设计思想是：

本发明高速列车外部气动噪声采集试验台，其结构包括N段(少于10段)2m长的试验台支架，支架四周有凹槽，用槽条连接件可将其相连，还可作为滑道；一个移动平台车，试验台支架铰接于其上，钢丝绳连接在试验台支架上部，拉动钢丝绳可将试验台支架由水平位置竖立起来；三层安装传声器与测量采集装置的框架通过定滑轮以试验台支架凹槽为滑道的提升装置，将传声器等装置提升至与高速列车同一水平位置进行测量采集气动噪声。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明提供一种高速列车外部气动噪声采集设备，集合了高速列车外部气动噪声采集、速度测量和车型拍摄记录功能，安装过程简单易行，材料价格低，所需费用低。

2、本发明通过增减铝合金型材数量即可改变平台高度，采用人工拉动钢丝绳的方法将试验台支架立起，简便易行。

3、本发明布置方便，占地面积小，各部分可组装使用，也可单独使用；采用无基础设计，拆卸运输和维护装配方便，使用灵活。

4、本发明高速列车外部气动噪声测量设备能很好的满足测量需求，填补了目前国内外尚无此类设备的空缺。

附图说明

图1是本发明高速列车外部气动噪声采集试验台实际现场的结构图(不含数据采集系统及连线)；

图2-图3是本发明中试验台支架型材的结构图；其中，图2为主视图；图3为立体图；

图4-图5是本发明中槽条连接件结构图；其中，图4为主视图；图5为立体图；

图6是本发明中试验台支架连接方式示意图；

图7是本发明中滑轮提升装置结构图；

图中：1.移动平台车，2.试验台支架，3.钢丝绳，4.传声器一，5.高速摄像机及测距仪及测速仪，6.框架平台，7.传声器二，8.滑绳，9.定滑轮装置，10.平衡块，11.步进电机。

具体实施方式

本发明具体实施的方式采用无基础结构设计，用移动平台车为基座铰接试验台支架，并用钢丝绳辅助支撑，各部分可拆卸组合，具有便于移动，便于携带，安装拆除快速，稳定性高等优点。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明，需要指出的是以下所述仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

实施例

如图1-图7所示，本发明高速列车外部气动噪声采集试验台，包括：移动平台车1、试验台支架2、钢丝绳3、传声器一4、高速摄像机及测距仪及测速仪5、框架平台6、传声器二7、滑绳8、定滑轮装置9、平衡块10、步进电机11，以及槽条连接件、BNC线缆、塑料卡箍、数据采集系统等，具体结构如下：

移动平台车1上铰接试验台支架2，三根钢丝绳3分别从三个方向与试验台支架2连接，使试验台支架2保持竖直，移动平台车1上设置平衡块10、步进电机11，试验台支架2的顶部设置定滑轮装置9，滑绳8穿设于定滑轮装置9，试验台支架2的侧面与框架平台6滑动配合，滑绳8的一端连接框架平台6，滑绳8的另一端连接步进电机11；框架平台6为三层，第一层设置传声器一4，第二层设置高速摄像机及测距仪及测速仪5和传声器三，第三层设置传声器二7(参见图1、图7)。

试验台支架2安装方式如下：

试验台支架2采用铝合金材质，试验台支架采用中空结构，以减少重量。每段试验台支架2四面都开有凹槽，将槽条连接件插于两段试验台支架2之间，将四个螺纹孔平均分配在两段试验台支架2上，并用紧固螺钉紧固。依此方法，每两段试验台支架2之间用三个槽条连接件连接相同的三面，剩下的一面凹槽当作提升三层框架平台6的滑道，并依据高架桥高度，连接若干段试验台支架2，重约15kg。试验台支架2分为N段(少于10段)，每段长2米，各段之间插入三个槽条连接件并用紧固螺钉紧固，可组合为20米内高的平台，根据高架桥高度，可增减试验台支架2数量(参见图2-图6)。

以移动平台车1为主的基座，移动平台车1的车轮处设计刹车装置，可将移动平台车1停在某一位置固定不动，选取合适的地点，将移动平台车1刹车停靠好，在移动平台车1上放置平衡块10，防止试验台倾覆。将试验台支架2铰接于移动平台车1上，试验台支架2的上部焊接三个铁环连接三根钢丝绳3，顺着铰接方向拉动钢丝绳3可将若干段试验台支架2竖立起来，到达竖直位置，插入销钉，可保持此位置不动。当试验台支架2竖立起来后，将钢丝绳3拉紧缠绕于销钉上，固定在地面上，保证试验过程中试验台的稳固性。试验台支架2能处于竖直位置，不晃动或倾倒。

本发明试验台目的在于测量车身顶部、车身中部和车底部的气动噪声，故需要布置竖直排列的三层传声器(传声器一4、传声器二7和传声器三)，相邻两个传声器上下相距2m，根据需要还可在竖直方向或水平方向增加传声器。另外，在框架平台6上配备高清高速摄像机及测距仪及测速仪5等，以期在高速列车经过试验台时，能够同时记录下噪声频谱信息、车速、运行状态、列车外观形状等关键实时数据。传声器(传声器一4、传声器二7和传声器三)、高速摄像机及测距仪及测速仪5的具体设计安装方式如下：

将槽条连接件用螺栓和一个三层的框架平台6相连接，此框架平台6以试验台支架2的凹槽为滑道，可以上下移动，框架平台6的三层平台每层间距为2m，每层设计有安装传声器的塑料卡箍，根据传声器数量要求，可并排安装多枚传声器。在框架平台的第二层除了安置传声器三，还包括高速摄像机及测距仪及测速仪，第二层设计有安装高速摄像机及测距仪及测速仪5的塑料卡箍，确保其牢固可靠。

为了将框架平台6传送至试验台顶端，设计一定滑轮装置9如下：

本实施例中，试验台支架2共四段，相连接使用，在其中一段的顶部焊接一定滑轮装置9，此段试验台支架2在使用时安装在最顶端。滑绳8的一端连接三层框架平台6，另一端绕过定滑轮连在步进电机11上，步进电机11固定在移动平台车1上。这样，启动步进电机11，框架平台6沿试验台支架2的凹槽向上移动，可将传声器、高速摄像机及测距仪及测速仪5提升至与高速列车同一水平位置，保持此高度不变。

数据采集系统包括传声器、BNC线缆、NI USB4431板卡、计算机、测控软件，三层传声器通过BNC线缆分别连接在NI USB4431板卡的AI0和AI1接口，在测控软件中分别选好相应的采集接口，设置采集气动噪声的原始声压信号、声压级信号、频谱图、1/3倍频程声压级、A计权1/3倍频程声压级，并记录。高速摄像机及测距仪及测速仪5通过无限蓝牙装置与计算机相连，远程控制其工作，并记录图像和距离。

实施例结果表明，本发明试验台可在满足各种噪声测试使用标准的情况下，造价低廉，体积小，便于拆装运输，增加或减少试验台支架数量，可以升高或降低试验台高度，使用灵活。

Claims (8)

1.一种高速列车外部气动噪声采集试验台，其特征在于，包括：移动平台车、试验台支架、钢丝绳、传声器、高速摄像机及测距仪及测速仪、框架平台、滑绳、定滑轮装置、步进电机，具体结构如下：

移动平台车上铰接试验台支架，钢丝绳分别从不同方向与试验台支架连接，使试验台支架保持竖直，移动平台车上设置步进电机，试验台支架的顶部设置定滑轮装置，滑绳穿设于定滑轮装置，试验台支架的侧面与框架平台滑动配合，滑绳的一端连接框架平台，滑绳的另一端连接步进电机；框架平台为三层，第一层设置传声器一，第二层设置高速摄像机及测距仪及测速仪和传声器三，第三层设置传声器二。

2.按照权利要求1所述的高速列车外部气动噪声采集试验台，其特征在于，每段试验台支架四面开有凹槽，槽条连接件插于两段试验台支架之间，四个螺纹孔平均分配在两段试验台支架上，并用紧固螺钉紧固；每两段试验台支架之间用三个槽条连接件连接相同的三面，剩下的一面凹槽当作提升三层框架平台的滑道，并依据高架桥高度连接试验台支架。

3.按照权利要求2所述的高速列车外部气动噪声采集试验台，其特征在于，试验台支架少于10段，每段长2米，各段之间插入三个槽条连接件并用紧固螺钉紧固，组合为20米内高的平台，根据高架桥高度增减试验台支架数量。

4.按照权利要求1所述的高速列车外部气动噪声采集试验台，其特征在于，以移动平台车为主的基座，移动平台车的车轮处设计刹车装置，移动平台车停在某一位置固定不动，在移动平台车上放置平衡块，防止试验台倾覆；试验台支架铰接于移动平台车上，试验台支架的上部焊接三个铁环连接三根钢丝绳，顺着铰接方向拉动钢丝绳将试验台支架竖立起来，到达竖直位置，插入销钉，保持此位置不动；当试验台支架竖立起来后，钢丝绳拉紧缠绕于销钉上，固定在地面上，保证试验过程中试验台的稳固性。

5.按照权利要求1所述的高速列车外部气动噪声采集试验台，其特征在于，试验台测量车身顶部、车身中部和车底部的气动噪声，在框架平台上布置竖直排列的三层传声器：传声器一、传声器二和传声器三，相邻两个传声器上下相距2m，根据需要还在竖直方向或水平方向增加传声器，在框架平台上配备高速摄像机及测距仪及测速仪，高速列车经过试验台时，同时记录下噪声频谱信息、车速、运行状态、列车外观形状。

6.按照权利要求5所述的高速列车外部气动噪声采集试验台，其特征在于，框架平台与试验台支架中的槽条连接件用螺栓相连接，框架平台以试验台支架的凹槽为滑道上下移动，框架平台的每层设计有安装传声器的卡箍，在框架平台的第二层除了安置传声器三，还包括高速摄像机及测距仪及测速仪，第二层设计有安装高速摄像机及测距仪及测速仪卡箍，确保其牢固可靠。

7.按照权利要求1所述的高速列车外部气动噪声采集试验台，其特征在于，还设有数据采集系统，数据采集系统包括传声器、BNC线缆、NI USB4431板卡、计算机、测控软件，三层传声器通过BNC线缆分别连接在NI USB4431板卡的AI0和AI1接口，在测控软件中分别选好相应的采集接口，并分别设置采集气动噪声的原始声压信号、声压级信号、频谱图、1/3倍频程声压级、A计权1/3倍频程声压级，并记录；高速摄像机及测距仪及测速仪通过无限蓝牙装置与计算机相连，远程控制其工作，并记录图像和距离。

8.按照权利要求1所述的高速列车外部气动噪声采集试验台，其特征在于，试验台支架采用铝合金材质和中空结构。