CN109297721A - 一种铁道车辆车下设备偏心激励的绝对激励力获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁道车辆车下设备偏心激励的绝对激励力获取方法，包括：S1、在铁道车辆车下的待测设备上安装测试组件，所述测试组件包括连接待测设备底部的支撑面，所述支撑面的底部通过两个刚性弹簧连接基座，两个刚性弹簧的位置相对待测设备底面的中心点对称；S2、在铁道车辆车下动力设备正常运行状态下，采集待测设备底部上分别对应于两个刚性弹簧位置处的加速度数据；S3、根据加速度数据，结合待测设备的质量和绕轴线旋转的惯量，计算得到待测设备的偏心激励的绝对激励力和绝对激励力的偏心位置。与现有技术相比，本发明简单可靠，工程应用价值重大，为铁道车辆动力学性能分析奠定了基础。

Description

一种铁道车辆车下设备偏心激励的绝对激励力获取方法

技术领域

本发明涉及铁道车辆动力学性能分析技术领域，尤其是涉及一种铁道车辆车下设备偏心激励的绝对激励力获取方法。

背景技术

随着我国铁路装备事业的发展，越来越多的人们选择高速铁路列车出行。由于车体轻量化设计及运行速度的提高，高速列车车体振动问题受到广泛关注。目前高速列车均采用动力分散技术，一些大型设备直接吊挂在高速列车车下，主要有制动设备(空气压缩机、制动风缸、制动控制单元等)、电气设备(蓄电池箱、逆变器、变压器、电阻箱等)等。这些设备根据重量和性能的不同，以各种方式吊挂在车体下方，有些设备重量高达3吨以上，往往自身还具有振动激励源。这些车下设备会直接影响车辆运行的舒适性和平稳性，严重的甚至将影响车辆运营的可靠性及安全性。为了提高铁道车辆动力学性能，需要分析铁道车辆车下设备的动态特性，因此，必须精确掌握车下设备绝对激励力。目前尚没有关于铁道车辆车下设备偏心激励绝对激励力获取方法的研究。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种铁道车辆车下设备偏心激励的绝对激励力获取方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种铁道车辆车下设备偏心激励的绝对激励力获取方法，包括以下步骤：

S1、在铁道车辆车下的待测设备上安装测试组件，所述测试组件包括连接待测设备底部的支撑面，所述支撑面的底部通过两个刚性弹簧连接基座，两个刚性弹簧的位置相对待测设备底面的中心点对称；

S2、在铁道车辆车下动力设备正常运行状态下，采集待测设备底部上分别对应于两个刚性弹簧位置处的加速度数据；

S3、根据加速度数据，结合待测设备的质量和绕轴线旋转的惯量，计算得到待测设备的偏心激励的绝对激励力和绝对激励力的偏心位置。

优选的，所述两个刚性弹簧的等效刚度相等并满足：

k＜＜0.5m(2πf)²且k＜＜2J(2πf)²/L²

其中，k表示两个刚性弹簧的等效刚度，J表示待测设备绕轴线旋转的惯量，L表示两个刚性弹簧在支撑板上的距离，f表示铁道车辆车下一般设备的激励频率。

优选的，所述步骤S3中待测设备的偏心激励的绝对激励力F为：

其中，m表示待测设备的质量，和分别表示待测设备底部上对应于两个刚性弹簧位置处的加速度。

优选的，所述步骤S3中待测设备的绝对激励力的偏心位置通过待测设备绝对激励力到待测设备质心的距离h表示：

其中，m表示待测设备的质量，J表示待测设备绕轴线旋转的惯量，L表示两个刚性弹簧在支撑板上的距离，和分别表示待测设备底部上对应于两个刚性弹簧位置处的加速度。

优选的，所述步骤S2中的加速度数据通过在待测设备底部上分别对应于两个刚性弹簧位置处安装的加速度传感器采集得到。

优选的，所述铁道车辆车下一般设备的激励频率f为24Hz。

与现有技术相比，本发明只要知道设备的质量和惯量，通过采集得到的加速度数据就可以方便快速的求得绝对激励力的时域数据和绝对激励力的偏心位置，方法简单可靠，工程应用价值重大，为铁道车辆动力学性能分析奠定了基础。

附图说明

图1为本发明铁道车辆车下设备偏心激励绝对激励力获取方法的流程图；

图2为本发明方法测试方案的硬件结构示意图；

图3为在已知设备质量m＝2000kg，两个刚性弹簧的等效刚度都为k＝1000N/m，偏心距h＝0.2m时，通过本发明方法获取的设备偏心位置绝对激励力与实际绝对激励力对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，一种铁道车辆车下设备偏心激励的绝对激励力获取方法，包括以下步骤：

S1、在铁道车辆车下的待测设备上安装测试组件，测试组件包括依次连接的支撑面、刚性弹簧和基座，待测设备的底面与测试组件的支撑面固定连接，支撑面的底部通过两个刚性弹簧连接基座，两个刚性弹簧的位置相对待测设备底面的中心点对称，分别为图2的A点和B点；在铁道车辆车下动力设备处于静止状态下，在待测设备底部上分别对应于两个刚性弹簧位置处安装加速度传感器，如图2所示，加速度传感器分别安置在A点和B点，加速度传感器连接数据采集仪；

S2、在铁道车辆车下动力设备正常运行状态下，通过加速度传感器采集待测设备底部上A点和B点的加速度数据；

S3、根据加速度数据，结合待测设备的质量和绕轴线旋转的惯量，计算得到待测设备的偏心激励的绝对激励力和绝对激励力的偏心位置。

在铁道车辆静止，车下动力设备正常运行状态下，车下设备的动力学方程可写出：

式中，m表示待测设备的质量，J表示待测设备绕轴线旋转的惯量，L表示两个刚性弹簧在支撑板上的距离，即点A到点B的距离，x表示垂向位移，表示对位移x二次求导，即加速度；θ表示设备点头转动的角度，表示对θ的二次求导；用k_A和k_B分别表示两个刚性弹簧的等效刚度，等效刚度k＝k_A＝k_B。

整理可得上述方程的状态空间表达式：

其中，X表示待测设备质心处的系统响应，表示X的一阶导数，

X与F之间有如下关系：

X＝H(S)F

其中，H(S)是待测设备质心处的系统响应X与F之间的传递函数。

点A处的响应X_A与F的关系为：

X_A＝[1 0.5L 0 0]H(S)F＝R(S)F

其中，R(S)是点A处的响应X_A与F之间的传递函数。

设备浮沉频率：

设备转动频率：

则F和的关系可由下式确定：

其中，和分别表示待测设备底部上位于A处和B处的加速度，h表示待测设备绝对激励力到待测设备质心的距离，即表示待测设备的绝对激励力的偏心位置。

铁道车辆车下一般设备激励频率在24Hz附近。

当ω_n＜＜ω时，k＜＜0.5m(2πf)²，

当ω_o＜＜ω时，k＜＜2J(2πf)²/L²。

在已知设备质量和转动惯量的前提下，通过合理设置基座和支撑面之间刚弹簧等效刚度k，使k＜＜2J(2πf)²/L²且k＜＜2J(2πf)²/L²，从而使得ω＞＞ω_n且ω＞＞ω_o，那么F和的关系可表示为：

同理，可得点B处F和的关系为：

联立公式(1)和(2)并结合相位信息可得：

由以上两式分别得到待测设备的偏心激励的绝对激励力和绝对激励力的偏心位置。

本实施例中，在设备质量m＝2000kg，基座和支撑面之间刚弹簧等效刚度k＝1000N/m，偏心距h＝0.2m时，试验获取的数据与实际数据高度吻合，由图3所示。经过计算，偏心距h＝0.199m，说明本方法可以很好的获取铁道车辆车下设备绝对激励力和偏心位置。

Claims (6)

1.一种铁道车辆车下设备偏心激励的绝对激励力获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在铁道车辆车下的待测设备上安装测试组件，所述测试组件包括连接待测设备底部的支撑面，所述支撑面的底部通过两个刚性弹簧连接基座，两个刚性弹簧的位置相对待测设备底面的中心点对称；

S2、在铁道车辆车下动力设备正常运行状态下，采集待测设备底部上分别对应于两个刚性弹簧位置处的加速度数据；

S3、根据加速度数据，结合待测设备的质量和绕轴线旋转的惯量，计算得到待测设备的偏心激励的绝对激励力和绝对激励力的偏心位置。

2.根据权利要求1所述的一种铁道车辆车下设备偏心激励的绝对激励力获取方法，其特征在于，所述两个刚性弹簧的等效刚度相等并满足：

k＜＜0.5m(2πf)²且k＜＜2J(2πf)²/L²

其中，k表示两个刚性弹簧的等效刚度，J表示待测设备绕轴线旋转的惯量，L表示两个刚性弹簧在支撑板上的距离，f表示铁道车辆车下一般设备的激励频率。

3.根据权利要求1所述的一种铁道车辆车下设备偏心激励的绝对激励力获取方法，其特征在于，所述步骤S3中待测设备的偏心激励的绝对激励力F为：

其中，m表示待测设备的质量，和分别表示待测设备底部上对应于两个刚性弹簧位置处的加速度。

4.根据权利要求1所述的一种铁道车辆车下设备偏心激励的绝对激励力获取方法，其特征在于，所述步骤S3中待测设备的绝对激励力的偏心位置通过待测设备绝对激励力到待测设备质心的距离h表示：

其中，m表示待测设备的质量，J表示待测设备绕轴线旋转的惯量，L表示两个刚性弹簧在支撑板上的距离，和分别表示待测设备底部上对应于两个刚性弹簧位置处的加速度。

5.根据权利要求1所述的一种铁道车辆车下设备偏心激励的绝对激励力获取方法，其特征在于，所述步骤S2中的加速度数据通过在待测设备底部上分别对应于两个刚性弹簧位置处安装的加速度传感器采集得到。

6.根据权利要求2所述的一种铁道车辆车下设备偏心激励的绝对激励力获取方法，其特征在于，所述铁道车辆车下一般设备的激励频率f为24Hz。