CN110954256B - 变流器吊耳的动支反力的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变流器吊耳的动支反力的测试方法，涉及轨道交通车辆技术领域，用于解决变流器吊耳动态支反力难以通过计算机仿真和常规测试获取的技术问题。本发明的变流器吊耳的动支反力的测试方法，通过测量车辆运行中比较比较容易采集得到的振动加速度，再结合车辆静止状态下载荷与振动加速度的关系，就可获得车辆在运行过程中的变流器吊耳动态力，即动支反力，从而解决了计算机仿真难以实现和力传感器现场安装困难的难题，为变流器结构的强度和安全寿命评估提供了直接的现场数据参考，对于变流器的结构优化设计有明显的工程指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通车辆技术领域，特别地涉及一种变流器吊耳的动支反力的测试方法。
背景技术
变流器一般是指牵引变流器、辅助逆变器等，是动车、地铁等轨道交通电力系统车辆的核心单元，负责车辆的牵引、制动、集中供电等任务。变流器柜体内部包含丰富的电气元器件，如模块、DCU、变压器、风机和接触器等关键部件，变流器整柜重量轻的有1吨左右，重则超过4吨(如标准动车组牵引变流器)，大部分变流器完全依靠柜体顶部的数个吊耳悬挂于车体底部横梁上，因此变流器柜体吊耳的静态与动态受力评估就显得尤为重要，直接影响到车辆的行驶安全。
变流器吊耳的受力分析关系到整柜结构的强度校核、冲击响应评估、振动疲劳寿命等方面，而吊耳的受力类型一般分为两类，即静态力和动态力。静态力容易通过常规的有限元仿真得到，在确认有限模型的几何尺寸、重心、质量与密度后，通常会较为容易得到柜体吊耳的静态受力，且比较准确；而动态力则受到线路工况、车辆结构、运行速度、环境激励(气动载荷、隧道与交会、横风等)和柜体内部振动激励等多方面的影响，因此想要获取准确的动支反力，目前一般存在以下几个问题：1)计算机仿真难以实现。实际车辆运行是一个十分复杂的随机振动过程，还存在许多未知的临时激励，计算机仿真难以从载荷输入、仿真方法和细节把控上实现较为准确的动态力分析；2)力传感器的现场使用代价过高。如果能在吊耳螺栓处安装合适的力传感器可以直接测得吊耳的动态支反力，然而实际情况下，这个过程不仅需要首先找到尺寸和量程合适的力传感器，并且在变流器吊耳上安装力传感器需要特殊的工装，甚至需要拆下整柜才能实现，车辆段现场难以实现，所以吊耳动支反力得现场测试使用力传感器代价过高。
发明内容
本发明提供一种变流器吊耳的动支反力的测试方法，用于解决变流器吊耳动态支反力难以通过计算机仿真和常规测试获取的技术问题。
本发明提供一种变流器吊耳的动支反力的测试方法，包括以下步骤：
步骤Step10：车辆静止状态下，使变流器吊耳产生振动，获得力信号与变流器吊耳的振动信号，并建立载荷与振动加速度的对应关系N；
步骤Step20：车辆运行状态下，测量变流器吊耳的振动加速度As，结合载荷与振动加速度的对应关系N，获得变流器吊耳对应的动支反力FZ，其中，动支反力Fz满足以下定义式：
Fz＝As×N。
在一个实施方式中，步骤S10包括以下子步骤：
步骤S11：对所述力信号与变流器的振动信号分别进行分析，获得载荷与振动加速度的传递函数N(s)；
步骤S12：根据传递函数N(s)，获得载荷与振动加速度的对应关系N，其中，N满足以下定义式：
其中，N(s)i为第i个频率对应的传递函数的值；
n为分析密度。
在一个实施方式中，步骤S11中，传递函数N(s)满足以下定义式：
其中，F(s)为力信号的频率响应函数；
A(s)为振动信号的频率响应函数。
在一个实施方式中，步骤S11中，对所述力信号与振动信号分别进行傅里叶变换，获得频率响应函数F(s)和频率响应函数A(s)。
在一个实施方式中，步骤S11中，进行傅里叶变换的频率范围为0-3200Hz，分析密度为3200。
在一个实施方式中，通过振动采集系统获得力信号与振动信号。
在一个实施方式中，步骤Step10中，以力锤激励的方式使变流器吊耳产生振动。
在一个实施方式中，步骤Step10中，以力锤激励的方式使变流器吊耳产生振动时，力捶敲击的方向为垂向、横向和纵向。
在一个实施方式中，通过所述变流器吊耳上的加速度传感器测量变流器吊耳的振动加速度，所述加速度传感器与所述振动采集系统相连。
在一个实施方式中，步骤S20中，还包括对所述振动加速度传感器及其连线施加防护措施的步骤。
与现有技术相比，本发明的优点在于：由于车辆系统的结构决定了车辆本身及其部件的许多固有该关系，这种关系与大小无关，是结构自身特性的一种体现。因此，通过测量车辆运行中比较比较容易采集得到的振动加速度，再结合车辆静止状态下载荷与振动加速度的关系，就可获得车辆在运行过程中的变流器吊耳动态力，即动支反力，从而解决了计算机仿真难以实现和力传感器现场安装困难的难题，为变流器结构的强度和安全寿命评估提供了直接的现场数据参考，对于变流器的结构优化设计有明显的工程指导意义。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
图1是本发明的实施例中变流器吊耳的动支反力的测试方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供一种变流器吊耳的动支反力的测试方法，其包括以下步骤：
第一步，车辆静止状态下，使变流器吊耳产生振动，获得力信号与变流器吊耳的振动信号，并建立载荷与振动加速度的对应关系N；
第二步，车辆运行状态下，测量变流器吊耳的振动加速度As，结合载荷与振动加速度的对应关系N，获得变流器吊耳对应的动支反力FZ，其中，动支反力Fz满足以下定义式：
Fz＝As×N。
由于车辆在静止状态下，变流器吊耳的载荷以及振动加速度能够比较容易地测量获得，并能获得载荷与振动加速度的对应关系。而在车辆在运行过程中，变流器吊耳动态力难以直接通过测量获得，因此本发明是基于车辆在静止状态下获得的载荷与振动加速度的对应关系，在获得了运行过程中的振动加速度后，即可通过计算获得载荷，即动支反力。由于上述的载荷与振动加速度的对应关系是由车辆系统的结构决定的，其与大小无关、与车辆的运行状态无关，而是结构自身特性的一种体现，因此通过静态车辆的测量数据去获得动态车辆的数据是可行的。
具体来说，通过下述方式来获得载荷与振动加速度的对应关系N。
首先，对力信号与变流器的振动信号分别进行分析，获得载荷与振动加速度的传递函数N(s)。
其中，对力信号与变流器的振动信号分别进行傅里叶变换，获得力信号的频率响应函数F(s)和振动信号的频率响应函数A(s)。
从而获得载荷与振动加速度的传递函数N(s)，其满足以下定义式：
进一步地，在进行傅里叶变换时，根据经验可知，频率范围为0-3200Hz，分析密度为3200。也就是说，每1Hz对应一个传递函数N(s)的值，这样的分析方式使计算更简单精确。
其次，根据传递函数N(s)，获得载荷与振动加速度的对应关系N，其中，N满足以下定义式：
其中，N(s)i为第i个频率对应的传递函数的值；
n为分析密度。
当分析密度n＝3200时，即对应的传递函数具有3200个值，对这3200个值进行加权平均处理，即可获得载荷与振动加速度的对应关系N。
从而当车辆运行时，测量到变流器吊耳的振动加速度As后，根据载荷与振动加速度的对应关系N，就可获得车辆运行时变流器吊耳的动态力，即动支反力FZ。
下面说明发明的测试方法的具体实施例过程：
发明的测试方所用到的试验器材包括B&K振动采集模块、记录与分析用笔记本、力锤、振动加速度传感器、测试与后处理软件、数据线和其他相关配件。
首先，在车辆静止状态下，在变流器吊耳上靠近螺栓的位置处设置一个三轴加速度传感器，使其与B&K振动采集系统连接。
通过力锤激励的方式使变流器吊耳产生振动。将力锤与B&K振动采集系统连接，用力锤敲击变流器吊耳上三轴加速度传感器附近的部位。其中，力锤敲击的方向为垂向、横向和纵向，敲击过程需要均匀、干脆、力度适中。
需要说明的是，本发明所述的横向指沿水平方向，垂向指竖直方向(即变流器吊耳的悬挂方向)，纵向指分别与水平方向和竖直方向垂直的方向。
通过B&K振动采集系统同步采集力锤的力信号与三轴加速度传感器的振动信号。
其次，对采集到的力信号与振动信号进行傅里叶变换，其中，频率的范围为0-3200Hz，分析密度为3200。并对上述载荷和振动加速度的对应关系进行确认，即每1Hz对应一个载荷与振动加速度的比值，即F/A。
其中，F为力锤所施加的力，A为三轴传感器测得的振动加速度。
由于分析密度为3200，因此获得3200个载荷与振动加速度的比值，将其进行加权处理，获得变流器吊耳的载荷与振动加速度之间的关系比值N。
其中，
最后，在变流器吊耳上设置振动加速度传感器，并使其与振动采集系统连接。同时，对振动加速度传感器及其连线进行防护处理，如设置保护罩等方式，避免运行中对其造成影响。
在车辆运行过程中，采集变流器吊耳的振动加速度As并记录。
根据上一步中获得的关系比值N，计算获得变流器吊耳的动支反力FZ，其中，动支反力Fz＝As×N。
综上所述，本发明的测试方法，通过在车辆静止状态下获得其载荷与振动加速度之间的对应关系，就可反推出车辆在运行状态下的动支反力，从而为产品的强度校核和疲劳寿命评估提供直接的数据参考，同时积累了产品和线路工况的基础数据库，为产品结构优化提供依据。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (9)
1.一种变流器吊耳的动支反力的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤Step10：车辆静止状态下，使变流器吊耳产生振动，获得力信号与变流器吊耳的振动信号，并建立载荷与振动加速度的对应关系N；
步骤Step20：车辆运行状态下，测量变流器吊耳的振动加速度As，结合载荷与振动加速度的对应关系N，获得变流器吊耳对应的动支反力FZ，其中，动支反力Fz满足以下定义式：
Fz＝As×N；
其中，步骤S10包括以下子步骤：
步骤S11：对所述力信号与变流器的振动信号分别进行分析，获得载荷与振动加速度的传递函数N(s)；
步骤S12：根据传递函数N(s)，获得载荷与振动加速度的对应关系N，其中，N满足以下定义式：
其中，N(s)i为第i个频率对应的传递函数的值；
n为分析密度。
2.根据权利要求1所述的变流器吊耳的动支反力的测试方法，其特征在于，步骤S11中，传递函数N(s)满足以下定义式：
其中，F(s)为力信号的频率响应函数；
A(s)为振动信号的频率响应函数。
3.根据权利要求2所述的变流器吊耳的动支反力的测试方法，其特征在于，步骤S11中，对所述力信号与振动信号分别进行傅里叶变换，获得频率响应函数F(s)和频率响应函数A(s)。
4.根据权利要求3所述的变流器吊耳的动支反力的测试方法，其特征在于，步骤S11中，进行傅里叶变换的频率范围为0-3200Hz，分析密度为3200。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的变流器吊耳的动支反力的测试方法，其特征在于，通过振动采集系统获得力信号与振动信号。
6.根据权利要求5所述的变流器吊耳的动支反力的测试方法，其特征在于，步骤Step10中，以力锤激励的方式使变流器吊耳产生振动。
7.根据权利要求6所述的变流器吊耳的动支反力的测试方法，其特征在于，步骤Step10中，以力锤激励的方式使变流器吊耳产生振动时，力锤 敲击的方向为垂向、横向和纵向。
8.根据权利要求5所述的变流器吊耳的动支反力的测试方法，其特征在于，通过所述变流器吊耳上的加速度传感器测量变流器吊耳的振动加速度，所述加速度传感器与所述振动采集系统相连。
9.根据权利要求8所述的变流器吊耳的动支反力的测试方法，其特征在于，步骤S20中，还包括对所述振动加速度传感器及其连线施加防护措施的步骤。
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