一種有軌電車及其嵌入式軌道耦合動力學測試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有軌電車技術(shù)領(lǐng)域，其尤其涉及一種有軌電車及其嵌入式軌道耦合動 力學測試裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市交通壓力的增大，城市軌道交通由于具有運量大、速度快、安全、準點、環(huán) 保、節(jié)能等特點，在各城市大力發(fā)展。車輛的運行安全性、穩(wěn)定性是保證城市軌道交通快速 發(fā)展的核心問題。
[0003] 利用有軌電車/嵌入式軌道耦合動力學測試方法，測試結(jié)果可以評價嵌入式軌道 上運行的有軌電車的運行安全性、穩(wěn)定性、平穩(wěn)性及乘坐舒適性，且測試結(jié)果可進一步驗證 有軌電車/嵌入式軌道耦合動力學預測模型的準確性。
[0004] 但是現(xiàn)有技術(shù)中并沒有一種有效的方式來測試有軌電車及其嵌入式軌道的耦合 動力學特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中沒有測試有軌電車及其嵌入式軌道的耦合動力 學特性的裝置及方法，本發(fā)明公開了一種有軌電車及其嵌入式軌道耦合動力學測試裝置及 方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] 本發(fā)明公開一種有軌電車耦合動力學測試裝置，其具體包括設置在有軌電車車體 內(nèi)被測試點的三向加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集設備以及測試結(jié)果分析設備，所述三向加速度 傳感器固定在被測試點，所述三向加速度傳感器信號連接數(shù)據(jù)采集設備，所述數(shù)據(jù)采集設 備信號連接測試結(jié)果分析設備；所述測試結(jié)果分析設備包括濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計算器和 判斷器，所述濾波器用于將數(shù)據(jù)采集設備采集的到的加速度信號進行濾波處理，所述模數(shù) 轉(zhuǎn)換器用于將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號并通過判斷器進行判斷，所述計算器用于計算不同測 試點、不同車況以及不同路況下的加速度極限值，所述判斷器用于判斷加速度測試值與極 限值之間的關(guān)系，從而評價有軌電車的性能。
[0008] 更進一步地，上述有軌電車車體內(nèi)被測試點包括車體振動加速度測試點、構(gòu)架振 動加速度測試點以及軸箱振動加速度測試點。
[0009] 更進一步地，上述三向加速度傳感器通過AB膠粘貼在被測試點。
[0010] 更進一步地，上述車體振動加速度傳感器粘貼在20cmX20cm的鋼板上，并利用3M 膠帶將鋼板固定在相應的車體內(nèi)地板測點位置。
[0011] 本發(fā)明公開了一種有軌電車耦合動力學測試方法，其具體包括以下的步驟：步驟 一、在有軌電車車體內(nèi)的被測試點設置三向加速度傳感器，三向加速度傳感器固定在被測 試點，所述三向加速度傳感器信號連接數(shù)據(jù)采集設備，所述數(shù)據(jù)采集設備信號連接測試結(jié) 果分析設備；所述測試結(jié)果分析設備包括濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計算器和判斷器，所述濾波 器用于將數(shù)據(jù)采集設備采集的到的加速度信號進行濾波處理，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將模擬 信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號并通過判斷器進行判斷，所述計算器用于計算不同測試點、不同車況以 及不同路況下的加速度極限值，所述判斷器用于判斷加速度測試值與極限值之間的關(guān)系； 步驟二、根據(jù)有軌電車類型、車輛載荷、運行速度、直線/曲線段分別將測試結(jié)果與對應的 極限值進行比較，判斷有軌電車運行的安全性、穩(wěn)定性、平穩(wěn)性和舒適性。
[0012] 更進一步地，上述方法還包括判斷有軌電車橫向穩(wěn)定性，具體為通過采用構(gòu)架橫 向加速度來評價，當構(gòu)架橫向加速度經(jīng)過〇. 5~10Hz的帶通濾波、峰值有連續(xù)振動6次以 上達到或超過極限值8m/s2時，判定轉(zhuǎn)向架失穩(wěn)。
[0013] 更進一步地，評價平穩(wěn)性的具體方法為：將轉(zhuǎn)向架心盤中心上方左側(cè)或右側(cè) l〇〇〇m處加速度傳感器檢測到的振動數(shù)據(jù)進行快速傅立葉FFT變換，并根據(jù)
對20Hz以下頻譜進行計算，得到測試值；當測試值小于2. 5時，平穩(wěn)性為優(yōu)，當測試值介于 2. 5-2. 75時，平穩(wěn)性為良好，當測試值介于2. 75-3. 0,平穩(wěn)性為合格，否則，平穩(wěn)性為不合 格；其中
Ai為頻譜分析后頻率為f^寸的振動加速度幅值，F(xiàn)(fJ為頻 率修正系數(shù)，計算出的^是某一頻率下的平穩(wěn)性指標，η是分信號所含頻率成分的個數(shù)。
[0014] 本發(fā)明還公開了一種對應于權(quán)利要求1所述的有軌電車的嵌入式軌道的耦合動 力學測試裝置，其具體包括用于測試嵌入式軌道的加速度傳感器，所述嵌入式軌道包括嵌 入式軌道軌頭、高分子澆筑材料及軌道板，測試點布置包括：（1)在直線軌道一側(cè)和曲線軌 道內(nèi)外側(cè)軌頭布置垂向和橫向加速度傳感器；（2)在直線軌道一側(cè)和曲線軌道內(nèi)外側(cè)的高 分子澆筑材料頂部布置垂向和橫向加速度傳感器；（3)在直線軌道一側(cè)和曲線軌道內(nèi)外側(cè) 的有軌道板表面中央處安裝垂向和橫向加速度傳感器；分別用于測試鋼軌振動加速度、高 分子澆筑材料振動加速度、軌道板表面振動加速度，并將測試的結(jié)果發(fā)送給測試結(jié)果分析 設備。
[0015] 本發(fā)明還公開了一種對應于權(quán)利要求1所述的有軌電車的嵌入式軌道的耦合動 力學測試方法，其具體包括以下的步驟：步驟一、在下述的測試點進行如下的布置：（1)在 直線軌道一側(cè)和曲線軌道內(nèi)外側(cè)軌頭布置垂向和橫向加速度傳感器；（2)在直線軌道一側(cè) 和曲線軌道內(nèi)外側(cè)的高分子澆筑材料頂部布置垂向和橫向加速度傳感器；(3)在直線軌道 一側(cè)和曲線軌道內(nèi)外側(cè)的有軌道板表面中央處安裝垂向和橫向加速度傳感器；步驟二、將 測試的結(jié)果發(fā)送給測試結(jié)果分析設備，所述測試結(jié)果分析設備判斷加速度測試值與極限值 之間的關(guān)系，從而評價嵌入式軌道的性能。
[0016] 通過采用以上的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出了一種有軌電車/ 嵌入式軌道耦合動力學測試方法，根據(jù)測試方法對有軌電車和嵌入式軌道結(jié)構(gòu)的動力學特 性進行測試，評價分析有軌電車和嵌入式軌道結(jié)構(gòu)的動力學特性，從而快速判斷出有軌電 車及其嵌入式軌道的性能，方便用戶的使用，其成本低，實現(xiàn)便捷，極大地滿足了用戶的需 求，同時判斷方式方便，便于用戶使用。
【附圖說明】
[0017] 本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：
[0018] 圖1為有軌電車的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖2為有軌電車的振動測試點位置布置示意圖。
[0020] 圖3為有軌電車的動車轉(zhuǎn)向架的軸箱、構(gòu)架測點示意圖。
[0021] 圖4為有軌電車的拖車轉(zhuǎn)向架的軸箱、構(gòu)架測點示意圖。
[0022] 圖5為頻率修正系數(shù)表。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合說明書附圖，詳細說明本發(fā)明的具體實施例。
[0024] 本發(fā)明公開了一種有軌電車耦合動力學測試裝置，其具體包括設置在有軌電車車 體內(nèi)被測試點的三向加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集設備以及測試結(jié)果分析設備，所述三向加速 度傳感器固定在被測試點，所述三向加速度傳感器信號連接（可以通過數(shù)據(jù)線連接，也可 以無線連接）數(shù)據(jù)采集設備，所述數(shù)據(jù)采集設備信號連接測試結(jié)果分析設備；所述測試結(jié) 果分析設備包括濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計算器和判斷器，所述濾波器用于將數(shù)據(jù)采集設備采 集的到的加速度信號進行濾波處理，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號并通過 判斷器進行判斷，所述計算器用于計算不同測試點、不同車況以及不同路況下的加速度極 限值，所述判斷器用于判斷加速度測試值與極限值之間的關(guān)系，從而評價有軌電車的性能。 通過在車體上的不同測試點安裝三向加速度傳感器，并將檢測到的加速度與極限值進行比 較，從而快速判斷出有軌電車的耦合動力學特性，測試便捷，測試結(jié)果準確，成本低，極大地 方便了測試用戶的使用。
[0025] 更進一步地，上述有軌電車車體內(nèi)被測試點包括車體振動加速度測試點、構(gòu)架振 動加速度測試點以及軸箱振動加速度測試點。通過對車體振動、構(gòu)架振動以及軸箱振動分 別進行測試，從而得出有軌電車的耦合動力學特性。本發(fā)明的測試內(nèi)容包括車體振動加速 度，構(gòu)架振動加速度，軸箱振動加速度。如下表1所示的車輛振動的測試內(nèi)容。
[0026]
[0027] 測試點布置（一共8個測試點）
[0028] (1)車體振動加速度測試點加速度傳感器布置
[0029] 三向加速度傳感器布置在被測試有軌電車的司機室座椅下方、轉(zhuǎn)向架中心上方、 轉(zhuǎn)向架中心左右側(cè)1000mm處的車體內(nèi)地板上以及車體中央內(nèi)地板上，車體振動加速度測 試點共8個測點。
[0030] (2)構(gòu)架振動加速度測試點加速度傳感器布置
[0031] 三向加速度傳感器分別布置在被測試有軌電車和拖車軸箱上方構(gòu)架處。
[0032] (3)軸箱振動加速度測試點加速度傳感器布置
[0033] 三向加速度傳感器分別布置在被測試有軌電車和拖車轉(zhuǎn)向架導向輪對上方軸箱 位置。
[0034] 更進一步地，上述三向加速度傳感器通過AB膠粘貼在被測試點，其中為防止 測試人員等外界因素對車體振動加速度測量的干擾，車體振動加速度傳感器可粘貼在 20cmX20cm的鋼板上，并利用3M膠帶將鋼板固定在相應的車體內(nèi)地板測點位置。
[0035] 本發(fā)明還公開了一種有軌電車耦合動力學測試方法，其具體包括以下的步驟：
[0036] 步驟一、在有軌電車車體內(nèi)的被測試點設置三向加速度傳感器，三向加速度傳感 器固定在被測試點，所述三向加速度傳感器信號連接數(shù)據(jù)采集設備，所述數(shù)據(jù)采集設備信 號連接測試結(jié)果分析設備；所述測試結(jié)果分析設備包括濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計算器和判 斷器，所述濾波器用于將數(shù)據(jù)采集設備采集的到的加速度信號進行濾波處理，所述模數(shù)轉(zhuǎn) 換器用于將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號并通過判斷器進行判斷，所述計算器用于計算不同測試 點、不同車況以及不同路況下的加速度極限值，所述判斷器用于判斷加速度測試值與極限 值之間的關(guān)系；
[0037] 步驟二、根據(jù)有軌電車類型、車輛載荷、運行速度、直線/曲線段分別將測試結(jié)果 與對應的極限值進行比較，判斷有軌電車運行的安全性、穩(wěn)定性、平穩(wěn)性和舒適性。
[0038] 通過上述方法快速測試出有軌電車的耦合動力學特性。測試便捷，測試結(jié)果準確， 成本低，極大地方便了測試用戶的使用。
[0039] (1)有軌電車運行穩(wěn)定性
[0040] 有軌電車橫向穩(wěn)定性可以通過采用構(gòu)架橫向加速度評價轉(zhuǎn)向架的抗蛇形穩(wěn)定性， 根據(jù)當構(gòu)架橫向加速度經(jīng)過〇. 5~10Hz的帶通濾波、峰值有連續(xù)振動6次以上達到或超過 極限值8m/s2時，判定轉(zhuǎn)向架失穩(wěn)。轉(zhuǎn)向架是指能相對車體回轉(zhuǎn)的一種裝置，它承載了車體 的全部重量，保證列車能順利地通過彎道。轉(zhuǎn)向架由輪對軸箱裝置、彈簧懸掛裝置、構(gòu)架、 基礎(chǔ)制動裝置、牽引裝置和附屬裝置等組成。構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的重要組成部件，是轉(zhuǎn)向架的基 礎(chǔ)，將轉(zhuǎn)向架各零部件組成一個整體，承受、傳遞作用力及載荷，因此可以通過構(gòu)架橫向加 速度判斷轉(zhuǎn)向架的抗蛇形穩(wěn)定性。
[0041] (2)有軌電車運行安全性
[0042] 鑒于試驗所測數(shù)據(jù)均為振動加速度，根據(jù)規(guī)