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
【技術領域】
[0001] 本發明涉及有軌電車技術領域，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】
[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 保、節能等特點，在各城市大力發展。車輛的運行安全性、穩定性是保證城市軌道交通快速 發展的核心問題。
[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、穩定性、平穩性及乘坐舒適性，且測試結果可進一步驗證 有軌電車/嵌入式軌道耦合動力學預測模型的準確性。
[0004] 但是現有技術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。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是針對現有技術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] 本發明的技術方案如下：
[0007] 本發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 內被測試點的三向加速度傳感器、數據采集設備以及測試結果分析設備，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據采集設備，所述數據采集設 備信號連接測試結果分析設備；所述測試結果分析設備包括濾波器、模數轉換器、計算器和 判斷器，所述濾波器用于將數據采集設備采集的到的加速度信號進行濾波處理，所述模數 轉換器用于將模擬信號轉為數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被測試點包括車體振動加速度測試點、構架振 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地板測點位置。
[0011] 本發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據采集設備，所述數據采集設備信號連接測試結 果分析設備；所述測試結果分析設備包括濾波器、模數轉換器、計算器和判斷器，所述濾波 器用于將數據采集設備采集的到的加速度信號進行濾波處理，所述模數轉換器用于將模擬 信號轉為數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系； 步驟二、根據有軌電車類型、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、穩定性、平穩性和舒適性。
[0012] 更進一步地，上述方法還包括判斷有軌電車橫向穩定性，具體為通過采用構架橫 向加速度來評價，當構架橫向加速度經過〇. 5~10Hz的帶通濾波、峰值有連續振動6次以 上達到或超過極限值8m/s2時，判定轉向架失穩。
[0013] 更進一步地，評價平穩性的具體方法為：將轉向架心盤中心上方左側或右側 l〇〇〇m處加速度傳感器檢測到的振動數據進行快速傅立葉FFT變換，并根據
對20Hz以下頻譜進行計算，得到測試值；當測試值小于2. 5時，平穩性為優，當測試值介于 2. 5-2. 75時，平穩性為良好，當測試值介于2. 75-3. 0,平穩性為合格，否則，平穩性為不合 格；其中
Ai為頻譜分析后頻率為f^寸的振動加速度幅值，F(fJ為頻 率修正系數，計算出的^是某一頻率下的平穩性指標，η是分信號所含頻率成分的個數。
[0014] 本發明還公開了一種對應于權利要求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)在直線軌道一側和曲線軌 道內外側軌頭布置垂向和橫向加速度傳感器；（2)在直線軌道一側和曲線軌道內外側的高 分子澆筑材料頂部布置垂向和橫向加速度傳感器；（3)在直線軌道一側和曲線軌道內外側 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，并將測試的結果發送給測試結果分析 設備。
[0015] 本發明還公開了一種對應于權利要求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 直線軌道一側和曲線軌道內外側軌頭布置垂向和橫向加速度傳感器；（2)在直線軌道一側 和曲線軌道內外側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 一側和曲線軌道內外側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 測試的結果發送給測試結果分析設備，所述測試結果分析設備判斷加速度測試值與極限值 之間的關系，從而評價嵌入式軌道的性能。
[0016] 通過采用以上的技術方案，本發明的有益效果是：本發明提出了一種有軌電車/ 嵌入式軌道耦合動力學測試方法，根據測試方法對有軌電車和嵌入式軌道結構的動力學特 性進行測試，評價分析有軌電車和嵌入式軌道結構的動力學特性，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為有軌電車的結構示意圖。
[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向架的軸箱、構架測點示意圖。
[0021] 圖4為有軌電車的拖車轉向架的軸箱、構架測點示意圖。
[0022] 圖5為頻率修正系數表。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合說明書附圖，詳細說明本發明的具體實施例。
[0024] 本發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 體內被測試點的三向加速度傳感器、數據采集設備以及測試結果分析設備，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（可以通過數據線連接，也可 以無線連接）數據采集設備，所述數據采集設備信號連接測試結果分析設備；所述測試結 果分析設備包括濾波器、模數轉換器、計算器和判斷器，所述濾波器用于將數據采集設備采 集的到的加速度信號進行濾波處理，所述模數轉換器用于將模擬信號轉為數字信號并通過 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被測試點包括車體振動加速度測試點、構架振 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。本發明的測試內容包括車體振動加速 度，構架振動加速度，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、轉向架中心上方、 轉向架中心左右側1000mm處的車體內地板上以及車體中央內地板上，車體振動加速度測 試點共8個測點。
[0030] (2)構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地板測點位置。
[0035] 本發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據采集設備，所述數據采集設備信 號連接測試結果分析設備；所述測試結果分析設備包括濾波器、模數轉換器、計算器和判 斷器，所述濾波器用于將數據采集設備采集的到的加速度信號進行濾波處理，所述模數轉 換器用于將模擬信號轉為數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 值之間的關系；
[0037] 步驟二、根據有軌電車類型、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、穩定性、平穩性和舒適性。
[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)有軌電車運行穩定性
[0040] 有軌電車橫向穩定性可以通過采用構架橫向加速度評價轉向架的抗蛇形穩定性， 根據當構架橫向加速度經過〇. 5~10Hz的帶通濾波、峰值有連續振動6次以上達到或超過 極限值8m/s2時，判定轉向架失穩。轉向架是指能相對車體回轉的一種裝置，它承載了車體 的全部重量，保證列車能順利地通過彎道。轉向架由輪對軸箱裝置、彈簧懸掛裝置、構架、 基礎制動裝置、牽引裝置和附屬裝置等組成。構架是轉向架的重要組成部件，是轉向架的基 礎，將轉向架各零部件組成一個整體，承受、傳遞作用力及載荷，因此可以通過構架橫向加 速度判斷轉向架的抗蛇形穩定性。
[0041] (2)有軌電車運行安全性
[0042] 鑒于試驗所測數據均為振動加速度，根據規