动刚度的测试方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及交通轨道领域，具体涉及动刚度的测试方法及系统。动刚度的测试方法，包括：在预设时间内，对轨道施加预设频率范围内的力，使所述轨道产生振动；按照预设的采样频率，实时采集所述力信号及所述振动的加速度信号；按照预设的时间间隔，按照采集的所述力信号及所述加速度信号，记录力F的数据、力F对应的时间、加速度a的数据和加速度a对应的时间；根据所述加速度a的数据与时间的对应关系，得到位移X与频率f的对应关系；进而得到位移X与时间t的对应关系；根据上述对应关系，以及动刚度与位移和力的对应关系，得到动刚度Z与频率f的对应关系，即宽频动刚度。本发明专利技术提供的动刚度的测试方法及系统，能够测试轨道的宽频动刚度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及交通轨道领域，具体涉及动刚度的测试方法及系统。
技术介绍
轨道作为铁路线路的重要组成部分，是一个整体性的工程结构，一般由钢轨、轨枕、扣件及道床等组成。它作为现代社会中很重要的交通工具，其安全性与人民的生命息息相关。轨道的安全性评价指标主要包括静刚度和动刚度。轨道动刚度是用来表征动态条件下轨面受激振力与受激振力后产生的变形两者关系的一个重要参数，即抵抗交变载荷的能力，其值代表了轨道的结构动力特性。它在数值上等于单位振幅所需的交变力，即动刚度Z等于交变力F除以该力引起的位移X (Z=FA)0由此可见，轨道动刚度会随激振力频率变化而变化，它反映了轨道振动的支撑性能，是影响轮轨相互作用和列车运行品质的重要因素。目前，测试轨道的动刚度方法是通过疲劳机对轨道施加某一固定频率的力，再通过力传感器检测施加的力，通过位移传感器检测轨道在该力下的振动位移，从而得到动刚度。由于疲劳机只能施加某一固定频率的力，得到的动刚度也是某一固定频率下的动刚度，因而不能全面评价轨道的不同频率下的动刚度，即宽频动刚度。
技术实现思路
本专利技术提供的动刚度的测试方法及系统，能够测试轨道的宽频动刚度。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的动刚度的测试方法，包括下列步骤在预设时间内，对轨道施加预设频率范围内的力，使所述轨道产生振动；按照预设的采样频率，实时采集所述力F信号及所述振动的加速度a信号；按照预设的时间间隔，按照采集的所述力信号及所述加速度信号，记录力F的数据、力F对应的时间、加速度a的数据和加速度a对应的时间；根据所述加速度a的数据与时间的对应关系，得到位移X与频率f的对应关系；根据所述位移X与频率f的对应关系，得到位移X与时间t的对应关系；根据所述位移X与时间t的对应关系、所述力F与时间t的对应关系，以及动刚度与力F和位移X的对应关系，得到所述轨道的动刚度Z与时间t的对应关系；根据所述动刚度Z与时间t的对应关系、所述位移X与时间t的对应关系以及所述位移X与频率f的对应关系，得到动刚度Z与频率f的对应关系。进一步地，所述根据所述加速度a的数据与时间的对应关系，得到位移X与频率f的对应关系的步骤中，根据所述加速度a的数据与时间的对应关系，采用频域分析法，得到位移X与频率f的对应关系，即宽频动刚度。进一步地，所述根据所述位移X与频率f的对应关系，得到位移X与时间t的对应关系的步骤中，根据所述位移X与频率f的对应关系，采用傅里叶逆变换法，得到位移X与时间t的对应关系。进一步地，所述按照预设的采样频率，实时采集所述力F信号及所述振动的加速度a信号的步骤，进一步包括对所述力F信号添加力窗，并且对所述加速度a信号添加指数窗。进一步地，所述按照预设的时间间隔，按照采集的所述力信号及所述加速度信号，记录力F的数据、力F对应的时间、加速度a的数据和加速度a对应的时间的步骤中，进一步包括去除所述加速度a的数据的趋势项。进一步地，所述按照预设的时间间隔，按照采集的所述力信号及所述加速度信号，记录力F的数据、力F对应的时间、加速度a的数据和加速度a对应的时间的步骤中，进一步包括采用滑动平均法对所述加速度a的数据进行平滑处理。进一步地，所述按照预设的时间间隔，按照采集的所述力信号及所述加速度信号，记录力F的数据、力F对应的时间、加速度a的数据和加速度a对应的时间的步骤中，进一步包括对所述加速度a的数据进行滤波处理。动刚度的测试系统，包括力锤、加速度传感器、信号采集设备和信号处理器；所述力锤包括冲击锤和力传感器；所述冲击锤和所述力传感器连接；信号采集设备分别与所述加速度传感器、所述力传感器、所述信号处理器连接。所述冲击锤用于在预设时间内，对轨道施加预设频率范围内的力，使所述轨道产生振动；所述力传感器和所述信号采集设备用于按照预设的采样频率，实时采集所述力F信号；所述加速度传感器和所述信号采集设备用于按照预设的采样频率，实时采集所述振动的加速度a信号；所述信号处理器用于按照预设的时间间隔，按照采集的所述力信号及所述加速度信号，记录力F的数据、力F对应的时间、加速度a的数据和加速度a对应的时间；根据所述加速度a的数据与时间的对应关系，得到位移X与频率f的对应关系；根据所述位移X与频率f的对应关系，得到位移X与时间t的对应关系；根据所述位移X与时间t的对应关系、所述力F与时间t的对应关系，以及动刚度Z=F/X，得到所述轨道的动刚度Z与时间t的对应关系；根据所述动刚度Z与时间t的对应关系、所述位移X与时间t的对应关系以及所述位移X与频率f的对应关系，得到动刚度Z与频率f的对应关系。进一步地,进一步包括信号调节装置；所述信号采集设备通过所述信号调节设备与所述信号处理器连接；所述信号调节设备用于对所述力F信号添加力窗；对所述加速度a信号添加指数窗。进一步地，所述信号处理器还用于去除所述加速度a的数据的趋势项；采用滑动平均法对所述进行平滑处理；对所述加速度a的数据进行滤波处理。与现有技术相比，本专利技术提供的动刚度的测试方法及系统，能够测试轨道的宽频动刚度。其测量轨道动刚度的原理是当轨道受到不同频率的作用力时，会产生不同频率的振动，因而产生的振动位移也不同，从而得到动刚度在不同振动频率下的动刚度。具体测试方法是按照测定需要，在一定时间内，对轨道施加不同频率的力，并采集该力F信号和轨道产生的加速度a信号，再将力F信号和加速度a信号转化为数据，并分别记录下两者对应的时间，最终记录轨道的加速度a与时间t的对应关系和施加的力F与时间t的对应关系，再根据所述加速度a的数据与时间的对应关系，得到位移X与频率f的对应关系，进而得到位移X与时间t的对应关系；同时根据所述位移X与时间t的对应关系、所述力F与时间t的对应关系，以及动刚度Z=F/X，得到所述轨道的动刚度Z与时间t的对应关系；最后根据所述动刚度Z与时间t的对应关系、所述位移X与时间t的对应关系以及所述位移X与频率f的对应关系，得到动刚度Z与频率f的对应关系，即轨道的宽频动刚度。此外，本专利技术提供的动刚度的测试方法及系统还可以达到下列有益效果(I)力窗是指对信号采集设备采集的噪声信号的校正因子,力信号添加力窗后,可以去除力锤施加的力外的噪声信号。(2)由于加速度信号传递过程中是一个无穷极限衰减的过程，因而实际操作中只能取有限项作为其近似值，因而会产生误差，这种误差称之为截断误差。而加速度信号添加指数窗，可以消除这种截断误差。(3)在振动测试中采集到的振动信号数据，由于信号处理器随温度变化产生的零点漂移、传感器频率范围外低频性能的不稳定以及传感器周围的环境干扰，往往会偏离基线、甚至偏离基线的大小还会随时间变化，偏离基线随时间变化的整个过程称为信号的趋势项，其直接影响信号的正确性，因而将其去除可以减小偶然误差。(4)通过信号采集设备采样得到的振动信号数据往往叠加了噪声信号。噪声信号除了有工频及其倍频程等周期性的干扰信号外，还有不规则的随机干扰信号。由于随机干扰信号的频带较宽，有时高频成分所占的比例还很大，使得采集到的离散数据绘成的振动曲线上呈现很多毛刺，很不光滑。为了削弱干扰信号的影响，提高振动曲线光滑度，常常需要对采样数据进行平滑处理。此外，数据平滑还可以进一步消除信号的不规则趋势项，并且采用滑动平均法进行平滑处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
动刚度的测试方法，其特征在于，包括下列步骤：在预设时间内，对轨道施加预设频率范围内的力，使所述轨道产生振动；按照预设的采样频率，实时采集所述力F信号及所述振动的加速度a信号；按照预设的时间间隔，按照采集的所述力信号及所述加速度信号，记录力F的数据、力F对应的时间、加速度a的数据和加速度a对应的时间；根据所述加速度a的数据与时间的对应关系，得到位移X与频率f的对应关系；根据所述位移X与频率f的对应关系，得到位移X与时间t的对应关系；根据所述位移X与时间t的对应关系、所述力F与时间t的对应关系，以及动刚度与力F和位移X的对应关系，得到所述轨道的动刚度Z与时间t的对应关系；根据所述动刚度Z与时间t的对应关系、所述位移X与时间t的对应关系以及所述位移X与频率f的对应关系，得到动刚度Z与频率f的对应关系，即宽频动刚度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，肖杰灵，赵才友，徐浩，陈嵘，徐井芒，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：