[发明专利]动刚度的测试方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及交通轨道领域，具体涉及动刚度的测试方法及系统。

背景技术

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=F/X）。

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。

发明内容

本发明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，本发明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：