[发明专利]一种弹性单元动态刚度测量方法及装置

说明书

本发明涉及一种弹性单元动态刚度测量方法和装置，采用ISO 10846‑5中激励点测量方法进行弹性单元动态刚度的测量，获得激励点动态刚度k₁₁，同时测量测试系统等效参振质量惯性刚度ω²m₁和测试系统等效支承刚度k_i，按式k₂₁＝k₁₁+ω²m₁‐k_i计算得到修正后的弹性单元动态刚度k₂₁。装置除ISO 10846‑5中激励点测量方法采用的装置外，还包括单频谐振信号发生器(101)、功率放大器(102)、隔离弹簧上定位板(107)、隔离弹簧下定位板(108)、力传感器(109)、加速度传感器(110)、信号调节采集及处理系统(112)。与现有技术相比，本发明通过在一次测量的基础上进行二次测量，达到有效提高动刚度测量结果的精确性和适用频率范围。

技术领域

本发明涉及任何机械工程领域包括铁路轨道技术领域，提出了一种提高弹性单元动态刚度测量频率范围及测量精度的测试方法和试验装置。

背景技术

轨道由于复杂的弹性单元一般不仅含有弹性也含有质量及阻尼等，所以动态刚度不仅包含直接刚度同时包含交叉刚度，可用矩阵的方式表示，如图1所示。弹性单元动态刚度1的测量的基本原理是通过测量输入或输出力F以及输入或输出位移u(或速度或加速度)，来获得弹性单元的动态刚度。

目前通用的弹性单元动态刚度测量方法和试验装置按照国际标准ISO10846-1:1997“Laboratory measurement of vibro-acoustic transfer properties ofresilient elements”弹性单元的声振传递特性实验室测量，及其相应的针对轨道扣件系统的欧洲标准ENV 13481-6:2002“Track performance requirements for fasteningsystems”轨道系统性能对扣件系统的要求。

ISO 10846推荐了3种弹性元件动态刚度测量方法，包括“ISO 10846-2直接测量法”，“ISO 10846-3间接接测量法”及本发明涉及的“ISO 10846-5激励点测量法”。其中的激励点测量方法相对其它两种测量方法，其测量装置和测量方法最简单且易于实现。图2所示为用激励点测量法测量轨道扣件系统动态刚度的试验装置和基本原理示意图。弹性单元1(轨道扣件)放置在一段钢轨3和刚性基座之间，通过静载加载隔振弹簧2与试验装置框架隔离开，静载加载隔振弹簧2的刚度应该低于弹性单元1(轨道扣件)的刚度。静态预载通过静载加载隔振弹簧2加到弹性单元1上，激励力通过激振器4的移动质量块加载法兰盘9加在钢轨1的轨头上。

但是在用激励点测量法测量具有低刚度(<15kN/mm)的扣件系统的动态刚度时，该测量法的局限性显露了出来，这是由于最初制定这些标准时并没有考虑到具有很低刚度弹性元件的情况。就轨道扣件系统而言，随着轨道扣件设计技术的发展和减振降噪要求的提高，低刚度及非线性刚度扣件得以大量应用，用激励点测量法获得的低刚度扣件系统的动态刚度的有效频率范围远低于扣件系统本身的实际应用频率范围。

激励点测量法是通过测量弹性单元1的输入端的激励力F₁和位移u₁得到激励点动刚度k₁₁。

{F}＝[k]{u}

F₁＝k₁₁u₁+k₁₂u₂

F₂＝k₂₁u₁+k₂₂u₂