標(biāo)題：GB/T 21563-2018：機(jī)車車輛設(shè)備沖擊振動(dòng)試驗(yàn)中的電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)測(cè)試與推力要求
引言
軌道交通機(jī)車車輛上的設(shè)備（如控制柜、電氣組件、顯示屏等）必須經(jīng)受住運(yùn)行中持續(xù)不斷的振動(dòng)和偶然發(fā)生的沖擊。GB/T 21563-2018 《軌道交通 機(jī)車車輛設(shè)備 沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)》 是確保這些設(shè)備可靠性的核心標(biāo)準(zhǔn)，它等同采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61373:2010。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備，特別是電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的性能提出了明確要求，其中最大推力是決定測(cè)試能力的關(guān)鍵參數(shù)。本文將聚焦于該標(biāo)準(zhǔn)中的電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)測(cè)試項(xiàng)目及其最大推力要求。
一、標(biāo)準(zhǔn)概述與設(shè)備分類
GB/T 21563-2018 旨在驗(yàn)證安裝在機(jī)車車輛上的設(shè)備承受沖擊和振動(dòng)條件的能力。標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)設(shè)備在車體上的安裝位置，將其分為三類，試驗(yàn)的嚴(yán)酷等級(jí)也隨之不同：
1.
1類：車體安裝設(shè)備 - 直接安裝在車體上的設(shè)備（如車廂內(nèi)的控制柜），振動(dòng)最劇烈。2.
2類：轉(zhuǎn)向架安裝設(shè)備 - 安裝在轉(zhuǎn)向架上的設(shè)備（如某些傳感器），振動(dòng)最為嚴(yán)酷。3.
3類：車軸安裝設(shè)備 - 安裝在車軸上的設(shè)備（如軸溫檢測(cè)器），需承受極高的振動(dòng)。
二、電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)測(cè)試項(xiàng)目
在該標(biāo)準(zhǔn)中，電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)主要用于完成以下兩類關(guān)鍵的振動(dòng)試驗(yàn)：表：GB/T 21563-2018 電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)核心測(cè)試項(xiàng)目
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| 長(zhǎng)壽命振動(dòng)試驗(yàn) | 模擬設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行中承受的隨機(jī)振動(dòng)，考核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞壽命。 | 在規(guī)定的頻率范圍（通常為1-500Hz）內(nèi)，進(jìn)行指定嚴(yán)酷等級(jí)的隨機(jī)振動(dòng)。試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)（如5小時(shí)每個(gè)軸向），以模擬全生命周期的振動(dòng)累積效應(yīng)。 | |
| 考核設(shè)備在正常運(yùn)行振動(dòng)環(huán)境下，其功能性能是否保持穩(wěn)定。 | 進(jìn)行與長(zhǎng)壽命試驗(yàn)頻譜類似但持續(xù)時(shí)間較短的隨機(jī)振動(dòng)，同時(shí)在振動(dòng)過程中監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)和功能。 | |
注：標(biāo)準(zhǔn)中也包含沖擊試驗(yàn)，但沖擊試驗(yàn)通常使用專門的沖擊臺(tái)或振動(dòng)臺(tái)的沖擊功能完成，其對(duì)推力的要求與振動(dòng)試驗(yàn)不同。
三、電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的最大推力要求
最大推力是電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)能否完成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試任務(wù)的先決條件。推力不足會(huì)導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到規(guī)定的振動(dòng)量級(jí)，使試驗(yàn)無(wú)效。
1. 推力計(jì)算公式
F = (m~t~ + m~e~) × a~rms~
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m~t~: 動(dòng)圈質(zhì)量 + 夾具質(zhì)量 + 連接件質(zhì)量（單位：kg）?
m~e~: 試驗(yàn)樣品（設(shè)備）質(zhì)量（單位：kg）?
a~rms~: 試驗(yàn)規(guī)范中要求的總均方根加速度值（單位：m/s2 或 g， 1g ≈ 9.8 m/s2）
2. 關(guān)鍵參數(shù)確定與示例
以下表格以一個(gè)示例來(lái)說(shuō)明如何確定最大推力要求：表：最大推力要求計(jì)算示例與參數(shù)說(shuō)明
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| 夾具與動(dòng)圈質(zhì)量 (m~t~) | 例如：70 kg（夾具60kg + 動(dòng)圈10kg） | 為準(zhǔn)確模擬安裝狀態(tài)，需設(shè)計(jì)專用夾具。夾具應(yīng)剛性良好，但質(zhì)量應(yīng)盡量輕。 |
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| 試驗(yàn)要求總均方根加速度 (a~rms~) | 例如：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中2類設(shè)備的譜圖，計(jì)算出的Grms約為 6.5 g (約63.7 m/s2) | 這是最關(guān)鍵的變量。不同類別、不同軸向的Grms值不同。2類（轉(zhuǎn)向架安裝）設(shè)備的Grms值最高，通?？蛇_(dá)5-10 g，要求最苛刻。 |
| F = 120 kg × 63.7 m/s2 = 7644 N ≈ 7.6 kN | |
| 通常取 1.2 到 1.5，以應(yīng)對(duì)瞬態(tài)沖擊和非理想因素。 | |
| | 因此，為完成此示例測(cè)試，應(yīng)選擇最大推力不低于10 kN的電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)。 |
四、注意事項(xiàng)
1.
推力估算的必要性： 在試驗(yàn)前，必須根據(jù)上述方法進(jìn)行推力估算，確保振動(dòng)臺(tái)的能力滿足要求。2.
Grms值的確定： 必須嚴(yán)格按照GB/T 21563-2018標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)設(shè)備類別和軸向規(guī)定的加速度功率譜密度（PSD）曲線進(jìn)行計(jì)算，得出準(zhǔn)確的Grms值。3.
夾具設(shè)計(jì)的重要性： 夾具的質(zhì)量和傳遞特性直接影響推力需求和分析結(jié)果。理想的夾具應(yīng)具有高剛度、低質(zhì)量的特點(diǎn)。4.
推力與頻率的關(guān)系： 電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的最大推力通常在其工作頻率范圍的中段才能達(dá)到，在極高頻率下可用推力會(huì)下降，這也需要在選型時(shí)考慮。
結(jié)語(yǔ)
在GB/T 21563-2018的測(cè)試中，電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的最大推力是確保試驗(yàn)?zāi)軌蛴行?、?zhǔn)確進(jìn)行的核心硬件指標(biāo)。通過系統(tǒng)性地計(jì)算總運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的振動(dòng)量級(jí)（Grms），并考慮必要的安全余量，可以科學(xué)地選定合適的電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，從而為軌道交通機(jī)車車輛設(shè)備的安全性和可靠性提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)保障。準(zhǔn)確的設(shè)備選型是完成符合標(biāo)準(zhǔn)要求的沖擊與振動(dòng)試驗(yàn)的第一步，也是至關(guān)重要的一步。
