攝譜分析儀器在快速客運(yùn)晃震勘驗(yàn)和剖析里運(yùn)用
鐵路運(yùn)輸是最重要的運(yùn)輸方式之一。振動是影響列車運(yùn)行平穩(wěn)性的最重要因素，將影響乘客的乘車舒適度，甚至身體健康。同時，通過軌道、路基引起地面及周邊建筑的振動，帶來許多附加影響。資料表明，在離軌道200m之內(nèi)，人們對振動比對噪聲更加敏感。
尤其是列車向著高速、輕量化方向的發(fā)展，客車運(yùn)行中出現(xiàn)了一些新問題。受設(shè)計單位委托，我們對準(zhǔn)高速客車軟臥車廂的振動（包括顫動）進(jìn)行了測量和分析，為減少和消除振動提供依據(jù)。
測點(diǎn)分布
為掌握車輛內(nèi)部振動分布特點(diǎn)，并對運(yùn)營中的鐵路客車端部與中部振動情況進(jìn)行對比，選擇軟臥車的1號包間（端部，轉(zhuǎn)向架上方）和5號包間（中部）對應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行測量布點(diǎn)。測點(diǎn)涵蓋3個相互垂直的方向（列車前進(jìn)方向?yàn)閄，側(cè)壁垂直方向?yàn)閅，軌道面垂直方向?yàn)閆）。由于測振傳感器數(shù)量有限，1號包間沒有測量側(cè)壁垂直方向Y.測振傳感器在5號包廂中的位置如所示：傳感器acc07安裝在間壁上部位置1處；傳感器acc08安裝在包間地板中部位置3處；傳感器acc09安裝在側(cè)墻上部位置2處。
在1號包間對應(yīng)位置1處安裝傳感器acc05測量1號包間X方向的振動，對應(yīng)位置3處安裝傳感器acc06測量1號包間Z方向的振動。
振動測量系統(tǒng)
振動測量系統(tǒng)包含3大部分：傳感器、中間變換器及顯示輸出器。
傳感器：測振傳感器有位移傳感器、速度傳感器及加速度傳感器。壓電式加速度傳感器由于其體積小、重量輕、量程大及工作頻帶寬等優(yōu)越性，得到了廣泛應(yīng)用。這次測量，就是采用的Kstler壓電式加速度傳感器。
中間變換器：采用德國朗德公司的Artemis虛擬儀器。
顯示輸出器：采用戴爾筆記本電腦。
客車顫動分析該型車在整個運(yùn)行過程中運(yùn)行狀態(tài)良好，只是在中間出現(xiàn)過顫動現(xiàn)象。列車運(yùn)行過程中的振動是難免的，但顫動是不允許的。
由于是整個車體發(fā)生顫動，所以初步判斷是發(fā)生了共振。這樣，必須找出共振頻率，從而在設(shè)計上進(jìn)行改進(jìn)，避免顫動。
運(yùn)用自相關(guān)、互相關(guān)、自功率譜分析方法進(jìn)行研究。
相關(guān)是兩個時間記錄的相似性的衡量。互相關(guān)函數(shù)定義為：式中，E［x（t）y（t＋）］表示求兩個隨機(jī)時間函數(shù)x（t）和y（t＋）的數(shù)學(xué)期望，〈x（t）y（t＋）〉表示求x（t）和y（t＋）的乘積的平均值。
當(dāng)x（t）＝y(tǒng)（t）時，互相關(guān)函數(shù)就成自相關(guān)函數(shù)Rx（）。所以，自相關(guān)是互相關(guān)的特例。
通過互相關(guān)函數(shù)和自相關(guān)函數(shù)，可以找到隱蔽在隨機(jī)信號中的周期成分。正是基于這一點(diǎn)，采用其作為對列車顫動進(jìn)行分析的手段。
功率譜密度函數(shù)是自相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換。通過功率譜密度分析，可以了解振動能量沿頻率的分布。
對照列車顫動與列車正常運(yùn)行頻譜圖，并利用自相關(guān)、互相關(guān)以及自功率譜分析方法可知：列車的加速度共振頻率為11Hz.、為部分研究圖表（圖中上圖為客車顫動分析圖，下圖為客車正常運(yùn)行圖）。
通過可以明顯看出，車輛顫動時車輛中部間壁振動有著明顯的周期成分，周期約為89ms.
通過可以明顯看出，車輛顫動時車輛各測點(diǎn)加速度振動均在11Hz附近有較高的能量。而在正常運(yùn)行時，車輛各測點(diǎn)振動的能量峰值點(diǎn)不重合。
車輛顫動時其加速度共振頻率為11Hz，其相應(yīng)固有頻率只有在無阻尼情況下才與之相等。對于二階系統(tǒng)，系統(tǒng)固有頻率fn與加速度共振頻率f的關(guān)系為：所以，系統(tǒng)固有頻率小于11Hz，在阻尼系數(shù)較大時，其值應(yīng)為幾赫茲。
客車顫動原因?qū)囕v在整個運(yùn)行路段進(jìn)行了多次測量。正常運(yùn)行時，各測點(diǎn)振動的能量峰值點(diǎn)不重合，但在兩次顫動發(fā)生時，車輛都行進(jìn)在橋上，客車顫動的可能原因是：行進(jìn)中的列車作為移動載荷對橋梁產(chǎn)生沖擊，激發(fā)了橋梁的振動，而橋梁的振動反過來又激發(fā)了列車的振動，從而引起整個車體在11Hz的加速度共振頻率處產(chǎn)生共振。
客車振動分析從各測點(diǎn)1／3倍頻程圖可知客車端部轉(zhuǎn)向架上方地板振動以中、高頻為主，峰值出現(xiàn)在100￣300Hz；客車中部地板振動以低、中頻為主；間壁振動以低于500Hz的中低頻為主。車輛顫動的降低改變車輛的固有頻率，如車輛的結(jié)構(gòu)或材料，使其避開11Hz的加速度共振頻率。車輛振動的降低隨著車體的輕量化及車速的提高，車輛的振動問題越發(fā)突出。較為有效的方法是采用浮筑結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也可采取加大彈簧裝置靜撓度，采用液壓減振器等方法。
車廂聲共振的降低本次測量的客車軟臥尺寸約為2m×2m×2.54m.作者注意到，一般客車臥鋪車廂的情況也大致如此。從波動聲學(xué)理論來看，這種設(shè)計略有欠缺。
客車車廂如同矩形房間。在矩形房間的3對平行表面間，只要其距離為s／2（s為聲波波長）的整數(shù)倍，就可以產(chǎn)生相應(yīng)方向上的軸向駐波。矩形房間為三維空間，所以，除了3個方向的軸向駐波外，聲波可在兩維空間出現(xiàn)切向駐波，三維空間出現(xiàn)斜向駐波。
這時，房間的共振頻率計算公式為：式中，Lx、Ly、Lz分別為房間的長、寬、高，單位為m；n x、n y、n z分別為0￣∞之任意整數(shù)（n x、n y、n z不能同時為0），c為聲速，單位為m／s.
由上式可知，如果房間的長、寬、高取值相同，或有兩者相同則會出現(xiàn)共振頻率重疊現(xiàn)象，加重這些頻率的振動，使與這些共振頻率相當(dāng)?shù)穆曇舯淮蟠蠹訌?qiáng)，引起嗡嗡聲。
（1）相關(guān)分析、功率譜分析是有效的車輛顫動分析方法。
（2）車輛顫動加速度共振頻率為11Hz.
（3）鐵路客車軟臥車廂的長、寬、高3個尺寸應(yīng)不相同。
（4）車輛地板振動以中、高頻為主，間壁振動以中、低頻為主，側(cè)墻振動以中、低頻為主。
