地鐵車(chē)輛視頻監(jiān)控硬盤(pán)振動(dòng)試驗(yàn)研究

鄧愛(ài)建　馬永方　段合朋　孫暢

摘要：以某地鐵視頻監(jiān)控硬盤(pán)為研究對(duì)象，進(jìn)行線路振動(dòng)試驗(yàn)和分析，掌握硬盤(pán)的振動(dòng)特性。結(jié)合車(chē)輛零部件振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21563-2018《軌道交通機(jī)車(chē)車(chē)輛設(shè)備沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)》，分析硬盤(pán)是否在車(chē)輛線路運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生共振，導(dǎo)致硬盤(pán)故障，并提出改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：地鐵;硬盤(pán);振動(dòng)特性;故障

1? 概述

隨著城市人口逐漸增多，地鐵車(chē)輛已成為重要的城市交通工具。而地鐵車(chē)輛視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)、客流變化等，視頻監(jiān)控硬盤(pán)不但可實(shí)時(shí)記錄車(chē)輛行車(chē)重要信息，而且也保障車(chē)輛運(yùn)行信息正常顯示的重要部件。

硬盤(pán)工作時(shí)，硬盤(pán)振動(dòng)是由線路激勵(lì)通過(guò)車(chē)體傳遞產(chǎn)生，雖然硬盤(pán)按照GB/T 21563-2018標(biāo)準(zhǔn)要求，通過(guò)了振動(dòng)臺(tái)架隨機(jī)激勵(lì)試驗(yàn)驗(yàn)證，但由于某些線路對(duì)車(chē)輛產(chǎn)生的激勵(lì)導(dǎo)致車(chē)體地板局部振動(dòng)，激勵(lì)頻率與硬盤(pán)諧振頻率接近產(chǎn)生共振，導(dǎo)致硬盤(pán)硬盤(pán)停止工作甚至產(chǎn)生不可恢復(fù)損壞。

2? 理論基礎(chǔ)

硬盤(pán)安裝于車(chē)載電器柜內(nèi)，質(zhì)量小于500kg，參照GB/T 21563-2018《軌道交通機(jī)車(chē)車(chē)輛設(shè)備沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)，按照1類B級(jí)進(jìn)行試驗(yàn)。

加速度有效值RMS可以通過(guò)式（1）得到：

（1）

其中ASD為硬盤(pán)測(cè)試點(diǎn)加速度譜密度函數(shù)。

設(shè)定頻率比，相對(duì)阻尼系數(shù)，則有響應(yīng)的動(dòng)力放大因子為：

（2）

幅頻響應(yīng)曲線如圖1所示。

由圖1可知，當(dāng)λ≈1時(shí)，響應(yīng)大小由阻尼比決定ζ， ζ越小，系統(tǒng)振動(dòng)越大，λ=，放大因子β始終為1，即實(shí)現(xiàn)振動(dòng)等幅傳遞。

3? 試驗(yàn)內(nèi)容

硬盤(pán)裝車(chē)前，按GB/T 21563-2018《軌道交通機(jī)車(chē)車(chē)輛設(shè)備沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)》1類B級(jí)，在5Hz～150Hz范圍內(nèi)，每方向5小時(shí)，按垂向0.81g、橫向0.36g、縱向0.56g隨機(jī)激勵(lì)進(jìn)行振動(dòng)耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)后檢查各項(xiàng)功能正常。

但車(chē)輛運(yùn)行時(shí)，硬盤(pán)有時(shí)無(wú)法正常工作，為判斷是否因車(chē)輛實(shí)際線路運(yùn)行時(shí)，硬盤(pán)振動(dòng)所致，需對(duì)車(chē)輛運(yùn)行時(shí)的硬盤(pán)振動(dòng)特性進(jìn)行分析。

為掌握硬盤(pán)振動(dòng)特性，在測(cè)點(diǎn)的布置上，采用了振動(dòng)傳遞的方式布置，沿振動(dòng)傳遞的關(guān)鍵位置分別布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)。每個(gè)測(cè)點(diǎn)3個(gè)方向，地板面、柜體、硬盤(pán)盒、車(chē)廂視頻監(jiān)控硬盤(pán)、受電弓視頻監(jiān)控硬盤(pán)。

4? 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)車(chē)輛實(shí)際線路運(yùn)行時(shí)硬盤(pán)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行5Hz～150Hz分析。

①車(chē)輛運(yùn)行時(shí)地板面、柜體、硬盤(pán)盒、車(chē)廂視頻監(jiān)控硬盤(pán)、受電弓視頻監(jiān)控硬盤(pán)的測(cè)試結(jié)果如表1。

②車(chē)廂視頻監(jiān)控硬盤(pán)、受電弓視頻監(jiān)控硬盤(pán)如圖3～圖5。

4.2 結(jié)果分析

對(duì)車(chē)廂視頻監(jiān)控硬盤(pán)、受電弓視頻監(jiān)控硬盤(pán)縱向、橫向、垂向三方向加速度分析得出如下結(jié)論：

①縱向，車(chē)廂視頻監(jiān)控硬盤(pán)在91Hz頻率處、受電弓視頻監(jiān)控硬盤(pán)在13Hz頻率處振動(dòng)幅值較大;91Hz是硬盤(pán)轉(zhuǎn)速5400rpm轉(zhuǎn)頻所致，而13Hz是柜體的自振頻率，但兩頻率都沒(méi)引起硬盤(pán)共振。

②橫向，車(chē)廂視頻監(jiān)控硬盤(pán)在37Hz頻率處、受電弓視頻監(jiān)控硬盤(pán)在91Hz頻率處振動(dòng)幅值較大;37Hz是車(chē)廂視頻監(jiān)控硬盤(pán)的固有頻率，發(fā)生共振;受電弓視頻監(jiān)控硬盤(pán)91Hz 是硬盤(pán)轉(zhuǎn)速5400rpm所致。

③垂向，車(chē)廂視頻監(jiān)控硬盤(pán)最大振動(dòng)加速度達(dá)到1.33g，受電弓監(jiān)視硬盤(pán)達(dá)到0.93g，均在37Hz頻率處振動(dòng)較大;是由地板局部振動(dòng)經(jīng)柜體和硬盤(pán)盒傳遞至車(chē)廂視頻監(jiān)控硬盤(pán)和受電弓視頻監(jiān)控硬盤(pán)，37Hz是硬盤(pán)通過(guò)彈簧安裝硬盤(pán)盒后的固有頻率，此頻率處硬盤(pán)發(fā)生共振。

④由表1數(shù)據(jù)可知，試驗(yàn)布置的所有測(cè)點(diǎn)三方向加速度有效值（RMS）均沒(méi)有超過(guò)GB/T 21563-2018《軌道交通機(jī)車(chē)車(chē)輛設(shè)備沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)》規(guī)定的輸入值。

⑤由圖6頻響函數(shù)曲線可知，在頻率37Hz處，硬盤(pán)盒傳遞至硬盤(pán)傳遞率14，此頻率是視頻監(jiān)控硬盤(pán)剛體固有頻率，硬盤(pán)發(fā)生共振。

5? 結(jié)論

車(chē)輛地板在37Hz頻率附近發(fā)生局部振動(dòng)，通過(guò)機(jī)柜和硬盤(pán)盒傳遞到車(chē)廂視頻監(jiān)控硬盤(pán)、受電弓視頻監(jiān)控硬盤(pán)，由于硬盤(pán)在37Hz頻率處發(fā)生共振，導(dǎo)致硬盤(pán)故障，為保證硬盤(pán)正常工作，采取以下措施：①應(yīng)增加硬盤(pán)共振掃頻試驗(yàn)，確定硬盤(pán)固有頻率;②設(shè)計(jì)時(shí)在易發(fā)生共振頻率處，增加硬盤(pán)安裝彈簧阻尼，抑制共振幅值;③改變硬盤(pán)減振彈簧的固有頻率，避免與車(chē)體、機(jī)柜、硬盤(pán)盒產(chǎn)生諧振。

參考文獻(xiàn)：

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