地鐵車輛視頻監控硬盤振動試驗研究

鄧愛建　馬永方　段合朋　孫暢

摘要：以某地鐵視頻監控硬盤為研究對象，進行線路振動試驗和分析，掌握硬盤的振動特性。結合車輛零部件振動標準GB/T 21563-2018《軌道交通機車車輛設備沖擊和振動試驗》，分析硬盤是否在車輛線路運行時產生共振，導致硬盤故障，并提出改進建議。

關鍵詞：地鐵;硬盤;振動特性;故障

1? 概述

隨著城市人口逐漸增多，地鐵車輛已成為重要的城市交通工具。而地鐵車輛視頻監控系統可以實時監測、記錄列車運行狀態、客流變化等，視頻監控硬盤不但可實時記錄車輛行車重要信息，而且也保障車輛運行信息正常顯示的重要部件。

硬盤工作時，硬盤振動是由線路激勵通過車體傳遞產生，雖然硬盤按照GB/T 21563-2018標準要求，通過了振動臺架隨機激勵試驗驗證，但由于某些線路對車輛產生的激勵導致車體地板局部振動，激勵頻率與硬盤諧振頻率接近產生共振，導致硬盤硬盤停止工作甚至產生不可恢復損壞。

2? 理論基礎

硬盤安裝于車載電器柜內，質量小于500kg，參照GB/T 21563-2018《軌道交通機車車輛設備沖擊和振動試驗》標準，按照1類B級進行試驗。

加速度有效值RMS可以通過式（1）得到：

（1）

其中ASD為硬盤測試點加速度譜密度函數。

設定頻率比，相對阻尼系數，則有響應的動力放大因子為：

（2）

幅頻響應曲線如圖1所示。

由圖1可知，當λ≈1時，響應大小由阻尼比決定ζ， ζ越小，系統振動越大，λ=，放大因子β始終為1，即實現振動等幅傳遞。

3? 試驗內容

硬盤裝車前，按GB/T 21563-2018《軌道交通機車車輛設備沖擊和振動試驗》1類B級，在5Hz～150Hz范圍內，每方向5小時，按垂向0.81g、橫向0.36g、縱向0.56g隨機激勵進行振動耐久試驗，試驗后檢查各項功能正常。

但車輛運行時，硬盤有時無法正常工作，為判斷是否因車輛實際線路運行時，硬盤振動所致，需對車輛運行時的硬盤振動特性進行分析。

為掌握硬盤振動特性，在測點的布置上，采用了振動傳遞的方式布置，沿振動傳遞的關鍵位置分別布置5個測點。每個測點3個方向，地板面、柜體、硬盤盒、車廂視頻監控硬盤、受電弓視頻監控硬盤。

4? 試驗結果分析

4.1 試驗結果

對車輛實際線路運行時硬盤振動數據進行5Hz～150Hz分析。

①車輛運行時地板面、柜體、硬盤盒、車廂視頻監控硬盤、受電弓視頻監控硬盤的測試結果如表1。

②車廂視頻監控硬盤、受電弓視頻監控硬盤如圖3～圖5。

4.2 結果分析

對車廂視頻監控硬盤、受電弓視頻監控硬盤縱向、橫向、垂向三方向加速度分析得出如下結論：

①縱向，車廂視頻監控硬盤在91Hz頻率處、受電弓視頻監控硬盤在13Hz頻率處振動幅值較大;91Hz是硬盤轉速5400rpm轉頻所致，而13Hz是柜體的自振頻率，但兩頻率都沒引起硬盤共振。

②橫向，車廂視頻監控硬盤在37Hz頻率處、受電弓視頻監控硬盤在91Hz頻率處振動幅值較大;37Hz是車廂視頻監控硬盤的固有頻率，發生共振;受電弓視頻監控硬盤91Hz 是硬盤轉速5400rpm所致。

③垂向，車廂視頻監控硬盤最大振動加速度達到1.33g，受電弓監視硬盤達到0.93g，均在37Hz頻率處振動較大;是由地板局部振動經柜體和硬盤盒傳遞至車廂視頻監控硬盤和受電弓視頻監控硬盤，37Hz是硬盤通過彈簧安裝硬盤盒后的固有頻率，此頻率處硬盤發生共振。

④由表1數據可知，試驗布置的所有測點三方向加速度有效值（RMS）均沒有超過GB/T 21563-2018《軌道交通機車車輛設備沖擊和振動試驗》規定的輸入值。

⑤由圖6頻響函數曲線可知，在頻率37Hz處，硬盤盒傳遞至硬盤傳遞率14，此頻率是視頻監控硬盤剛體固有頻率，硬盤發生共振。

5? 結論

車輛地板在37Hz頻率附近發生局部振動，通過機柜和硬盤盒傳遞到車廂視頻監控硬盤、受電弓視頻監控硬盤，由于硬盤在37Hz頻率處發生共振，導致硬盤故障，為保證硬盤正常工作，采取以下措施：①應增加硬盤共振掃頻試驗，確定硬盤固有頻率;②設計時在易發生共振頻率處，增加硬盤安裝彈簧阻尼，抑制共振幅值;③改變硬盤減振彈簧的固有頻率，避免與車體、機柜、硬盤盒產生諧振。

參考文獻：

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