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標題：GB/T 21563-2018：機車車輛設備沖擊振動試驗中的電動振動臺測試與推力要求

引言

軌道交通機車車輛上的設備（如控制柜、電氣組件、顯示屏等）必須經受住運行中持續不斷的振動和偶然發生的沖擊。GB/T 21563-2018 《軌道交通機車車輛設備沖擊和振動試驗》是確保這些設備可靠性的核心標準，它等同采用國際標準IEC 61373:2010。該標準對試驗設備，特別是電動振動臺的性能提出了明確要求，其中最大推力是決定測試能力的關鍵參數。本文將聚焦于該標準中的電動振動臺測試項目及其最大推力要求。

一、標準概述與設備分類

GB/T 21563-2018 旨在驗證安裝在機車車輛上的設備承受沖擊和振動條件的能力。標準根據設備在車體上的安裝位置，將其分為三類，試驗的嚴酷等級也隨之不同：

1.
1類：車體安裝設備 - 直接安裝在車體上的設備（如車廂內的控制柜），振動最劇烈。
2.
2類：轉向架安裝設備 - 安裝在轉向架上的設備（如某些傳感器），振動最為嚴酷。
3.
3類：車軸安裝設備 - 安裝在車軸上的設備（如軸溫檢測器），需承受極高的振動。

二、電動振動臺測試項目

在該標準中，電動振動臺主要用于完成以下兩類關鍵的振動試驗：

表：GB/T 21563-2018 電動振動臺核心測試項目

測試類型	測試目的	測試方法概要	適用設備類別
長壽命振動試驗	模擬設備在長期運行中承受的隨機振動，考核其結構強度和疲勞壽命。	在規定的頻率范圍（通常為1-500Hz）內，進行指定嚴酷等級的隨機振動。試驗持續時間較長（如5小時每個軸向），以模擬全生命周期的振動累積效應。	1類， 2類， 3類
功能性隨機振動試驗	考核設備在正常運行振動環境下，其功能性能是否保持穩定。	進行與長壽命試驗頻譜類似但持續時間較短的隨機振動，同時在振動過程中監測設備的工作狀態和功能。	1類， 2類， 3類

注：標準中也包含沖擊試驗，但沖擊試驗通常使用專門的沖擊臺或振動臺的沖擊功能完成，其對推力的要求與振動試驗不同。

三、電動振動臺的最大推力要求

最大推力是電動振動臺能否完成標準規定的測試任務的先決條件。推力不足會導致無法達到規定的振動量級，使試驗無效。

1. 推力計算公式

所需推力主要由以下公式決定：

F = (m~t~ + m~e~) × a~rms~

?
F: 所需推力（單位：N 或 kN）
?
m~t~: 動圈質量 + 夾具質量 + 連接件質量（單位：kg）
?
m~e~: 試驗樣品（設備）質量（單位：kg）
?
a~rms~: 試驗規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. 關鍵參數確定與示例

以下表格以一個示例來說明如何確定最大推力要求：

表：最大推力要求計算示例與參數說明

參數	說明與示例值	備注
試驗樣品質量 (m~e~)	例如：50 kg	被測設備的實際重量。
夾具與動圈質量 (m~t~)	例如：70 kg（夾具60kg + 動圈10kg）	為準確模擬安裝狀態，需設計專用夾具。夾具應剛性良好，但質量應盡量輕。
總質量 (m~t~ + m~e~)	50 kg + 70 kg = 120 kg	這是需要推動的總質量。
試驗要求總均方根加速度 (a~rms~)	例如：根據標準中2類設備的譜圖，計算出的Grms約為 6.5 g (約63.7 m/s2)	這是最關鍵的變量。不同類別、不同軸向的Grms值不同。2類（轉向架安裝）設備的Grms值最高，通常可達5-10 g，要求最苛刻。
所需最大推力 (F)	F = 120 kg × 63.7 m/s2 = 7644 N ≈ 7.6 kN	這是理論計算值。
安全系數	通常取 1.2 到 1.5，以應對瞬態沖擊和非理想因素。	選取 1.3 的安全系數。
建議選擇的振動臺最大推力	7.6 kN × 1.3 ≈ 9.9 kN	因此，為完成此示例測試，應選擇最大推力不低于10 kN的電動振動臺。

四、注意事項

1.
推力估算的必要性：在試驗前，必須根據上述方法進行推力估算，確保振動臺的能力滿足要求。
2.
Grms值的確定：必須嚴格按照GB/T 21563-2018標準中針對設備類別和軸向規定的加速度功率譜密度（PSD）曲線進行計算，得出準確的Grms值。
3.
夾具設計的重要性：夾具的質量和傳遞特性直接影響推力需求和分析結果。理想的夾具應具有高剛度、低質量的特點。
4.
推力與頻率的關系：電動振動臺的最大推力通常在其工作頻率范圍的中段才能達到，在極高頻率下可用推力會下降，這也需要在選型時考慮。

結語

在GB/T 21563-2018的測試中，電動振動臺的最大推力是確保試驗能夠有效、準確進行的核心硬件指標。通過系統性地計算總運動質量和標準規定的振動量級（Grms），并考慮必要的安全余量，可以科學地選定合適的電動振動臺，從而為軌道交通機車車輛設備的安全性和可靠性提供堅實的基礎保障。準確的設備選型是完成符合標準要求的沖擊與振動試驗的第一步，也是至關重要的一步。

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