GB/T 21563-2018：机车车辆设备冲击振动试验中的电动振动台测试与推力要求|科研检测认证资讯|深圳市讯科标准技术服务有限公司

标题：GB/T 21563-2018：机车车辆设备冲击振动试验中的电动振动台测试与推力要求

引言

轨道交通机车车辆上的设备（如控制柜、电气组件、显示屏等）必须经受住运行中持续不断的振动和偶然发生的冲击。GB/T 21563-2018 《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》是确保这些设备可靠性的核心标准，它等同采用国际标准IEC 61373:2010。该标准对试验设备，特别是电动振动台的性能提出了明确要求，其中最大推力是决定测试能力的关键参数。本文将聚焦于该标准中的电动振动台测试项目及其最大推力要求。

一、标准概述与设备分类

GB/T 21563-2018 旨在验证安装在机车车辆上的设备承受冲击和振动条件的能力。标准根据设备在车体上的安装位置，将其分为三类，试验的严酷等级也随之不同：

1.
1类：车体安装设备 - 直接安装在车体上的设备（如车厢内的控制柜），振动最剧烈。
2.
2类：转向架安装设备 - 安装在转向架上的设备（如某些传感器），振动最为严酷。
3.
3类：车轴安装设备 - 安装在车轴上的设备（如轴温检测器），需承受极高的振动。

二、电动振动台测试项目

在该标准中，电动振动台主要用于完成以下两类关键的振动试验：

表：GB/T 21563-2018 电动振动台核心测试项目

测试类型	测试目的	测试方法概要	适用设备类别
长寿命振动试验	模拟设备在长期运行中承受的随机振动，考核其结构强度和疲劳寿命。	在规定的频率范围（通常为1-500Hz）内，进行指定严酷等级的随机振动。试验持续时间较长（如5小时每个轴向），以模拟全生命周期的振动累积效应。	1类， 2类， 3类
功能性随机振动试验	考核设备在正常运行振动环境下，其功能性能是否保持稳定。	进行与长寿命试验频谱类似但持续时间较短的随机振动，同时在振动过程中监测设备的工作状态和功能。	1类， 2类， 3类

注：标准中也包含冲击试验，但冲击试验通常使用专门的冲击台或振动台的冲击功能完成，其对推力的要求与振动试验不同。

三、电动振动台的最大推力要求

最大推力是电动振动台能否完成标准规定的测试任务的先决条件。推力不足会导致无法达到规定的振动量级，使试验无效。

1. 推力计算公式

所需推力主要由以下公式决定：

F = (m~t~ + m~e~) × a~rms~

•
F: 所需推力（单位：N 或 kN）
•
m~t~: 动圈质量 + 夹具质量 + 连接件质量（单位：kg）
•
m~e~: 试验样品（设备）质量（单位：kg）
•
a~rms~: 试验规范中要求的总均方根加速度值（单位：m/s² 或 g， 1g ≈ 9.8 m/s²）

2. 关键参数确定与示例

以下表格以一个示例来说明如何确定最大推力要求：

表：最大推力要求计算示例与参数说明

参数	说明与示例值	备注
试验样品质量 (m~e~)	例如：50 kg	被测设备的实际重量。
夹具与动圈质量 (m~t~)	例如：70 kg（夹具60kg + 动圈10kg）	为准确模拟安装状态，需设计专用夹具。夹具应刚性良好，但质量应尽量轻。
总质量 (m~t~ + m~e~)	50 kg + 70 kg = 120 kg	这是需要推动的总质量。
试验要求总均方根加速度 (a~rms~)	例如：根据标准中2类设备的谱图，计算出的Grms约为 6.5 g (约63.7 m/s²)	这是最关键的变量。不同类别、不同轴向的Grms值不同。2类（转向架安装）设备的Grms值最高，通常可达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	这是理论计算值。
安全系数	通常取 1.2 到 1.5，以应对瞬态冲击和非理想因素。	选取 1.3 的安全系数。
建议选择的振动台最大推力	7.6 kN × 1.3 ≈ 9.9 kN	因此，为完成此示例测试，应选择最大推力不低于10 kN的电动振动台。

四、注意事项

1.
推力估算的必要性：在试验前，必须根据上述方法进行推力估算，确保振动台的能力满足要求。
2.
Grms值的确定：必须严格按照GB/T 21563-2018标准中针对设备类别和轴向规定的加速度功率谱密度（PSD）曲线进行计算，得出准确的Grms值。
3.
夹具设计的重要性：夹具的质量和传递特性直接影响推力需求和分析结果。理想的夹具应具有高刚度、低质量的特点。
4.
推力与频率的关系：电动振动台的最大推力通常在其工作频率范围的中段才能达到，在极高频率下可用推力会下降，这也需要在选型时考虑。

结语

在GB/T 21563-2018的测试中，电动振动台的最大推力是确保试验能够有效、准确进行的核心硬件指标。通过系统性地计算总运动质量和标准规定的振动量级（Grms），并考虑必要的安全余量，可以科学地选定合适的电动振动台，从而为轨道交通机车车辆设备的安全性和可靠性提供坚实的基础保障。准确的设备选型是完成符合标准要求的冲击与振动试验的第一步，也是至关重要的一步。

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