地铁车辆视频监控硬盘振动试验研究

邓爱建　马永方　段合朋　孙畅

摘要：以某地铁视频监控硬盘为研究对象，进行线路振动试验和分析，掌握硬盘的振动特性。结合车辆零部件振动标准GB/T 21563-2018《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》，分析硬盘是否在车辆线路运行时产生共振，导致硬盘故障，并提出改进建议。

关键词：地铁;硬盘;振动特性;故障

1  概述

随着城市人口逐渐增多，地铁车辆已成为重要的城市交通工具。而地铁车辆视频监控系统可以实时监测、记录列车运行状态、客流变化等，视频监控硬盘不但可实时记录车辆行车重要信息，而且也保障车辆运行信息正常显示的重要部件。

硬盘工作时，硬盘振动是由线路激励通过车体传递产生，虽然硬盘按照GB/T 21563-2018标准要求，通过了振动台架随机激励试验验证，但由于某些线路对车辆产生的激励导致车体地板局部振动，激励频率与硬盘谐振频率接近产生共振，导致硬盘硬盘停止工作甚至产生不可恢复损坏。

2  理论基础

硬盘安装于车载电器柜内，质量小于500kg，参照GB/T 21563-2018《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》标准，按照1类B级进行试验。

加速度有效值RMS可以通过式（1）得到：

（1）

其中ASD为硬盘测试点加速度谱密度函数。

设定频率比，相对阻尼系数，则有响应的动力放大因子为：

（2）

幅频响应曲线如图1所示。

由图1可知，当λ≈1时，响应大小由阻尼比决定ζ， ζ越小，系统振动越大，λ=，放大因子β始终为1，即实现振动等幅传递。

3  试验内容

硬盘装车前，按GB/T 21563-2018《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》1类B级，在5Hz～150Hz范围内，每方向5小时，按垂向0.81g、横向0.36g、纵向0.56g随机激励进行振动耐久试验，试验后检查各项功能正常。

但车辆运行时，硬盘有时无法正常工作，為判断是否因车辆实际线路运行时，硬盘振动所致，需对车辆运行时的硬盘振动特性进行分析。

为掌握硬盘振动特性，在测点的布置上，采用了振动传递的方式布置，沿振动传递的关键位置分别布置5个测点。每个测点3个方向，地板面、柜体、硬盘盒、车厢视频监控硬盘、受电弓视频监控硬盘。

4  试验结果分析

4.1 试验结果

对车辆实际线路运行时硬盘振动数据进行5Hz～150Hz分析。

①车辆运行时地板面、柜体、硬盘盒、车厢视频监控硬盘、受电弓视频监控硬盘的测试结果如表1。

②车厢视频监控硬盘、受电弓视频监控硬盘如图3～图5。

4.2 结果分析

对车厢视频监控硬盘、受电弓视频监控硬盘纵向、横向、垂向三方向加速度分析得出如下结论：

①纵向，车厢视频监控硬盘在91Hz频率处、受电弓视频监控硬盘在13Hz频率处振动幅值较大;91Hz是硬盘转速5400rpm转频所致，而13Hz是柜体的自振频率，但两频率都没引起硬盘共振。

②横向，车厢视频监控硬盘在37Hz频率处、受电弓视频监控硬盘在91Hz频率处振动幅值较大;37Hz是车厢视频监控硬盘的固有频率，发生共振;受电弓视频监控硬盘91Hz 是硬盘转速5400rpm所致。

③垂向，车厢视频监控硬盘最大振动加速度达到1.33g，受电弓监视硬盘达到0.93g，均在37Hz频率处振动较大;是由地板局部振动经柜体和硬盘盒传递至车厢视频监控硬盘和受电弓视频监控硬盘，37Hz是硬盘通过弹簧安装硬盘盒后的固有频率，此频率处硬盘发生共振。

④由表1数据可知，试验布置的所有测点三方向加速度有效值（RMS）均没有超过GB/T 21563-2018《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》规定的输入值。

⑤由图6频响函数曲线可知，在频率37Hz处，硬盘盒传递至硬盘传递率14，此频率是视频监控硬盘刚体固有频率，硬盘发生共振。

5  结论

车辆地板在37Hz频率附近发生局部振动，通过机柜和硬盘盒传递到车厢视频监控硬盘、受电弓视频监控硬盘，由于硬盘在37Hz频率处发生共振，导致硬盘故障，为保证硬盘正常工作，采取以下措施：①应增加硬盘共振扫频试验，确定硬盘固有频率;②设计时在易发生共振频率处，增加硬盘安装弹簧阻尼，抑制共振幅值;③改变硬盘减振弹簧的固有频率，避免与车体、机柜、硬盘盒产生谐振。

参考文献：

[1]GB/T 21563-2018，轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验[S].

[2]李明，付建鹏，杜金艳.印度加尔各答地铁车辆制动系统优化设计[J].内燃机与配件，2019（20）：25-27.

[3]王铁成.深圳地铁某线车辆电机振动特性研究[J].内燃机与配件，2018（12）：62-64.