IEC61373冲击振动.docx
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IEC61373冲击振动
国际标准
IEC613731999年1月
铁道车辆设备冲击
和振动试验标准
南京浦镇车辆厂
二○○一年十一月
国际电工委员会标准
IEC
61373
第1版
1999年1月
铁路应用篇
铁道车辆设备冲击和振动试验标准
参考号：
CEI/IEC61373：
1999
编号说明：
从1997年1月开始，所有IEC出版物均按60000系列编号发行。
统一出版物：
某些IEC出版物的统一版本。
包括修订版一律有效。
例如，编号为1.0，1.1和1.2的版本，系分别指基础出版物，包括第1次修正内容的基础出版物和包括第1，2次修正内容的基础出版物。
本标准的有效性：
凡是IEC出版物的技术内容均由国际电工委员会进行不断的审查，以确保其内容能反映当前技术水平。
与本标准重新认定日期有关的资料，保存在IEC的目录中。
有关本标准主题，本委员会所做的工作，直至编制成本标准，予以出版发行等等情况的资料，均可从下列各处查阅：
·IEC网站*
·IEC出版物目录
每年定期出版更新资料（联机目录）*
·IEC公报
在IEC网站*和期刊上都有。
术语、图表和字母符号：
一般术语读者可参考IEC60050“国际电工词典（IEV）”。
IEC提供的一般用途的图表符号和字母符号，读者可参阅IEC60027“电气技术常用字母符号”，IEC60417“设备常用图表符号。
单页索引和编码”以及IEC60617“图表常用符号”等。
*见下页网址。
序言…………………………………………………………………………………………4
前言…………………………………………………………………………………………4
1.范围……………………………………………………………………………………5
2.参考资料………………………………………………………………………………6
3.定义……………………………………………………………………………………6
4.总则……………………………………………………………………………………7
5.试验顺序………………………………………………………………………………7
6.试验室需要的参考资料………………………………………………………………8
6.1试验设备的安装和方位………………………………………………………………8
6.2参考点和控制点………………………………………………………………………8
6.2.1固定点………………………………………………………………………………8
6.2.2控制点………………………………………………………………………………8
6.2.3参考点………………………………………………………………………………8
6.2.4响应点（测量点）…………………………………………………………………9
6.3试验时的机械状态和功能…………………………………………………………9
6.3.1机械状态…………………………………………………………………………9
6.3.2功能试验…………………………………………………………………………9
6.3.3性能试验…………………………………………………………………………9
6.4随机振动试验重复性………………………………………………………………9
6.4.1加速度频谱密度（ASD）………………………………………………………10
6.4.2均方根值（r.m.s）………………………………………………………………10
6.4.3概率密度函数（PDF）…………………………………………………………10
6.4.4持续时间…………………………………………………………………………10
6.5测量误差……………………………………………………………………………10
6.6回复…………………………………………………………………………………10
7.初始测量和预处理…………………………………………………………………10
8.随机振动试验条件…………………………………………………………………11
8.1试验条件和频率范围………………………………………………………………11
8.2功能振动试验持续时间……………………………………………………………11
8.3试验时的功能………………………………………………………………………11
9加大随机振动级下的模拟长寿试验………………………………………………12
9.1试验条件和频率范围………………………………………………………………12
9.2加速振动试验时间…………………………………………………………………12
10.冲击试验条件………………………………………………………………………13
10.1脉冲波形和误差……………………………………………………………………13
10.2速度变化……………………………………………………………………………13
10.3安装…………………………………………………………………………………13
10.4重复率………………………………………………………………………………13
10.5试验条件，脉冲波形和方向………………………………………………………13
10.6冲击数………………………………………………………………………………14
10.7试验时的功能………………………………………………………………………14
11.运输和装卸…………………………………………………………………………14
12.最终测量……………………………………………………………………………14
13.验收准则……………………………………………………………………………14
14.试验报告……………………………………………………………………………15
15.试验证书……………………………………………………………………………15
16.收尾工作……………………………………………………………………………15
附录A（资料）
关于运行测量，测量位置，运行数据记录方法，
运行数据的摘录以及根据获得的运行数据计算
随机试验等级所用的方法等的说明…………………………………………………22
附录B（资料）
根据随机振动试验数据推导设计级计算指南………………………………………28
附录C（资料）
设备在铁路车辆上的位置以及据此确定的试验类别识别图………………………33
附录D（资料）
标准试验证书实样……………………………………………………………………34
序言
1）国际电工委员会（IEC）是一个由各国电工委员会（IEC）国家委员会组成的全球标准化组织。
其宗旨是促进各国在电气和电子方面有关标准化问题的广泛的国际合作。
有鉴于此，并考虑其它方面的需要，IEC发行一系列国际标准，这些标准的准备工作委托各技术委员会负责，凡是关心这一工作的IEC国家委员会，均可参与这一工种，此外凡是与IEC有关的国际组织，政府和非政府组织也可参加这一工作。
国际电工委员会和国际标准化组织（ISO），根据双方协议条件进行密切合作。
2）由于各技术委员会均代表其相应的国家委员会，因此IEC重要技术问题的正式决定或协议，基本上代表有关问题的国际一致意见。
3）产生的文件具有建议国际采用的形式，并以标准、技术报告、或指南的形式加以发表，在这一意义上说，它们也是为各国家委员会所接受的。
4）为了促进国际统一，各IEC国家委员会应在其国家标准和地区标准中，最大限度地贯彻执行IEC国际标准。
凡是相应的国家标准或地区标准与IEC标准不一致的地方，都应在其国家标准或地区标准中指明。
5）IEC没有明确提供表明经其审批的任何程序，因此凡是声称遵循某一IEC标准的任何设备，IEC概不承担责任。
6）本标准中的某些部分可能涉及专利权问题，应引起注意。
IEC不负责划分某项或全部专利权范围。
国际标准IEC61373业经IEC技术委员会9（铁道电气设备委员会）编就。
本标准文本以下列文件为依据：
FDIS
表决报告
9/475/FDIS
9/509/RVD
有关本标准的投票表决结果全部列于上表表决报告文件中。
附录A，B，C，D仅供资料使用。
前言
铁路车辆所配置的机械设备/元件、气动设备/元件、电气和电子设备/元件（以下统称设备）都要进经振动试验和冲击试验，本标准规定这类随时振动和随机冲击试验项目的各种要求。
随机振动试验是设备/元件验收所采用的唯一方法。
本标准所述各项试验专门用来考核铁路车辆所用设备，在铁路车辆特定环境振动条件下，承受其振动的能力，为了尽量与实际情况相符，本标准所用的数据，都是根据铁路车辆各种设备提供的实际测量数据推导出来的。
本标准不包括特定应用场合的自振。
在本标准的执行和解释中，需要工程实践经验和判断能力。
本标准适用于设计和审核，但也不排除应用其它开发工具（如正弦扫描），以确保机械设备及其操作性能的安全，为使产品设计符合本标准要求，可参阅附录B指南，并与其它设备方法加以比较。
被试设备的试验级别，仅与设备在车辆上的位置（如车轴，车架或车身）。
这些试验可在样机上进行，以便获取随机振动下有关产品性能资料。
但如果取得试验合格证，则必须在标准产品设备上进行。
1．范围
本国际标准对铁路车辆设备规定了各项试验要求。
这些设备由于铁路车辆的特定工作环境，使用时会承受振动和冲击。
为了检验设备质量确保安全，必须模拟设备使用期内实际工作条件，进行适当的持久试验。
经久耐用的模拟试验，方法很多，不同方法有其内在优缺点，最常用的方法有下列几种：
a）放大试验：
试验时加大振幅，减少试验时间；
b）压缩时间试验：
振幅变化保持不变，缩短试验时间；
c）抽样试验：
当振幅低于规定阈值时，把历史数据相关的时间段去掉。
本标准采用上述a）中所述放大法并结合第2条中的参考资料进行试验，它规定对铁路车辆上用的设备进行振动试验时，要采用这一规定的试验方法，但其它标准确实有而且可按原先制造厂和用户协议使用。
在这种情况下，试验证明就不能采用本标准格式。
如果有现存操作资料可用，则可采用与本标准相当的附录A所述方法。
虽然本标准主要适用于固定铁路系统的铁路车辆，但也不排除在其它方面应用，对于气胎类运输系统或其它运输系统（如无轨电车）来说，其冲击和振动等级显然与固定铁路系统不同，在这种情况下，供货方和用户可在投标阶段进行协商，确定试验级别，建议用附录A中的方法确定频谱和冲击持久时间/振幅。
超出本标准规定等级所作的试验不能保证符合本标准要求。
这方面的一个例子是无轨电车，其车装设备可据此按本标准1类设备进行试验。
本标准适用于单轴试验，多轴试验超出本标准范围。
本标准采用的试验数据，按设备在车辆上的不同位置，分成下列三类：
1类：
车身装设备
A级：
直接装在车身上或车身下的操纵台，机组，设备和元件。
B级：
安装在直接装在车身上下的设备机柜中的任何设备。
注：
如果不清楚该设备装在什么地方时，应采用B级。
2类：
车架装设备
装在铁路车辆车架上的机柜、组件、设备和元件。
3类：
车轴装设备
装在铁路车辆轮副总成上的组件，设备和元件或组件。
注：
在设备安装在具有一个吊挂高度的车辆（如蓬车和蔽蓬车）的情况下，除非投标阶段另有协议，否则轴装设备应按3类试验，其它设备均按2类试验。
试验串用与被试设备的重量，形状及其复杂程度有关。
因此投标时，供货方可提出另一种证明符合本标准要求的成本效果分析方法。
如果同意采用这一分析方法，供货方则应向其用户或其代表论证符合本标准要求。
如果同意采用这种评估方法，则试验设备不能被证明是符合本标准要求的。
本标准旨在用来评估装在车辆主要构件上的设备（和/或元件），而不适用于与主要构件形成一体的设备。
在很多情况下，用户可提出附加振动试验或特种振动试验要求，例如：
a）装在或连在试验设备上，已知会产生固有激振频率的设备。
b）有些设备，像用来传递力和/或力矩的牵引电机，受电弓，履带齿轮，悬挂元件和机械零件，可按其在铁路车辆上使用的特殊要求进行试验。
在这些情况下，所有试验均应在投标时分别协商解决。
c）用户规定要在特殊操作环境中使用的设备。
2．参考资料
在本标准编制过程中参考了下列文件。
但标有日期的参考资料，后来的修订版并未采用，因此，欢迎本标准协议各方提出采用这些最新版本的可能性。
未注明日期的资料，当时采用的是最新版本，ISO和IEC成员国都备有当前有效的国际标准寄存器。
IEC60068-2-27：
1987，环境试验-第2部分：
试验-Ea试验和指导：
冲击
IEC60068-2-47：
1982，基础环境试验-第2部分：
试验-动态试验设备，元件和其它器件的安装和指导。
动态试验包括冲击（Ea），碰撞（Eb），振动（Fc和Fd）以及静态加速（Ga）。
IEC60068-2-64：
1993，环境试验-第2部分：
试验方法-Fh试验：
振动，宽频带随机（数控）和指导。
3．定义
本标准采用IEC60068-2-64中的定义。
4．总则
本标准的宗旨主要在于通过试验检查铁路车辆设备在使用过程中由于振动和冲击所暴露出来的缺点/问题。
虽然这并非代表全寿命试验，但通过这些试验都可以确保设备使用寿命不低于额定寿命。
设备按照本标准试验，要求其性能不能有机械性的损坏。
本标准所用的试验等级系按环境试验数据推求而得，参阅附录A。
这些资料系由负责收集使用条件下环境振动等级的各组织所提供。
根据本标准要求必须进行下列各项试验：
·随机功能试验级
这类试验是最基本的试验，通过试验验证设备在铁路车辆可能出现的工况下，功能是否正常。
试验前，制造厂和用户应对设备功能的要求取得一致意见（见6.3.2条）。
功能试验的要求详见第8条。
功能试验并非模拟工况下的全性能评定。
·模拟长寿试验级
这类试验是在加重工况的条件下，检验设备的机械完整完好性，不必验证这种工况下的功能。
模拟长寿试验要求详见第9和第10条。
·冲击试验
这类试验主要模拟罕见的恶劣工况，不必验证试验条件下的功能。
但要验证操作状态是否出现变化，是否出现机械位移或机械损伤。
这些应在最终试验报告中加以明确说明。
5．试验顺序
常用的试验顺序如下：
加大随机振动进行垂直方向，横向和纵向模拟试验，然后进行垂直方向，横向和纵向冲击试验，接着是运输和装卸（当认定/同意时），最后进行垂直方向，横向和纵向随时功能试验。
注：
运输和装卸试验不是本标准的要求，因此不包括在本标准中。
试验顺序可以改变，尽量减少重装次数。
试验顺序应在试验报告中注明，在模拟长寿试验前后均应按6.3.3条做性能试验，模拟长寿试验期间应做长期变化功能试验，以确定经过长期试验是否有什么变化，以便比较。
激振方位和方向应在试验技术要求中加以说明，并记入试验报告中。
6．试验室需要的参考资料
注1：
其它一般资料可见IEC60068-2-64。
注2：
元件一般安装参阅IEC60068-2-47。
6.1试验设备的安装和方位：
受试设备按其正常连接方法与试验机直接或用夹具连接，其中包括弹簧垫。
由于安装方法对试验结果影响很大，故应在试验报告中说明实际采用的安装方法。
除非另有协议，通常设备应在其正常工作方位进行试验，这样不必采取专门措施防止磁性干扰，热或其它因素对试验设备操作和性能的影响。
无论何处，都要尽可能避免在试验频率范围内引起夹具共振，如果无法避免共振，则应在试验报告中对共振对试验设备性能的影响加以分析和说明。
6.2参考点和控制点：
试验要通过测量数据来说明设备是否符合要求。
测量数据由相对于设备固定点的参考点（有的情况下是控制点）上测定。
如果有大量小设备安装在同一夹具上，则参考点和/或控制点可以相对于夹具而非固定点，只要负载夹具的最低共振频率高于试验频率的上限。
6.2.1固定点：
固定点通常即试验设备与夹具或振动试验面接触的某一部分，通常就是设备使用时的一个连接点。
如果把安装结构的某一部分用作夹具，则固定点应取安装结构的这类点而非试验设备的这类点。
6.2.2控制点：
通常控制点就是一个固定点，控制点应尽量靠近固定点，任何情况下都应与固定点刚性连接，如果有4个或不足4个固定点，则各点均可定义为控制点。
这些点的振动频率不应低于规定的最低频率。
所有控制点都应在试验报告中标明。
如果是小设备，无论其尺寸，重量和机械结构的复杂性都不值得多点控制时，试验报告中应说明有多少控制点及其位置。
6.2.3参考点：
参考点即借此获得参考信号以确认试验要求的单独一个点，并以此代表试验设备的运动情况。
它可以是一个控制点也可以是一个将控制点信号通过人工或自动处理所形成的虚拟点。
随机振动如果采用虚拟点，则应把参考信号频谱定义为所有控制点信号的加速度频谱密度（ASD）的各频率之算术平均值。
在这种情况下，参考信号的总均方根值（r.m.s.）等于各控制点信号的r.m.s.值的均方根。
即：
式中nc为控制点数量。
试验报告应说明所用点数以及选取情况，对于大型和/或复杂设备，建议采用虚拟点。
注：
允许用扫描技术自动处理控制点信号以确定总r.m.s.加速度，但不允许用以确定ASD大小，否则必须对分析仪频宽，取样时间等造成的误差加以修正。
6.2.4响应点（测量点）：
响应点即试验设备上用以测定数据，分析设备振动响应特性的一个特定位置，要在本标准详述的各项试验开始前做好（见第7条）。
6.3试验时的机械状态和功能：
6.3.1机械状态：
如果试验设备装入铁路车辆时能长期保持的机械条件不只一个，则试验时就应选2个机械状态。
至少要选1个最恶劣的状态（如1个接触器的情况下，承受最小夹紧压力的机械状态）。
如果机械状态不只有1个，则试验设备在振动和冲击试验时应在所选的2个状态中化相同时间。
其等级分别为第8条和第10条规定。
6.3.2功能试验：
必要时，功能试验应由制造厂确定，但必须在试验前由制造厂和用户达成一致意见，这些试验应在振动试验时按本标准第8条所述等级执行。
功能试验的目的主要是检验操作能力，不要与性能试验混淆。
这些试验只是检验试验设备使用时的可靠性。
注1：
如果事先制造厂和用户未取得一致意见，通常冲击试验时不做功能试验。
注2：
如果功能试验有所修改，必须在试验报告中详细说明。
6.3.3性能试验：
性能试验应在所有规定的试验开始前，和全部完成后进行，性能试验要求应由制造厂确定并应包括误差范围。
6.4随机振动试验重复性：
随机振动信号在时域中是不可重复的，随机信号发生器不可能有2个互相重叠，完全一样的相同长度时间样品。
尽管如此，但仍可对2个随机信号的相似性加以说明并设定其特性误差范围。
这样就必须定义一个随机信号，以确保以后在不同试验场所或在不同设备项目上在严格相同的激振条件下试验得以重复。
但要指出，所有跟踪误差只包括仪表误差，不包括其它误差，特别是随机误差（统计的）和偏置误差。
测量位置在控制点/参考点上。
6.4.1加速度频谱密度（ASD）：
ASD应在规定ASD级的±3dB（1/2⨯ASD-2⨯ASD范围）内，如图1-图4所示。
初始斜率和最终斜率不应小于图1-4所示斜率。
6.4.2均方根（r.m.s.）值：
在规定频率范围内，参考点的加速r.m.s.值，应是图1-4规定值的±10%。
注：
对低频来说，达到±3dB恐怕是困难的。
在这种情况下，重要的是要把试验值在试验报告中注明。
6.4.3概率密度函数（PDF）：
如果没有其它说明，每个响应点测量加速后的时间系列一般应按PDF分布，接近于高斯分布并至少有2.5波峰系数。
注：
图5表示PDF累积误差带。
6.4.4持续时间：
各轴在规定随机振动中所处的总周期不应小于额定值（见8.2和9.2）。
6.5测量误差：
振动误差应符合IEC60068-2-64中4.3规定。
6.6回复：
应在相同条件下（如相同温度下）进行初始测量和最终测量，如果有必要，应允许试验后和最终测量前有一段时间，后试验设备与初始测量时的条件达到相同。
7．初始测量和预处理
任何试验开始前，均应按6.3.3条对设备进行一次性能试验。
在这类试验超出试验室实际能力的地方，这些试验应由制造厂进行。
在试验设备按本标准要求进行振动试验和冲击试验前，制造厂应说明该试验设备符合性能试验要求。
制造厂还要负责确定响应点的位置。
这要在试验报告中标明。
传送功能应根据参考点和响应点测得的随机信号加以计算。
参考点和响应点应由制造厂确定。
凡是为了研究或仪表安装而拆掉表盘的地方，应在试验时复原。
2类和3类设备的传送功能应按第8第规定的试验条件进行，1类设备应按第9条进行。
测量至少要达到0.9的连贯性，如果达不到这一要求，则最小应取120个频谱平均值（或240个统计自由度作线性平均）互相不能搭接。
8．随机振动试验条件
8.1试验条件和频率范围：
设备应按表1所列适当的r.m.s.值和频率范围进行试验。
如果设备的应用方位不清楚或不知道，则应按垂直平面所给的r.m.s.值在3个平面上进行试验。
表1：
功能随机振动试验的试验要求和频率范围
类别
方位
均方根值m/s2
频率范围（见图）
1
A级
车身装
垂直
横向
纵向
0.75
0.37
0.50
1
1
B级
车身装
垂直
横向
纵向
1.00
0.45
0.70
2
2
车身装
垂直
横向
纵向
5.4
4.7
2.5
3
3
轴装
垂直
横向
纵向
38
34
17
4
注：
这些试验值代表附录A所指的典型运行值，也是作用在试验设备上的最小试验级，如果有实际测量数据，则下列振动试验条件可用附录A所示方法加大，引用的值被认为是试验设备应加的最低试验级。
8.2功能振动试验持续时间：
注1：
该试验的目的在于证明试验设备不受所用的试验级影响。
所用的试验级表示实际应用中预计会存在的等级。
注2：
根据观测，这些试验一般不能少于10分钟。
功能振动试验的时间应足以使所有规定的功能试验全部做完。
8.3试验时的功能：
凡是用户同意做的功能试验（见6.3.2）均应在功能随机振动试验时进行。
9．加大随机振动级下的模拟长寿试验
9.1试验条件和频率范围：
当设备应用方位不清楚或不知道时，应在3个平面上经受垂直试验级试验。
表2：
试验条件和频率范围
类别
方位
均方根值
5小时试验周期
m/s2
频率范围（见图）
1
A级
车身装
垂直
横向
纵向
5.90
2.90
3.90
1
1
B级
车身装
垂直
横向
纵向
7.90
3.50
5.50
2
2
车身装
垂直
横向
纵向
42.5
37.0
20.0
3
3
轴装
垂直
横向
纵向
300
270
135
4
9.2加速振动试验时间：
各类设备均应总共经受15小时的准备时间。
一般将其分成5小时为一时段，分别供3个互相垂直的轴进行调整。
如果试验时发现设备发热有问题（如橡胶件振动等），则允许停止试验一段时间，使设备恢复。
但必须注意，总振动时间不能少于5小时。
如果试验停止，则应在试验报告中写明。
注1：
这一试验时设备不需要功能。
注2：
只要事先同意，可以降低振动振幅。
但关键是要按附录A规定方法延长试验时间。
这不是一个好主意，轴装3类设备应禁止使用。
如果采用这一方法，则不发试验证书，因为它超出了本建议范围。
10．冲击试验条件
10.1脉冲波形和误差：
试验设
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