CN111457042A - 一种隔振设备及应用该设备的轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的一种隔振设备及应用该设备的轨道车辆，包括设置在车载设备与车体之间的一个或多个减振部件；所述减振部件包括支撑承载部，用于支撑所述车载设备与车体并承载减振部件；能量耗散部，用于通过对弯曲波以及垂向弹性波的响应共振以及内耗发热进行能量耗散。本发明通过支撑承载部实现了隔振设备的稳定性，采用能量耗散部对低频范围内形成弹性波响应共振及内耗发热进行能量耗散，实现了隔振效果。

Description

一种隔振设备及应用该设备的轨道车辆

技术领域

本发明涉及一种针对低频段的隔振降噪装置，特别涉及一种隔振设备及应用该设备的轨道车辆。

背景技术

轨道交通具有准时，载客量大，绿色节能以及方便等优点，越来越成为人们通勤出行以及中远距离出行的首选交通工作。但是轨道交通车辆在行驶过程中产生的低频振动与噪声极大地影响乘客舒适性，低频机械波及噪声在传播过程中穿透力强，难以衰减，对身体造成危害，这些低频噪声及振动主要来自于车辆设备激励振动，且设备安装空间极其有限，在50mm以内。

传统的隔振器分为主动隔振器与被动隔振器两类，主动隔振器造价高、尺寸较大、工作环境要求较高以及需要主动耗能的缺点；被动隔振器隔振效果差且隔振频率达不到设计要求，且利用传统隔振器实现低频隔振，要求隔振器的固有频率低，意味着隔振器结构刚度低，需要权衡系统的隔振效果与系统稳定性。基于局域共振原理的声子晶体超材料可以产生带隙特征，其可衰减或阻隔带隙频率内机械波在结构中的传播，且可以利用小尺寸控制大波长，从而实现低频隔振；另一方面，基于负刚度理论通过周期结构设计可以实现负参数特性，如等效负刚度或负质量，结合等效负刚度与带隙具有较好对应性的理论，可以在保持较大承载能力的前提下尽可能降低系统的刚度，通过设计周期结构以及材料属性，使负刚度特性与局域共振声子超材料有效地结合起来达到超低频隔振的效果。

发明内容

本发明的主要目的是为解决现有技术中的技术问题，提供一种适减弱低频振动的隔振设备。

本发明的另一个主要目的是提供一种应用上述设备的轨道车辆。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种隔振设备，包括设置在车载设备与车体之间的一个或多个减振部件；

所述减振部件包括支撑承载部，用于支撑所述车载设备与车体并承载减振部件；

能量耗散部，用于通过对弯曲波以及垂向弹性波的响应共振以及内耗发热进行能量耗散。

基于上述技术方案，本发明所述的隔振设备通过支撑承载部实现了隔振设备的稳定性，采用能量耗散部对低频范围内形成弹性波响应共振及内耗发热进行能量耗散，实现了隔振效果。

进一步，所述减振部件包括一个或多个晶胞，每个所述晶胞均包括有所述支撑承载部、能量耗散部。

基于上述技术方案，多晶胞可由多种组合的方式，将多个在低频具有等效负刚度特性的晶胞形成具有实际应用功能的隔振部件，以适应不同的安装位置，便于小尺寸安装空间下的使用。

进一步，所述支撑承载部包括竖梁，所述能量耗散部包括横梁及斜梁，所述晶胞为由竖梁、横梁及斜梁组成的米字型结构。

晶胞采用米字型结构，其有限实体结构在激励-响应分析中具有多个频率附近具有损失量峰值且隔振效果较好，并且在尽可能保持承载能力的前提下降低晶胞结构的刚度。

进一步，所述支撑承载部采用低密度高硬度的金属材料/高分子聚合物；所述能量耗散部采用丁腈橡胶、硅橡胶或者复合橡胶材料柔性材料。

进一步，所述晶胞长为25mm、宽为20mm、高度为25mm，竖梁、横梁及斜梁的厚度为2mm，所述斜梁与横梁的角度为45度。

基于上述技术方案，结合负刚度理论及局域共振超材料理论，通过设定隔振结构的材料属性，横梁的厚度，斜梁与横梁的角度，斜梁的厚度，使其在低频具有等效负刚度特性，形成具有等效负刚度特性的米字型晶胞结构以及由晶胞组成的减振部件。

进一步，在所述减振部件与车载设备之间设置有上部外框架，所述上部外框架套设在减振部件上，在所述上部外框架上设置有用于与车载设备固定的外框架-设备连接螺栓结构、用于与支撑承载部固定的超材料-外框架连接螺栓结构。

进一步，在所述减振部件与车体之间设置有下部外框架，所述下部外框架套设在减振部件上，在所述下部外框架上设置有用于与车体固定的外框架-车体连接螺栓结构、用于与支撑承载部固定的超材料-外框架连接螺栓结构。

上、下部外框架结构一方面限制所述减振部件最大横向及垂向位移，提高减振部件防冲击能力，同时也承担连接内部减振部件与车载设备和车体的功能。

进一步，所述上部外框架、下部外框架通过上-下外框架连接螺栓结构固定连接。

通过将上、下部外框架固定为一体，提高了内部减振部件和外框架整体的稳定性。

进一步，在所述上部外框架、下部外框架之间设置有橡胶缓冲垫片。

橡胶缓冲垫片可以根据实际需求进行调节尺寸及材料参数，其功能是防止上、下部外框架接触破坏，同时也可以缓冲减振。

本发明的另一个技术方案是：

一种轨道车辆，包括车体及各类车载设备，在所述车载设备与车体之间设置有如上述的一种隔振设备。

综上内容，本发明所述的一种隔振设备及应用该设备的轨道车辆，具有如下优点：

1、通过将减振部件设置为具有负刚度特性，在超低频范围内形成弹性波不能通过的禁带，并在减振部件外设置上、下外框架，从而将内部米字型负刚度特性的减振部件与车体和振源设备连接起来，形成具有实际应用功能的结构，起到有效的低频减振功能并能够承载车辆设备。

2、在小尺寸安装空间下，有效实现对车载设备低于100Hz的低频振动噪声的良好隔振隔声效果，增加设备使用寿命，改善乘坐环境。

3、米字型晶胞结构的有限实体结构在激励-响应分析中具有多个频率附近具有损失量峰值且隔振效果较好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明垂向剖面示意图；

图3是本发明晶胞的结构示意图；

图4是本发明减振部件的结构示意图；

图5是本发明单晶胞的带隙图；

图6是本发明减振部件传递损失曲线图。

如图1至图6所示，减振部件1、竖梁1-1、横梁1-2、斜梁1-3、上部外框架2、下部外框架3、外框架-设备连接螺栓结构4、超材料-外框架连接螺栓结构5、外框架-车体连接螺栓结构6、上-下外框架连接螺栓结构7、橡胶缓冲垫片8。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，一种隔振设备，包括设置在车载设备与车体之间的一个或多个减振部件1，减振部件1外部设置有上部外框架2、下部外框架3。本发明通过将减振部件1设置为具有负刚度特性，在超低频范围内形成弹性波不能通过的禁带，并在减振部件1外设置上、下外框架，从而将内部米字型负刚度特性的减振部件1与车体和振源设备连接起来，形成具有实际应用功能的结构，起到有效的低频减振功能并能够承载车辆设备。经实验论证，本发明在小尺寸安装空间下，能有效实现对车载设备低于100Hz的低频振动噪声的良好隔振隔声效果，增加设备使用寿命，改善乘坐环境。

减振部件1包括支撑承载部，用于支撑所述车载设备与车体并承载减振部件。能量耗散部，用于通过对弯曲波以及垂向弹性波的响应共振以及内耗发热进行能量耗散。本发明所述的隔振设备通过支撑承载部实现了隔振设备的稳定性，采用能量耗散部对低频范围内形成弹性波响应共振及内耗发热进行能量耗散，实现了隔振效果。

如图3和图4所示，减振部件1包括一个或多个晶胞，每个所述晶胞均包括有所述支撑承载部、能量耗散部，在本实施例中采用2*2的晶胞排列组成减振部件1。晶胞被设计为具有负刚度特性，多晶胞可由多种组合的方式，将多个在低频具有等效负刚度特性的晶胞形成具有实际应用功能的隔振部件1，以适应不同的安装位置，便于小尺寸安装空间下的使用。

在本实施例中，晶胞的支撑承载部包括竖梁1-1，能量耗散部包括横梁1-2及斜梁1-3，晶胞为由竖梁1-1、横梁1-2及斜梁1-3组成的米字型结构。如图5所示，晶胞采用米字型结构，其有限实体结构在激励-响应分析中具有多个频率附近具有损失量峰值且隔振效果较好，并且在尽可能保持承载能力的前提下降低晶胞结构的刚度。

具体而言，上部外框架2、下部外框架3、竖梁1-1采用低密度高硬度的金属材料/高分子聚合物。横梁1-2及斜梁1-3采用丁腈橡胶、硅橡胶或者复合橡胶材料柔性材料。晶胞长为25mm、宽为20mm、高度为25mm，竖梁1-1、横梁1-2及斜梁1-3的厚度为2mm，斜梁1-3与横梁1-2的角度为45度。结合负刚度理论及局域共振超材料理论，通过设定隔振结构1的材料属性，横梁1-2的厚度，斜梁1-3与横梁1-2的角度，斜梁1-3的厚度，使其在低频具有等效负刚度特性，形成具有等效负刚度特性的米字型晶胞结构以及由晶胞组成的减振部件1。如图6所示，在晶胞边界施加周期性边界条件，计算无限周期结构的色散曲线，发现在32-38Hz产生垂向弹性波带隙，即在此频率范围内垂向弹性波大幅衰减甚至不能通过。对2*2晶胞组成的减振部件1进行激励响应计算，得到与色散分析结果相一致的结果。通过改变梁的厚度，横梁1-2与斜梁1-3的角度，以及材料的属性可以进行针对性地隔振。

上部外框架2设置在减振部件1与车载设备之间，上部外框架2套设在减振部件1上，在上部外框架2上设置有用于与车载设备固定的外框架-设备连接螺栓结构4、用于与支撑承载部固定的超材料-外框架连接螺栓结构5，即超材料-外框架连接螺栓结构5是将竖梁1-1与上部外框架2固定。

下部外框架3设置在减振部件1与车体之间，下部外框架3套设在减振部件1上，在下部外框架3上设置有用于与车体固定的外框架-车体连接螺栓结构6、用于与支撑承载部固定的超材料-外框架连接螺栓结构5，即超材料-外框架连接螺栓结构5是将竖梁1-1与下部外框架3固定。

设置上、下部外框架结构一方面限制减振部件1最大横向及垂向位移，提高减振部件1防冲击能力，同时也承担连接内部减振部件1与车载设备和车体的功能。将上、下部外框架与竖梁1-1相固定，使得结构更加稳定。

在本实施例中，减振部件1外套设固定上、下部外框架形成整体的隔振设备，上、下部外框架板的长为52mm，宽为21mm，高度为23mm，板的厚度为1.5mm，整体尺寸较小，适应于小尺寸安装空间。

上部外框架2、下部外框架3通过上-下外框架连接螺栓结构7固定连接。通过将上、下部外框架固定为一体，提高了内部减振部件1和外框架整体的稳定性。

在上部外框架2、下部外框架3之间设置有橡胶缓冲垫片8。橡胶缓冲垫片8可以根据实际需求进行调节尺寸及材料参数，其功能是防止上、下部外框架接触破坏，同时也可以缓冲减振。

各连接螺栓所用螺栓均采用高强度螺栓，并配有平弹垫片或蝶形垫片。

一种轨道车辆，包括车体及各类车载设备，在所述车载设备与车体之间设置有如上述的一种隔振设备。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种隔振设备，其特征在于：包括设置在车载设备与车体之间的一个或多个减振部件；

所述减振部件包括支撑承载部，用于支撑所述车载设备与车体并承载减振部件；

能量耗散部，用于通过对弯曲波以及垂向弹性波的响应共振以及内耗发热进行能量耗散。

2.根据权利要求1所述的一种隔振设备，其特征在于：所述减振部件包括一个或多个晶胞，每个所述晶胞均包括有所述支撑承载部、能量耗散部。

3.根据权利要求2所述的一种隔振设备，其特征在于：所述支撑承载部包括竖梁，所述能量耗散部包括横梁及斜梁，所述晶胞为由竖梁、横梁及斜梁组成的米字型结构。

4.根据权利要求3所述的一种隔振设备，其特征在于：所述支撑承载部采用低密度高硬度的金属材料/高分子聚合物；所述能量耗散部采用丁腈橡胶、硅橡胶或者复合橡胶材料柔性材料。

5.根据权利要求4所述的一种隔振设备，其特征在于：所述晶胞长为25mm、宽为20mm、高度为25mm，竖梁、横梁及斜梁的厚度为2mm，所述斜梁与横梁的角度为45度。

6.根据权利要求1所述的一种隔振设备，其特征在于：在所述减振部件与车载设备之间设置有上部外框架，所述上部外框架套设在减振部件上，在所述上部外框架上设置有用于与车载设备固定的外框架-设备连接螺栓结构、用于与支撑承载部固定的超材料-外框架连接螺栓结构。

7.根据权利要求6所述的一种隔振设备，其特征在于：在所述减振部件与车体之间设置有下部外框架，所述下部外框架套设在减振部件上，在所述下部外框架上设置有用于与车体固定的外框架-车体连接螺栓结构、用于与支撑承载部固定的超材料-外框架连接螺栓结构。

8.根据权利要求7所述的一种隔振设备，其特征在于：所述上部外框架、下部外框架通过上-下外框架连接螺栓结构固定连接。

9.根据权利要求7所述的一种隔振设备，其特征在于：在所述上部外框架、下部外框架之间设置有橡胶缓冲垫片。

10.一种轨道车辆，包括车体及各类车载设备，其特征在于：在所述车载设备与车体之间设置有如权利要求1至9任一项所述的一种隔振设备。

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