CN107600098B - 一种轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器 - Google Patents

Abstract

一种轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器，轨道车辆轮对包括车轴和靠近车轴两端配置的两个车轮，车轴的端部设有轴箱；呈反“U”字形的曲轴开口向下，一端固定在轴箱的端盖上，另一端从轨道车辆底架和构架的间隙穿过并向下折弯，其端部通过弹性的垂向固定组件与上圆下方结构振子连接；振子上沿车轴轴向开设通孔，通孔内配置轴承，轴承内圈外套于车轴上、能够随车轴同步转动；轴承外圈的上、下两侧外缘分别通过液压阻尼器和减振螺旋弹簧与振子通孔的上、下两侧内缘连接，减振螺旋弹簧与液压阻尼器不接触式的缠绕，形成两者的并联连接；该吸振器采用被动式动力吸振原理抑制轮对垂向振动，适用于解决轨道车辆轮对的振动与噪声问题。

Description

一种轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及轨道车辆轮对的减振降噪。

背景技术

轮对的垂向振动不仅会通过一系悬挂、二系悬挂传递至车体，影响车辆各部件性能和可靠性，而且会降低旅客乘坐舒适度，同时也是轮轨滚动噪声的主要原因。轮轨噪声是轨道交通主要的噪声源，对轨道交通周围的居民生活有重要的影响。

申请号201510661022.7的发明专利中提到的一种轨道车辆用内置颗粒阻尼减振器式车轮，在车轮内部设槽，并装入减振颗粒，改变了车轮内部结构的同时，颗粒所带来的质量比有限，根据吸振器理论可知：质量比越小，减振效果越差。申请号201310287736.7的发明专利提到一种车轮吸振器，在车轮幅板贴了一圈的小吸振器，但是在实际工作方向、即垂直方向上，只有其中的两个在工作，因此减振效果有限，同时幅板上安装过多的吸振器还会带来更多的附加质量，加重了车轮的质量，使车辆运行能耗加大。申请号201610028469.5的发明专利提到一种轨道车辆用车轮电磁变液式颗粒阻尼减振器，在车轮幅板上安装盘式减振器，在盘式减振器内装有减振颗粒和励磁线圈，但是车轮在运行过程中时刻旋转，对励磁线圈的供电很难实现，因此难以实现对车轮振动的半主动控制。由上述可知：对车轮结构进行改变或者在车轮上安装动力吸振器，所带来的减振降噪效果不会很明显。

轨道车辆轮对由两个车轮和车轴通过过盈配合组成，在车轴上安装动力吸振器，是对轮对进行减振降噪的有效手段之一。所谓动力吸振器(Dynamic vibration absorber，DVA)，又叫减振器，与目标减振物相连接，一般由质量块、弹簧和阻尼组成，通过对吸振器各参数的合理设计，使动力吸振器的固有频率和目标减振物的振动频率调谐，吸收目标减振物的能量，从而起到对目标减振物的减振作用。动力吸振器一般分为主动式和被动式两种：主动式吸振器的固有频率可随着参数的调节而改变，因此减振频带宽，但是需要外部能源，并且结构复杂、制造成本高；被动式吸振器虽然参数不可调，一般只能针对目标减振物的振动峰值频率进行减振，但是结构简单、无需施加外部能源、可靠性高，因此应用广泛。

目前应用于轴类减振的动力吸振器大多是对轴的扭转或纵向振动进行抑制，并不能解决车辆垂向振动及轮轨滚动噪声问题，因为这些问题一般是由轮对的垂向振动引起。仅少数动力吸振器可对轴类垂向振动进行抑制，但这类吸振器并不能适用于轨道车辆的轮对车轴，因为车辆在运行时车轴始终处于滚动状态，同时轮对和构架之间结构紧凑，轮对与构架之间一般还包含牵引电机、齿轮箱、基础制动装置等部件，容易造成干涉，以往的动力吸振器并不能根据轮对的实际工况及空间结构适用于轨道车辆轮对的车轴。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器，该吸振器采用被动式动力吸振原理抑制轮对垂向振动，适用于解决轨道车辆轮对的振动与噪声问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器，所述轨道车辆轮对包括车轴和靠近车轴两端配置的两个车轮，车轴的端部设有轴箱，其特征在于：

呈反“U”字形的曲轴开口向下，一端固定在车轴一端的轴箱端盖上，另一端从轨道车辆底架和构架的间隙穿过、靠近与轴箱相对应的那个车轮内侧向下折弯，端部通过弹性的垂向固定组件与振子连接；

振子上沿车轴轴向开设通孔，通孔内配置轴承，轴承内圈外套于车轴上、能够随车轴同步转动；轴承外圈的上、下两侧外缘分别通过液压阻尼器和减振螺旋弹簧与振子通孔的上、下两侧内缘连接，其中：

减振螺旋弹簧的簧圈不接触式的缠绕在液压阻尼器外侧，两者并联连接；

液压阻尼器的缸体两端和减振螺旋弹簧的簧丝两端分别固定在轴承外圈和振子通孔内壁上。

本结构充分考虑了轨道车辆底部复杂的构架结构，在运行过程中，轮对产生垂向振动时，在垂向固定组件的弹性支撑下，轮对的振动经过车轴、轴承、减振螺旋弹簧、液压阻尼器传递至振子，当动力吸振器的固有频率与轮对振动的峰值频率相调谐时，轮对的振动能量就会最大程度的被动力吸振器的振子所吸收，从而起到对轮对垂向振动的抑制作用。轮轨滚动噪声主要是由轮对垂向振动引起，因此动力吸振器在抑制轮对垂向振动的同时，也就起到了降低噪声的作用。

减振螺旋弹簧不接触式的盘旋在液压阻尼器外，既可以避免因弹簧和阻尼器摩擦带来的影响，还可以使整个动力吸振器结构紧凑、空间占用小。

进一步的，所述垂向固定组件可以是以下两种结构：

所述垂向固定组件包括垂向固定弹簧，垂向固定弹簧上端簧丝固定在曲轴上，下端簧丝固定在振子顶部，曲轴与振子之间不接触；

或者，所述垂向固定组件包括螺栓、螺母和垂向固定弹簧；朝向振子的曲轴那端端部与螺栓的大端端部固定为一体；外套在螺栓上的螺母抵压住螺栓大端旋紧在螺栓上；垂向固定弹簧的上端簧丝固定螺母下端端面上；螺栓小端与振子之间不接触。

与前一种垂向固定组件的结构相比，后一种的曲轴与垂向固定弹簧之间通过螺栓螺母连接方装，便于曲轴的拆装和更换，以适用不同车型的构架，避免和其他车辆部件之间的接触和干涉，同时也利于垂向固定弹簧的受力。

进一步的，所述振子为上圆下方振子，其整体呈垂直于车轴轴向的平板状，平板上半段为向上凸起的半圆形或者椭圆形，下半段为与上半段相切的方形。上圆下方结构能够使振子的整体质心下移，最大程度上避免动力吸振器因车轴转动而出现的垂向失稳，减小垂向固定装置所受的应力。上圆下方这种结构的振子使整体质心下移，最大程度上避免动力吸振器因车轴滚动而出现的垂向失稳，减小垂向固定装置所受的应力。

再进一步，所述振子沿车轴方向所开的通孔形状是一个类椭圆形，由上、下两个半圆和两半圆中间的方形组成，通孔开设于上圆下方振子的中心位置。通孔的形状利于容纳车轴在转动过程中的垂向振动，避免相互干涉；同时环形的上圆下方振子，也利于质心下移。

再进一步，所述减振螺旋弹簧的簧圈轴向同时沿振子内部类椭圆形通孔的半圆形的径向以及振子外圈上半段半圆形或者半椭圆形的径向垂直布置，减振螺旋弹簧和液压阻尼器同轴布置。在确保振子的整体质心不偏移的同时，振子的整体质心同时位于减振螺旋弹簧和液压阻尼器的轴向上，振子受力更好。

再进一步，振子的边角圆滑处理，以防止由于边角锐利带来的安全问题。

进一步的，所述轴承两端分别设有一片轴承端盖，两片轴承端盖通过轴承端盖螺母和轴承端盖螺栓锁接为一体，形成圆环形的端盖结构覆盖在轴承两端；轴承端盖内径大于车轴的轴径，外径等于轴承外径，内腔与轴承外圈的外缘形状相匹配。轴承端盖固定在轴承外圈上，车轴转动时，轴承内圈同步转动，轴承外圈和轴承端盖不跟随转动。轴承端盖内、外径尺寸及形状的选择，可以避免使轴承长期暴露在空气中失效的同时，又不会和车轴接触产生摩擦而导致减振失效。

进一步的，所述轴承为内径和车轴的轴径相等的双列圆柱滚子轴承。双列圆柱滚子轴承的径向承载能力大，适用于承受重负荷与冲击负荷，提高了动力吸振器的有效性和可靠性，使用时间更长。

进一步的，所述减振螺旋弹簧为内径大于液压阻尼器缸体外径的圆柱螺旋弹簧，所述液压阻尼器为奥氏不锈钢液压阻尼器，其缸体外径小于振子的通孔长度和轴承外圈的轴向长度。液压阻尼器缸体外径小于振子的通孔长度和轴承外圈的轴向长度，以使液压阻尼器的受力支撑充分。

进一步的，所述减振螺旋弹簧、垂向固定弹簧为压簧，以确保整个吸振器的吸振结构更为稳定。

本发明的有益效果在于：

1、能够对由于轨道不平顺引起的轮对异常振动、噪声问题进行减振降噪，实现了动力吸振器对滚动轴的垂向振动抑制，通过吸收轮对的垂向振动能量、降低轮对滚动噪声，并且结构紧凑、布局合理，不会造成和其他车辆部件的干涉，适用于轨道车辆；

2、轴承能够帮助动力吸振器针对滚动车轴的垂向振动进行抑制，避免动力吸振器随车轴转动而减振失效；

3、轴承采用双列圆柱滚子轴承，其径向承载能力大，适用于承受重负荷与冲击负荷，提高了动力吸振器的有效性和可靠性，使用时间更长；

4、轴承端盖可以避免使轴承长期暴露在空气中失效的同时，又不会和车轴接触产生摩擦而导致减振失效；

5、减振螺旋弹簧不接触式的盘旋在液压阻尼器外部，既可以避免因弹簧和阻尼器摩擦带来的影响，还可以使整个动力吸振器结构紧凑、空间占用小；

6、振子采用环形的上圆下方结构，使质心下移，最大程度上避免动力吸振器因车轴滚动而出现的垂向失稳，减小垂向固定装置所受的应力；

7、振子的边角圆滑处理，有效防止由于边角锐利带来的安全问题；

8、轴与垂向固定弹簧之间通过螺栓螺母连接方装，便于曲轴的拆装和更换，以适用不同车型的构架，避免和其他车辆部件之间的接触和干涉，同时也利于垂向固定弹簧的受力。

附图说明

图1为本装置一种优选方案的立体结构示意图(去掉轴承端盖)

图2为图1中振子部分的正视图

图3为轴承端盖的立体结构示意图

图4为本装置在车轴上的装配立体示意图(去掉轴承端盖和车体框架)

图5为本装置在车轴上的装配立体示意图(去掉轴承端盖)

图6为图5的左视图

图1～6中：1为轴承，2为减振螺旋弹簧，3为液压阻尼器，4为振子，5为垂向固定弹簧，6为螺栓，7为螺母，8为曲轴，9轴箱端盖，10为轴承端盖，11为轴承端盖螺母，12为轴承端盖螺栓，13为车轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图4～6所示的轨道车辆轮对，包括车轴13和靠近车轴13两端配置的两个车轮，车轴13的端部设有轴箱。

如图1～3所示的轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器，呈反“U”字形的曲轴8开口向下，一端固定在车轴13一端的轴箱端盖9上，另一端从轨道车辆底架和构架的间隙穿过、靠近与轴箱相对应的那个车轮内侧向下折弯，端部与螺栓6的大端端部固定为一体；外套在螺栓6上的螺母7抵压住螺栓6大端旋紧在螺栓6上；垂向固定弹簧5的上端簧丝固定螺母7下端端面上，下端簧丝固定在振子4顶部；螺栓6小端与振子4之间不接触。

振子4为上圆下方振子，其整体呈垂直于车轴13轴向的平板状，平板上半段为向上凸起的半圆形或者椭圆形，下半段为与上半段相切的方形。

振子4上沿车轴13轴向开设通孔，通孔形状是一个类椭圆形，由上、下两个半圆和两半圆中间的方形组成，通孔开设于上圆下方振子4的中心位置。通孔内配置轴承1，轴承1为内径和车轴13的轴径相等的双列圆柱滚子轴承；轴承1两端分别设有一片轴承端盖10，两片轴承端盖10通过轴承端盖螺母11和轴承端盖螺栓12锁接为一体，形成圆环形的端盖结构覆盖在轴承1两端；轴承端盖10内径大于车轴13的轴径，外径等于轴承外径，内腔与轴承1外圈的外缘形状相匹配；轴承端盖固定在轴承外圈上，车轴13转动时，轴承1内圈同步转动，轴承1外圈和轴承端盖10不跟随转动。

轴承1外圈的上、下两侧外缘分别通过液压阻尼器3和减振螺旋弹簧2与振子4通孔的上、下两侧内缘连接，液压阻尼器3同轴配置于减振螺旋弹簧2的簧圈内，减振螺旋弹簧2的簧圈不接触式的缠绕在液压阻尼器3外侧，两者并联连接，液压阻尼器3的缸体两端和减振螺旋弹簧2的簧丝两端分别固定在轴承1外圈和振子4通孔内壁上；减振螺旋弹簧2的簧圈轴向和液压阻尼器3的缸体轴向同时沿振子4通孔的半圆孔径向和振子4外圈半圆形上半段的径向垂直配置；减振螺旋弹簧2为内径大于液压阻尼器3缸体外径的圆柱螺旋弹簧；液压阻尼器3为奥氏不锈钢液压阻尼器，其缸体外径小于振子4的通孔长度和轴承1外圈的轴向长度。

减振螺旋弹簧2和垂向固定弹簧5均为压簧。

使用该动力吸振器用于解决轨道车辆轮对减振降噪问题时，按以下步骤进行安装：

S1、根据动力吸振器理论选取刚度、阻尼、质量合适的减振螺旋弹簧2，液压阻尼器3，振子4，垂向固定弹簧5；

S2、根据图3将轴承端盖10安装在轴承1两端；

S3、将组装好轴承1的振子4安装在轨道车辆轮对的车轴13上，并将垂向固定弹簧5的下端固定在振子4顶部；

S4、将曲轴8一端固定在轴箱端盖9上，另一端通过螺栓6、螺母固定垂向固定弹簧5的上端。

动力吸振器安装好后，轮对在运行过程中产生垂向振动时，轮对的振动经过车轴13、轴承1、减振螺旋弹簧2、液压阻尼器3传递至振子4，当动力吸振器的固有频率与轮对振动的峰值频率相调谐时，轮对的振动能量就会最大程度的被动力吸振器的振子4所吸收，从而起到对轮对垂向振动的抑制作用；在此过程中，曲轴8和垂向固定弹簧5形成对振子的有效支撑，起到辅助稳定吸振器的作用。轮轨滚动噪声主要是由轮对垂向振动引起，因此动力吸振器在抑制轮对垂向振动的同时，也就起到了降低噪声的作用。

Claims (9)

1.一种轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器，所述轨道车辆轮对包括车轴(13)和靠近车轴(13)两端配置的两个车轮，车轴(13)的端部设有轴箱，其特征在于：

呈反“U”字形的曲轴(8)开口向下，一端固定在车轴(13)一端的轴箱端盖上，另一端从轨道车辆底架和构架的间隙穿过、靠近与轴箱相对应的那个车轮内侧向下折弯，端部通过弹性的垂向固定组件与振子(4)连接；

振子(4)上沿车轴(13)轴向开设通孔，通孔内配置轴承(1)，轴承(1)内圈外套于车轴(13)上、能够随车轴(13)同步转动；轴承(1)外圈的上、下两侧外缘分别通过液压阻尼器(3)和减振螺旋弹簧(2)与振子(4)通孔的上、下两侧内缘连接，其中：

减振螺旋弹簧(2)的簧圈不接触式的缠绕在液压阻尼器(3)外侧，两者并联连接；

液压阻尼器(3)的缸体两端和减振螺旋弹簧(2)的簧丝两端分别固定在轴承(1)外圈和振子(4)通孔内壁上。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器，其特征在于：

所述垂向固定组件包括垂向固定弹簧(5)，垂向固定弹簧(5)上端簧丝固定在曲轴(8)上，下端簧丝固定在振子(4)顶部，曲轴(8)与振子(4)之间不接触；

或者，所述垂向固定组件包括螺栓(6)、螺母(7)和垂向固定弹簧(5)；朝向振子(4)的曲轴(8)那端端部与螺栓(6)的大端端部固定为一体；外套在螺栓(6)上的螺母(7)抵压住螺栓(6)大端旋紧在螺栓(6)上；垂向固定弹簧(5)的上端簧丝固定在螺母(7)下端端面上；螺栓(6)小端与振子(4)之间不接触。

3.根据权利要求1所述的轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器，其特征在于：所述振子(4)为上圆下方振子，其整体呈垂直于车轴(13)轴向的平板状，平板上半段为向上凸起的半圆形或者半椭圆形，下半段为与上半段相切的方形。

4.根据权利要求3所述的轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器，其特征在于：所述振子(4)沿车轴方向所开的通孔形状是一个类椭圆形，由上、下两个半圆和两半圆中间的方形组成，通孔开设于上圆下方振子(4)的中心位置。

5.根据权利要求4所述的轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器，其特征在于：所述减振螺旋弹簧(2)的簧圈轴向同时沿振子(4)内部类椭圆形通孔的半圆形的径向以及振子(4)外圈上半段半圆形或者半椭圆形的径向垂直布置；减振螺旋弹簧(2)和液压阻尼器(3)同轴布置。

6.根据权利要求1所述的轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器，其特征在于：所述轴承(1)两端分别设有一片轴承端盖(10)，两片轴承端盖(10)通过轴承端盖螺母(11)和轴承端盖螺栓(12)锁接为一体，形成圆环形的端盖结构覆盖在轴承(1)两端；轴承端盖(10)内径大于车轴(13)的轴径，外径等于轴承外径，内腔与轴承(1)外圈的外缘形状相匹配。

7.根据权利要求1所述的轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器，其特征在于：所述轴承(1)为内径和车轴(13)的轴径相等的双列圆柱滚子轴承。

8.根据权利要求1所述的轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器，其特征在于：所述减振螺旋弹簧(2)为内径大于液压阻尼器(3)缸体外径的圆柱螺旋弹簧；所述液压阻尼器(3)为奥氏不锈钢液压阻尼器，其缸体外径小于振子(4)的通孔长度和轴承(1)外圈的轴向长度。

9.根据权利要求1或者2所述的轨道车辆轮对的减振降噪动力吸振器，其特征在于：所述减振螺旋弹簧(2)、垂向固定弹簧(5)为压簧。