CN108980248B - 一种基于颗粒阻尼和声子晶体的轨道板导振隔振吸振器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种基于颗粒阻尼和声子晶体的轨道板导振隔振吸振器，它包括隔声板、导声板、吸振箱、局域化声子晶体散射体。隔振板和导声板由基体和“点缺陷”局域化声子晶体吸振组件通过周期均布组在一起，吸振箱是一种二重颗粒阻尼吸振器，通过弹簧固定在导声板之上。本发明整体结构简单、制造方便，对由于铁路线路不平顺引起的轮轨振动和噪声有良好的减振降噪效果，对工作环境的要求较低，可以用于降低铁路列车车轮产生的噪声，改善铁路列车车轮的噪声、振动特性，降低对周围环境的影响，改善工人工作环境等。

Description

一种基于颗粒阻尼和声子晶体的轨道板导振隔振吸振器

技术领域

本发明涉及的是一种吸振器，属于振动降噪技术领域，具体涉及一种基于颗粒阻尼和声子晶体的铁路列车轨道吸振器。

背景技术

在已有的振动控制措施中，需要了解清楚的是振动吸收隔离并不能完全的将振动隔离，只能隔离或吸收部分，使得传出的振动满足我们的使用或规范要求。

动力吸振器是振动控制领域重要的制振装置，在产业界得到了广泛的应用，从实用性角度来看，要求动力吸振器对温度变化等环境因素的影响不敏感，还要安装方便，颗粒阻尼吸振器是通过结构在振动过程中通过内部结构阻尼来达到耗散掉能量从而达到控制振动的作用。

声子晶体是由两种或两种以上弹性介质按不同晶格周期列复合的材料。在声子晶体中，密度和弹性常数不同的材料按结构周期性复合在一起，相互不连通的材料称为散射体，连通为一体的材料称为基体。声子晶体最重要的一个特性就是带隙特性：弹性波在声子晶体中传播时，受其内部周期结构的作用，形成特殊的色散关系即能带结构，色散关系曲线之间的频率范围称为带隙，在这个频率范围内弹性波无法传播。利用其带隙性质，可设计出全新隔振、降噪材料，所以声子晶体在工程领域有着广泛的应用前景。

声子晶体理想周期结构的破坏称为缺陷。缺陷按其维数一般可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。二维声子晶体的缺陷主要由层状周期结构中局部结构周期性的改变形成的，比如在完整的二维声子晶体结构中移除任意一条线上的散射体，从而组成“线缺陷”结构，将振动通过该线进行引导。当声子晶体中存在缺陷时，其带隙内将产生所谓的缺陷态，带隙内的弹性波只能被局域在缺陷处或沿缺陷传播。缺陷态的存在会对声子晶体的带隙特性产生重要的影响。利用其缺陷态特性，可进一步优化设计声子晶体结构，从而设计出隔振效果更好的结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于颗粒阻尼和声子晶体的轨道板导振隔振吸振器，它包括隔声板、导声板、吸振箱、局域化声子晶体散射体。隔振板和导声板由基体和“点缺陷”局域化声子晶体吸振组件通过周期均布组在一起，吸振箱是一种二重颗粒阻尼吸振器，通过弹簧固定在导声板之上。

进一步的，其特征在于：它包括隔声板、导声板、吸振箱、局域化声子晶体散射体。

进一步的，其特征在于：隔声板与导声板环扣装置连接在一起，导声板与吸振箱通过弹簧紧密连接在一起，在导声板与吸振箱连接处通过铝片将两者连接在一起。

进一步的，其特征在于：隔声板为一圆弧形结构，沿轨道纵向方向与轨道长度一致，沿垂向方向高度为170mm-190mm，在其表面周期均布局域化声子晶体吸振组件。

进一步的，其特征在于：导声板为一平板结构，沿轨道纵向方向与轨道长度一致，沿垂向方向高度与钢轨距轨道板距离相一致，在其表面周期均布局域化声子晶体吸振组件。

进一步的，其特征在于：隔声板与导声板由环氧树脂制成。

进一步的，其特征在于：吸振箱是一种二重动力颗粒阻尼吸振结构,吸振箱通过弹簧与导声板相连接弹簧A刚度为K1，外腔结构质量为M1，内嵌结构质量为M2，M1与M2通过弹簧相连接，弹簧B刚度为K2，其中各参数满足以下条件：

进一步的，其特征在于：吸振箱为了方便调节其各部分质量，吸振箱由盖板与空腔结构组成，盖板上通过弹簧B与内嵌结构连接，通过螺栓与空腔相固定，在空腔结构左右两侧均匀布置卡槽，为了方便嵌入配重的安装与拆卸，在卡槽端口处设置自动型弹性挡板，自动型弹性挡板是一种简单的弹性压缩装置，在卡槽端口处布设U型弹条与楔形挡块，当未插入嵌入配重时，自动型弹性挡板会将卡槽端口进行封闭，防止环境因素影响其工作性能。在插入嵌入配重时，嵌入配重的握把是一种具有弹性扣压式的装置，可以通过这种有弹性扣压式的装置紧密的卡在卡槽中。从而达到在卡槽上嵌入配重来调节M1，内嵌结构内由盖板与空腔结构h组成，并通过螺栓连接在一起，内嵌结构内部填充一定数量的钢球，可以通过放入钢球的数量的多少来控制M2。

进一步的，其特征在于：局域化声子晶体散射体为环状薄片结构，由铝材料制成。

进一步的，其特征在于：局域化声子晶体散射体均布在隔声板上，通过移除表面上几条线上的散射体来引入线缺陷，移除的散射体与导声板上的线缺陷相连接。

进一步的，其特征在于：局域化声子晶体散射体均布在导声板上，通过移除表面上几条线上的散射体来引入线缺陷，移除的散射体与弹簧A所在一条横向水平线上。

进一步的，其特征在于：可以通过控制质量M1与M2来更加有效的控制吸振效果，当需要控制的频率与w相一致时，会引起吸振箱的共振，外腔结构与内嵌结构振动幅值会明显增大，内嵌结构内通过钢球的碰撞能很有效的耗散掉结构的能量。

附图说明

图1是本发明的一种基于颗粒阻尼和声子晶体的轨道板导振隔振吸振器的立体结构示意图。

图2是图1的隔声板横向展开示意图。

图3是图1的导声板垂向示意图。

图4是图1的吸振箱纵向示意图。

图5是图1的吸振箱垂向示意图。

图6为卡槽与嵌入配重示意图,其中A为装配前；B为装配后。

图7是带有第二握把结构的配重嵌入卡槽示意图。

图8是图7中圈内放大图

图9是图1的卡槽细节图。

图10是第二握把示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

具体实施方式一：结合图1-图5说明，本实施方式的一种基于颗粒阻尼和声子晶体的轨道板导振隔振吸振器，它包括隔声板1、导声板2、吸振箱3、局域化声子晶体散射体4。

其中,导声板2安装在轨道下方，吸振箱3通过弹簧A设置导声板2上、两条轨道之间。隔声板1与导声板2的边缘连接。局域化声子晶体散射体4固装在隔声板1的内侧和导声板2的上侧。

其中隔声板1上局域化声子晶体散射体4的排布方式为，相比于均布的方式，其移除一些局域化声子晶体散射体4，移除局域化声子晶体散射体4的区域构成几条线，来引入声子晶体线缺陷。

其中，导声板2上局域化声子晶体散射体4排布方式为，相比于均布的方式，其移除一些局域化声子晶体散射体4，移除局域化声子晶体散射体4的区域构成几条线，来引入声子晶体线缺陷，移除的散射体与弹簧A所在一条横向水平线上。

其中,优选地，隔声板1的线缺陷与导声板上的线缺陷相连通(如图2所示)

其中,所述弹簧A刚度为K1，吸振箱3包括盖板a与空腔结构b，其质量为M1，盖板上通过弹簧B与内嵌结构c连接,内嵌结构质量为M2，通过螺栓与空腔相固定，在空腔结构b左右两侧均匀布置卡槽d，其中可插入配重e，从而达到在卡槽上嵌入配重e来调节M1。内嵌结构由盖板g与内空腔结构h组成，并通过螺栓连接在一起，内空腔结构h内部填充一定数量的钢球i，可以通过放入钢球的数量的多少来控制M2。

优选地，为了方便嵌入配重e的安装与拆卸，在卡槽d端口处设置自动型弹性挡板，卡槽d在端口截面逐渐变大，形成喇叭口形状，方便收纳自动型弹性挡板。自动型弹性挡板是一种简单的弹性压缩装置，其包括在卡槽d端口处布设U型弹条j与挡块k，挡块k有两块，均为一长板型结构，通过上端或下端铰接的方式固定在卡槽d端口处。U型弹条j与挡块k焊接在一起，用于向挡块k施加弹性力，以更好地封闭卡槽d端口，优选的，挡块截面设置为楔形，当未插入嵌入配重e时，能更好的进行封闭，当未插入嵌入配重e时，自动型弹性挡板会将卡槽d端口进行封闭，防止环境因素影响其正常工作性能。在插入嵌入配重e时，U型弹条j与挡块k在配重e的顶入力的作用下，U型弹条发生变形，挡块k两侧旋转，使得配重e顺利进入卡槽d内，挡块k与卡槽d通过两端铰接连接。优选地，嵌入配重e的握把l是一种具有弹性扣压式的装置，可以通过这种有弹性扣压式的装置紧密的卡在卡槽d中，当需要使用嵌入配重e时，只需将嵌入配重e插入卡槽d中且用力按下握把l旋转90°使得握把l卡在卡槽d端口处的凹槽上如图6所示，从而达到固定的作用。

优选的方案中，参见图7-10，配重e的上表面或两个表面设置有凹槽，楔形块挡块k的远离铰接轴的一端形成有可与所述凹槽配合的凸起，当配重e插入卡槽d后，楔形挡块k的末端凸起与凹槽卡接，能够进一步防止配重e的非正常退出。当需要配重退出时，可以通过第二握把l’使得光滑圆柱将楔形挡块k略微顶起，随后通过握把l抽出配重。优选地配重e上具有第二握把l’,其不用于固定配重，只负责配重抽出时将楔形挡块k顶起，具体来说，第二握把l’是一种辅助配重取出的外部工具，前端设置有光滑可滚动的圆柱，其中，圆柱长度5-10cm，直径视卡槽端口而定，当配重需要退出时，将第二握把l’向内前压，使得光滑圆柱进入卡槽楔形挡块k发生接触，并施加远离卡槽的力，使得楔形挡块k围绕铰接点略微旋转，进而楔形挡块k的前端离开凹槽，同时，在第一握把上施加向外的拉力，光滑圆柱会滚动，可将配重e取出。

吸振箱3是一种二重动力颗粒阻尼吸振结构,吸振箱3质量为M1+M2，通过弹簧A将吸振箱3连接在导声板2上，弹簧A刚度为K1；内嵌结构c质量为M2通过弹簧B将内嵌结构c连接在吸振箱盖板a上，弹簧B刚度为K2，其中各参数满足以下条件：

可以通过控制质量M1与M2来更加有效的控制吸振效果，当需要控制的频率与w相一致时，会引起吸振箱的共振，外腔结构与内嵌结构振动幅值会明显增大，内嵌结构内通过钢球的碰撞能很有效的耗散掉结构的能量

本实施方式的局域化声子晶体散射体4是通过粘贴的方式粘贴在隔声板1和导声板2上，通过移除隔声板1和导声板2上的几条线上的局域化声子晶体散射体4来引入线缺陷，其中在隔声板1上移除的几条线端点与导声板2上移除的线的端点相连接，且与吸振箱3与导声板2相连接处(即弹簧A的连接处)处于同一横向水平线上。

优选地，局域化声子晶体散射体4为环状薄片结构。如此设置，方便加工的同时，周期材料散射体的周期数也大大增加，带隙内的隔振效果显著提高。

优选地，隔声板1为一圆弧形结构，沿轨道纵向方向与轨道长度一致，沿垂向方向高度为170mm-190mm。

优选地，导声板2为一平板结构，沿轨道纵向方向与轨道长度一致，沿垂向方向高度与钢轨距轨道板距离相一致。

优选地，局域化声子晶体散射体4由铝材料制成。

优选地，隔声板1和导声板2基底由环氧树脂材料制成。

优选地，所述的吸振箱盖板a布置有螺栓孔，通过螺栓孔与腔体结构相连接。如此设置，便于实现内部结构质量的调整与弹簧的替换。

优选地，吸振箱3、盖板a、空腔结构b、配重e、自动型弹性挡板、内盖板g、内空腔结构h为了尽可能的避免因为环境因素影响其正常的工作性能，采用不锈钢材料制成，且在其表面进行防护处理，钢球i由碳素钢制成。

优选地，隔声板1的高度170mm-190mm，厚度与导声板2厚度相一致，导声板厚度与钢轨距轨道板距离相一致。

优选地，吸振箱3的尺寸横向长度400mm-500mm，垂向高度170mm-190mm，纵向长度400mm-500mm。

优选地，内嵌结构c横向长度200mm-300mm，垂向高度130mm-140mm，纵向长度200mm-300mm。

优选地，为了保证钢球i在内空腔结构h内能有更好的碰撞效果应严格控制钢球的尺寸，优选的钢球直径为6mm-10mm。

实际使用时应考虑到以下几种因素：

1.局域化声子晶体散射体，根据隔声板与导声板的几何尺寸、车轮所承受的载荷大小可以调整散射体的几何尺寸和声子晶体的周期数目。

2.线缺陷的引入根据吸振箱的几何尺寸、车轮所承受的载荷大小可以调整线缺陷的位置和条数。

3.弹簧A刚度K1，外腔结构质量为M1，内嵌结构质量为M2，M1与M2通过弹簧相连接，弹簧B刚度K2的参数选择根据需要控制的主要频率来进行选择。

工作过程如下：

列车在轨道上运行时，由于轮轨不平顺激励产生的噪声和振动，辐射到隔声板1和导声板2由于有预紧力的布拉格散射型声子晶体的带隙作用，使得该振动激扰在一定的频带范围声子晶体振动带隙内无法传播，经过引入的线缺陷局域化声子晶体结构将部分弹性波引导到吸振箱3与导声板2接触处，再通过二重颗粒阻尼吸振器耗散掉传递过来的弹性波，从而达到吸振降噪的作用。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于颗粒阻尼和声子晶体的轨道板导振隔振吸振器，其特征在于：它包括隔声板、导声板、吸振箱、局域化声子晶体散射体，其中，导声板安装在轨道下方，吸振箱通过弹簧A设置导声板上、两条轨道之间，隔声板与导声板的边缘连接；局域化声子晶体散射体固装在隔声板的内侧和导声板的上侧，其中，通过移除隔声板和导声板表面上几条线上的散射体来引入线缺陷，其中，导声板表面移除的散射体与弹簧A在一条横向水平线上，隔声板上移除的散射体与导声板上的线缺陷相连接；

吸振箱包括盖板与空腔结构，盖板上通过弹簧B与内嵌结构连接,内嵌结构通过螺栓与空腔结构相固定，在空腔结构左右两侧均匀布置卡槽，其中可插入配重，而达到在卡槽上嵌入配重来调节空腔结构的重量,在内嵌结构内部填充一定数量的钢球，通过调整放入钢球的数量来控制内嵌结构的重量；其中，要控制的频率满足如下公式

其中,

K1为弹簧A的刚度，

K2为弹簧B的刚度，

M1为盖板和空腔结构的质量，

M2为内嵌结构质量,

w为要控制的频率。

2.根据权利要求1所述的一种基于颗粒阻尼和声子晶体的轨道板导振隔振吸振器，其特征在于：隔声板为一圆弧形结构，沿轨道纵向方向与轨道长度一致，沿垂向方向高度为170mm-190mm，在其表面周期均布局域化声子晶体散射体。

3.根据权利要求2所述的一种基于颗粒阻尼和声子晶体的轨道板导振隔振吸振器，其特征在于：导声板为一平板结构，沿轨道纵向方向与轨道长度一致，沿垂向方向高度与钢轨距轨道板距离相一致，在其表面周期均布局域化声子晶体散射体。

4.根据权利要求1所述的一种基于颗粒阻尼和声子晶体的轨道板导振隔振吸振器，其特征在于：隔声板与导声板由环氧树脂制成

5.根据权利要求1所述的一种基于颗粒阻尼和声子晶体的轨道板导振隔振吸振器，其特征在于：局域化声子晶体散射体为环状薄片结构，由铝材料制成。

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