CN110285181A - 高静低动刚度特性的隔振器及具有其的轨道系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高静低动刚度特性的隔振器及具有其的轨道系统，隔振器包括：正刚度组件，正刚度组件包括座体和设置在座体的腔体内的第一弹性件；支撑部，支撑部与第一弹性件的上端抵接；浮动部，浮动部与支撑部配合连接；负刚度组件，负刚度组件包括相互配合的弹性部和承载部，弹性部与支撑部或浮动部连接，承载部设置在座体的外壁上；浮动部在承受载荷并压缩第一弹性件的情况下，弹性部向承载部施加的作用力的方向相对第一弹性件的弹力的方向倾斜或垂直设置。通过本发明提供的技术方案，能够降低既有的轨道系统固有频率、提高既有的隔振器以及轨道系统的隔振频率范围和低频减振效果，同时可有效控制列车经过轨道系统时的动态位移。
Description
技术领域
本发明涉及轨道减振降噪技术领域，具体而言，涉及一种高静低动刚度特性的隔振器及具有其的轨道系统。
背景技术
低频隔振是轨道交通隔振领域一大研究热点和难点。结构振动控制根据是否需要外部能源输入可分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制，采用主动控制隔振和半主动控制隔振两种技术很好地隔离低频振动，但是其结构复杂，占用空间较大，制造成本高，均需要外界提供能量，且存在不稳定和电磁污染等问题。相比之下，传统的被动隔振结构简单、易于实现、工作可靠、不会额外消耗外界的能量，但是当其结构一旦确定，其固有频率就被确定，只有当激励频率大于隔振系统固有频率的特定倍数时才能起到隔振效果。一般情况下被动隔振可较好地隔离中、高频振动，但隔离低频振动的能力较差。
根据隔振系统自身特性和描述振动的数学模型的不同，隔振系统又可分为线性隔振系统和非线性隔振系统。其中，线性隔振系统是指质量保持不变，但其弹性力和阻尼力与运动参数成线性关系的系统，其数学模型可以用线性常系数常微分方程表示。而不属于线性隔振系统的系统即为非线性隔振系统。由隔振理论可知，线性隔振系统的传递率与其刚度k和阻尼c有着密切的关系。当选择增加系统阻尼时，其阻尼比增大，则其共振频率对应的传递率最大值减小，但是其在高频段的传递率会增大；当选择减小系统刚度时，其固有频率减小，则隔振起始频率减小，隔振频率范围增大，但是其静态承载能力下降，静态变形量增大。因此对传统的线性隔振系统而言，无法同时获取较低的隔振起始频率和较高的静态承载能力，两者是相互对立矛盾的。这也是上述轨道交通减振措施在低频减振效果差的主要原因。
因此，现有的隔振器的隔振频率范围窄，设计一种能够有效隔离低频振动且同时控制轨道动态位移的隔振器，对于轨道交通或其他领域的低频隔振很有必要。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高静低动刚度特性的隔振器及具有其的轨道系统，在严格控制或降低轨道动态位移的前提下，降低既有隔振器及其轨道系统的固有频率，提高低频减振效果和隔振频率范围。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种高静低动刚度特性的隔振器，包括：正刚度组件，正刚度组件包括座体和设置在座体的腔体内的第一弹性件；支撑部，支撑部与第一弹性件的上端抵接；浮动部，浮动部与支撑部配合连接；负刚度组件，负刚度组件包括相互配合的弹性部和承载部，弹性部与支撑部或浮动部连接，承载部设置在座体的外壁上；浮动部在承受载荷并压缩第一弹性件的情况下，弹性部向承载部施加的作用力的方向相对第一弹性件的弹力的方向倾斜或垂直设置。
进一步地，承载部的下部具有承载曲面，弹性部在位移的过程中能够与承载曲面的不同位置抵接。
进一步地，弹性部包括可发生弹性变形的弹性结构和设置在弹性结构上的推动件，推动件与承载部抵接。
进一步地，弹性部与支撑部连接，弹性结构包括弹性梁，弹性梁的一端与支撑部连接，弹性梁的另一端与推动件连接，弹性梁处于弯曲状态。
进一步地，弹性部还包括安装座，安装座设置在支撑部的下部，弹性梁的上端与安装座连接，推动件为滚轮，弹性件的下端与推动件连接。
进一步地，弹性件与浮动部连接，弹性结构包括第二弹性件，第二弹性件的一端与浮动部连接，第二弹性件的另一端与推动件连接，第二弹性件处于压缩状态。
进一步地，弹性部还包括水平设置的导向结构，导向结构与浮动部连接，第二弹性件设置在导向结构内，推动件为滚轮。
进一步地，弹性件与浮动部连接，弹性结构包括：导向座，导向座设置在浮动部上，导向座上具有导向槽；第一杆体，第一杆体的第一端可滑动地设置在导向槽内，第一杆体的第二端与推动件连接，第一杆体的第一端的高度高于第一杆体的第二端的高度；第三弹性件，第三弹性件的一端与第一杆体的第一端连接，第三弹性件向第一杆体的第一端施加向下的作用力。
进一步地，弹性结构还包括：第二杆体，第二杆体的第一端可滑动地设置在导向槽内，第二杆体的第二端与第一杆体的第二端或推动件铰接，第三弹性件的另一端与第二杆体的第一端连接，第三弹性件处于拉伸状态。
进一步地，导向槽竖直设置，推动件为滚轮。
进一步地，弹性部为多个，多个弹性部分布在承载部的周向。
进一步地，支撑部与座体间隔设置，支撑部的下端面与座体的上端面对应设置，隔振器还包括：密封件，密封件套设在支撑部和座体上，以封堵住支撑部与座体之间的间隙。
进一步地，浮动部包括筒体和设置在筒体的内壁上的环形的支撑件，支撑件上具有避让槽；支撑部能够相对浮动部转动以及沿筒体的轴向移动，支撑部包括架体和设置在架体上的盖板，通过支撑部与浮动部的相对移动，盖板能够穿设通过避让槽以及移动到与支撑件的下端面抵接的位置。
进一步地，隔振器还包括：阻尼液，设置在座体的腔体内；阻尼件，阻尼件的上端与支撑部连接，阻尼件的下端浸入阻尼液中。
根据本发明的另一方面，提供了一种轨道系统，包括高静低动刚度特性的隔振器，隔振器为上述提供的隔振器。
应用本发明的技术方案，在隔振器中设置正刚度组件、支撑部、浮动部和负刚度组件，浮动部用于承受载荷，负刚度组件的弹性部与支撑部或浮动部连接，承载部设置在座体的外壁上，浮动部在承受载荷并压缩第一弹性件的情况下，第一弹性件收缩，弹性部向承载部施加的作用力的方向相对于第一弹性件的弹力的方向倾斜。这样，正刚度组件和负刚度组件配合产生的弹性力，与浮动部的位移呈非线性关系，这样该隔振器可同时获得较低的隔振起始频率和较高的静态承载能力，即具有较高的静态刚度和较低的动态刚度特性(简称高静低动)，能够隔绝低频率振动，提高了隔振器的隔振频率范围。将该隔振器应用于轨道系统中，可提高轨道系统的隔振频率范围，减少低频率振动传递，减少对周围环境的影响。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的实施例一提供的隔振器的结构示意图；
图2示出了图1中的隔振器在工作时弹性部对承载部的作用力示意图；
图3示出了图1中的隔振器的俯视图；
图4示出了本发明的实施例二提供的隔振器的结构示意图；
图5示出了本发明的实施例三提供的隔振器的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、正刚度组件；11、座体；12、第一弹性件；20、支撑部；21、架体；22、盖板；30、浮动部；31、筒体；32、支撑件；321、避让槽；40、弹性部；41、第二弹性件；42、推动件；43、导向结构；44、弹性梁；45、安装座；46、导向座；47、第一杆体；48、第三弹性件；49、第二杆体；50、承载部；60、密封件；70、阻尼件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，本发明的实施例一提供了一种高静低动刚度特性的隔振器，包括：正刚度组件10，正刚度组件10包括座体11和设置在座体11的腔体内的第一弹性件12；支撑部20，支撑部20与第一弹性件12的上端抵接；浮动部30，浮动部30与支撑部20配合连接；负刚度组件，负刚度组件包括相互配合的弹性部40和承载部50，弹性部40与支撑部20或浮动部30连接，承载部50设置在座体11的外壁上；浮动部30在承受载荷并压缩第一弹性件12的情况下，弹性部40向承载部50施加的作用力的方向相对第一弹性件12的弹力的方向倾斜或垂直设置。具体地，弹性部40与承载部50的相互作用力的方向沿承载部50的曲面的法向方向的变化而变化。
应用本实施例的技术方案，在隔振器中设置正刚度组件10、支撑部20、浮动部30和负刚度组件，浮动部30用于承受载荷，负刚度组件的弹性部40与支撑部20或浮动部30连接，承载部50设置在座体11的外壁上，浮动部30在承受载荷并压缩第一弹性件12的情况下，第一弹性件12收缩，弹性部40向承载部50施加的作用力的方向相对于第一弹性件12的弹力的方向倾斜。这样，正刚度组件10和负刚度组件配合产生的弹性力，与浮动部30的位移呈非线性关系，这样该隔振器可同时获得较低的隔振起始频率和较高的静态承载能力，即具有较高的静态刚度和较低的动态刚度特性(简称高静低动)，能够隔绝低频率振动，提高了隔振器的隔振频率范围。将该隔振器应用于轨道系统中，可提高轨道系统的隔振频率范围，减少低频率振动传递，减少对周围环境的影响。
在本实施例中，承载部50的下部具有承载曲面，弹性部40在位移的过程中能够与承载曲面的不同位置抵接。通过上述设置，可更好地实现非线性作用力需求，从而实现高静低动的效果。
在本实施例中，弹性部40包括可发生弹性变形的弹性结构和设置在弹性结构上的推动件42，推动件42与承载部50抵接。弹性结构在发生弹性变形时，可以提供作用力，作用力通过推动件42传递给承载部50，从而实现高静低动的效果。
具体的，在本实施例中，弹性部40与支撑部20连接，弹性结构包括弹性梁44，弹性梁44的一端与支撑部20连接，弹性梁44的另一端与推动件42连接，弹性梁44处于弯曲状态。这样可通过弹性梁44的弯曲变形产生弹力，然后通过推动件42传递至承载部50，从而对承载部50施加作用力。
在本实施例中，弹性部40还包括安装座45，安装座45设置在支撑部20的下部，弹性梁44的上端与安装座45连接，推动件42为滚轮，弹性件的下端与推动件42连接。通过设置安装座45，便于弹性梁44的固定和位置调节。将推动件42设置为滚轮，可以减小推动件42与承载部50的摩擦力，并且便于力的传递。
在本实施例中，弹性部40可以设置为多个，多个弹性部40分布在承载部50的周向。通过上述设置，可以使得承载部50的受力比较均匀，这样隔振器在运行时比较平稳。
在本实施例中，支撑部20与座体11间隔设置，支撑部20的下端面与座体11的上端面对应设置，隔振器还包括：密封件60，密封件60套设在支撑部20和座体11上，以封堵住支撑部20与座体11之间的间隙。将支撑部20与座体11间隔设置，可以便于支撑部20以及浮动部30在承受载荷时发生位移，将支撑部20的下端面与座体11的上端面对应设置，当载荷过大时，支撑部20的下端面与座体11的上端面可以直接接触而起到限位作用，这样可以避免浮动部30的位移过大，以及由于第一弹性件12变形过大，产生塑性变形而损坏。为了保证有效性，本实施例的密封件60选用橡胶密封圈，并且通过喉箍分别固定在座体11和支撑部20上。
在本实施例中，浮动部30包括筒体31和设置在筒体31的内壁上的环形的支撑件32，支撑件32上具有避让槽321；支撑部20能够相对浮动部30转动以及沿筒体31的轴向移动，支撑部20包括架体21和设置在架体21上的盖板22，通过支撑部20与浮动部30的相对移动，盖板22能够穿设通过避让槽321以及移动到与支撑件32的下端面抵接的位置。采用上述设置，在装配隔振器时，转动支撑部20使盖板22上的凸出部分与避让槽321对应，然后向筒体31内部移动，即可将支撑部20穿入到支撑件32的下方，然后再次转动支撑部20，使得盖板22上的凸出部分与避让槽321错位，这样盖板22与支撑件32的下端面抵接，从而实现浮动部30与支撑部20的装配，即支撑部20对浮动部30进行支撑。在施工时，筒体31可预制在混凝土轨道板内部。
在本实施例中，隔振器还包括：阻尼液，设置在座体11的腔体内；阻尼件70，阻尼件70的上端与支撑部20连接，阻尼件70的下端浸入阻尼液中。通过上述设置，支撑部20在承受载荷时，产生的振动可通过阻尼件70传导到阻尼液中，通过阻尼液的阻尼效果，可以对振动起到减缓作用，从而起到减振降噪的效果。具体地，阻尼件70包括杆状件和设置在杆状件下方的盘状件，杆状件的上端与支撑部20连接。阻尼液灌注在座体11中一定的高度，提供系统需要的阻尼系数。
如图4所示，在本发明的实施例二中，与上述实施例不同的是，弹性件与浮动部30连接，弹性结构包括第二弹性件41，第二弹性件41的一端与浮动部30连接，第二弹性件41的另一端与推动件42连接，第二弹性件41处于压缩状态。通过第二弹性件41可对推动件42施加弹力，然后推动件42对承载部50施加作用力，从而实现非线性作用力需求。
在本实施例中，弹性部40还包括水平设置的导向结构43，导向结构43与浮动部30连接，第二弹性件41设置在导向结构43内，推动件42为滚轮。通过导向结构43可以对第二弹性件41进行导向，以使第二弹性件41按照预定方向伸缩。导向结构43可以设置为槽状结构或筒状结构。
如图5所示，在本发明的实施例三中，与实施例一不同的是，弹性件与浮动部30连接，弹性结构包括：导向座46，导向座46设置在浮动部30上，导向座46上具有导向槽；第一杆体47，第一杆体47的第一端可滑动地设置在导向槽内，第一杆体47的第二端与推动件42连接，第一杆体47的第一端的高度高于第一杆体47的第二端的高度；第三弹性件48，第三弹性件48的一端与第一杆体47的第一端连接，第三弹性件48向第一杆体47的第一端施加向下的作用力。通过上述设置，可使得第一杆体47在第三弹性件48的作用力下能够在导向座46的导向槽内滑动，并且可对推动件42施加作用力，然后通过推动件42对承载部50施加作用力。通过上述设置，可更好地实现非线性作用力需求，从而实现高静低动的效果。
在本实施例中，弹性结构还包括：第二杆体49，第二杆体49的第一端可滑动地设置在导向槽内，第二杆体49的第二端与第一杆体47的第二端或推动件42铰接，第三弹性件48的另一端与第二杆体49的第一端连接，第三弹性件48处于拉伸状态。通过上述设置，第二杆体49和第一杆体47具有相互靠近的趋势，从而可以对推动件42施加作用力，使推动件42低压承载部50。上述设置能够增大对承载部50的作用力，并且提高隔振器在运行时的稳定性。
具体地，在本实施例中，导向槽竖直设置，推动件42为滚轮。将导向槽竖直设置，可使得第二杆体49和第一杆体47的合力朝向正刚度组件10。将推动件42设置为滚轮，可以减小摩擦，提高使用寿命。
本发明的另一实施例提供了一种轨道系统，包括高静低动刚度特性的隔振器，隔振器为上述实施例提供的隔振器。
现有减振技术中，浮置板轨道结构被认为是减振效果最好的轨道减振形式。但是，现有的浮置板隔振器属于线性隔振系统，由于其结构局限性及材料极限性无法同时拥有较低的隔振起始频率和较高的静态承载能力，并且不能根据列车不同运行速度、轨道不平顺性等因素对其隔振性能进行实时调整，其隔振频率范围及隔振效果不尽人意。
应用本实施例的技术方案，在隔振器中设置正刚度组件10、支撑部20、浮动部30和负刚度组件，浮动部30用于承受载荷，负刚度组件的弹性部40与支撑部20或浮动部30连接，承载部50设置在座体11的外壁上，浮动部30在承受载荷并压缩第一弹性件12的情况下，第一弹性件12收缩，弹性部40向承载部50施加的作用力的方向相对于第一弹性件12的弹力的方向倾斜。这样，正刚度组件10和负刚度组件配合产生的弹性力，与浮动部30的位移呈非线性关系，这样该隔振器可同时获得较低的隔振起始频率和较高的静态承载能力，即具有较高的静态刚度和较低的动态刚度特性(简称高静低动)，能够隔绝低频率振动，提高了隔振器的隔振频率范围。将该隔振器应用于轨道系统中，可提高轨道系统的隔振频率范围，减少低频率振动传递，减少对周围环境的影响。利用该隔振器的非线性动力学特性，可组成具有高静低动刚度特征的高性能轨道减振系统。应用该技术方案，在严格控制或降低轨道动态位移的前提下，降低了既有隔振器及其轨道系统的固有频率，提高了低频减振效果和隔振频率范围。
从以上的描述中，可以看出，本发明的技术方案实现了如下技术效果：
1)实现浮置板的低频隔振，降低其低频传递率，从而优化地铁等轨道列车运行时对周围环境、人、建筑物以及精密仪器的影响；
2)提高了轨道的稳定性，进而提高车辆运行平稳性、降低轮轨系统产生病害的机率；
3)结构具有高静低动特征，隔振器结构简单、整体性好，易于现场安装施工。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种高静低动刚度特性的隔振器，其特征在于，包括：
正刚度组件(10)，所述正刚度组件(10)包括座体(11)和设置在所述座体(11)的腔体内的第一弹性件(12)；
支撑部(20)，所述支撑部(20)与所述第一弹性件(12)的上端抵接；
浮动部(30)，所述浮动部(30)与所述支撑部(20)配合连接；
负刚度组件，所述负刚度组件包括相互配合的弹性部(40)和承载部(50)，所述弹性部(40)与所述支撑部(20)或所述浮动部(30)连接，所述承载部(50)设置在所述座体(11)的外壁上；
所述浮动部(30)在承受载荷并压缩所述第一弹性件(12)的情况下，所述弹性部(40)向所述承载部(50)施加的作用力的方向相对所述第一弹性件(12)的弹力的方向倾斜或垂直设置。
2.根据权利要求1所述的隔振器，其特征在于，所述承载部(50)的下部具有承载曲面，所述弹性部(40)在位移的过程中能够与所述承载曲面的不同位置抵接。
3.根据权利要求1所述的隔振器，其特征在于，所述弹性部(40)包括可发生弹性变形的弹性结构和设置在所述弹性结构上的推动件(42)，所述推动件(42)与所述承载部(50)抵接。
4.根据权利要求3所述的隔振器，其特征在于，所述弹性部(40)与所述支撑部(20)连接，所述弹性结构包括弹性梁(44)，所述弹性梁(44)的一端与所述支撑部(20)连接，所述弹性梁(44)的另一端与所述推动件(42)连接，所述弹性梁(44)处于弯曲状态。
5.根据权利要求4所述的隔振器，其特征在于，所述弹性部(40)还包括安装座(45)，所述安装座(45)设置在所述支撑部(20)的下部，所述弹性梁(44)的上端与所述安装座(45)连接，所述推动件(42)为滚轮，所述弹性件的下端与所述推动件(42)连接。
6.根据权利要求3所述的隔振器，其特征在于，所述弹性件与所述浮动部(30)连接，所述弹性结构包括第二弹性件(41)，所述第二弹性件(41)的一端与所述浮动部(30)连接，所述第二弹性件(41)的另一端与所述推动件(42)连接，所述第二弹性件(41)处于压缩状态。
7.根据权利要求6所述的隔振器，其特征在于，所述弹性部(40)还包括水平设置的导向结构(43)，所述导向结构(43)与所述浮动部(30)连接，所述第二弹性件(41)设置在所述导向结构(43)内，所述推动件(42)为滚轮。
8.根据权利要求3所述的隔振器，其特征在于，所述弹性件与所述浮动部(30)连接，所述弹性结构包括：
导向座(46)，所述导向座(46)设置在所述浮动部(30)上，所述导向座(46)上具有导向槽；
第一杆体(47)，所述第一杆体(47)的第一端可滑动地设置在所述导向槽内，所述第一杆体(47)的第二端与所述推动件(42)连接，所述第一杆体(47)的第一端的高度高于所述第一杆体(47)的第二端的高度；
第三弹性件(48)，所述第三弹性件(48)的一端与所述第一杆体(47)的第一端连接，所述第三弹性件(48)向所述第一杆体(47)的第一端施加向下的作用力。
9.根据权利要求8所述的隔振器，其特征在于，所述弹性结构还包括：
第二杆体(49)，所述第二杆体(49)的第一端可滑动地设置在所述导向槽内，所述第二杆体(49)的第二端与所述第一杆体(47)的第二端或所述推动件(42)铰接，所述第三弹性件(48)的另一端与所述第二杆体(49)的第一端连接，所述第三弹性件(48)处于拉伸状态。
10.根据权利要求8所述的隔振器，其特征在于，所述导向槽竖直设置，所述推动件(42)为滚轮。
11.根据权利要求1所述的隔振器，其特征在于，所述弹性部(40)为多个，多个所述弹性部(40)分布在所述承载部(50)的周向。
12.根据权利要求1所述的隔振器，其特征在于，所述支撑部(20)与所述座体(11)间隔设置，所述支撑部(20)的下端面与所述座体(11)的上端面对应设置，所述隔振器还包括：密封件(60)，所述密封件(60)套设在所述支撑部(20)和所述座体(11)上，以封堵住所述支撑部(20)与所述座体(11)之间的间隙。
13.根据权利要求1所述的隔振器，其特征在于，
所述浮动部(30)包括筒体(31)和设置在所述筒体(31)的内壁上的环形的支撑件(32)，所述支撑件(32)上具有避让槽(321)；
所述支撑部(20)能够相对所述浮动部(30)转动以及沿所述筒体(31)的轴向移动，所述支撑部(20)包括架体(21)和设置在所述架体(21)上的盖板(22)，通过所述支撑部(20)与所述浮动部(30)的相对移动，所述盖板(22)能够穿设通过所述避让槽(321)以及移动到与所述支撑件(32)的下端面抵接的位置。
14.根据权利要求1所述的隔振器，其特征在于，所述隔振器还包括：
阻尼液，设置在所述座体(11)的腔体内；
阻尼件(70)，所述阻尼件(70)的上端与所述支撑部(20)连接，所述阻尼件(70)的下端浸入所述阻尼液中。
15.一种轨道系统，包括高静低动刚度特性的隔振器，其特征在于，所述隔振器为权利要求1至14中任一项所述的隔振器。
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2019
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