CN113864385A - 加速度传感器减振装置及高铁 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加速度传感器减振装置及高铁，其中，加速度传感器减振装置，用于对加速度传感器减振，包括：安装壳体，加速度传感器安装在安装壳体内；减振结构，减振结构包括第一减振结构和第二减振结构，第一减振结构安装在安装壳体的第一侧，第二减振结构安装在安装壳体的第二侧，安装壳体的第一侧与安装壳体的第二侧相对设置；导向座，导向座包括第一导向座和第二导向座，第一导向座与第一减振结构的远离安装壳体的一侧相配合，第二导向座与第二减振结构的远离安装壳体的一侧相配合。本发明的技术方案有效地解决了现有技术中加速度传感器在使用时振动量级较大，加速度传感器内部敏感原件容易损坏的问题。

Description

加速度传感器减振装置及高铁

技术领域

本发明涉及减振装置的技术领域，具体而言，涉及一种加速度传感器减振装置及高铁。

背景技术

在现有技术中，加速度传感器通过螺栓紧固在轴箱盒内部，通过轴箱盒固定在高铁列车上，加速度传感器在高铁行进过程中实时测量加速度信号，可通过此加速度信号来反演轨道的不平行度。用于监测路面的不平行度。

这种方式目前存在的问题是：振动直接通过车体上的轴箱盒传递到加速度传感器上，加速度传感器采集到了大量无效的振动信息，导致数据反演的精度差；无关的振动传递到加速度传感器上，导致加速度传感器使用寿命低。造成这些问题的原因是列车车体和路面上其他设备或结构如电机、铁轨扣件、连接件、枕木等，在列车行进过程中，也存在振动现象，它们的振动信息属于无效信息，但也会被加速度传感器测量到并记录。这些无关的振动大多分布在高频范围内，振动量级大，而长时间的大量级振动会导致加速度传感器内部敏感元件损坏，降低加速度传感器使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种加速度传感器减振装置及高铁，解决了现有技术中加速度传感器在使用时振动量级较大，加速度传感器内部敏感原件容易损坏的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种加速度传感器减振装置，用于对加速度传感器减振，包括：安装壳体，加速度传感器安装在安装壳体内；减振结构，减振结构包括第一减振结构和第二减振结构，第一减振结构安装在安装壳体的第一侧，第二减振结构安装在安装壳体的第二侧，安装壳体的第一侧与安装壳体的第二侧相对设置；导向座，导向座包括第一导向座和第二导向座，第一导向座与第一减振结构的远离安装壳体的一侧相配合，第二导向座与第二减振结构的远离安装壳体的一侧相配合。

进一步地，第一减振结构包括多个倾斜板，各倾斜板与安装壳体的夹角为锐角，且安装壳体和第一导向座抵压倾斜板。

进一步地，第一减振结构还包括连接板，连接板的两端分别与不同的倾斜板相连，连接同一连接板的两个倾斜板由安装壳体至第一导向座的方向距离逐渐增大。

进一步地，连接板包括两个，倾斜板包括四个，每个连接板与两个倾斜板相对应地设置。

进一步地，第一减振结构还包括多个磨擦板，各磨擦板一一对应地设置在倾斜板的远离连接板的一端，磨擦板与第一导向座的表面为平面接触。

进一步地，导向座朝向安装壳体的表面具有多个矩形导向槽，各磨擦板一一对应地位于矩形导向槽内。

进一步地，加速度传感器减振装置还包括两个压板，两个压板分别对应地设置在安装壳体的第一侧和安装壳体的第二侧，连接板至少有一部分位于压板和安装壳体之间。

进一步地，安装壳体与导向座之间还设置有相互配合的导向限位结构，以使安装壳体与导向座可靠近和远离。

进一步地，导向限位结构包括第一导向柱和第二导向柱，第一导向柱垂直安装在安装壳体的第一侧，第二导向柱垂直安装在安装壳体的第二侧，第一导向座上设置有与第一导向柱相对应地第一导向孔，第二导向座上设置有与第二导向柱相对应地第二导向孔。

根据本发明的另一方面，还提供了一种高铁，高铁包括高铁主体和安装在高铁主体上的加速度传感器减振装置，加速度传感器减振装置为上述的加速度传感器减振装置。

应用本发明的技术方案，当外部出现干扰的振动时，减振结构通过自身的减振，能够起到对加速度传感器减振的效果，这样可以大大地减少加速度传感器的振动，降低加速度传感器内部敏感元件损坏的风险。本发明的技术方案有效地解决了现有技术中加速度传感器在使用时振动量级较大，加速度传感器内部敏感原件容易损坏的问题。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是本实施例的加速度传感器减振装置安装在轴箱盒内部的外形图；

图2是本实施例的加速度传感器减振装置安装在轴箱盒内部剖视图；

图3是本实施例的加速度传感器减振装置和加速度传感器的外形图；

图4是本实施例的加速度传感器减振装置的导向座的外形图；

图5示出了本实施例的减振结构的基本工作原理示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本公开的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

如图1至图4所示，本实施例的一种加速度传感器减振装置，用于对加速度传感器减振。加速度传感器减振装置包括：安装壳体、减振结构和导向座。加速度传感器安装在安装壳体内。减振结构包括第一减振结构和第二减振结构，第一减振结构安装在安装壳体的第一侧，第二减振结构安装在安装壳体的第二侧，安装壳体的第一侧与安装壳体的第二侧相对设置。导向座包括第一导向座和第二导向座，第一导向座与第一减振结构的远离安装壳体的一侧相配合，第二导向座与第二减振结构的远离安装壳体的一侧相配合。

应用本实施例的技术方案，当外部出现干扰的振动时，减振结构通过自身的减振，能够起到对加速度传感器减振的效果，这样可以大大地减少加速度传感器的振动，降低加速度传感器内部敏感元件损坏的风险。本实施例的技术方案有效地解决了现有技术中加速度传感器在使用时振动量级较大，加速度传感器内部敏感原件容易损坏的问题。

需要说明的是，在本实施例的技术方案中，安装壳体的第一侧的表面和第一导向座朝向安装壳体的一侧的表面平行。安装壳体的第一侧的表面和第一导向座朝向安装壳体的一侧的表面也可以不平行。安装壳体的第二侧的表面和第二导向座朝向安装壳体的一侧的表面的关系不再赘述。

如图3所示，在本实施例的技术方案中，第一减振结构包括多个倾斜板，各倾斜板与安装壳体的夹角为锐角，且安装壳体和第一导向座抵压倾斜板。即倾斜板处于压缩变形的弹性状态。倾斜板结构的减振结构更加适合本实施例的加速度传感器减振装置，因为倾斜板的结构既保证了第一减振结构具有一定的刚度，又能够保证第一减振结构具有一定的抵抗变形的能力，具体地，倾斜板采用制作弹簧的材质加工即可。如果采用弹簧连接，加速度传感器将会出现摇摆，这势必会对加速度传感器的测量带来很大的误差。需要说明的是，第二减振结构和第一减振结构相同。

如图2和图3所示，在本实施例的技术方案中，第一减振结构还包括连接板，连接板的两端分别与不同的倾斜板相连，连接同一连接板的两个倾斜板由安装壳体至第一导向座的方向距离逐渐增大。连接板的设置增大了安装壳体和第一减振结构的接触面积。

如图3所示，本实施例的技术方案中，连接板包括两个，倾斜板包括四个，每个连接板与两个倾斜板相对应地设置。上述结构比较稳定可靠，加工设置方便。

如图3所示，在本实施例的技术方案中，第一减振结构还包括多个磨擦板，各磨擦板一一对应地设置在倾斜板的远离连接板的一端，磨擦板与第一导向座的表面为平面接触。摩擦板的设置提高了第一减振结构与第一导向座的接触面积，进而提高了第一减振结构和第一导向座之间可产生的摩擦阻尼，这样能够更大程度的衰减高铁上其它部件产生的振动能量，尤其是中高频范围的振动，进而保证了加速度传感器测量更加精确。

需要说明的是，磨擦板与导向座的接触面可以设置适当的粗糙度，即磨擦板的接触面和/或导向座的接触面设置有粗糙表面，根据加速度传感器的减振需求设计粗糙表面，这样增大摩擦阻尼，提高减振效果。

如图3所示，在本实施例的技术方案中，导向座朝向安装壳体的表面具有多个矩形导向槽，各磨擦板一一对应地位于矩形导向槽内。矩形导向槽的设置保证了导向座对减振结构形成了较好的限位，使得减振结构能够按照预定轨迹移动。

如图3所示，在本实施例的技术方案中，加速度传感器减振装置还包括两个压板，两个压板分别对应地设置在安装壳体的第一侧和安装壳体的第二侧，连接板至少有一部分位于压板和安装壳体之间。压板的设置对减振结构形成了很好地限位，这样的限位效果较好。需要说明的是，压板朝向安装壳体的一侧具有凹槽，连接板位于凹槽内。或者安装壳体上具有凹槽，连接板位于凹槽内。或者压板和安装壳体上均具有凹槽，连接板位于凹槽内。凹槽的设置使得压板对连接板的约束不是固定不动，而是可以在限定的范围产生相对位移的趋势，进而通过摩擦力来衰减干扰。

如图1至图4所示，在本实施例的技术方案中，安装壳体与导向座之间还设置有相互配合的导向限位结构，以使安装壳体与导向座可靠近和远离。导向限位结构的设置一方面对安装壳体与导向座之间的相对移动形成了限位，另一方面使得安装壳体和导向座之间的移动只能按照预定轨迹进行。

如图1至图4所示，在本实施例的技术方案中，导向限位结构包括第一导向柱和第二导向柱，第一导向柱垂直安装在安装壳体的第一侧，第二导向柱垂直安装在安装壳体的第二侧，第一导向座上设置有与第一导向柱相对应地第一导向孔，第二导向座上设置有与第二导向柱相对应地第二导向孔。上述结构紧凑，只需要在自身的结构上进行设定即可，不需要单独设计其它结构，减少了增加易损部件。另外，上述结构设置成本较低，安装使用方便。

综合上述可知，本实施例的加速度传感器减振装置，它包括两个压板1、两个导向座3、两个螺栓4、两个防松螺母5、四个弹簧片7(减振结构)、两个保护盖6(安装壳体)。导向座上加工有矩形导向槽31、凸台32、导向孔33和螺纹孔34，矩形导向槽33分布在导向孔31两侧，每侧各有两条矩形凹槽31；各压板上加工有两个定位凹槽和中心孔，凹槽对称分布；保护盖上加工有圆弧形槽、导向轴，弹簧片7设计为“几”字形。四个弹簧片组成减振结构，两个保护盖组成安装壳体。螺栓和防松螺母配合穿过两个压片和两个保护盖将加速度传感器固定。

本实施例的加速度传感器减振装置，通过上下两个保护盖6将加速度传感器2固定在安装壳体的内侧，保护盖6外侧的导向轴(第一导向柱和第二导向柱)穿过压板1上的中心孔，压板1上有凹槽，四个弹簧片7的平直段分别放置在压板1上的凹槽内部，支脚方向远离压板1，压板1带凹槽的一面和保护盖6紧密接触，凹槽有效防止弹簧片打滑，通过两个螺栓4对向穿过加速度传感器2、保护盖6、压板1的安装孔，通过防松螺母5将三者连接在一起，使两个保护盖6、四个弹簧片7、两个压板1紧固成一体，两个保护盖6外侧的导向轴分别与两个导向座3的导向孔31紧密配合，同时使四个弹簧片7的支脚处于导向座3上的矩形导向槽33内部，并可沿着导向凹槽33相对滑动。两个导向座3通过螺钉固定在轴箱盒内部。

本实施例的加速度传感器减振装置以加速度传感器为中心，对称安装在加速度传感器两侧。保护盖上的导向轴穿过导向座上的导向孔，起限制横向位移的作用。

当加速度传感器减振装置垂向减振时，列车车体带动轴箱盒振动，振动信号经过加速度传感器减振装置后，传递到加速度传感器的振动得到衰减。在上述垂向减振的过程中，加速度传感器减振装置垂向通过“几”字形弹簧片提供垂向刚度，同时利用弹簧片的支脚与导向座的导向凹槽之间的摩擦阻尼吸收振动能量，实现的减振。

本实施例的加速度传感器减振装置结构简单、加工方便，全金属结构保证了其环境适应性较强，抗腐蚀性良好，储存期长，且在储存期内能保持良好的减振性能。

本实施例的加速度传感器减振装置主要应用在高铁列车上监测路面不平行度的加速度传感器上，可有效起到减振滤波作用。根据实际振动试验验证的试验结果来看，能有效衰减100Hz以上的中高频范围内的信号，且减振效率能够达到65％以上。有助于加速度传感器准确有效、长期地监测铁路路面的不平行度，同时延缓了加速度传感器的更换周期，具有一定的经济效益。

下面结合工作原理进行说明：

如图5所示，金属减振装置为加速度传感器为提供刚度和阻尼，加速度传感器单侧的两个弹簧片为并联关系。

图5中k为减振装置中单侧的两个弹簧片的刚度之和，图中c为减振装置中单侧的两个弹簧片的阻尼之和。可得系统的固有频率和阻尼比分别为：

针对现有的结构设计，根据被减振对象的质量，设计合适的弹簧片刚度以及摩擦阻尼，当加速度传感器相对于振源振动时，减振装置中单侧弹簧片受压缩变形，且弹簧片支脚与导向座产生相对滑动，形成摩擦阻尼。减振装置提供刚度和阻尼，实现加速度传感器的定向减振。

以SilconDesing单轴加速度传感器(型号为2220-050)为对象，加速度传感器在安装减振装置后，从基座上传递到加速度传感器上的加速度信号会在系统谐振频率处有一个共振峰，共振峰处信号放大然后开始衰减。此加速度传感器的隔振需求为衰减100Hz以上的振动，因此将减振装置的系统谐振频率设计为70Hz左右。

系统固有频率计算公式为：

中间部分，通过保护座、弹簧压片来固定加速度传感器，同时起到增重的效果，减振对象的质量约为100g。可由上式求得单个弹簧片的刚度约为5000N/m。按照此型号加速度传感器最大量程，可知加速度传感器所经历的最大加速度环境不超过30g，可知单侧弹簧片最大压缩变形为3mm。单侧导向座凹槽深度为1.5mm，减振装置预压缩量设计为4.8mm(52.8mm)，则单侧预压缩量为2.4mm。减振装置在正常工作环境下不会脱开。

在减振装置刚度设计方面，可通过对单个弹簧片进行静力学分析，获取刚度特性曲线，再根据实际需求，调整设计。

k＝F/x

阻尼方面，通过弹簧片支脚与导向座滑槽之间，金属之间的摩擦系数通常为0.15，可确定系统阻尼。而在本实施例中采用弹簧的结构会有较多弊端，例如弹簧的螺旋之间进入污染的物体会导致弹簧没有办法工作。而且弹簧不能够同时满足刚度和阻尼两方面的要求。

根据现有的初步结构设计，结合理论计算，选用了45号钢的弹簧片来提供柔性支撑，其厚度为0.4mm，宽度为4mm；采用铍青铜导向座来共同提供干摩擦阻尼。且通过实验证明，本实施例的加速度传感器减振装置能有效衰减100Hz以上的中高频范围内的信号，且减振效率能够达到65％以上，可有效起到减振滤波作用。有助于加速度传感器准确有效、长期地监测铁路路面的不平行度，同时延缓了加速度传感器的更换周期，经济效益较明显。

加速度传感器减振装置结构主要由4个弹簧片、2个导向底座、2个压板、2个保护座组成。使用两个螺钉通过压板和保护座将两侧的4个弹簧片固定在加速度传感器上，上下各一个导向底座，弹簧片支脚可沿着导向底座的滑槽滑动。两侧导向底座预压后，装进轴箱盒中。

加速度传感器轴箱盒内部体积小，本方案采用机械件摩擦的方式提供摩擦阻尼。为保证加速传感器工作时不出现摇摆、松动现象，设计成了轴对称的结构，将加速度传感器固定在轴箱盒内部的同时，使加速度传感器与轴箱盒保持相对稳定状态。减振装置连同加速度传感器固定在轴箱盒中之后，内部结构存在一个预紧力，使四个弹簧片一定程度上处于受压缩状态，弹簧片支脚与导向底座的滑槽之间为摩擦接触。通过两个螺钉将加速度传感器、保护座、弹簧压片紧固在一起，两侧的保护座各有一个导向轴，导向轴只可沿着导向底座的孔垂向滑动，限制了横向位移，防止减振装置横向受到碰撞而产生松动现象。

本申请还提供了一种高铁，高铁包括高铁主体和安装在高铁主体上的加速度传感器减振装置，加速度传感器减振装置为上述的加速度传感器减振装置。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上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 (10)

1.一种加速度传感器减振装置，用于对加速度传感器减振，其特征在于，包括：

安装壳体，所述加速度传感器安装在所述安装壳体内；

减振结构，所述减振结构包括第一减振结构和第二减振结构，所述第一减振结构安装在所述安装壳体的第一侧，所述第二减振结构安装在所述安装壳体的第二侧，所述安装壳体的第一侧与所述安装壳体的第二侧相对设置；

导向座，所述导向座包括第一导向座和第二导向座，所述第一导向座与所述第一减振结构的远离所述安装壳体的一侧相配合，所述第二导向座与所述第二减振结构的远离所述安装壳体的一侧相配合。

2.根据权利要求1的加速度传感器减振装置，其特征在于，所述第一减振结构包括多个倾斜板，各所述倾斜板与所述安装壳体的夹角为锐角，且所述安装壳体和所述第一导向座抵压所述倾斜板。

3.根据权利要求2的加速度传感器减振装置，其特征在于，所述第一减振结构还包括连接板，所述连接板的两端分别与不同的所述倾斜板相连，连接同一所述连接板的两个倾斜板由所述安装壳体至所述第一导向座的方向距离逐渐增大。

4.根据权利要求3的加速度传感器减振装置，其特征在于，所述连接板包括两个，所述倾斜板包括四个，每个所述连接板与两个所述倾斜板相对应地设置。

5.根据权利要求3的加速度传感器减振装置，其特征在于，所述第一减振结构还包括多个磨擦板，各所述磨擦板一一对应地设置在所述倾斜板的远离所述连接板的一端，所述磨擦板与所述第一导向座的表面为平面接触。

6.根据权利要求5的加速度传感器减振装置，其特征在于，所述导向座朝向所述安装壳体的表面具有多个矩形导向槽，各所述磨擦板一一对应地位于所述矩形导向槽内。

7.根据权利要求3的加速度传感器减振装置，其特征在于，所述加速度传感器减振装置还包括两个压板，两个所述压板分别对应地设置在所述安装壳体的第一侧和所述安装壳体的第二侧，所述连接板至少有一部分位于所述压板和所述安装壳体之间。

8.根据权利要求1至7中任一项的加速度传感器减振装置，其特征在于，所述安装壳体与所述导向座之间还设置有相互配合的导向限位结构，以使所述安装壳体与所述导向座可靠近和远离。

9.根据权利要求8的加速度传感器减振装置，其特征在于，所述导向限位结构包括第一导向柱和第二导向柱，所述第一导向柱垂直安装在所述安装壳体的第一侧，所述第二导向柱垂直安装在所述安装壳体的第二侧，所述第一导向座上设置有与所述第一导向柱相对应地第一导向孔，所述第二导向座上设置有与所述第二导向柱相对应地第二导向孔。

10.一种高铁，高铁包括高铁主体和安装在高铁主体上的加速度传感器减振装置，其特征在于，所述加速度传感器减振装置为权利要求1至9中任一项的加速度传感器减振装置。

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