CN114481717B - 一种双腔筒式颗粒阻尼器及其对磁浮道岔的减振方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双腔筒式颗粒阻尼器及其对磁浮道岔的减振方法，属于阻尼减振降噪领域，其包括盖板、颗粒阻尼器腔体、阻尼颗粒、底座。所述颗粒阻尼器腔体一端开口，内部分隔为外腔体和内腔体，盖板安装在开口处用于密封，在布置时充分利用磁浮道岔结构的剩余空间，并考虑其振动特性，将阻尼器通过底座安装在腹板、底板和纵向加筋板等位置，当磁浮道岔发生振动时也带动颗粒阻尼器振动，颗粒和颗粒之间、颗粒和腔体之间不断发生碰撞和摩擦，从而达到耗能减振的目的。与现有技术相比，本发明具有结构简单、安装方便、作用频带宽、占用空间小等优点。

Description

一种双腔筒式颗粒阻尼器及其对磁浮道岔的减振方法

技术领域

本发明属于阻尼减振降噪领域，特别涉及一种双腔筒式颗粒阻尼器，并提出了其对磁浮道岔的减振方法。

背景技术

磁浮道岔是引导列车换线运行的线路设备，采用钢梁结构。但由于钢梁结构自身阻尼比很低，在磁浮列车与道岔的耦合激励下容易发生振动，上海高速磁浮、长沙磁浮快线在调试初期都曾出现振动过大的问题。缓解磁浮道岔的振动问题对磁浮列车提速和提高乘坐舒适度是极其重要的。

目前主要采用调谐质量阻尼器(TMD)实现对磁浮道岔的减振，TMD的作用原理是通过调节自身的频率，在调谐范围内将主结构的振动能量转移至TMD中活动质量块的振动，此时TMD内的阻尼装置会充分耗散活动质量块的振动能量，以达到控制主结构振动的目的。但其存在空间占用大、对频率敏感、成本高、安装不易等缺点，对于工程结构的设计而言非常不经济，甚至还会使结构的动力反应增大。

颗粒阻尼器是一种占用空间小、低成本、高效能、无需特定环境的减振手段，与TMD相比，它的占用空间更小，能有效利用磁浮道岔结构的剩余空间，安装更灵活，同时它还能吸收较宽频率的振动能量，非常适于磁浮道岔的减振。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种双腔筒式颗粒阻尼器，同时能发挥颗粒阻尼减振降噪的特点，保持占用空间小，安装方便，低成本、高效能的优势，并提出对磁浮道岔的减振方法。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种双腔筒式颗粒阻尼器，包括阻尼器外腔体、阻尼器内腔体、阻尼器颗粒、盖板和底座，所述阻尼器颗粒均匀地放在阻尼器外腔体和阻尼器内腔体之中，所述外腔体与内腔体均为空心圆柱体，开口处由盖板封闭。

作为优选的技术方案，所述阻尼器外腔体将阻尼器内腔体封闭在内，阻尼器外腔体和阻尼器内腔体均为空心圆柱体，且阻尼器外腔体和阻尼器内腔体的高度相同且侧壁相互平行，所述阻尼器外腔体和阻尼器内腔体的大小依据耗能需求进行调整。

作为优选的技术方案，阻尼器内腔体的直径为阻尼器外腔体的1/3～1/2。

作为优选的技术方案，所述阻尼器外腔体通过底座固接在磁浮道岔梁上，阻尼器颗粒伴随阻尼器外腔体和阻尼器内腔体沿结构振动主方向来回运动。

作为优选的技术方案，所述盖板通过螺栓与阻尼器外腔体固接，将阻尼器颗粒封闭在内。

作为优选的技术方案，所述所述阻尼器内的颗粒为球状，所用材料优选为钢和橡胶。

作为优选的技术方案，所述盖板、阻尼器外腔体、阻尼器内腔体和底座采用金属材料。

作为优选的技术方案，所述阻尼器外腔体和阻尼器内腔体之中填充的阻尼器颗粒的数量与颗粒大小依据耗能需求进行调整。

一种基于权利要求1所述的双腔筒式颗粒阻尼器对磁浮道岔的减振方法，所述减振方法包括以下步骤：

步骤1：根据道岔的振动特性，确定各位置的减振需求；建立磁浮道岔有限元模型，对其进行模态分析；对磁浮道岔进行振动响应测试；

步骤2：根据道岔各位置的减振需求，配置颗粒阻尼器参数；所述的颗粒阻尼器通过底座与磁浮道岔各结构相连，在主动梁、第一从动梁和第二从动梁的腹板、底板、纵向加筋板等结构处进行布置，其中主动梁布置较多、第一从动梁、第二从动梁布置较少，

步骤3：将颗粒阻尼器在腹板、底板、纵向加筋板等道岔结构中选取位置进行布置，对所述磁浮道岔进行减振。阻尼器颗粒在运动过程中相互间发生碰撞、摩擦、滑动以及滚动来耗散能量，达到减振效果。其中，布置方法考虑实际情况，包括走行台车、纵向加筋板的位置，腹板、底板的结构形式等等，针对不同情况选用不同的布置方式；在磁浮道岔布置时充分利用结构的剩余空间，灵活安装于腹板、底板、纵向加筋板等结构的适当位置。当结构发生振动时，内外腔体中的颗粒会发生相对运动，通过颗粒与颗粒之间、颗粒与腔体之间的相互摩擦和碰撞的方式来耗能。

本发明的有益效果如下：

1.在保留颗粒阻尼器原有优点的基础上，结合磁浮道岔的振动特点，对阻尼器腔体结构进行了改进，圆柱形腔体结构使得颗粒在较小振动情况下更容易发生滑动或滚动，同时外腔体和内腔体的设计能够增加颗粒的碰撞频率和碰撞面积，提高减振效率。

2.通过采用橡胶颗粒与钢颗粒混合的方式，在保证减振效果的同时降低振动噪声。

3.本发明结构简单、占用空间小、低成本、高效能、可以以非常灵活的方式布置于磁浮道岔上，进而提供有效的减振作用。

4.颗粒阻尼的作用频域较宽，对于磁浮道岔的中低频振动也有较好的减振效果。

5.使用范围广，与其它减振措施相比，该发明不依赖与材料的阻尼特性，不存在因温度变化或长期使用造成的阻尼材料老化或失效的问题，基本不会因为使用环境而影响减振性能。

6.与传统的阻尼器结构相比，该发明考虑了土木工程结构以中低频振动为主的情况，当振动较小时，由于腔体为圆柱形，借助重力的作用，颗粒更容易沿着腔体壁发生相对滑动，通过颗粒与颗粒之间颗粒与腔体之间的滑动和滚动摩擦来耗能，当振动较大时，颗粒发生较大运动，通过颗粒与颗粒之间、颗粒与腔体之间的碰撞、摩擦来耗能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：

图1是本发明阻尼器的结构示意图。

图2是本发明阻尼器的侧视图。

图3是本发明阻尼器的侧视剖面图。

图4是本发明阻尼器在腹板的安装示意图。

图5是本发明阻尼器在腹板、纵向加筋板和底板的安装示意图。

图6是本发明阻尼器在腹板和底板的安装示意图。

图7是本发明实施例的某道岔示意图。

图8是本发明实施例的整体安装示意图。

图9为本发明实施例的某道岔前3阶模态振型示意图

附图中标号说明：

1—盖板、2—阻尼器外腔体、3—阻尼器内腔体、4—底座、5—螺栓孔、6—阻尼颗粒、7—柱式阻尼器、8—纵向加筋板、9—腹板、10—底板、11—横隔板

具体实施方式

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用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。

本发明提供了一种适用于磁浮道岔减振的混合型颗粒阻尼器，如图1、图2、图3所示，包括盖板1，阻尼器外腔体2，阻尼器内腔体3，底座4，螺栓孔5，阻尼颗粒6。

阻尼器外腔体2和阻尼器内腔体3均为空心圆柱体，内腔体3被外腔体2封闭在内，直径为外腔体2的一半；开口处由盖板1封闭；阻尼器7通过底座5与磁浮道岔梁固接。

盖板1，阻尼器外腔体2，阻尼器内腔体3将阻尼颗粒6封闭在内。

阻尼颗粒6为钢颗粒和橡胶颗粒的混合颗粒。

图4为某道岔示意图，在两横隔板11之间布置阻尼器，根据有无纵向加筋板和底板是否封闭，有3种布置方式，如图4、5、6所示，分别对应图7中的A-A、B-B、C-C处。以B-B处为例，在有纵向加筋板8、底板10封闭的情况下，将阻尼器7布置于纵向加筋板8底面、腹板9侧面及底板10顶面，阻尼器7的侧壁方向应垂直于横隔板11，以充分减小道岔垂向和横向的振动。同理，A-A处将阻尼器7布置于腹板9侧面，C-C处将阻尼器7布置于腹板9侧面和底板10顶面。

在具体布置时，需考虑安装的便捷性与减振效率。阻尼器安装在纵向加筋板8上的减振效率最好，其次是安装在腹板9上，在底板10上最差，而就安装的便捷性而言，底板10最便捷，腹板9次之，纵向加筋板8最差。

由于不同结构尺寸如梁高会对磁浮道岔的振动特性产生影响，因此有必要建立有限元模型对其进行模态分析，或者进行振动响应测试，以研究磁浮道岔的振动特性，从而更好的配置和安装阻尼器。图9为某道岔主动梁的前3阶模态振型示意图，前3阶模态振型分别为横弯、垂弯和扭转，与其它部分相比，跨中更容易受到影响。

综合考虑后，布置方式如图8所示，在道岔主动梁上，选取Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处，在纵向加筋板8底面、腹板9侧面、底板10顶面布置阻尼器共12个；在第一从动梁和第二从动梁上选取Ⅳ、Ⅴ处，在腹板9侧面布置颗粒阻尼器共4个。

阻尼器7通过底座4安装在道岔纵向加筋板8、腹板9、底板10上，外腔体2直径为300mm，内腔体3直径为150mm，侧壁厚度为15mm，高度为400mm。其内的颗粒材料为钢和橡胶，直径取10-20mm，填充率为50％。所有阻尼器通过底座与梁固接，当梁振动较小时，圆柱形的设计使得颗粒更容易滚动或滑动，从而通过颗粒与颗粒之间、颗粒与腔体之间的摩擦来耗散能量；当振动较大时，内外腔体的设计使得颗粒与颗粒之间、颗粒与腔体之间的碰撞频率增加，耗能效率更高。

以上所述仅为本发明的优先实施例而已，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 (7)

1. 一种基于双腔筒式颗粒阻尼器对磁浮道岔的减振方法，其特征在于，所述双腔筒式颗粒阻尼器包括阻尼器外腔体（2）、阻尼器内腔体（3）、阻尼器颗粒（6）、盖板（1）和底座（4），所述阻尼器颗粒（6）均匀地放在阻尼器外腔体（2）和阻尼器内腔体（3）之中，所述外腔体（2）与内腔体（3）均为空心圆柱体，开口处由盖板（1）封闭；所述阻尼器外腔体（2） 通过底座（4）固接在磁浮道岔梁上，阻尼器颗粒（6）伴随阻尼器外腔体（2）和阻尼器内 腔体（3）沿结构振动主方向来回运动；

所述减振方法包括以下步骤：

步骤1：根据道岔的振动特性，确定各位置的减振需求；

步骤2：根据道岔各位置的减振需求，配置颗粒阻尼器参数；

步骤3：将颗粒阻尼器在腹板、底板、纵向加筋板等道岔结构中选取位置进行布置，对所述磁浮道岔进行减振。

2.根据权利要求1 所述的减振方法，其特征在于，所述阻尼器外腔体（2）将阻尼器内腔体（3）封闭在内，阻尼器外腔体（2）和阻尼器内腔体（3）均为空心圆柱体，且阻尼器外腔体（2）和阻尼器内腔体（3）的高度相同且侧壁相互平行，所述阻尼器外腔体（2）和阻尼器内腔体（3）的大小依据耗能需求进行调整。

3.根据权利要求2 所述的减振方法，其特征在于，阻尼器内腔体（3）的直径为阻尼器外腔体（2）的1/3~1/2。

4.根据权利要求1所述的减振方法，其特征在于，所述盖板（1）通过螺栓与阻尼器外腔体（2）固接，将阻尼器颗粒（6）封闭在内。

5.根据权利要求1 所述的减振方法，其特征在于，所述阻尼器内的阻尼器颗粒（6）为球状，所用材料为钢和橡胶。

6.根据权利要求1 所述的减振方法，其特征在于，所述盖板（1）、阻尼器外腔体（2）、阻尼器内腔体（3）和底座（4）采用金属材料。

7.根据权利要求1 所述的减振方法，其特征在于，所述阻尼器外腔体（2）和阻尼器内腔体（3）之中填充的阻尼器颗粒（6）的数量与颗粒大小依据耗能需求进行调整。