一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器

1.本发明涉及轨道交通车辆减振领域，尤其是涉及一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器。


背景技术：

2.铁路作为综合交通运输体系的骨干和主要运输方式，在经济社会发展进程中起着至关重要的作用。2020年末，全国铁路营业里程14.63万公里，其中高铁3.8万公里，全国铁路路网密度152.3公里/万平方公里，较好完成规划目标，为构建现代综合交通运输体系，建设交通强国发挥了先行作用。
3.尽管近些年铁路行业发展迅速，但车辆在实际的线路运营中，由于轨道车辆的运行速度不断提高、车体不断轻量化、线路曲线半径减少、载运量的增加等因素，各种突发问题也随之加剧。在列车通过最小线路曲线半径、阵风等恶劣天气时，其运行安全性及平稳性显著降低，严重时，列车倾覆风险也大幅度提高。因此需要保证列车在恶劣工况下，车辆依然具有良好的运行平稳性及旅客的乘坐舒适性，故而，提高车辆稳定性和平稳性，具有重要的工程意义和研究价值。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器，该吸振器安装在车体宽度方向上，包括结构相同且左右对称设置的左撞击式动力吸振组件和右撞击式动力吸振组件，所述的左撞击式动力吸振组件包括上端与车体固定的冲击固定座以及安装在冲击固定座上的撞子系统。
7.所述的冲击固定座呈6字型，由一体成型的框架和撞击面板组成，所述的框架由分别固定在竖直侧板上的顶板和底板一体成型，所述的撞击面板竖直设置且分别与顶板和底板固定连接。
8.所述的框架上端通过螺栓与车体上的车体固定座固定连接。
9.所述的撞子系统包括固定在框架顶板上表面的l型撞子支撑盘、上端可摆动的连接在撞子支撑盘外端支点上的连杆以及固定在连杆下端的撞子。
10.所述的框架在撞击面板沿车体长度方向上分别设置两块挡板，用以将撞子的摆动方向约束在车体宽度方向上，使得在撞子与冲击固定座的撞击面板发生撞击时不发生位置偏移。
11.所述的撞子为一球体。
12.所述的撞子与连杆下端之间为过盈配合。
13.所述的撞击面板表面设有橡胶涂层，用以在撞子与冲击固定座的撞击面板发生撞
击时降低撞击时噪声，并减缓磨损。
14.该撞击式动力吸振器的装配步骤包括：
15.1)装配撞子系统，保证撞子与连杆之间为过盈配合；
16.2)将撞子支撑盘底部与冲击固定座通过螺栓固定，使得撞子支撑盘的前端支点沿车辆宽度运动方向伸出设定长度；
17.3)将连杆套装在撞子支撑盘的前端支点处，确保连杆可沿着支点在车辆宽度运动方向进行摆动；
18.4)将前后两块挡板安装固定在冲击固定座上；
19.5)将冲击固定座通过螺栓与在车体上的车体固定座连接固定，完成装配。
20.该撞击式动力吸振器的工作原理具体为：
21.车体受到车体宽度方向的外部激励时，仅考虑系统内冲击载荷，此时主系统的运动微分方程为：
[0022][0023]
当系统受到简谐激励p(t)＝p sinωt和脉冲s的共同作用，则车体的运动方程为：
[0024][0025]
其中，δ(t)为delta函数，n为自然数，s为动力吸振器作用在车体上的冲击脉冲，t为碰撞发生的时间间隔，m为车体质量，m为撞子质量，t为时间，y为主系统沿车体宽度方向的位移，为主系统沿车体宽度方向的加速度，ω0为主系统的固有频率，ω为外部激励频率，p为振幅。
[0026]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0027]
一、本发明结构相对简单，便于装配管理，方便安装于车体底架。
[0028]
二、本发明可广泛应用于高速铁路、普通铁路等各类轨道交通车辆。
[0029]
三、本发明控制方法简易，可稳定长时间的工作，系统可靠性高。
[0030]
四、本发明可有效加增强车辆稳定性能，并提高车辆运行平稳性及乘坐舒适度，效果显著。
[0031]
五、本发明可以根据激励频率拓展自身工作频带，与现有吸振器相比，具有工作频带域宽的特点。
附图说明
[0032]
图1为本发明的整体结构示意图。
[0033]
图2为本发明的剖面结构示意图。
[0034]
图3为本发明撞子支撑盘元件结构示意图。
[0035]
图4为本发明冲击固定座元件结构示意图。
[0036]
图5为本发明受力分析示意图。
[0037]
图中标记说明：
[0038]
1、车体，2、车体固定座，3、冲击固定座，4、挡板，5、撞子支撑盘，6、连杆，7、撞子，8、橡胶涂层。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0040]
实施例
[0041]
如图1和图2所示，本发明提供一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器，该吸振器主要包括车体固定座2、冲击固定座3、挡板4及撞子系统；为了便于该动力吸振器与车体安装固定，车体固定座2直接固定与车体1连接，通过两个螺栓与冲击固定座3紧固连接；撞子系统包括撞子支撑盘5、连杆6以及撞子7；撞子7通过连杆6与撞子支撑盘5连接，撞子支撑盘5底部通过螺栓与冲击固定座3连接；当冲击固定座3与撞子7发生撞击时，撞子7和连杆6绕着撞子支撑盘5的外端支点摆动，挡板4用于约束撞子7不发生沿着车辆运行方向的位置偏移，将撞子7的摆动约束在车辆宽度方向内，橡胶涂层8用于降低撞击时噪声，并减缓系统磨损。
[0042]
该吸振器的具体装配步骤如下：
[0043]
1)装配撞子系统，保证撞子(7)与连杆(6)之间为过盈配合；
[0044]
2)将撞子支撑盘(5)底部与冲击固定座(3)通过螺栓固定，使得撞子支撑盘(5)的前端支点沿车辆宽度运动方向伸出设定长度；
[0045]
3)将连杆(6)套装在撞子支撑盘(5)的前端支点处，确保连杆(6)可沿着支点在车辆宽度运动方向进行摆动；
[0046]
4)将前后两块挡板(4)安装固定在冲击固定座(3)上；
[0047]
5)将冲击固定座(3)通过螺栓与在车体(1)上的车体固定座(2)连接固定，完成装配。
[0048]
下面介绍本发明的工作原理，如图5所示，x轴方向为车辆运行方向(即车辆长度方向)，y轴方向为车辆宽度方向。
[0049]
以考虑一个撞子对车体的作用为例，该系统可视为一个具有两自由度的系统，广义坐标选为质量m的车体与质量m的动力吸振器撞子的角位移k为车体受到的二系横向等效刚度，当车体受到一个外部激励p(t)，对于该主系统，则有定义ω
02
＝k/(m+m)，若外部激励为简谐力，即p(t)＝psinωt，则有
[0050][0051]
满足当外部激励频率ω与主系统的固有频率ω0相等时，系统将产生共振。
[0052]
当仅考虑系统内冲击载荷时，假定动力吸振器作用在质量m的车体上的冲击脉冲为s，碰撞发生的时间间隔为t，此时主系统的运动微分方程则有，
[0053][0054]
其中，δ(t)为delta函数，n为自然数。
[0055]
在运动过程中，质量为m的动力吸振器撞子，与质量为m的车体可能不发生接触，但是对于整个主系统而言，依然为m+m一起参与整个的振动过程，因此两种激励工况下，主系统质量应考虑为m+m振动。
[0056]
若该系统受到了简谐激励p(t)＝psinωt，和脉冲s的作用，那么车体的运动方程则有，
[0057][0058]
此时，两种激励前的符号相反，说明主系统质量m的振动可能是抑制的，当选用特定的系统参数时，可以实现对主系统质量m的抑制，即该装置可以抑制车体在横向的振动。

技术特征：
1.一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器，其特征在于，该吸振器安装在车体宽度方向上，包括结构相同且左右对称设置的左撞击式动力吸振组件和右撞击式动力吸振组件，所述的左撞击式动力吸振组件包括上端与车体(1)固定的冲击固定座(3)以及安装在冲击固定座(3)上的撞子系统。2.根据权利要求1所述的一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器，其特征在于，所述的冲击固定座(3)呈6字型，由一体成型的框架和撞击面板组成，所述的框架由分别固定在竖直侧板上的顶板和底板一体成型，所述的撞击面板竖直设置且分别与顶板和底板固定连接。3.根据权利要求2所述的一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器，其特征在于，所述的框架上端通过螺栓与车体(1)上的车体固定座(2)固定连接。4.根据权利要求2所述的一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器，其特征在于，所述的撞子系统包括固定在框架顶板上表面的l型撞子支撑盘(5)、上端可摆动的连接在撞子支撑盘(5)外端支点上的连杆(6)以及固定在连杆(6)下端的撞子(7)。5.根据权利要求4所述的一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器，其特征在于，所述的框架在撞击面板沿车体长度方向上分别设置两块挡板(4)，用以将撞子(7)的摆动方向约束在车体宽度方向上，使得在撞子(7)与冲击固定座(3)的撞击面板发生撞击时不发生位置偏移。6.根据权利要求4所述的一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器，其特征在于，所述的撞子(7)为一球体。7.根据权利要求4所述的一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器，其特征在于，所述的撞子(7)与连杆(6)下端之间为过盈配合。8.根据权利要求4所述的一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器，其特征在于，所述的撞击面板表面设有橡胶涂层(8)，用以在撞子(7)与冲击固定座(3)的撞击面板发生撞击时降低撞击时噪声，并减缓磨损。9.根据权利要求4所述的一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器，其特征在于，该撞击式动力吸振器的装配步骤包括：1)装配撞子系统，保证撞子(7)与连杆(6)之间为过盈配合；2)将撞子支撑盘(5)底部与冲击固定座(3)通过螺栓固定，使得撞子支撑盘(5)的前端支点沿车辆宽度运动方向伸出设定长度；3)将连杆(6)套装在撞子支撑盘(5)的前端支点处，确保连杆(6)可沿着支点在车辆宽度运动方向进行摆动；4)将前后两块挡板(4)安装固定在冲击固定座(3)上；5)将冲击固定座(3)通过螺栓与在车体(1)上的车体固定座(2)连接固定，完成装配。10.根据权利要求4所述的一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器，其特征在于，该撞击式动力吸振器的工作原理具体为：车体受到车体宽度方向的外部激励时，仅考虑系统内冲击载荷，此时主系统的运动微分方程为：
当系统受到简谐激励p(t)＝p sinωt和脉冲s的共同作用，则车体的运动方程为：其中，δ(t)为delta函数，n为自然数，s为动力吸振器作用在车体上的冲击脉冲，t为碰撞发生的时间间隔，m为车体质量，m为撞子质量，t为时间，y为主系统沿车体宽度方向的位移，为主系统沿车体宽度方向的加速度，ω0为主系统的固有频率，ω为外部激励频率，p为振幅。

技术总结
本发明涉及一种用于轨道车辆的撞击式动力吸振器，该吸振器安装在车体宽度方向上，包括结构相同且左右对称设置的左撞击式动力吸振组件和右撞击式动力吸振组件，所述的左撞击式动力吸振组件包括上端与车体固定的冲击固定座以及安装在冲击固定座上的撞子系统。与现有技术相比，本发明具有结构简单、便于装配管理、适用性强、可靠性高、增强车辆稳定性能、工作频带域宽等优点。作频带域宽等优点。作频带域宽等优点。


技术研发人员：宫岛 刘广宇 周劲松 任利惠 赵阔 沈有红 李坤 李洪威 王泽根 周锦柯
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8