本发明属于轨道交通减振降噪技术领域,涉及一种铁路车辆轮对抗弯扭振动液体阻尼颗粒吸振器。
背景技术:
长期以来,钢轨波磨一直是困扰轨道交通行业的重大难题之一。钢轨波磨问题不仅导致极大的轮轨振动噪声,严重降低了乘客的乘车舒适性,影响沿线居民的工作休息,还会急遽缩短轨道结构与车辆结构零部件的使用寿命,影响行车的安全性与舒适性。目前,钢轨波磨常采用打磨的方法治理,其整治养修费用也是耗资甚贵。然而该种方法治理下,钢轨波磨又极易反复发作,仅在打磨整治的几个月后波磨又会再次出现。可见,目前所采用机械的打磨整治方法并不能从根本上消除钢轨波磨产生的影响因素。因此,从钢轨波磨的发生机理出发,消除钢轨波磨的诱因,是解决钢轨波磨问题的有效途径。
钢轨波磨的成因十分复杂,其中较为重要的一个原因是轮轨间接触黏滑自激振动所致,即轮轨间蠕滑力达到饱和,轮轨间存在黏—滑接触状态,形成摩擦自激振动,在黏着区域轮轨磨损较轻,在滑动区域轮轨磨损严重,从而引起了周期性的钢轨磨耗。这种轮轨间的黏滑接触状态与轮轨系统的垂向振动、轮对的弯曲振动及轮对的扭转振动有着密切的联系。一方面,轮轨系统垂向振动和轮对弯曲振动造成轮轨间蠕滑力和轮缘力波动,直接影响轮对的扭转振动;另一方面,因纵、横两方向的蠕滑力的波动是相关联的,轮对的扭转必然引起横向蠕滑力的波动,诱发轮对弯曲振动;轮对弯曲带动轴承上下振动,从而引起轮轨垂向振动。在一定条件下,轮轨系统垂向振、轮对弯曲振动、轮对扭转振动三种振动形式构成一个循环的自激振动系统,导致轮轨间的黏滑接触,形成摩擦自激振动,最终形成钢轨波磨。
基于上述钢轨波磨机理与整治需求,有必要提出一种铁路车辆轮对抗弯扭振动液体阻尼颗粒吸振器,可有效吸收车辆轮对扭转与弯曲振动的能量,打破在一定条件下轮轨系统垂向振动、轮对弯曲振动、轮对扭转振动这三种振动形式形成的循环自激振动系,从而避免或减少钢轨波磨的发生与发展,保障车辆的舒适性,减少钢轨波磨造成的环境振动噪声污染。
技术实现要素:
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铁路车辆轮对抗弯扭振动液体阻尼颗粒吸振器,通过抑制轮对的扭转、弯曲振动,避免在一定条件下轮轨系统垂向振动、轮对弯曲振动、轮对扭转振动这三种振动形式形成循环自激振动系统引发的轮轨黏滑自激振动,从而避免或减少钢轨波磨的发生与发展。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种铁路车辆轮对抗弯扭振动液体阻尼颗粒吸振器,包括成对配合套设在车轴本体上的抗弯扭吸振组件,每个抗弯扭吸振组件包括并排连接成一体的抗扭转件和抗弯曲件,其中,
所述抗扭转件包括呈半圆形的抗扭转外围金属层、紧贴在抗扭转外围金属层内壁的空心的抗扭转密封层,以及置于抗扭转密封层内部的抗扭转黏性阻尼液体和抗扭转金属颗粒,
所述抗弯曲件包括呈半圆形的抗弯曲外围金属层、紧贴在抗弯曲外围金属层内壁的空心的抗弯曲密封层,以及置于抗弯曲密封层内部的抗弯曲黏性阻尼液体和抗弯曲金属颗粒。
进一步的,所述的抗扭转密封层和抗弯曲密封层内还分布有至少一个转轴嵌于其内壁上的转页。为维持金属颗粒在阻尼液体中的循环运动,防止金属颗粒由于车轮的转动而堆积于密封层的底部,需保证有一个转页安置在密封层内圆弧边与直线边夹角的一端。
更进一步的,所述转页采用硬质塑料制成,包含3-5片扇叶。
进一步的,所述的抗扭转外围金属层和抗弯曲外围金属层上均预留有螺栓孔,使得成对的抗弯扭吸振组件之间通过与螺栓孔匹配的螺栓紧固套在车轴本体上。
进一步的,所述的抗扭转密封层与抗弯曲密封层均采用橡胶密封材料制成。
进一步的,抗扭转黏性阻尼液体和抗弯曲黏性阻尼液体可分别根据抑制铁路车辆轮对的弯曲、扭转振动的需求,选用具有适当的阻尼性能的粘滞油液制成。
进一步的,所述的抗弯曲金属颗粒和抗扭转金属颗粒为球状金属颗粒。
进一步的,抗弯曲件的抗弯曲金属颗粒的质量与抗弯曲黏性阻尼液体的阻尼特性根据动力吸振器扩展定点原理的最优同调和最优阻尼条件进行设计选取。抗弯曲金属颗粒的总质量m1=μ1m1,其中m1为轮对弯曲模态质量,μ1为根据工程经验选定的抗弯曲金属颗粒总质量与轮对弯曲模态质量之比,一般不超过0.2;抗弯曲黏性阻尼液体的阻尼特性
进一步的,抗扭转件的抗扭转金属颗粒的质量与抗扭转黏性阻尼液体的阻尼特性根据动力吸振器扩展定点原理的最优同调和最优阻尼条件进行设计选取。抗扭转金属颗粒的总质量m2=μ2m2,其中m2为轮对扭转模态质量,μ2为根据工程经验选定的抗扭转金属颗粒总质量与轮对扭转模态质量之比,一般不超过0.2;抗扭转黏性阻尼液体的阻尼特性
与现有技术相比,本发明采用液体阻尼—金属颗粒质量体系实现减振的目的。金属颗粒在轮对转动的带动下产生运动,金属颗粒在阻尼液体中的运动会消耗大量的动能,从而更加有效地吸收轮对的弯曲、扭转动能。通过抑制轮对的扭转、弯曲振动,避免在一定条件下轮轨系统垂向振动、轮对弯曲振动、轮对扭转振动这三种振动形式形成循环自激振动系统引发的轮轨黏滑自激振动,从而避免或减少钢轨波磨的发生与发展。
附图说明
图1为本发明的吸振器的纵向剖面示意图;
图2为本发明的吸振器的横截面剖面示意图;
图中标记说明:
1-车轴本体,21-抗弯曲外围金属层,22-抗扭转外围金属层,31-抗弯曲密封层,32-抗扭转密封层,41-抗弯曲金属颗粒,42-抗扭转金属颗粒,51-抗弯曲黏性阻尼液体,52-抗扭转黏性阻尼液体,6-转页,7-抗弯曲件,8-抗扭转件,9-螺栓孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参见图1,一种铁路车辆轮对抗弯扭振动液体阻尼颗粒吸振器,其中包括车轴本体1,以及用于成对套在车轴本体上的并排成一体的抗扭转件8和抗弯曲件7,抗扭转件8和抗弯曲件7均包括外围金属层、密封层、金属颗粒、黏性阻尼液体以及转页等部件。
外围金属层包括抗弯曲外围金属层21与抗扭转外围金属层22,两者均为半圆形空心金属外壳,在中间贴近轴心的位置处相连,在生产时采用模具浇筑并联成整体,本实施例中,采用铝合金制成。抗弯曲外围金属层21与抗扭转外围金属层22间的间距为两轮对间1/4车轴长度,抗弯曲外围金属层21安装于两轮对间1/4车轴处,抗扭转外围金属层22位于贴近车轮内侧车轴处。
在抗弯曲外围金属层21内放置与其内部空心结构紧密贴合的密封层(即抗弯曲密封层31),转页6嵌入安装于抗弯曲密封层31的圆弧边与直角边的夹角位置。在抗弯曲密封层31内加入抗弯曲金属颗粒41并填充抗弯曲黏性阻尼液体51,构成弯曲振动吸振器,即抗弯曲件7。其中,抗弯曲密封层31由橡胶密封材料制成。本实施例中,抗弯曲件7中抗弯曲金属颗粒41的总质量与轮对的弯曲模态质量比μ1设置为0.01。根据抗弯曲件的设计原理,经计算,全部抗弯曲金属颗粒41与抗弯曲外围金属层21的总质量为10.63kg,抗弯曲金属颗粒41采用小钢球,其填充率为80%;抗弯曲黏性阻尼液体51可采用粘滞油液制成,其阻尼特性根据公式计算为825.53n·s/m。
在抗扭转外围金属层22内放置与其内部空心结构紧密贴合的密封层(即抗扭转密封层32),同样布置转页6嵌入安装于抗扭转密封层32中。在抗扭转密封层32内加入抗扭转金属颗粒42并填充抗扭转黏性阻尼液体52,构成扭转振动吸振器,即抗扭转件8。其中,抗扭转密封层32由橡胶密封材料制成。本实施例中,抗扭转件8中抗扭转金属颗粒42的总质量与轮对的扭转模态质量比μ2设置为0.01。根据抗扭转件的设计原理,经计算,全部抗扭转金属颗粒42与抗扭转外围金属层22的总质量为43.88kg,抗扭转金属颗粒42采用小铅球,其填充率为80%;抗扭转黏性阻尼液体52可采用粘滞油液制成,其阻尼特性为2799.58n·s/m。
上述一种铁路车辆轮对抗弯扭振动液体阻尼颗粒吸振器应成对使用,通过在抗弯曲外围金属层21和抗扭转外围金属层22上预留的螺栓孔9,采用螺栓将一对吸振器紧固在车轴上,如图2所示。
相比于常规用于轮对的吸振器,本实施例中特别设计通过抑制轮对的扭转、弯曲振动,避免在一定条件下轮轨系统垂向振动、轮对弯曲振动、轮对扭转振动这三种振动形式形成循环自激振动系统引发的轮轨黏滑自激振动,从而避免或减少钢轨波磨。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。