一种减振型接触网定位机构及其设计方法与流程

本发明涉及接触网设备减振，尤其涉及一种减振型接触网定位机构及其设计方法。

背景技术：

1、接触网系统是铁路线上空架设的向电力机车供电的输电线路。由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。其中定位装置的作用是固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱。列车运行过程中，受电弓始终给接触线施加向上的抬高力，保证接触线和受电弓之间的可靠接触，列车能很好地取流。但是，受电弓的抬高力对接触悬挂产生的机械作用，不仅使接触线抬高，而且通过接触点时，定位器也随之被拾高。若定位器的抬高量过大，受电弓就可能碰撞定位器或主定位管，尤其在曲线地段，受电弓因外轨超高而跟随列车倾斜，定位器处撞弓的可能性更大。列车高速运行时，受电弓的高度迅速变化，产生较大的惯性力，对接触压力产生较大影响，另外还有加于受电弓上的空气动力，也会加大受电弓的抬高力而使定位器抬高量过大发生撞弓事故，且抬高量过大，还会增加对受电弓和接触线的摩擦和损伤。这就要求接触网定位器的抬高量不能超过规定值，必须采取相应的限位措施。

2、列车运行时，受风速和运行速度的影响，接触线产生水平位移、自振荡和跳跃现象，导致受电弓离线，使列车发生不稳定运行，离线瞬间产生电弧，发生高温溶蚀，损坏接触线和受电弓滑板，加速磨损，缩短寿命。同时，接触线上的质量集中点，如定位器、接触线夹和线叉等处，弹性较差，称为“硬点”，即使列车的运行速度较低，在“硬点”处有时也会出现离线。且“硬点”处的局部磨耗增大，减短了接触线的寿命。要求定位器不仅要减小接触线的水平偏移、自振荡和跳跃，而且要减少“硬点”。

3、目前，在市面上的矩形定位器、平行定位器，法式定位器本身都没有比较成熟的缓冲结构，在接触网系统中，定位器会产生离线和硬点的现象，且无法限制在列车冲击的过程中的受电弓向上抬高的程度，在大风环境中均不能保证接触网的安全可靠运营。例如，近年来，在京广高铁(武广段)接触网检修中发现定位器、定位支座钩环连接部位出现异常磨损的缺陷，定位器、定位支座均有不同程度的磨损，运行中已经磨损的定位器与定位支座互相嵌入，加剧了磨损的进程，影响设备正常运行，甚至带来安全隐患。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸能效果好、减振耗能效果佳、能延长部件使用寿命、有效控制定位器的运动，确保列车运行安全可靠的接触网定位器用减振吸能机构及其设计方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种减振型接触网定位机构，包括定位杆、定位器和阻尼吸振器；所述阻尼吸振器包括惯容组件、耗能组件和弹性底座，所述惯容组件和耗能组件力学上并联连接，所述弹性底座包括第一弹性底座和第二弹性底座，所述阻尼吸振器的一端通过第一弹性底座与定位器连接，另一端通过第二弹性底座与定位杆连接。

4、作为上述方案的进一步改进：

5、所述惯容组件包括筒体、惯容块和传动螺杆；所述筒体的一端与第二弹性底座固定连接，另一端与所述传动螺杆套接，所述传动螺杆的露出端与第一弹性底座固定连接；所述筒体内部设有第一空腔，所述惯容块铰接在第一空腔内；所述惯容块沿其轴向设有一通道，所述传动螺杆可在通道内进轴向伸缩运动；所述通道表面设有螺纹导轨，所述螺纹导轨内设有在螺杆进行轴向伸缩运动时能带动惯容块进行周向转动的传动滚珠。

6、所述惯容块的内部设有第二空腔，所述耗能组件包括设置在第二空腔内的阻尼剂和阻尼颗粒；所述惯容块上设置有用于导入阻尼剂和阻尼颗粒的密封孔。

7、所述弹性底座包括用于套接在定位杆或定位器上的内圈、与传动螺杆或筒体相连接的外圈和设置在内圈与外圈之间由弹性材料制成的弹性层。

8、所述弹性层上设置有用于调整弹性底座刚度特性的第三空腔。

9、还包括斜腕臂和定位杆支撑，所述定位杆、定位杆支撑和斜腕臂三者之间相互铰接组成三角形支撑结构。

10、所述外圈的轴向平行于筒体的轴向设置，所述内圈轴向相对倾斜于外圈的轴向设置，使阻尼吸振器能相对于定位杆呈倾斜布置；或所述外圈的轴向垂直于筒体的轴向设置，使阻尼吸振器能相对于定位杆呈垂直布置。

11、所述筒体包括上筒体和下筒体，所述上筒体和下筒体通过螺栓连接连为一体；所述上筒体和下筒体内固定连接有用于使惯容块与筒体形成铰接的。

12、一种如上所述的减振型接触网定位机构的设计方法：包括以下步骤：

13、s1、建立接触网定位机构动力学仿真分析模型，将列车运行时定位器受到的冲击荷载作为输入，将定位器模型端头节点的加速度、速度、位移的响应结果作为评价指标，仿真计算得到阻尼吸振器的最优参数包括物理质量m、刚度k和阻尼系数c；

14、s2、通过调整惯容块的材料及尺寸大小调整转动惯量j、滚珠与螺杆传动的导程p，使阻尼吸振器的惯质系数mg等于物理质量m；

15、s3、建立弹性底座的实体有限元模型，设置材料参数及边界，仿真分析得到弹性底座的刚度特性，并通过试验测试进行验证；通过改变弹性底座的设计参数，将弹性底座的刚度值调整到刚度k；

16、s4、通过改变耗能组件的设计参数，将阻尼吸振器的阻尼系数调整到阻尼系数c；

17、s5、室内搭建包括经步骤s1至s4设计得到的阻尼吸振器的接触网定位机构实物，采用电磁激振器模拟列车运行时定位器受到的冲击荷载，测试定位器模型端头的加速度、速度、位移传感器测试响应结果，判定响应结果是否满足减振目标要求，满足则通过试制，不满足则重复s1至s5步骤。

18、在步骤s3中，弹性底座的设计参数包括第三空腔的形状、尺寸，以及弹性层的厚度、配方中的至少一项；在步骤s4中，耗能组件的设计参数包括惯容块内部填充的阻尼剂和阻尼颗粒的材料、数量、密度、填充率、颗粒大小中的至少一项。

19、与现有技术相比，本发明的优点在于：

20、本发明通过在定位器与定位杆之间设置阻尼吸振器，减少定位器端头的最大振动位移，并使振动幅度快速衰减，有效控制定位器的运动；阻尼吸振器中设置有惯容组件，采用惯容质量代替物理质量，减小了附加子系统的实际质量，吸能效果好、减振耗能效果佳、能延长部件使用寿命、确保列车运行安全可靠。

21、本发明通过将颗粒阻尼、粘滞阻尼设置于惯质块内部，作为惯容质量的一部分，显著减小了附加子系统的实际质量和体量，以节省空间和方便安装。

22、本发明的阻尼吸振器通过惯容与颗粒阻尼、粘滞阻尼共同作用，能有效提高耗能组件的能量耗散效率。

23、本发明的阻尼吸振器设置的第一弹性底座和第二弹性底座为弹性结构，可以实现三向的柔度和转角设计，使机构在安装、运行过程中受力后，适应变形的范围更大。

24、本发明整体结构紧凑，安装方便，可广泛用于电气化铁路接触网，能有效吸收并消耗冲击振动能量，有效控制定位器的运动，减少磨损，延长部件使用寿命。

25、本发明采用的阻尼吸振器具备调谐机制和耗能增效机制，通过调整惯容块的材料及尺寸大小；阻尼剂和阻尼颗粒的材料、数量、密度、填充率、颗粒大小；和弹性底座中第三空腔的形状、尺寸，弹性材料的厚度、配方等参数，使阻尼吸振器能达到较好的减振吸能效果。