CN109058377A - 一种用于高速列车地板的准零刚度减振器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高速列车地板的准零刚度减振器，包括减振器上端支撑(1)、减振器下端支撑(4)，设置在减振器上端支撑(1)和减振器下端支撑(4)之间的碟形弹簧(3)，以及设置在所述碟形弹簧内部的橡胶弹簧(2)，所述橡胶弹簧(2)上下两端分别抵接减振器上端支撑(1)和减振器下端支撑(4)。与现有技术相比，本发明结构紧凑，占用空间小，隔振性能好，可以有效隔离低频振动，提高高速列车乘坐舒适性。

Description

一种用于高速列车地板的准零刚度减振器
技术领域
本发明涉及一种减振器，尤其是涉及一种用于高速列车地板的准零刚度减振器。
背景技术
随着高速列车速度的提高，车体振动加大，为了进一步提高高速列车乘坐舒适性，需在地板下安装减振器。目前高速列车地板通常采用橡胶减振器，根据隔振理论，橡胶减振器支撑刚度越低，隔振起始频率就越低，越有利于隔离低频振动。但如果橡胶减振器支撑刚度过低，会导致支撑静挠度过大，从而导致地板变形量过大等问题。
发明内容
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高速列车地板的准零刚度减振器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于高速列车地板的准零刚度减振器，包括减振器上端支撑、减振器下端支撑，设置在减振器上端支撑和减振器下端支撑之间的碟形弹簧，以及设置在所述碟形弹簧内部的橡胶弹簧，所述橡胶弹簧上下两端分别抵接减振器上端支撑和减振器下端支撑。
进一步的，所述碟形弹簧上端内侧与减振器上端支撑侧壁外侧固定连接，所述碟形弹簧下端外侧与减振器下端支撑侧壁内侧固定连接。
进一步的，所述橡胶弹簧为圆柱型或长方体型。
进一步的，所述橡胶弹簧的侧面与减振器上端支撑侧壁内部之间有间隙。
进一步的，所述橡胶弹簧为压缩型橡胶弹簧。
进一步的，所述橡胶弹簧设置有一个或多个。
进一步的，所述碟形弹簧的自由高度和厚度的比大于
进一步的，所述碟形弹簧设置有一个或多个。
进一步的，所述的用于高速列车地板的准零刚度减振器安装于高速列车地板与车体之间。
进一步的，所述的用于高速列车地板的准零刚度减振器安装于高速列车座椅与地板之间。
利用碟形弹簧的负刚度特性，与橡胶弹簧并联，设计出一种用于高速列车地板的准零刚度减振器。其设计步骤为：首先，设计橡胶弹簧，使其垂向刚度在额定载客工况下的静挠度与常用地板减振器橡胶静挠度相当，作用与常用地板减振器相同；然后，设计碟形弹簧高度、厚度、内径、外径参数，使其在额定载客工况下平衡位置的负刚度与橡胶弹簧垂向刚度叠加后得到准零刚度；最后，设计上、下支撑，使碟形弹簧与衬套型橡胶弹簧并联。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)采用仅提供负刚度的碟形弹簧与橡胶弹簧并联的结构形式，使橡胶弹簧在垂向刚度与碟形弹簧负刚度叠加后得到准零刚度，以实现地板低频隔振，该减振器可有效降低车体至地板的振动，提高乘客的乘坐舒适性；
(2)装置可直接安装在地板与车体之间、地板与座椅之间，无须对车体、地板、座椅进行改造，可用性高，适用性广；
(3)装置结构紧凑、占用空间小、隔振起始频率低、隔振效果好。
附图说明
图1为本发明的减振器的结构示意图；
图2为本发明的碟形弹簧截面示意图；
图3为本发明实施例的碟形弹簧、橡胶弹簧、合成后减振器的力-位移关系曲线；
图4为本发明实施例的碟形弹簧、合成后减振器刚度-位移。
图中标号所示：
1、减振器上端支撑，2、橡胶弹簧，3、碟形弹簧，4、减振器下端支撑。
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。
实施例1
一种用于高速列车地板的准零刚度减振器，如图1所示，包括减振器上端支撑1、减振器下端支撑4，设置在减振器上端支撑1和减振器下端支撑4之间的碟形弹簧3，以及设置在碟形弹簧3内部的橡胶弹簧2，橡胶弹簧2上下两端分别抵接减振器上端支撑1和减振器下端支撑4。碟形弹簧3上端内侧与减振器上端支撑1侧壁外侧固定连接，碟形弹簧3下端外侧与减振器下端支撑4侧壁内侧固定连接。橡胶弹簧2为圆柱型或长方体型，橡胶弹簧2的侧面与减振器上端支撑1侧壁内部之间有间隙，橡胶弹簧2为压缩型橡胶弹簧，设置有一个或多个。碟形弹簧3的结构如图2所示，自由高度和厚度的比大于设置有一个或多个并联。
利用碟形弹簧3的负刚度特性，与橡胶弹簧2并联，设计出一种用于高速列车地板的准零刚度减振器。其设计步骤为：首先，设计橡胶弹簧2，使其垂向刚度在承载重量下的静挠度与常用橡胶静挠度相当；然后，设计碟形弹簧3，使其在平衡位置的负刚度与橡胶弹簧2垂向刚度叠加后得到准零刚度；最后，设计上、下支撑，使碟形弹簧3与橡胶弹簧2并联。碟形弹簧、橡胶弹簧、合成后减振器的力-位移关系曲线如图3所示，碟形弹簧、合成后减振器刚度-位移如图4所示。
本实施选用无支撑面碟形弹簧，截面示意图如图2所示。图中，tc为厚度，h0为初始高度，D为外径，d为内径。设计步骤中碟型弹簧参数设计公式为：
式中，E为弹性模量，μ为泊松比，x为碟形弹簧从初始位置沿垂向产生的位移，K1与外内径之比C(C＝D/d)有关：
碟形弹簧具备负刚度特性原理及其计算为：
碟形弹簧根据其高厚比不同，会表现出不同的受力特性，当高厚比大于时，其受力特性会出现一段负刚度区域(特性曲线斜率为负值的区域)。
为了研究碟形弹簧负刚度特性，将式(1)进行简化，令 代入式(1)可得
上式对x进行求导，可得碟形弹簧刚度表达式为：
可以看出，碟形弹簧刚度kd是变形量x的二次函数，其对称轴为x＝αtc，且kd(0)＝λ(α2+1)/tc＞0，要使碟形弹簧具有负刚度区间，必须满足Δ＝(-3α)2-6(α2+1)＞0，即此时负刚度的区间为：
图3(a)为碟形弹簧力-位移曲线图，图中存在一段具有负刚度特性(曲率为负)的区域，这与图4(a)的碟形弹簧刚度-位移曲线的负刚度(刚度小于0)区域相对应。而负刚度在振动过程中是不稳定的，因此加入橡胶弹簧的正刚度作为刚度补偿，橡胶弹簧的力-位移曲线如图3(b)所示，碟形弹簧与橡胶弹簧安装时成并联关系，两力相加，得到组合后的力-位移曲线如图3(c)所示，对应的刚度-位移曲线如图4(b)所示，合成后的刚度无负刚度区域，且在平衡位置(图中1.5mm处)刚度等于0，即为准零刚度特性。对于安装于高速列车地板的准零刚度减振器，当***在此准零刚度平衡位置附近做小幅度振动时，由于准零刚度***的隔振起始频率低，隔振频带宽，可以有效隔离车体传至地板的振动，从而减小地板振动，提高乘客的乘坐舒适性。
上述用于高速列车地板的准零刚度减振器一般安装于高速列车地板与车体之间，或座椅与地板之间。
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。

Claims (9)

1.一种用于高速列车地板的准零刚度减振器，其特征在于，包括减振器上端支撑(1)、减振器下端支撑(4)，设置在减振器上端支撑(1)和减振器下端支撑(4)之间的碟形弹簧(3)，以及设置在所述碟形弹簧内部的橡胶弹簧(2)，所述橡胶弹簧(2)上下两端分别抵接减振器上端支撑(1)和减振器下端支撑(4)。
2.根据权利要求1所述的一种用于高速列车地板的准零刚度减振器，其特征在于，所述碟形弹簧(3)上端内侧与减振器上端支撑(1)侧壁外侧固定连接，所述碟形弹簧(3)下端外侧与减振器下端支撑(4)侧壁内侧固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于高速列车地板的准零刚度减振器，其特征在于，所述橡胶弹簧(2)为圆柱型或长方体型。
4.根据权利要求1所述的一种用于高速列车地板的准零刚度减振器，其特征在于，所述橡胶弹簧(2)的侧面与减振器上端支撑(1)侧壁内侧之间存在间隙。
5.根据权利要求1所述的一种用于高速列车地板的准零刚度减振器，其特征在于，所述橡胶弹簧(2)为压缩型橡胶弹簧。
6.根据权利要求1所述的一种用于高速列车地板的准零刚度减振器，其特征在于，所述橡胶弹簧(2)设置有一个或多个。
7.根据权利要求1所述的一种用于高速列车地板的准零刚度减振器，其特征在于，所述碟形弹簧(3)的自由高度和厚度的比大于
8.根据权利要求1所述的一种用于高速列车地板的准零刚度减振器，其特征在于，所述碟形弹簧(3)设置有一个或多个并联。
9.根据权利要求1所述的一种用于高速列车地板的准零刚度减振器，其特征在于，其安装于高速列车地板与车体之间、座椅与地板之间或餐桌与地板之间。
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