CN109902414A

CN109902414A - 超低频高阻尼隔振器及参数确定方法、装置和轨道

Info

Publication number: CN109902414A
Application number: CN201910174043.4A
Authority: CN
Inventors: 韦凯; 赵泽明; 王平; 李怀龙; 杜香刚; 肖俊恒; 刘伟斌; 施成; 王绍华; 欧灵畅; 肖杰灵; 陈嵘; 徐井芒; 何庆
Original assignee: Southwest Jiaotong University; China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; Railway Engineering Research Institute of CARS
Current assignee: Southwest Jiaotong University; China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; Railway Engineering Research Institute of CARS
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2019-06-18
Anticipated expiration: 2039-03-07
Also published as: CN109902414B

Abstract

本申请实施例提供的超低频高阻尼隔振器及参数确定方法、装置和轨道中，涉及轨道交通减振领域；在隔振器包括：正刚度弹性件、负刚度弹性件和可控阻尼件，根据隔振器的最大形变量确定出隔振器的正刚度系数，并获取负刚度弹性件的初始指标值，进而建立隔振器的刚度系数与负刚度弹性件的负刚度系数的关系式，确定出负刚度系数。并根据隔振器所受的支反力与可控阻尼件的可控阻尼力的关系式确定出可控阻尼力。进而可以使隔振器在降低固有频率和抑制振动均有良好的效果，且当隔振器应用于轨道***中时，可以很好的减小在轨道上运行的列车带来的振动危害。

Description

超低频高阻尼隔振器及参数确定方法、装置和轨道

技术领域

本申请涉及轨道交通减振领域，具体而言，涉及一种超低频高阻尼隔振器及参数确定方法、装置和轨道。

背景技术

随着轨道交通的发展，越来越多的城市设置有地铁、轻轨等轨道交通工具，方便了人们的生活。但是，当列车在轨道上行驶时，将引起环境的振动，而环境的振动会影响乘客的健康。环境的振动与轨道的结构相关，现有技术中钢弹簧浮置板轨道是目前公认的减振效果最好的轨道，且拥有较宽的减振频带。但是由于钢弹簧浮置板轨道的固有频率相对较高，进而容易产生共振现象，而当产生共振时，由于振动的幅度大，进而对环境的危害也就更大。

发明内容

本申请实施例在于提供一种超低频高阻尼隔振器及参数确定方法、装置和轨道，其能够缓解浮置板轨道的振动幅度过大，减振效果不明显的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种隔振器的参数确定方法，所述隔振器包括：正刚度弹性件、负刚度弹性件和可控阻尼件；

根据所述隔振器在垂向振动方向的预设最大形变量获得所述正刚系数；

获取所述负刚度弹性件的初始长度、所述负刚度弹性件在所述隔振器中的安装个数、以及当所述负刚度弹性件垂直所述正刚度弹性件时，所述负刚度弹性件的长度；

构建所述隔振器的刚度系数和所述负刚度弹性件的负刚度系数、所述正刚度系数、所述初始长度、所述安装个数和所述长度确定的第一关系式；其中，所述隔振器的刚度系数取值应满足所述隔振器的在垂向振动方向的最大形变量小于的预设最大形变量；

在所述隔振器的刚度系数在可取值范围内取极小值时，根据所述第一关系式计算出所述负刚度系数。

在本申请实施方式中，由于隔振器包括有正刚度弹性件、负刚度弹性件和可控阻尼件，通过将正刚度弹性件与负刚度弹性件相互配合，可以降低浮置板轨道的固有频率，进而提升了隔振范围，并通过上述方法中的步骤确定出负刚度弹性件的弹性系数可以保证在浮置板轨道上运行的列车可以安全行车的同时尽可能的提高隔振器的隔振范围，也就相当于提升了隔振效果。且由于在隔振器中还设置有可控阻尼件，可以抑制振动。因此，通过将正刚度弹性件、负刚度弹性件和可控阻尼件的相互配合，可以很好的减小浮置板轨道所引起的振动效果。

可选地，在构建所述隔振器的刚度系数与所述负刚度系数、所述正刚度系数、所述初始长度、所述安装个数和所述长度确定的第一关系式，包括：

获取所述隔振器在垂向振动方向所受的力与所述隔振器在垂向振动方向的形变量之间的第二关系式，其中，在所述第二关系式中，所述隔振器在垂向振动方向所受的力与所述正刚度弹性件的正刚度系数和所述可控阻尼件的阻尼力正相关，所述隔振器在垂向振动方向所受的力还与所述初始长度、所述安装个数、所述长度和所述负刚度系数相关；

对所述第二关系式中的所述形变量求导，获得所述第一关系式。

在本申请中先对隔振器进行受力分析确定出的第二关系式，可以直观的反应浮置板轨道的承载能力是否满足需要，进而使得通过第一关系式计算出的负刚度系数更加科学。

可选地，所述第二关系式为：

其中，F为所述隔振器在垂向振动方向所受的力，f₀为所述隔振器的初始偏振力，F_d为阻尼力，Z_c为库仑摩擦力的无量纲滞回量，X为所述正刚度件缩短的距离，为所述正刚度件缩短的速度，k_v为所述正刚度系数，由所述预设最大形变量x确定，l为当所述负刚度弹性件垂直于所述正刚度弹性件时，所述负刚度弹性件的长度，L为所述负刚度弹性件的初始长度，n为所述负刚度弹性件的个数，为k_h所述负刚度系数。

在本申请实施例中，从第二关系式的表达式中可以看出在计算隔振器在垂向振动方向所受的力时还考虑了隔振器的初始偏振力和库仑摩擦力的无量纲滞回量，使得计算出的隔振器在垂向振动方向所受的力更加的准确。

可选地，通过如下步骤获得所述第二关系式：

建立第三关系式：F＝F_v+F_i；

其中，F_v为所述正刚度弹性件以及所述可控阻尼件在垂向振动方向所受的力的和，F_i为所述负刚度弹性件在投影到沿所述正刚度件缩短方向的分力；

建立第四关系式：F＝F_v+F_hsinα；

其中，F_h为所述负刚度弹性件所受到的力，所述α为所述负刚度弹性件与所述正刚度弹性件的锐角夹角的余角，

建立第五关系式：

根据所述第三关系式、所述第四关系式以及所述第五关系式获得所述第二关系式。

在本申请实施例中，通过第三关系式、第四关系式和第五关系式的相互迭代可以获得第二关系式，进而可以获得隔振器在垂向振动方向振动时，每一个弹性件的受力情况，便于对隔振器的减振效果进行分析。

可选地，在根据所述第一关系式计算出所述负刚度系数之后，所述方法还包括：

判断所述负刚度系数是否大于所述隔振器的刚度系数；

若所述负刚度系数大于所述隔振器的刚度系数，将所述隔振器的刚度系数的可取值范围从极小值处缩小预设的区间，并确定出所述隔振器的刚度系数的新的可取值范围；

在所述隔振器的刚度系数的新的在可取值范围内取极小值时，根据所述第一关系式计算出所述负刚度系数。

在本申请实施例中通过第一关系式获得的负刚度系数时，还需要进行判断，以使负刚度系数的取值合理，以使隔振器达到更好的减振效果。

可选地，所述第一关系式为：

其中，k_v为所述正刚度系数，由所述预设最大形变量x确定，l为当所述负刚度弹性件垂直于所述正刚度弹性件时，所述负刚度弹性件的长度，L为所述负刚度弹性件的初始长度，n为所述负刚度弹性件的个数，k_h为所述负刚度系数，K为所述隔振器的刚度系数。

在本申请实施例中，通过第一关系式，可以看出隔振器的刚度系数与正刚度系数和负刚度系数的关系，便于在确定隔振器的刚度系数和正刚度系数时进行合理的取值，进而可以更快的确定出隔振器的负刚度系数。

可选地，所述方法还包括：

获取浮置板下方的所述隔振器的数量以及所述浮置板下方的所述隔振器所受到的支反力；

根据所述隔振器的数量以及所述隔振器所受到的支反力确定所述可控阻尼件的阻尼力参数。

在本申请实施方式中，可以通过上述方式确定出可控阻尼件的阻尼力参数，通过设置合理的阻尼力参数可以抑制振动，便于浮置板轨道具有更好的减振效果。

可选地，根据所述隔振器的数量、所述隔振器所受到的支反力以及下述第六关系式确定所述可控阻尼件的阻尼力参数：

其中，Z_s(x_i,t)为所述浮置板在t时刻垂向振动的位移，为对Z_s(x_i,t)位移求导，即表示所述浮置板在t时刻垂向振动的速度，N为所述浮置板下方的所述隔振器的数量，F_ssj为所述隔振器所受到的支反力。

第二方面，本申请提供了一种隔振器的参数确定装置，所述隔振器包括：正刚度弹性件、负刚度弹性件和可控阻尼件；所述装置包括：

第一数据获取模块，用于根据所述隔振器在垂向振动方向的预设最大形变量获得所述正刚系数。

第二数据获取模块，用于获取所述负刚度弹性件的初始长度、所述负刚度弹性件在所述隔振器中的安装个数、以及当所述负刚度弹性件垂直所述正刚度弹性件时，所述负刚度弹性件的长度。

构建模块，用于构建所述隔振器的刚度系数与所述负刚度弹性件的负刚度系数、所述正刚度系数、所述初始长度、所述安装个数和所述长度确定的第一关系式；其中，所述隔振器的刚度系数取值应满足所述隔振器的在垂向振动方向的最大形变量小于预设最大形变量。

参数确定模块，用于在所述隔振器的刚度系数在可取值范围内取极小值时，根据所述第一关系式计算出所述负刚度系数。

第三方面，本申请还提供了一种超低频高阻尼隔振器，包括：正刚度弹性件、负刚度弹性件和可控阻尼件；其中，所述负刚度弹性件的负刚度系数和可控阻尼件的阻尼力由上述第一方面中的任一方法中的步骤进行确定。

第四方面，本申请还提供了一种轨道，包括钢轨、浮置板以及上述第三方面所述的超低频高阻尼隔振器，所述钢轨设置于所述浮置板上方，并通过扣合件与所述浮置板连接，所述超低频高阻尼隔振器设置于所述浮置板下方。

第五方面，本申请还提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述第一方面中的任一方法中的步骤。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本申请实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请实施例提供的一种隔振器参数确定方法的流程示意图；

图2是本申请实施例提供的一种隔振器的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的再一种隔振器的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的再一种隔振器参数确定方法的流程示意图；

图5是本申请实施例提供的又一种隔振器参数确定方法的流程示意图；

图6是本申请实施例提供的又一种隔振器参数确定方法的流程示意图；

图7是本申请实施例提供的又一种隔振器参数确定方法的流程示意图；

图8是本申请实施例提供的一种传统钢弹簧与准零刚度隔振器所受支反力的时域和频域的对比示意图；

图9是本申请实施例提供的一种传统钢弹簧与磁流变阻尼隔振器支反力的时域和频域的对比示意图；

图10是本申请实施例提供的一种传统钢弹簧与超低频高阻尼非线性隔振器支反力的时域和频域的对比示意图；

图11是本申请实施例提供的一种传统钢弹簧与准零刚度隔振器的加速度的时域和频域的对比示意图；

图12是本申请实施例提供的一种传统钢弹簧与磁流变阻尼隔振器的加速度的时域和频域的对比示意图；

图13是本申请实施例提供的一种传统钢弹簧与超低频高阻尼非线性隔振器的加速度的时域和频域的对比示意图；

图14是本申请实施例提供的一种隔振器参数确定装置的功能框图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个弹性件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参照图1，本申请实施例提供了一种隔振器参数的确定方法的流程图，隔振器可以包括：正刚度弹性件、负刚度弹性件和可控阻尼件。

在本申请实施方式中的隔振器可以应用于浮置板轨道中，用于减少列车在浮置板轨道上运动的过程中带来的浮置板轨道的振动。在本申请中隔振器中的正刚度弹性件用于使隔振器具有一定的刚度系数，以使隔振器能够支撑起足够的重量，负刚度弹性件和正刚度弹性件可以用并联的方式相配合，可以降低浮置板轨道的固有频率。而在浮置板轨道中，仅有而当浮置板轨道的激励频率大于固有频率时，浮置板轨道才可以起到很好的隔振效果，因此，当减低浮置板轨道的固有频率相当于增加了浮置板轨道的隔振范围。同时，由于该隔振器还包括可控阻尼件，可控阻尼件的作用为减低浮置板的垂向振动方向的形变量，可以增加浮置板支撑刚度的下调量，进而可以抑制浮置板轨道在固有频率处引发的振动，以此进一步提高浮置板轨道的隔振效率。下面将结合具体实施例详细说明，在下面所列举的实施例中，均是以隔振器应用于浮置板轨道举例说明。为了便于理解隔振器的结构，本申请实施例提供了一种隔振器的结构示意图，如图2所示。将隔振器放置在浮置板轨道中的结构示意图如图3所示。

在图2中可以看出正刚度弹性件和负刚度弹性件均为钢弹簧，且负刚度弹性件在图2中有两个，对称的排布在正刚度弹性件的两侧。在图3中可以看出，隔振器放置在基座上，也就是浮置板轨道的基座，且可以看出，在一个浮置板下方有多个相同的隔振器，且多个隔振器按照一定的间距排列。在浮置板的上方设置有钢轨扣件，钢轨扣件的一端与浮置板连接，钢轨扣件的另一端与轨道连接。需要说明的是，图2和图3仅是为了便于理解本申请实施例提供的隔振器而提供的示意图，并不对本申请实施例中的隔振器起限定作用。

步骤S110：根据隔振器在垂向振动方向的预设最大形变量获得正刚系数。

由于在浮置板轨道上行驶的列车质量较大，因此，为了保证列车正常行驶的安全性；浮置板轨道的整体结构应当具备一定的刚性，避免列车行驶的过程中由于轨道偏软而引发事故。而浮置板轨道的在垂向振动方向的预设最大形变量可以根据实际应用过程中按照实际需求进行确定，可以得出隔振器在垂向振动方向的预设最大形变量为3mm。进而确定出正刚度弹性件的正刚度系数。

步骤S120：获取所述负刚度弹性件的初始长度、所述负刚度弹性件在所述隔振器中的安装个数、以及当所述负刚度弹性件垂直所述正刚度弹性件时，所述负刚度弹性件的长度。

由于在本申请实施例提供的隔振器中，负刚度弹性件与正刚度弹性件可以是并列设置的。而隔振器安装在浮置板的下方，而浮置板下方的安装空间有限。因此，在具体实施方式中，可以根据浮置板下方的空间的大小确定负刚度弹性件的初始长度，以及负刚度弹性件的个数。当隔振器在垂向振动方向的预设最大形变量时，此时负刚度弹性件可以与正刚度弹性件垂直，此时可以确定出负刚度弹性件的安装位置，进而也就获取了负刚度弹性件垂直正刚度弹性件时，此时负刚度弹性件的长度。

步骤S130：构建所述隔振器的刚度系数和所述负刚度系数、所述正刚度系数、所述初始长度、所述安装个数和所述长度确定的第一关系式；其中，所述隔振器的刚度系数取值应满足所述隔振器的在垂向振动方向的最大形变量小于的预设最大形变量。

第一关系式是隔振器的刚度系数与负刚度弹性件的负刚度系数的关系式，由于正刚度弹性件的正刚度系数、负刚度弹性件的负刚度系数、负刚度弹性件的初始长度、负刚度弹性件的安装个数和负刚度弹性件垂直正刚度弹性件时负刚度弹性件的长度均在上述步骤中获取到了，所以第一关系式中的未知数为隔振器的刚度系数与负刚度弹性件的负刚度系数。

在本申请实施例中的第一关系式可以为：

步骤S140：在所述隔振器的刚度系数在可取值范围内取极小值时，根据所述第一关系式计算出所述负刚度系数。

当隔振器应用于浮置板轨道时，隔振器的刚度系数应当满足列车的行车安全行车需求，进而可以确定出隔振器的刚度系数的可取值范围，在隔振器刚度系数的可取值范围内，当刚度系数越小，此时浮置板轨道的固有频率就越低，此时的减振效果也就越好。因此，在确定负刚度系数的值时，可以在隔振器的刚度系数的可取值范围内取极小值来确定出负刚度系数的值。例如，隔振器的刚度系数的可取值范围为9.00KN/mm-15.00KN/mm时，此时可以取9.00KN/mm作为隔振器的刚度系数通过第一关系式确定隔振器中负刚度弹性件的负刚度系数。

在本申请实施例中，隔振器将正刚度弹性件、负刚度弹性件以及可控阻尼件相结合，通过正刚度弹性件与负刚度弹性件的配合减小固有频率，并通过可控阻尼件抑制振动，进而可以达到很好的减振效果。并通过建立隔振器的整体刚度系数与负刚度弹性件的负刚度系数的第一关系式确定出负刚度系数，可以在保证列车安全运行的同时，尽可能的减小列车运行所引起的振动。

可选地，请参阅图4，步骤S130在构建所述隔振器的刚度系数和所述负刚度系数、所述正刚度系数、所述初始长度、所述安装个数和所述长度确定的第一关系式，包括：

步骤S132：获取所述隔振器在垂向振动方向所受的力与所述隔振器在垂向振动方向的形变量之间的第二关系式，其中，在所述第二关系式中，所述隔振器在垂向振动方向所受的力与所述正刚度弹性件的正刚度系数和所述可控阻尼件的阻尼力正相关，所述隔振器在垂向振动方向所受的力还与所述初始长度、所述安装个数、所述长度和所述负刚度系数相关；

步骤S134：对所述第二关系式中的所述形变量求导，获得所述第一关系式。

也就是说，第二关系式中，需要获取的是隔振器所受的力与隔振器的形变量之间的关系。在获取隔振器所受的力与隔振器的形变量之间的关系时，对隔振器进行受力分析，以负刚度弹性件远离正刚度弹性件的一端为坐标原点，以垂直正刚度弹性件的并穿过坐标原点的直线建立坐标轴，并以垂向振动方向为正方向。此时，将负刚度弹性件的受力分配到正方向上，建立隔振器在正方向所受的总力与隔振器的形变量之间的关系式，也就是第二关系式。在建立第二关系式时，还需要考虑隔振器的初始偏置力、隔振器库伦摩擦力的无量纲滞回量。

在本申请实施例中，初始偏置力和无量纲滞回量均与隔振器的形变量无关，因此，对第二关系式中的形变量求导之后，第一关系式为隔振器的刚度系数与正刚度系数、负刚度系数、负刚度弹性件的初始长度、负刚度弹性件的安装个数和负刚度弹性件垂直正刚度弹性件时，此时负刚度弹性件的长度，的关系式。

在本申请实施例中，第二关系式为：

可选地，请参阅图5，通过以下步骤可以获取第二关系式。

步骤S1322：建立第三关系式：F＝F_v+F_i；

其中，F_v为所述正刚度弹性件以及所述可控阻尼件在垂向振动方向所受的力的和，F_i为所述负刚度弹性件在投影到沿所述正刚度件缩短方向的分力。

步骤S1324：建立第四关系式：F＝F_v+F_hsinα；

其中，其中，F_h为所述负刚度弹性件所受到的力，所述α为所述负刚度弹性件与所述正刚度弹性件的锐角夹角的余角，

步骤S1326：建立第五关系式：

步骤S1328：根据所述第三关系式、所述第四关系式以及所述第五关系式获得所述第二关系式。

当然，步骤S1322、步骤S1324和步骤S1328可以之间的顺序可以进行更换，在执行该方法时，可以先执行步骤S1324，在执行步骤S1322，最后执行步骤S1328，或者先执行步骤S1328，在执行步骤S1324，最后执行步骤S1322。

在获取到第二关系式之后，对第二关系式中的形变量求导，即可得到第一关系式。

请参阅图6，在本申请实施例中，通过上述方式获得第一关系式之后，所述方法还包括：

步骤S150：判断所述负刚度系数是否是大于隔振器的刚度系数。

步骤S160：若负刚度系数大于隔振器的刚度系数，将所述隔振器的刚度系数的可取值范围从极小值处缩小预设的区间，并确定出所述隔振器的刚度系数的新的可取值范围。

步骤S170：在所述隔振器的刚度系数的新的在可取值范围内取极小值时，根据所述第一关系式计算出所述负刚度系数。

当通过第一关系式确定出负刚度系数之后，要判断负刚度系数是否符合规定；例如，当计算出负刚度系数大于隔振器的刚度系数，明显不符合规定。也就说明此时隔振器所取的隔振器的刚度系数已经远远的小于隔振器的正刚度系数，进而可能造成减振效果不明显。此时需要将隔振器的刚度系数增大预设的区间，并再次通过第一关系式确定出负刚度弹性弹性件的负刚度系数。一直到负刚度弹性弹性件的负刚度系数满足需求即可。换言之，在本申请实施例中，通过在隔振器的刚度系数的可取范围内，不断的取值以确定出当负刚度系数。在具体实施方式中，也可以直接将负刚度系数确定为0时，带入第一关系式计算出一个隔振器的刚度系数。此时计算出的刚度系数可以作为隔振器的刚度系数的极大值，进而可以直接从极大值依次减小预设的区间，直至使隔振器的减振效果达到最好时。

这里需要说明的是，理论上是隔振器的刚度系数越小，减振效果就越好；但是在实际的应用中，需要考虑正刚度弹性件的型号以及参数，以及负刚度弹性件与正刚度弹性件的配合。因此在实际的应用过程中，当确定隔振器的刚度系数时，可以利用MATLAB仿真软件模拟出此时隔振器的减振效果，并再次将隔振器的刚度系数的可取值范围改变预设的区间，再一次的模拟出隔振器的减振效果，以此进行下去，直至寻到减振效果最好时的隔振器所对应的刚度系数，已及该刚度系数所对应的负刚度系数。以连续10个刚度系数为举例说明怎样获取减振效果最好时的隔振器所对应的刚度系数，并依次将编号为第一刚度系数、第二刚度系数……第九刚度系数和第十刚度系数；在这连续10个刚度系数中，若第一刚度系数至第六刚度系数各自对应的减振效果依次增加，第六刚度系数至第十刚度系数各自对应的减振效果依次减少，因此第六刚度系数可以作为减振效果最好时的隔振器所对应的刚度系数。若有两个减振效果相同的刚度系数，如第一刚度系数至第五刚度系数各自对应的减振效果依次增加，第六刚度系数至第十刚度系数各自对应的减振效果依次减少，而第五刚度系数和第六刚度系数对应的减振效果相同；此时可以将五刚度系数或者第六刚度系数作为减振效果最好时的隔振器所对应的刚度系数。也可以第五刚度系数和第六刚度系数重新设立新的区间，并依次按照新的区间增大隔振器的刚度系数。

例如，在第五刚度系数到第六刚度系数时，依次间隔相同的区间设置有第五十一刚度系数、第五十二刚度系数……第五十八刚度系数、第五十九刚度系数，并再次按照上述方法确定出减振效果最好时的隔振器所对应的刚度系数，在此不再一一进行赘述。

需要说明的是，在本申请实施例中的预设的区间可以根据实际需求进行选取，并不进行限定；例如，预设的区间可以为0.01KN/mm；此时，若隔振器的刚度系数取9.00KN/mm所计算出来的负刚度系数不满足时，此时在将隔振器的刚度系数取为9.01KN/mm，再次计算，直至计算出的负刚度系数满足需要为止。

请参阅图7，在本申请实施例中，若将隔振器运用于浮置板轨道中时，可以通过下述方法确定可控阻尼力的阻尼力参数：

步骤S210：获取浮置板下方的所述隔振器的数量以及所述浮置板下方的所述隔振器所受到的支反力。

在浮置板下方安装的是隔振器，根据每个浮置板下方的空间的大小以及确定出能安装的隔振器的数量。在浮置板上方加上一定的力，进而可以确定每个隔振器所受的支反力。浮置板上方加上的力可以为单个浮置板所能承受的最大的力，由在浮置板轨道上运行的列车的最大质量确定。而设置在同一个浮置板下方的多个隔振器所受的力相差无几，因此可以近似看作相同。进而可以通过确定在浮置板上方的力确定出每个隔振器所受到的支反力大小。

步骤S220：根据所述隔振器的数量以及所述隔振器所受到的支反力确定所述可控阻尼件的阻尼力参数。

在本申请实施方式中，隔振器所受的支反力与可控阻尼件的阻尼力参数正相关。当浮置板上施加的力确定之后，则可以根据浮置板下方的隔振器的数量确定出每个隔振器所受的支反力，进而也就确定了可控阻尼件的阻尼力参数。

在获取可控阻尼件的阻尼力参数时，需要结合第三公式：

从第三公式中可以看出，未知量仅有F_d；而F_d的取值越大，对振动的抑制效果就越好。但是，当F_d的取值过大时，会将放大高频率的振动；因此，在确定F_d的值时，可以确定一个F_d的最大值，并依次减小F_d，以此确定出最佳的F_d。

在确定F_d的最大值时，可以根据现有的磁流变隔振器中的阻尼力参数为最大的阻尼力参数，因为在磁流变隔振器中并没有加入负刚度弹性件，因此，在本申请实施方式中的阻尼力参数要小于磁流变隔振器中的阻尼力参数。进而，可以将磁流变隔振器中的阻尼力参数设置为本申请的最大阻尼力参数。然后依次阻尼力参数，最终确定出阻尼力参数。当然，每次减小的幅度可以根据实际情况确定。

需要说明的是，在确定磁流变隔振器中的阻尼力参数时，应当是与本申请的隔振器处于相同的环境下的阻尼力参数。例如，均应用于浮置板轨道中，且每个浮置板下方的磁流隔振器的数量与本申请的隔振器的数量相同，且在正刚度弹性件中的正刚度系数相同。

在本申请实施例中，在通过上述方法确定出隔振器的参数(正刚度系数、负刚度系数以及可控阻尼力参数)的过程中，判断隔振器的减振效果时，监控的可以是浮置板上的支反力和浮置板的加速度。也就是在本申请实施方式中可以根据是浮置板上的支反力和浮置板的加速度判断浮置板轨道的减振效果，进而在本申请的实施方式中，通过将不同的参数设置好后，通过MATLAB仿真软件进行动力学仿真计算可以得到浮置板上的支反力和浮置板的加速度，进而判断浮置板轨道的减振效果。

下面将结合具体的实施方式来展现本申请所带来的效果：

以几种常用的隔振器均用于浮置板轨道***中进行分析，并列举出几种常用的隔振器的关键参数，如表1所示。在本实施方式中，采用80km/h车速与波长0.1m-30m美国5级高低不平顺谱的运营条件。

表1

本实施方式中，浮置板轨道尺寸可以为25m×3.2m×0.3m，密度可以为2500kg/m³，并取浮置板轨道中正刚度弹性件的刚度系数为10kN/mm。根据隔振器在浮置板下方的安装空间限界450mm×450mm(长×宽)，采用2个负刚度弹簧弹性件，取水平长度l为200mm，并负刚度弹性件自由状态下长度L取为300mm、负刚度弹性件初始安装状态下sinα为0.01。选定本申请隔振器的刚度系数为5kN/mm，根据第一关系式即可计算出负刚度弹性弹性件的刚度系数为5kN/mm。并且，通过第六关系式即可试算出阻尼件的阻尼参数F_d为0.8kN。同时，本申请隔振器中所取的各参数可以满足使浮置板轨道的最大位移量不超过3mm，因此符合车辆的安全行车要求。

下面结合从时域的角度和频域角度进行分析，在本申请实施例中，本申请的隔振器可以用“超低频高阻尼非线性隔振器”命名，在下面的叙述中，以“超低频高阻尼非线性隔振器”代替本申请所提供的隔振器。

分别对比传统钢弹簧与准零刚度隔振器，如图8所示；对比传统钢弹簧与磁流变阻尼隔振器，如图9所示；对比传统钢弹簧与超低频高阻尼非线性隔振器，如图10所示。

结合图8、图9和图10，从时域角度可以看出：传统钢弹簧隔振器的支反力最大值为26.18kN；磁流变阻尼隔振器的支反力最大值为25.00kN；准零刚度隔振器的支反力最大值为19.78kN，超低频高阻尼非线性隔振器的支反力最大值为19.02kN。因此，可以看出，采用超低频高阻尼隔振器时，浮置板下的支反力最小，相比钢弹簧浮置板轨道减小了27.35％。

需要说明的是，由于在本申请提供的实施方式中，将浮置板下方的每个隔振器受到的支反力相加即可得到浮置板的支反力，且在进行对比实验时，浮置板下方的隔振器的数量是相同的，因此可以直接对比隔振器的支反力。

从频域角度分析可以发现：传统钢弹簧隔振器的在10Hz处(浮置板轨道中浮置板的基频)，支反力幅值为1.55kN。采用磁流变阻尼隔振器后，在固有频率10Hz附近，支反力幅值降低至0.57kN，减小了63.22％。采用准零刚度隔振器后，浮置板固有频率降低至6.3Hz附近，支反力幅值为0.61kN，减小了60.65％。

进一步的，采用超低频高阻尼非线性隔振器后，在三分之一倍频程中心频率为5Hz处，支反力幅值仅为0.32kN,减小了79.35％。

下面将从浮置板的加速度进一步分析超低频高阻尼非线性隔振器带来的减振效果：

也从时域的角度和频域角度进行分析，分别对比传统钢弹簧与准零刚度隔振器，如图11所示，对比传统钢弹簧与磁流变阻尼隔振器，如图12所示，对比传统钢弹簧与超低频高阻尼非线性隔振器，如图13所示。

结合图11、图12和图13；结合时域角度可以看出：传统钢弹簧浮置板轨道垂向振动加速度最大值12.25m/s²；磁流变阻尼隔振器浮置板轨道垂向振动加速度最大值11.37m/s²，仅减小了7.18％；准零刚度隔振器浮置板轨道垂向振动加速度最大值11.15m/s²，仅减小了8.98％；超低频高阻尼非线性隔振器浮置板轨道垂向振动加速度最大值仅为4.88m/s²，降低了约60.16％。

从频域角度分析可以看出：传统钢弹簧浮置板轨道垂向振动加速度振级在固有频率10Hz附近约为115.55dB。相比钢弹簧浮置板轨道，采用磁流变阻尼隔振器浮置板轨道垂向振动加速度振级在10Hz处为106.64dB，减小了8.91dB；采用准零刚度隔振器，浮置板固有频率降低至6.3Hz附近，并且垂向振动加速度振级为106.41dB，减小了9.14dB；采用超低频高阻尼非线性隔振器，浮置板轨道固有频率不仅降低至6.3Hz，而且垂向振动加速度降低为94.95dB，比钢弹簧浮置板轨道基频处的垂向振动加速度降低了约22.6dB。

因此，可以明显的看出，相比其他三种常用的隔振器，超低频高阻尼隔振器一方面有效的抑制了浮置板轨道中的支反力的传递，另一方面，由于降低了浮置板轨道的固有频率，也就提高了浮置板支反力低频隔振频带范围。能够很好的抑制振动。

请参阅图14，本申请还提供了一种隔振器的参数确定装置10的结构框图，所述隔振器包括：正刚度弹性件、负刚度弹性件和可控阻尼件；所述装置10包括：

第一数据获取模块110，用于根据所述隔振器在垂向振动方向的预设最大形变量获得所述正刚系数。

第二数据获取模块120，用于获取所述负刚度弹性件的初始长度、所述负刚度弹性件在所述隔振器中的安装个数、以及当所述负刚度弹性件垂直所述正刚度弹性件时，所述负刚度弹性件的长度。

构建模块130，用于构建所述隔振器的刚度系数与所述负刚度系数、所述正刚度系数、所述初始长度、所述安装个数和所述长度确定的第一关系式；其中，所述隔振器的刚度系数取值应满足所述隔振器的在垂向振动方向的最大形变量小于预设最大形变量。

参数确定模块140，用于在所述隔振器的刚度系数在可取值范围内取极小值时，根据所述第一关系式计算出所述负刚度系数。

可选地，参数确定模块140包括：

第二关系式确定模块，用于获取所述隔振器在垂向振动方向所受的力与所述隔振器在垂向振动方向的形变量之间的第二关系式，其中，在所述第二关系式中，所述隔振器在垂向振动方向所受的力与所述正刚度弹性件的正刚度系数和所述可控阻尼件的阻尼力正相关，所述隔振器在垂向振动方向所受的力还与所述初始长度、所述安装个数、所述长度和所述负刚度系数相关；

第一关系式确定模块，用于对所述第二关系式中的所述形变量求导，获得所述第一关系式。

可选地，所述第二关系式为：

可选地，第二关系式确定模块包括：

第一建立模块，用于建立第三关系式：F＝F_v+F_i；

第二建立模块，用于建立第四关系式：F＝F_v+F_hsinα；

第三建立模块，用于建立第五关系式：

第一确定模块，用于根据所述第三关系式、所述第四关系式以及所述第五关系式获得所述第二关系式。

可选地，在根据所述第一关系式计算出所述负刚度系数之后，所述装置还包括：

判断模块，用于判断所述负刚度系数是否大于隔振器的刚度系数。

第二确定模块，用于在负刚度系数大于隔振器的刚度系数时，将所述隔振器的刚度系数的可取值范围从极小值处缩小预设的区间，并确定出所述隔振器的刚度系数的新的可取值范围；

计算模块，用于在所述隔振器的刚度系数的新的在可取值范围内取极小值时，根据所述第一关系式计算出所述负刚度系数。

可选地，所述第一关系式为：

可选地，所述装置还包括：

获取模块，用于获取浮置板下方的所述隔振器的数量以及所述浮置板下方的所述隔振器所受到的支反力；

第三确定模块，用于根据所述隔振器的数量以及所述隔振器所受到的支反力确定所述可控阻尼件的阻尼力参数。

本申请还提供了一种超低频高阻尼隔振器，包括：正刚度弹性件、负刚度弹性件和可控阻尼件；其中，所述负刚度弹性件的负刚度系数和可控阻尼件的阻尼力由上述的方法确定。

本申请还提供了一种轨道，包括钢轨、浮置板以及上述的超低频高阻尼隔振器，所述钢轨设置于所述浮置板上方，并通过扣合件与所述浮置板连接，所述超低频高阻尼隔振器设置于所述浮置板下方。

本申请还提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如上述方法中的步骤。

在本申请实施方式中提供的超低频高阻尼隔振器及参数确定方法、装置和轨道中，在隔振器中将正刚度弹性件、负刚度弹性件和可控阻尼件相互结合，并利用上述方法确定出各自的参数，以使隔振器在降低固有频率和抑制振动均有良好的表现效果。且当隔振器应用于轨道***中时，可以很好的减小在轨道上运行的列车带来的振动危害。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，笔记本电脑,服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种隔振器的参数确定方法，其特征在于，所述隔振器包括：正刚度弹性件、负刚度弹性件和可控阻尼件；

根据所述隔振器在垂向振动方向的预设最大形变量获得所述正刚度弹性件的正刚系数；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在构建所述隔振器的刚度系数与所述负刚度系数、所述正刚度系数、所述初始长度、所述安装个数和所述长度确定的第一关系式，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二关系式为：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过如下步骤获得所述第二关系式:

建立第三关系式：F＝F_v+F_i；

其中，F_v为所述正刚度弹性件以及所述可控阻尼件在垂向振动方向所受的力的和，F_i为所述负刚度弹性件在投影到沿所述正刚度弹性件缩短方向的分力；

建立第四关系式：F＝F_v+F_hsinα；

建立第五关系式：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在根据所述第一关系式计算出所述负刚度系数之后，所述方法还包括：

判断所述负刚度系数是否大于所述隔振器的刚度系数；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.一种隔振器的参数确定装置，其特征在于，所述隔振器包括：正刚度弹性件、负刚度弹性件和可控阻尼件；所述装置包括：

第一数据获取模块，用于根据所述隔振器在垂向振动方向的预设最大形变量获得所述正刚系数；

第二数据获取模块，用于获取所述负刚度弹性件的初始长度、所述负刚度弹性件在所述隔振器中的安装个数、以及当所述负刚度弹性件垂直所述正刚度弹性件时，所述负刚度弹性件的长度；

构建模块，用于构建所述隔振器的刚度系数与所述负刚度弹性件的负刚度系数、所述正刚度系数、所述初始长度、所述安装个数和所述长度确定的第一关系式；其中，所述隔振器的刚度系数取值应满足所述隔振器的在垂向振动方向的最大形变量小于预设最大形变量；

8.一种超低频高阻尼隔振器，其特征在于，包括：正刚度弹性件、负刚度弹性件和可控阻尼件，其中，所述负刚度弹性件的负刚度系数由权利要求1-5中的任一项所述的方法确定。

9.根据权利要求8所述的超低频高阻尼隔振器，其特征在于，所述可控阻尼件的阻尼力由权利要求6所述的方法确定。

10.一种轨道，其特征在于，包括钢轨、浮置板以及权利要求9所述的超低频高阻尼隔振器，所述钢轨设置于所述浮置板上方，并通过扣合件与所述浮置板连接，所述超低频高阻尼隔振器设置于所述浮置板下方。