CN112145607A - 一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，包括顶板、底板、压簧和磁路总成；磁路总成包括磁芯，磁芯中部设有通孔，通孔顶部和底部设有上端盖和下端盖，通孔中部设有密封推动头，并通过密封推动头将通孔内空间分为上腔体和下腔体，上腔体和下腔体内均设有磁流体，顶板底侧固定连接有竖向设置的活塞杆，磁芯内开设有内腔体，内腔体与上腔体之间连通有上阻尼通道，内腔体与下腔体之间连通有下阻尼通道；磁芯两侧均开设有一上一下两个缺槽，用于安装励磁线圈，磁芯外套设有外磁环；且围绕各励磁线圈周围的磁芯部位、上阻尼通道或下阻尼通道、磁流体、外磁环部位与对应的励磁线圈分别构成各自独立的闭合磁回路。能够有效减少地铁行驶中的振动。

Description

一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器
技术领域
本发明涉及隔振技术领域，具体涉及一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器。
背景技术
随着我国城市化进程的稳步推进，城市人口规模急速膨胀。人口的快速增长必然导致日益严重的交通拥堵问题，地铁作为一种有效缓解城市地面交通压力的通行方式，在我国各大型城市迅猛发展。正处于黄金发展期的地铁轨道交通给我们带来巨大社会经济效益的同时，也因地铁线路经常穿越城市的人口密集区、建筑林立的闹市区，途经古建筑文化遗产、科技园区等，地铁运行产生的振动及由振动引发的二次结构噪声，已严重干扰途经区域内人们的工作与生活，直接或间接引起和加速建筑物的损伤，导致精密设备的非正常运行等问题。若地铁运营引发的振动噪声及传播问题没有得到很好的改善，不但影响人们的正常工作生活，严重时还可能造成不可估量的经济损失。目前，国际上已把振动噪声列为七大环境公害之一，除工厂生产与建筑施工外，地铁轨道交通运行引起的振动噪声是社会公众反映最强烈的问题，投诉率居高不下。地铁运行引发的振动问题作为一种新型的环境公害，越来越成为一个引起广泛关注的社会问题，如何控制地铁运行过程中振动造成的影响已经成为亟待解决的环境与工程问题。
大量工程实践研究表明：最为经济有效的方法是在振源处采取隔振措施，其中浮置板轨道隔振是最具代表性的隔振降噪措施，目前的浮置板隔振器主要为橡胶支座浮置板隔振器及钢弹簧浮置板隔振器。在以上的轨道隔振装置中，钢弹簧浮置板隔振器被公认为是隔振效果最好的，其虽能够在较宽频率范围内实现地铁轨道振动的有效隔离，但现有浮置板轨道***属于被动隔振***，其参数不能根据地铁车辆的运行情况实时可调可控。特别是在低频段振动，当激振频率和浮置板轨道***固有频率相近时，振动不但不能被有效降低，却因共振作用放大了低频段振动，而且人体对垂向振动最为敏感的频率范围是4～8Hz。因此，积极探索利用新技术来全面提升地铁浮置板轨道***隔振性能的途径之一就是尝试研究阻尼参数可动态调节的浮置板隔振装置。
一种被称之为磁控阻尼材料的出现为实现阻尼动态可调提供了可能，其具有响应速度快、可逆性好，可通过调节外磁场的强弱来控制材料的力学性能的连续变化的特点，表现为在毫秒级范围内由流体转变为类固体，产生明显的磁控阻尼效应，呈现连续可控的力学性能。本发明面向地铁目前广泛采用的短型浮置板轨道***，针对钢弹簧浮置板隔振器性能存在的不足，提出一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，获取最优隔振效率。对于在宽频段尤其是人体最敏感的频段范围内提升地铁轨道***的隔振效果有着重要的现实意义。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，能够有效减少地铁行驶中的振动。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，包括顶板和底板，所述顶板和底板之间设置有压簧，并通过压簧将顶板悬空在底板上方，所述底板上还设有磁路总成；
所述磁路总成包括磁芯，所述磁芯中部竖向开设有通孔，所述通孔顶部和底部分别通过上端盖和下端盖进行密封，所述通孔中部设有密封推动头，并通过密封推动头将通孔内空间分为上腔体和下腔体，所述上腔体和下腔体内均设有磁流体，所述顶板底侧固定连接有一竖向设置的活塞杆，所述活塞杆的底端依次穿过上端盖、密封推动头和下端盖伸到下端盖下方，所述活塞杆与密封推动头固定连接形成活塞，所述底板上设有供活塞杆底端***的插孔，且所述活塞杆底端与插孔底端留有一段活塞杆运动行程的预留空间；
所述磁芯内位于通孔两侧均开设有内腔体，所述内腔体中也设有磁流体，两个所述内腔体与上腔体之间均连通有上阻尼通道，两个所述内腔体与下腔体之间均连通有下阻尼通道；
所述磁芯的侧壁两侧均开设有一上一下两个缺槽，分别用于安装励磁线圈，且上面两个励磁线圈产生的磁力场能覆盖到上阻尼通道，下面两个励磁线圈产生的磁力场能覆盖到下阻尼通道，位于同侧的缺槽之间设有隔离槽，四个励磁线圈相互串联，并通过引线与外部励磁电源连接；所述磁芯外套设有外磁环，并通过外磁环将各个缺槽和隔离槽封闭在内；且围绕各励磁线圈周围的磁芯部位、上阻尼通道或下阻尼通道、磁流体、外磁环部位与对应的励磁线圈分别构成各自独立的闭合磁回路。
上述方案中：所述上阻尼通道和下阻尼通道均为直角状，并通过上阻尼通道和下阻尼通道围成一个矩形区域，所述励磁线圈正好对应在矩形区域的四个角转角处，且所述励磁线圈无限靠近于上阻尼通道或下阻尼通道的直角转角处。设置为直角状能够与磁场线垂直，提高阻尼效果。
上述方案中：所述顶板和底板上均设有安装孔，通过安装孔将顶板、底板安装在各自对应的浮置板上。便于安装。
上述方案中：所述磁芯与外磁环的外部通过保护罩罩设在一起。
上述方案中：所述密封推动头外侧设有导向环。便于推动密封推动头。
上述方案中：所述上端盖、下端盖与活塞杆之间均设有密封圈。防止磁流体从缝隙中漏出。
上述方案中：所述插孔底部设有缓冲垫。进一步提高隔振效果。
上述方案中：所述顶板和底板均采用不导磁硬质合金材料制成；所述磁芯与外磁环均使用高导磁金属材料制成，保护罩由硬质高分子聚合物材料制成。
上述方案中：所述压簧外设有一圈防尘罩。防止灰尘吸附在活塞杆上，保障活塞杆表面润滑，便于推动磁流体移动。
上述方案中：所述防尘罩为波纹管状。能够在压簧压缩时，便于收折。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的磁控阻尼地铁浮置板隔振器通过对励磁线圈中加载不同的激励电流产生不同的磁场强度，可动态调节隔振器阻尼力，实现针对不同工况下的阻尼实时控制；另外，即使磁控功能失效，也可实现被动阻尼隔振，从而进一步提升地铁浮置板隔振器隔振效果。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器结构图；
图2磁路总成结构图；
图3磁路总成磁力线分布图；
图4磁控材料力学性能与磁感应强度之间的变化关系。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-图4所示，一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，包括顶板3和底板9，所述顶板3和底板9之间设置有压簧1，并通过压簧1将顶板3悬空在底板3上方，所述底板9上还设有磁路总成5，所述磁路总成5位于压簧1所围空间的中心位置。所述压簧1外设有一圈波纹管状的防尘罩6。
所述磁路总成5包括磁芯54，所述磁芯54中部竖向开设有通孔，所述通孔顶部和底部分别通过上端盖53和下端盖512进行密封。所述通孔中部设有密封推动头58，并通过密封推动头58将通孔内空间分为上腔体52和下腔体513。所述上腔体52和下腔体514内均设有磁流体，所述顶板3底侧固定连接有一竖向设置的活塞杆2，所述活塞杆2的底端依次穿过上端盖53、密封推动头58和下端盖512伸到下端盖512下方，所述活塞杆2与密封推动头58固定连接形成活塞。最好是，所述密封推动头58外侧设有导向环59，便于推动密封推动头58。最好是，所述上端盖53、下端盖512与活塞杆2之间均设有密封圈514，以防止磁流体从缝隙中溢出。所述底板9上设有供活塞杆2底端***的插孔91，且所述活塞杆2底端与插孔91底端留有一段活塞杆2运动行程的预留空间。最好是，所述插孔91底部设有缓冲垫8。
所述磁芯54内位于通孔两侧均开设有内腔体57，所述内腔体57中也设有磁流体。两个所述内腔体57与上腔体52之间均连通有上阻尼通道51，两个所述内腔体57与下腔体514之间均连通有下阻尼通道511。
所述磁芯54的侧壁两侧均开设有一上一下两个缺槽，分别用于安装励磁线圈55。上面两个励磁线圈55产生的磁力场能覆盖到上阻尼通道51，下面两个励磁线圈55产生的磁力场能覆盖到下阻尼通道511，位于同侧的两个缺槽之间设有隔离槽510，四个励磁线圈55相互串联，并通过引线7与外部励磁电源连接；所述磁芯54外套设有外磁环56，并通过外磁环56将各个缺槽和隔离槽510封闭在内。最好是，所述磁芯54与外磁环56的外部通过保护罩4罩设在一起。且围绕各励磁线圈55周围的磁芯部位、上阻尼通道51或下阻尼通道511、磁流体、外磁环部位与对应的励磁线圈55分别构成各自独立的闭合磁回路。
最好是，所述上阻尼通道51和下阻尼通道511均为直角状，并通过上阻尼通道51和下阻尼通道511围成一个矩形区域，所述励磁线圈55正好对应在矩形区域的四个角转角处，且所述励磁线圈55无限靠近于上阻尼通道51或下阻尼通道511的直角转角处。
最好是，所述顶板3和底板9上均设有安装孔10，通过安装孔10将顶板3、底板9安装在各自对应的浮置板上。
最好是，所述顶板3和底板9均采用不导磁硬质合金材料制成；所述磁芯54与外磁环56均使用高导磁金属材料制成，保护罩4由硬质高分子聚合物材料制成。
甚至，可以将靠上侧设置的两个缺槽连通，形成一个环槽，将靠下侧设置的两个缺槽连通，形成一个环槽。
在地铁运行产生垂向振动时将带动隔振器产生上下往复运动，压簧1在振动瞬间存储振动能量；隔振器的上下运动同时推动活塞杆2的运动，密封推动头58将跟随活塞杆2一起压缩上腔体52或下腔体513中的磁流体，使其在上阻尼通道51或下阻尼通道511与内腔体57之间流动，磁流体从狭窄的上阻尼通道51或下阻尼通道511流过时将产生阻尼力耗散压簧1存储的能量，从而实现隔振的目的；当外界利用引线7向励磁线圈55提供激励电流，所述图3中的闭合磁回路根据激励电流的大小，在上阻尼通道51与下阻尼通道511处将产生与激励电流大小正相关的磁场；随着磁场的变化，上阻尼通道51与下阻尼通道511内磁流体的剪切屈服应力将随之变化，宏观表现为地铁浮置板隔振器阻尼力可通过调节励磁电流的大小进行控制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，包括顶板(3)和底板(9)，所述顶板(3)和底板(9)之间设置有压簧(1)，并通过压簧(1)将顶板(3)悬空在底板(3)上方，其特征在于：所述底板(9)上还设有磁路总成(5)；
所述磁路总成(5)包括磁芯(54)，所述磁芯(54)中部竖向开设有通孔，所述通孔顶部和底部分别通过上端盖(53)和下端盖(512)进行密封，所述通孔中部设有密封推动头(58)，并通过密封推动头(58)将通孔内空间分为上腔体(52)和下腔体(513)，所述上腔体(52)和下腔体(514)内均设有磁流体，所述顶板(3)底侧固定连接有一竖向设置的活塞杆(2)，所述活塞杆(2)的底端依次穿过上端盖(53)、密封推动头(58)和下端盖(512)伸到下端盖(512)下方，所述活塞杆(2)与密封推动头(58)固定连接形成活塞，所述底板(9)上设有供活塞杆(2)底端***的插孔(91)，且所述活塞杆(2)底端与插孔(91)底端留有一段活塞杆(2)运动行程的预留空间；
所述磁芯(54)内位于通孔两侧均开设有内腔体(57)，所述内腔体(57)中也设有磁流体，两个所述内腔体(57)与上腔体(52)之间均连通有上阻尼通道(51)，两个所述内腔体(57)与下腔体(514)之间均连通有下阻尼通道(511)；
所述磁芯(54)的侧壁两侧均开设有一上一下两个缺槽，分别用于安装励磁线圈(55)，且上面两个励磁线圈(55)产生的磁力场能覆盖到上阻尼通道(51)，下面两个励磁线圈(55)产生的磁力场能覆盖到下阻尼通道(511)，位于同侧的两个缺槽之间设有隔离槽(510)，四个励磁线圈(55)相互串联，并通过引线(7)与外部励磁电源连接；所述磁芯(54)外套设有外磁环(56)，并通过外磁环(56)将各个缺槽和隔离槽(510)封闭在内；且围绕各励磁线圈(55)周围的磁芯部位、上阻尼通道(51)或下阻尼通道(511)、磁流体、外磁环部位与对应的励磁线圈(55)分别构成各自独立的闭合磁回路。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，其特征在于：所述上阻尼通道(51)和下阻尼通道(511)均为直角状，并通过上阻尼通道(51)和下阻尼通道(511)围成一个矩形区域，所述励磁线圈(55)正好对应在矩形区域的四个角转角处，且所述励磁线圈(55)无限靠近于上阻尼通道(51)或下阻尼通道(511)的直角转角处。
3.根据权利要求2所述的一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，其特征在于：所述顶板(3)和底板(9)上均设有安装孔(10)，通过安装孔(10)将顶板(3)、底板(9)安装在各自对应的浮置板上。
4.根据权利要求3所述的一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，其特征在于：所述磁芯(54)与外磁环(56)的外部通过保护罩(4)罩设在一起。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，其特征在于：所述密封推动头(58)外侧设有导向环(59)。
6.根据权利要求5所述的一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，其特征在于：所述上端盖(53)、下端盖(512)与活塞杆(2)之间均设有密封圈(514)。
7.根据权利要求1所述的一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，其特征在于：所述插孔(91)底部设有缓冲垫(8)。
8.根据权利要求4所述的一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，其特征在于：所述顶板(3)和底板(9)均采用不导磁硬质合金材料制成；所述磁芯(54)与外磁环(56)均使用高导磁金属材料制成，保护罩(4)由硬质高分子聚合物材料制成。
9.根据权利要求1所述的一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，其特征在于：所述压簧(1)外设有一圈防尘罩(6)。
10.根据权利要求9所述的一种基于磁控阻尼的地铁浮置板隔振器，其特征在于：所述防尘罩(6)为波纹管状。
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