一种磁流变弹性体半主动式动力吸振器及选型安装方法技术

一种磁流变弹性体半主动式动力吸振器及选型安装方法，多层上下平行配置的十字形横梁通过贯穿“十”字梁臂四个端部的四根立式布置的垂向导磁杆悬置固定在位于轨道车辆底部的底架基座下方；多层开槽振子和十字形横梁之间形成相互间隔的多层叠加结构，十字形横梁中心开设竖直的安装通孔，安装通孔和多层开槽振子的连接轴之间设有环形的磁流变弹性体，多层开槽振子能够沿安装通孔轴向相对底架基座上下振动；十字形横梁的梁臂上开设绕线槽，绕线槽内缠绕励磁线圈；本装置的吸振效果好，耗能少，构造简单紧凑，易于安装，安全可靠性高，对轨道车辆车下剩余空间利用合理，能够对由于轨道不平顺产生异常振动问题的轨道车辆车体进行垂向上的宽频减振。

【技术实现步骤摘要】
一种磁流变弹性体半主动式动力吸振器及选型安装方法
本专利技术轨道车辆减振吸振领域，尤其涉及一种磁流变弹性体半主动式动力吸振器及其选型安装方法。
技术介绍
轨道车辆运行时，轨道不平顺产生的轮轨振动经过一系和二系悬挂系统传递至车体，降低车辆运行品质的同时，还对旅客乘坐舒适度造成一定影响。动力吸振器由于具有结构简单、减振效果好的优点，已成为降低车体振动、提高旅客乘坐舒适度的有效手段之一。动力吸振器一般分为被动式、主动式和半主动式三种：被动式吸振器结构简单，参数不可调节，只可以针对单一固定的激振频率起到良好的减振作用，因此不适合用于频率变化较大，即振动频带较宽的场合；主动式吸振器减振频带宽，其工作原理是利用外部能源使吸振器在目标减振物振动瞬时施加控制力，以迅速衰减振动，但是其具有结构复杂、控制精度要求高、耗能大、稳定性差等缺点；半主动式吸振器通过较低的能耗动态改变吸振器的刚度等参数，从而使有效吸振频率与目标减振物的外界激励频率始终满足协调关系，不仅拓宽了吸振器的减振频带，而且吸振效果接近主动式的吸振效果，并且，与主动式吸振器相比具有所需的控制能量小、易于实现等特点。半主动吸振器的参数变化可以通过机械结构的变化或智能材料实现，磁流变弹性体是智能材料的一个新分支，当磁流变弹性体受到磁场作用时，弹性体中的铁磁颗粒磁化后产生相互作用力，使其剪切模量可根据磁场强度的改变而改变，从而达到动态调节吸振器刚度的目的。目前大多数动力吸振器属于被动式，申请号为201510078101.5的专利技术专利申请中公开了一种质量减振器，其中质量惯性块作为吸振器振子，吸振橡胶体起到弹簧阻尼连接的作用，并设有限位孔及缓冲橡胶起到对吸振器的缓冲限位装置，该吸振器结构简单、可靠性高，但是吸振频率单一，并不能有效解决轨道车辆车体垂向振动的问题，因为轨道车辆运行时，所受的激振频段宽，其中城轨车辆载客量、速度变化频繁，更加拓宽了车体振动频段。属于半主动式的动力吸振器专利也较多，申请号为201510155428.8的专利技术专利申请中公开了一种多自由度动力吸振器，能够通过螺纹调节质量块与质量块之间的距离，从而改变吸振器的固有频率，对主振系进行多自由度减振，但是螺纹调节的方法属于半主动减振方法中的机械调频，频率变化慢，难以满足载客量、速度、轨道不平顺激励频率变化频繁的城轨车辆；申请号为200510094882.3的专利技术专利申请中公开了一种磁流变弹性体移频式吸振器及安装方法，能够通过调节线圈电压改变磁流变弹性体的刚度，从而使吸振器的振动频率发生变化，起到宽频减振的作用，由于该装置中振子与附加部件(铁芯、套筒、线圈等)之间采用上下结构，考虑到轨道车辆车体质量大，为保证减振效果，吸振器的振子的质量也要大，但是当振子质量变大时，因为轨道车辆车下空间有限，以及受到吸振器上下结构的约束，导致吸振器高度变大，缺乏对车下布局的合理性的同时，还影响城轨车辆运行安全性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种轨道车辆的磁流变弹性体半主动式动力吸振器及选型安装方法，吸振效果好，耗能少，克服了被动式动力吸振器减振频带过窄，能够对由于轨道不平顺产生异常振动问题的轨道车辆车体进行垂向上的宽频减振；克服了主动式动力吸振器结构复杂、制造成本高、耗能大的缺点，构造简单紧凑，易于安装，安全可靠性高，对轨道车辆车下剩余空间利用合理，利于布置在轨道车辆底部，不会影响城轨车辆运行的安全性。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种磁流变弹性体半主动式动力吸振器，其特征在于：多层上下平行配置的十字形横梁通过贯穿“十”字梁臂四个端部的四根立式布置的垂向导磁杆悬置固定在位于轨道车辆底部的底架基座下方；多层开槽振子包括多层上下相互平行的振子和位于振子中心位置、将多层振子连接固定为一体的连接轴，每层振子均位于相邻两层十字形横梁之间，多层开槽振子和十字形横梁之间形成相互间隔的多层叠加结构，承重弹簧将多层开槽振子悬挂或者支承安装在十字形横梁上，多层开槽振子与垂向导磁杆之间相互独立脱离；十字形横梁中心开设竖直的安装通孔，连接轴上端伸入最上层的十字形横梁的安装通孔内，下端伸入最下层的十字形横梁的安装通孔内，中段从中间层的十字形横梁的安装通孔内穿过，安装通孔和连接轴之间设有环形的磁流变弹性体，磁流变弹性体外圈紧贴固定在安装通孔上，内圈包覆连接轴外缘，多层开槽振子能够沿安装通孔轴向相对底架基座上下振动；在每层十字形横梁的四个梁臂上，从安装通孔朝向梁臂端部分别开设绕线槽，绕线槽内缠绕励磁线圈；单层十字形横梁上，相对的两个励磁线圈靠近安装通孔一端的电源正负极相反，相邻两层十字形横梁上，对应位置的上、下两个励磁线圈的电源正负极相反；多层开槽振子的连接轴为隔磁体，或者其外部覆盖隔磁材料层；十字形横梁、垂向导磁杆为导磁体；所述吸振器与轨道车辆底部之间隔磁；相邻两层十字形横梁之间形成两圈从励磁线圈、十字形横梁、垂向导磁杆、十字形横梁、励磁线圈、磁流变弹性体、励磁线圈、十字形横梁、垂向导磁杆、十字形横梁、励磁线圈、磁流变弹性体再回到励磁线圈的十字交叉闭合磁路；轨道车辆在运行过程中产生垂向振动时，车体的振动经过底架基座、垂向导磁杆、十字形横梁和磁流变弹性体传递至多层开槽振子；安装在轨道车辆上的振动传感器实时监测车体振动频率(即轨道不平顺时对车辆的振动激励频率)并反馈给控制单元，控制单元根据反馈信号改变通过励磁线圈的电流强度，从而调整磁流变弹性体的刚度，使吸振器的固有频率与轨道车辆车体振动频率时刻相调谐，确保各频率下的车体振动能量都可以被吸振器的多层开槽振子所吸收，抑制车体垂向振动，实现对车体的宽频减振。进一步的，所述垂向导磁杆，十字形横梁和励磁线圈外部均包覆隔磁材料层，所述励磁线圈为漆包线圈，从而实现吸振器与轨道车辆底部之间的磁路隔绝功能，限制磁力线的流向。进一步的，所述磁流变弹性体与安装通孔之间嵌套铜圈，铜圈与周围的四个励磁线圈靠近安装通孔一端电连接；磁流变弹性体和铜圈内外套装粘贴固定为一体，铜圈外圈紧贴固定在安装通孔上，磁流变弹性体内圈贴覆住连接轴外缘；当多层开槽振子振动时，连接轴的拖拽使磁流变弹性体弹性形变，使振子具有上下振动的余地。铜圈直接和励磁线圈以及磁流变弹性体电接触，三者都为导电体，电场生磁场，铜圈在此处有均匀电场和强化磁场的作用，虽然铜圈不是导磁体，但是由于铜圈本身带电，电场产生磁场，因此并不会隔断励磁线圈和磁流变弹性体之间的磁路，此外，考虑到励磁线圈的通过电流最大也不会超过2A，类似手机充电线电流，因此吸振器带有微量电流并不会有安全方面的隐患。再进一步，所述磁流变弹性体高度小于铜圈的高度，可以使磁流变弹性体完全包裹在励磁线圈产生的磁场内，提高磁流变弹性体的工作可靠性，保证磁路通畅。再进一步，所述绕线槽为沿安装通孔径向开设在十字形横梁梁臂上的两条平行线槽，绕线槽以安装通孔的周面为起点，励磁线圈缠绕在绕线槽内，绕线结构紧凑，使励磁线圈不外露于十字形横梁外，并且便于和铜圈之间的电连接。进一步的，所述垂向导磁杆和十字形横梁之间、垂向导磁杆和底架基座之间均采用螺纹连接固定，垂向导磁杆上带有多段螺纹段，十字形横梁梁臂的四个端部和底架基座的对应位置上分别开设螺纹孔，便于加工装配。再进一步，所述底架基座贴合轨道车辆底部的顶侧开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁流变弹性体半主动式动力吸振器，其特征在于：多层上下平行配置的十字形横梁(3)通过贯穿“十”字梁臂四个端部的四根立式布置的垂向导磁杆(2)悬置固定在位于轨道车辆底部的底架基座(1)下方；多层开槽振子(7)包括多层上下相互平行的振子和位于振子中心位置、将多层振子连接固定为一体的连接轴(701)，每层振子均位于相邻两层十字形横梁(3)之间，多层开槽振子(7)和十字形横梁(3)之间形成相互间隔的多层叠加结构，承重弹簧(8)将多层开槽振子(7)悬挂或者支承安装在十字形横梁(3)上，多层开槽振子(7)与垂向导磁杆(2)之间相互独立脱离；十字形横梁(3)中心开设竖直的安装通孔(301)，连接轴(701)上端伸入最上层的十字形横梁(3)的安装通孔(301)内，下端伸入最下层的十字形横梁(3)的安装通孔(301)内，中段从中间层的十字形横梁(3)的安装通孔(301)内穿过，安装通孔(301)和连接轴(701)之间设有环形的磁流变弹性体(6)，磁流变弹性体(6)外圈紧贴固定在安装通孔(301)上，内圈包覆连接轴(701)外缘，多层开槽振子(7)能够沿安装通孔(301)轴向相对底架基座(1)上下振动；在每层十字形横梁(3)的四个梁臂上，从安装通孔(301)朝向梁臂端部分别开设绕线槽(302)，绕线槽(302)内缠绕励磁线圈(4)；单层十字形横梁(3)上，相对的两个励磁线圈(4)靠近安装通孔(301)一端的电源正负极相反，相邻两层十字形横梁(3)上，对应位置的上、下两个励磁线圈(4)的电源正负极相反；多层开槽振子(7)的连接轴(701)为隔磁体，或者其外部覆盖隔磁材料层；十字形横梁(3)、垂向导磁杆(2)为导磁体；所述吸振器与轨道车辆底部之间隔磁；相邻两层十字形横梁(3)之间形成两圈从励磁线圈(4)、十字形横梁(3)、垂向导磁杆(2)、十字形横梁(3)、励磁线圈(4)、磁流变弹性体(6)、励磁线圈(4)、十字形横梁(3)、垂向导磁杆(2)、十字形横梁(3)、励磁线圈(4)、磁流变弹性体(6)再回到励磁线圈(4)的十字交叉闭合磁路；轨道车辆在运行过程中产生垂向振动时，车体的振动经过底架基座(1)、垂向导磁杆(2)、十字形横梁(3)和磁流变弹性体(6)传递至多层开槽振子(7)；安装在轨道车辆上的振动传感器实时监测车体振动频率并反馈给控制单元，控制单元根据反馈信号改变通过励磁线圈(4)的电流强度，从而调整磁流变弹性体(6)的刚度，使吸振器的固有频率与轨道车辆车体振动频率时刻相调谐，确保各频率下的车体振动能量都可以被吸振器的多层开槽振子(7)所吸收，抑制车体垂向振动，实现对车体的宽频减振。...

【技术特征摘要】
1.一种磁流变弹性体半主动式动力吸振器，其特征在于：多层上下平行配置的十字形横梁(3)通过贯穿“十”字梁臂四个端部的四根立式布置的垂向导磁杆(2)悬置固定在位于轨道车辆底部的底架基座(1)下方；多层开槽振子(7)包括多层上下相互平行的振子和位于振子中心位置、将多层振子连接固定为一体的连接轴(701)，每层振子均位于相邻两层十字形横梁(3)之间，多层开槽振子(7)和十字形横梁(3)之间形成相互间隔的多层叠加结构，承重弹簧(8)将多层开槽振子(7)悬挂或者支承安装在十字形横梁(3)上，多层开槽振子(7)与垂向导磁杆(2)之间相互独立脱离；十字形横梁(3)中心开设竖直的安装通孔(301)，连接轴(701)上端伸入最上层的十字形横梁(3)的安装通孔(301)内，下端伸入最下层的十字形横梁(3)的安装通孔(301)内，中段从中间层的十字形横梁(3)的安装通孔(301)内穿过，安装通孔(301)和连接轴(701)之间设有环形的磁流变弹性体(6)，磁流变弹性体(6)外圈紧贴固定在安装通孔(301)上，内圈包覆连接轴(701)外缘，多层开槽振子(7)能够沿安装通孔(301)轴向相对底架基座(1)上下振动；在每层十字形横梁(3)的四个梁臂上，从安装通孔(301)朝向梁臂端部分别开设绕线槽(302)，绕线槽(302)内缠绕励磁线圈(4)；单层十字形横梁(3)上，相对的两个励磁线圈(4)靠近安装通孔(301)一端的电源正负极相反，相邻两层十字形横梁(3)上，对应位置的上、下两个励磁线圈(4)的电源正负极相反；多层开槽振子(7)的连接轴(701)为隔磁体，或者其外部覆盖隔磁材料层；十字形横梁(3)、垂向导磁杆(2)为导磁体；所述吸振器与轨道车辆底部之间隔磁；相邻两层十字形横梁(3)之间形成两圈从励磁线圈(4)、十字形横梁(3)、垂向导磁杆(2)、十字形横梁(3)、励磁线圈(4)、磁流变弹性体(6)、励磁线圈(4)、十字形横梁(3)、垂向导磁杆(2)、十字形横梁(3)、励磁线圈(4)、磁流变弹性体(6)再回到励磁线圈(4)的十字交叉闭合磁路；轨道车辆在运行过程中产生垂向振动时，车体的振动经过底架基座(1)、垂向导磁杆(2)、十字形横梁(3)和磁流变弹性体(6)传递至多层开槽振子(7)；安装在轨道车辆上的振动传感器实时监测车体振动频率并反馈给控制单元，控制单元根据反馈信号改变通过励磁线圈(4)的电流强度，从而调整磁流变弹性体(6)的刚度，使吸振器的固有频率与轨道车辆车体振动频率时刻相调谐，确保各频率下的车体振动能量都可以被吸振器的多层开槽振子(7)所吸收，抑制车体垂向振动，实现对车体的宽频减振。2.根据权利要求1所述的磁流变弹性体半主动式动力吸振器，其特征在于：所述垂向导磁杆(2)，十字形横梁(3)和励磁线圈(4)外部均包覆隔磁材料层，所述励磁线圈(4)为漆包线圈。3.根据权利要求1所述的磁流变弹性体半主动式动力吸振器，其特征在于：所述磁流变弹性体(6)与安装通孔(301)之间嵌套铜圈(5)，铜圈(5)与周围的四个励磁线圈(4)靠近安装通孔(301)一端电连接；磁流变弹性体(6)和铜圈(5)内外套装粘贴固定为一体，铜圈(5)外圈紧贴固定在安装通孔(301)上，磁流变弹性体(6)内圈贴覆住连接轴(701)外缘；当多层开槽振子(7)振动时，连接轴(701)的拖拽使磁流变弹性体(6)弹性形变，使振子具有上下振动的余地。4.根据权利要求3所述的磁流变弹性体半主动式动力吸振器，其特征在于：所述磁流变弹性体(6)高度小于铜圈(5)的高度。5.根据权利要求3所述的磁流变弹性体半主动式动力吸振器，其特征在于：所述绕线槽(302)为沿安装通孔(301)径向开设在十字形横梁(3)梁臂上的两条平行线槽，绕线槽(302)以安装通孔(301)的周面为起点。6.根据权利要求1所述的磁流变弹性体半主动式动力吸振器，其特征在于：所述垂向导磁杆(2)和十字形横梁(3)之间、垂向导磁杆(2)和底架基座(1)之间均采用螺纹连接固定，垂向导磁杆(2)上带有多段螺纹段，十字形横梁(3)梁臂的四个端部和底架基座(1)的对应位置上分别开设螺纹孔。7.根据权利要求6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：文永蓬，周伟浩，孙倩，郭林生，宗志祥，邹钰，祁慧，纪忠辉，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31