一种用于轨道车辆座椅的准零刚度减振器的制作方法

1.本发明涉及轨道交通装备减振技术领域，尤其是涉及一种用于轨道车辆座椅的准零刚度减振器。


背景技术：

2.从“四纵四横”高铁网到“八纵八横”高铁网，中国已经建成了世界上最现代化的铁路网和最通达的高铁网。目前铁路建设任务依然十分繁重，为实现铁路覆盖城区人口20万以上城市、高铁覆盖城区人口50万以上城市的目标奋斗。
3.轨道车辆作为铁路网的交通工具，其主要功能之一是进行旅客的运输转移，具有安全、准点、节能、环保等有点，成为了人们长途商旅的理想交通工具。为了更好的提高乘客乘坐的舒适性，目前从车厢的振动、车内声环境、车内热环境、车内光环境、车内压力波和空气品质这六个方面确定了相关舒适度设计标准，控制车厢垂向振动传递座椅，是提高旅客乘坐舒适性十分必要的要求，因此需要有效控制轨道车辆座椅的振动，具有重要的工程意义和研究价值。


技术实现要素：

4.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轨道车辆座椅的准零刚度减振器。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种用于轨道车辆座椅的准零刚度减振器，该准零刚度减振器包括圆柱形中空且上端开口的碟形弹簧外安装座、圆柱形中空且下端开口的碟形弹簧内安装座、碟簧以及弹簧阻尼减振单元，所述的碟形弹簧内安装座扣设在碟形弹簧外安装座内部，并且所述的弹簧阻尼减振单元两端分别与碟形弹簧内安装座和碟形弹簧外安装座的底部铰接，所述的碟簧设置在碟形弹簧内安装座和碟形弹簧外安装座之间的圆环型空间内。
7.所述的弹簧阻尼减振单元由阻尼器、套设在阻尼器外部的钢弹簧以及分别设置在阻尼器上下两端的弹簧阻尼减振单元安装座。
8.所述的碟形弹簧外安装座内底面设有第二铰接座，该第二铰接座与下端的弹簧阻尼减振单元安装座铰接。
9.所述的碟形弹簧内安装座的内顶面设有第一铰接座，该第一铰接座与上端的弹簧阻尼减振单元安装座铰接。
10.所述的碟簧设有一个或并联设有多个。
11.所述的碟形弹簧内安装座外表面与碟形弹簧外安装座内表面对应位置处开设用以嵌入碟簧的圆环型安装槽。
12.所述的碟形弹簧外安装座底部通过第三螺栓孔与车体固定，所述的碟形弹簧内安装座顶部通过第一螺栓孔与座椅固定。
13.所述的碟形弹簧外安装座由第一半子安装座和第二半子安装座通过多个第二螺
栓孔合围成型，并且第二铰接座设置在第一半子安装座上。
14.该准零刚度减振器的装配步骤包括：
15.1)将阻尼器、钢弹簧与上下两个弹簧阻尼减振单元安装座通过几何约束和螺钉连接成弹簧阻尼减振单元；
16.2)将上弹簧阻尼减振单元安装座与碟形弹簧内安装座的第一铰接座铰接连接；
17.3)根据实际对碟形弹簧个数需求，将碟簧嵌套在碟形弹簧内安装座外表面的安装槽内；
18.4)将带有第二铰接座的第一半子安装座套嵌在碟簧外部，使碟簧嵌入第一半子安装座内壁的安装槽内，并将下弹簧阻尼减振单元安装座与第二铰接座铰接连接形成装配体；
19.5)将第二半子安装座通过螺栓孔与装配体的第一半子安装座进行合围；
20.6)通过碟形弹簧内安装座上的螺栓孔与座椅连接，碟形弹簧外安装座上的螺栓孔与车体连接，完成装配。
21.该准零刚度减振器具有高静刚度、低动刚度的特性，其刚度k的表达式为：
[0022][0023][0024][0025][0026]
其中，n为碟形弹簧的个数，e为碟形弹簧的弹性模量，μ为泊松比，t为碟簧的厚度，x为碟形弹簧的变形量，f为垂向力，h0为初始高度，ks为钢弹簧的刚度系数，d为蝶形弹簧的外径，d为蝶形弹簧的内径，c为直径比，且c＝d/d，k1、α、β分别为中间参数。
[0027]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0028]
一、本发明结构相对简单，易于装配管理，方便安装于车体与座椅之间。
[0029]
二、本发明应用场景广泛，可应用于高速铁路、普通铁路等各类轨道交通车辆。
[0030]
三、本发明控制方法简洁，装置结构稳定，可长时间的工作，系统可靠性高。
[0031]
四、本发明可有效适应车体与座椅之间振动衰减，提高旅客乘坐舒适度，效果显著。
[0032]
五、本发明生产成本低，易于实现批量制作，可以广泛应用于类似工作环境。
附图说明
[0033]
图1为本发明的整体结构示意图。
[0034]
图2为本发明的剖面结构示意图。
[0035]
图3为本发明弹簧阻尼减振单元元件结构示意图。
[0036]
图4为本发明碟形弹簧外安装座元件结构示意图。
[0037]
图5为本发明受力分析示意图。
[0038]
图6为准零刚度减振器的刚度—位移特性图。
[0039]
图中标记说明：
[0040]
1、第一螺栓孔，2、碟形弹簧内安装座，3、弹簧阻尼减振单元安装座，4、阻尼器，5、钢弹簧，6、第一铰接座，7、第一碟簧，8、第二螺栓孔，9、碟形弹簧外安装座，10、第二碟簧，11、第二铰接座，12、第三螺栓孔。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0042]
实施例
[0043]
如图1和图2所示，本发明提供一种用于轨道车辆座椅的准零刚度减振器，该减振器主要包括碟形弹簧内安装座2、碟形弹簧外安装座9、碟簧及弹簧阻尼减振单元；为了便于该减振器与座椅连接，碟形弹簧内安装座2的顶部通过第一螺栓孔1与座椅固定；为了便于该减振器与车体连接，碟形弹簧外安装座9底部通过第三螺栓孔12与车体固定；并且为了更好的满足实际工况需求，可以采用多个碟簧并联安装在碟形弹簧内安装座2的外壁和碟形弹簧外安装座9的内壁上开设的环形安装槽内。
[0044]
弹簧阻尼减振单元包括上下两个弹簧阻尼减振单元安装座3、阻尼器4和钢弹簧5，阻尼器4与钢弹簧5的两端安装在上下弹簧阻尼减振单元安装座3之间；上下两个弹簧阻尼减振单元安装座3分别与碟形弹簧内安装座2的第一铰接座6以及碟形弹簧外安装座9的第二铰接座11铰接；碟形弹簧外安装座9由两个子安装座通过四个第二螺栓孔8和螺栓合围组成。
[0045]
该减振器的具体装配步骤如下：
[0046]
a、安装弹簧阻尼减振单元，阻尼器4、钢弹簧5与上下两个弹簧阻尼减振单元安装座3通过几何约束和螺钉相连，在市场中已有集成了该减振系统为一体的零部件，可直接使用；
[0047]
b、将上弹簧阻尼减振单元安装座与碟形弹簧内安装座2的第一铰接座6铰接连接；
[0048]
c、根据实际对碟形弹簧个数需求，将第一碟簧7和第二碟簧10依次嵌套于碟形弹簧内安装座2外表面的安装槽内；
[0049]
d、将带有第二铰接座11的碟形弹簧外安装座9的第一半子安装座套嵌在第一碟簧7和第二碟簧10外部，使第一碟簧7和第二碟簧10嵌入第一半子安装座内壁的安装槽内，并将下弹簧阻尼减振单元安装座与第二铰接座11铰接连接形成装配体；
[0050]
e、将第二半子安装座通过螺栓孔8与步骤d的装配体的第一半子安装座进行合围；
[0051]
f、通过碟形弹簧内安装座2上的螺栓孔1与座椅连接，碟形弹簧外安装座9上的螺栓孔12与车体连接，完成装配。
[0052]
下面介绍本发明装置的工作原理
[0053]
如图5所示，图中，y轴方向为车辆宽度方向，z轴方向为车辆垂向方向。
[0054]
该减振器包括碟形弹簧、钢弹簧和阻尼器，此系统的上部与座椅连接，下部与车体
连接，对于车体向上传递的垂向力对位移的微分即垂向刚度为负刚度，钢弹簧与碟形弹簧并列后，该减振器具有高静刚度、低动刚度的特性。
[0055]
当该减振器应用于车体与座椅之间，垂向力f由碟形弹簧与钢弹簧共同提供，可表示为：
[0056][0057]
式中，n为碟形弹簧的个数，e为碟形弹簧的弹性模量，μ为泊松比，t为碟形弹簧的厚度，x为碟形弹簧与钢弹簧的变形量，h0为初始高度，ks为钢弹簧的刚度系数，d为碟形弹簧的外径，d为碟形弹簧的内径，k1为与直径比c(c＝d/d)有关的参数，则有：
[0058][0059]
为了更好地研究准零刚度减振器的力学特性，将上式(1)进行简化，令为了更好地研究准零刚度减振器的力学特性，将上式(1)进行简化，令代入式(1)可得：
[0060][0061]
上式对x进行求导，可得准零刚度减振器的刚度k的表达式为：
[0062][0063]
根据式(2)、(3)，设计相应参数，可得准零刚度减振器的刚度—位移特性如图6所示，显然，当系统的振动处于平衡位置附近时，准零刚度减振器的动态刚度接近于零，该减振器具有高静低动的刚度特性可有效降低从车体地板传至座椅的振动，提高旅客乘坐的舒适性。