一种弹性车轮降噪板

1.本发明涉及列车车轮降噪领域，尤其是涉及一种弹性车轮降噪板。


背景技术：

2.随着世界各地城市轨道交通和有轨电车线路的增加，对铁路噪声的环境要求也越来越严格。在噪声源处减少噪音可能比设立隔音屏障更有吸引力，但这需要彻底分析产生噪音的机制，以及评估建议解决方案的有效性的方法。
3.目前，对有轨列车的弹性车轮的振动声学研究已经做了大量的工作，表明车轮是轨道噪声发出的关键部件之一。弹性车轮噪声的主要来源可分为滚动噪声、冲击噪声或啸叫，其中最后一种噪声是最难减轻的。车轮啸叫被认为是弹性车轮振动不稳定的一种现象，而不是共振。足够的正阻尼可以稳定振动并降低啸叫声，因此，可以通过增加弹性车轮的阻尼来消除啸叫，比如在车轮结构上附加降噪装置或者材料。
4.现有的技术中，通常是在车轮上简单地固定设置降噪板，用于增加车轮的阻尼实现降噪。但是，现有的降噪板结构单一，能吸收的振动能量有限，降噪效果还有待进一步提高。


技术实现要素：

5.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弹性车轮降噪板，提高降噪性能。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种弹性车轮降噪板，包括第一降噪单元、第二降噪单元和中间阻尼层，所述第一降噪单元包括依次层叠设置的第一上金属板、第一阻尼层和第一下金属板，所述第二降噪单元包括依次层叠设置的第二上金属板、第二阻尼层和第二下金属板，所述第二下金属板包括延展区域，该延展区域通过中间阻尼层连接第一下金属板，车轮的幅板上设有镂空槽，所述第一降噪单元连接幅板的侧壁，使第二降噪单元在镂空槽处形成悬臂结构。
8.进一步地，所述第一降噪单元中，第一下金属板的两端均设有延长端，所述延长端上设有第一安装孔，第一下金属板通过第一螺栓穿过第一安装孔固定在幅板的侧壁上。
9.进一步地，所述第一阻尼层包括两个单元层，两个单元层对称设置于第一上金属板和第一下金属板中间夹层的两侧，两个单元层之间具有间隙区。
10.进一步地，所述的间隙区处设有中间金属板，所述第一上金属板、第一下金属板和中间金属板上均设有位置对应的第二安装孔，第二螺栓依次穿过第一上金属板、中间金属板第一下金属板后连接幅板的侧壁。
11.进一步地，还包括降噪铆钉，所述降噪铆钉依次穿过并连接第一上金属板、第一阻尼层、第一下金属板、中间阻尼层和第二下金属板。
12.进一步地，多个弹性车轮降噪板成圆周状均匀分布在车轮的幅板上。
13.进一步地，所述中间阻尼层的一面粘接第二下金属板，另一面粘接第一下金属板。
14.进一步地，所述中间阻尼层、第一阻尼层和第二阻尼层均为橡胶层。
15.进一步地，所述弹性车轮降噪板的整体层叠厚度小于1厘米。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17.1)本发明设计了阶梯式的第一降噪单元和第二降噪单元，两者通过中间阻尼层连接，使得第二降噪单元构成悬臂，由此中间阻尼层可产生较大幅形变，增大能量的耗散；同时，第二降噪单元可通过摆动有效吸收来自车轮的轴向振动，综合提升降噪效果。
18.2)第一下金属板的两端均设有延长端，既能作为固定结构，也能作为额外的动力吸振结构，有助于降噪板在车轮振动时产生更大的变形，吸收更多的能量。
19.3)第一阻尼层可包括两个单元层，在两个单元层中设置中间金属板，该结构中，阻尼层在车轮振动时可主要发生轴向变形，用于吸收车轮振动时的轴向能量，有助于第一阻尼层可做出更大的变形。
20.4)本发明还包括一个降噪铆钉，在车轮振动时，第一阻尼层12和中间阻尼层3可以以降噪铆钉7为中心产生轻微的旋转错动，可以更好地用于吸收车轮的径向能量。
21.5)本发明的整体层叠厚度为小于1厘米，质量较轻，对车轮的原有固有频率影响较小，适用范围广。
附图说明
22.图1为实施例一降噪板的结构示意图。
23.图2为实施例一降噪板另一角度的结构示意图。
24.图3为实施例一降噪板的安装结构爆炸示意图。
25.图4为实施例一降噪板的安装布局示意图。
26.图5为实施例一有限元边界元软件数值计算出的安装本实施例前后，车轮在轮轨粗糙度激励下的轴向振动速度级对比曲线。
27.由灰色粗线串起的曲线为安装了实施例一后的车轮的轴向振动速度级曲线；另一条曲线则为未安装实施例一的车轮轴向振动速度级曲线；其中纵坐标为轴向振动速度级，单位为db，横坐标为噪声频率，单位为hz。
28.图6为实施例二降噪板的结构示意图。
29.图7为实施例二有限元边界元软件数值计算出的安装本实施例前后，车轮在轮轨粗糙度激励下的轴向振动速度级对比曲线。
30.由灰色粗线串起的曲线为安装了实施例二后的车轮的轴向振动速度级曲线；另二条曲线则为未安装实施例二的车轮轴向振动速度级曲线；其中纵坐标为轴向振动速度级，单位为db，横坐标为噪声频率，单位为hz。
31.附图标记：1-第一降噪单元；11-第一上金属板；12-第一阻尼层；121-单元层；122-中间金属板；123-第二安装孔；13-第一下金属板；131-延长端；132-第一安装孔；14-降噪铆钉；2-第二降噪单元；21-第二上金属板；22-第二阻尼层；23-第二下金属板；231-延展区域；3-中间阻尼层；4-镂空槽；5-第一螺栓；6-第二螺栓。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案
为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
33.实施例一
34.如图1和图2所示，本实施例提供了一种弹性车轮降噪板，包括第一降噪单元1、第二降噪单元2和中间阻尼层3。
35.第一降噪单元1包括依次层叠设置的第一上金属板11、第一阻尼层12和第一下金属板13。第二降噪单元2包括依次层叠设置的第二上金属板21、第二阻尼层22和第二下金属板23。第二下金属板23的一侧包括延展区域231，该延展区域231通过中间阻尼层3连接第一下金属板13的底面。中间阻尼层3和第二下金属板23，以及第一下金属板13均采用强力液态胶水粘接。
36.本实施例中，第一下金属板13的两端均设有延长端131，延长端131上均设有第一安装孔132。由此，可以通过第一螺栓5穿过第一安装孔132将第一降噪单元1连同第二降噪单元2固定在车轮幅板上。第一阻尼层12包括两个单元层121，两个单元层121对称设置于第一上金属板11和第一下金属板13中间夹层的两侧，两个单元层121之间具有间隙区。进一步地，在间隙区内设有中间金属板122。在第一上金属板11、第一下金属板13和中间金属板122上均设有位置对应的第二安装孔123。由此，可以通过第二螺栓6依次穿过第一上金属板11、中间金属板122第一下金属板13的第二安装孔123后连接车轮幅板，加强对降噪板整体的固定。同时，该结构可使都第一阻尼层12在车轮振动时主要发生沿车轮轴向的变形，用于吸收车轮振动时的轴向能量，有助于第一阻尼层12可做出更大的变形。
37.如图3所示，本实施例的具体安装结构为：在车轮的幅板中央设有镂空槽4，第一下金属板13的两端通过第一螺栓5固定在幅板上，使得第二降噪单元2嵌合在镂空槽4处，并且距离镂空槽4底部一定距离形成悬臂。通过该结构，悬空的第二降噪单元2可以有效吸收车轮的轴向振动，提高降噪效果。
38.如图4所示，本实施例中，四个弹性车轮降噪板成圆周状均匀分布在车轮的幅板上。
39.本实施例中，各个金属板均采用钢材，各个阻尼层均采用橡胶，每个降噪单元中金属板和阻尼层通过胶水固定，这样保证了降噪板材料与车轮材料的力学性能基本相同，提高了车轮运行的稳定性。同时，弹性车轮降噪板的整体层叠厚度小于1厘米，整体质量较轻，对车轮的模态影响较小，适用范围广。
40.本实施例设计了阶梯式的第一降噪单元1和第二降噪单元2，两者通过中间阻尼层3连接，使得第二降噪单元2构成悬臂，由此中间阻尼层3可产生较大幅形变，增大能量的耗散；同时，第二降噪单元2可通过摆动有效吸收来自车轮的轴向振动，综合提升降噪效果。
41.如图5所示，是有限元边界元软件数值计算出的安装本实施例前后，车轮在轮轨粗糙度激励下的轴向振动速度级对比曲线。灰色粗曲线为安装了本实施例降噪板后的车轮的轴向振动速度级曲线，另一条曲线则为未安装本实施例降噪板轴向振动速度级曲线；其中纵坐标为轴向振动速度级，单位为db，横坐标为噪声频率，单位为hz。从图5可以看出，安装本实施例降噪板后，在轮轨啸叫的显著频段(2000-4000hz)内，车轮在轴向振动产生的噪声明显降低，可见车轮噪声得到了有效控制。
42.实施例二
43.如图6所示，本实施例提供了一种弹性车轮降噪板，包括第一降噪单元1、第二降噪单元2和中间阻尼层3。本实施例的整体结构和实施例一类似，其区别点在于第一降噪单元1中第一阻尼层12的结构不同。
44.本实施例中，第一阻尼层12为一块完整的橡胶层，本实施例还包括一个降噪铆钉7，降噪铆钉7依次穿过并连接第一上金属板11、第一阻尼层12、第一下金属板13、中间阻尼层3和第二下金属板23。在车轮振动时，第一阻尼层12和中间阻尼层3可以以降噪铆钉7为中心产生轻微的旋转错动，可以更好地用于吸收车轮的径向能量。
45.如图7所示，为有限元边界元软件数值计算出的安装本实施例降噪板前后，车轮在轮轨粗糙度激励下的径向振动速度级对比曲线。灰色粗曲线为安装了本实施例降噪板装置后的车轮的径向振动速度级曲线，另一条曲线则为未安装本实施例降噪板车轮径向振动速度级曲线；其中纵坐标为径向振动速度级，单位为db，横坐标为噪声频率，单位为hz。从图7可以看出，安装本实施例降噪板后，在轮轨啸叫的显著频段(2000-4000hz)内，车轮径向振动产生的噪声明显降低，可见车轮噪声得到了有效控制。
46.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。