本發(fā)明涉及鐵道車輛
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是涉及一種用于鐵道車輛車下設(shè)備懸掛的減振器。
背景技術(shù)：
：采用動(dòng)力分散的高速列車，牽引變流器、輔助變流器等設(shè)備直接吊掛在車體客室下，隨著列車運(yùn)行速度的提高，采用輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)的車體彈性振動(dòng)加劇，車下設(shè)備直接吊掛于車體下方會(huì)對(duì)車體運(yùn)行平穩(wěn)性產(chǎn)生影響，如果吊掛方式不當(dāng)，可能導(dǎo)致車體振動(dòng)惡化，降低車輛運(yùn)行平穩(wěn)性。目前高速列車車下設(shè)備多采用彈性吊掛于車體下方，其剛度通常是基于設(shè)備垂向吊掛剛度進(jìn)行設(shè)計(jì)的，主要原因是由于用于車下設(shè)備吊掛的橡膠彈簧存在固定的垂向、橫向剛度比，一旦垂向剛度確定，橫向剛度即隨之確定。而實(shí)際上，僅考慮垂向吊掛剛度時(shí)，雖然垂向振動(dòng)得到了有效控制，但橫向振動(dòng)控制卻無法取得最優(yōu)情況。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于鐵道車輛車下設(shè)備懸掛的減振器。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種用于鐵道車輛車下設(shè)備懸掛的減振器，包括并聯(lián)設(shè)置在車體和車下設(shè)備之間的橡膠彈簧和僅用于提供負(fù)剛度的碟形彈簧負(fù)剛度機(jī)構(gòu)。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的碟形彈簧負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的一端分與車體固定連接，另一端與車下設(shè)備滾動(dòng)或滑動(dòng)連接。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的碟形彈簧負(fù)剛度機(jī)構(gòu)包括順次連接的碟形彈簧和滾動(dòng)輪，所述的碟形彈簧與車體固定連接，滾動(dòng)輪與車下設(shè)備滾動(dòng)連接。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的滾動(dòng)輪設(shè)有一個(gè)或多個(gè)。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的碟形彈簧的高厚比大于作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述碟形彈簧為預(yù)壓縮碟形彈簧。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的橡膠彈簧的兩端分別與車體和車下設(shè)備固定連接。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的橡膠彈簧為壓縮型橡膠彈簧。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的橡膠彈簧及碟形彈簧負(fù)剛度機(jī)構(gòu)分別設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)。本發(fā)明的工作原理為：利用碟形彈簧的負(fù)剛度特性，與橡膠彈簧并聯(lián)，設(shè)計(jì)出一種可以實(shí)現(xiàn)垂向、橫向吊掛剛度分離的車下設(shè)備新型減振器。其設(shè)計(jì)步驟為：首先，設(shè)計(jì)橡膠彈簧，使其橫向(x向和y向)剛度與橫向剛度目標(biāo)值相等；然后，設(shè)計(jì)碟形彈簧，使其在平衡位置的負(fù)剛度與橡膠彈簧垂向(z向)剛度疊加后同垂向剛度目標(biāo)值相等；最后，通過滑動(dòng)或滾動(dòng)連接(優(yōu)選采用滾動(dòng)輪的滾動(dòng)連接)，釋放碟形彈簧橫向自由度，使其提供的橫向剛度為零，實(shí)現(xiàn)車下設(shè)備垂向與橫向吊掛剛度的最優(yōu)匹配。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)采用僅提供負(fù)剛度的碟形彈簧負(fù)剛度機(jī)構(gòu)與橡膠彈簧并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，使橡膠彈簧在垂向剛度與碟形彈簧負(fù)剛度疊加后得到目標(biāo)剛度，以實(shí)現(xiàn)車下設(shè)備垂向與橫向吊掛剛度的最優(yōu)匹配，具有垂向、橫向剛度分離的特性，該減振器可有效降低車體振動(dòng)，提高車輛運(yùn)行平穩(wěn)性。(2)裝置可直接安裝在車體與車下設(shè)備之間，無須對(duì)車體或車下設(shè)備進(jìn)行改造，可用性高，適用性廣。(3)滾動(dòng)輪可將碟形彈簧橫向(x向和y向)自由度釋放，使碟形彈簧僅提供垂向(z向)剛度。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的減振器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的碟形彈簧截面示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的碟形彈簧受力特性曲線；圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的減振器的剛度-位移(k-x)關(guān)系圖；圖5為車下設(shè)備分別采用本發(fā)明的減振器和傳統(tǒng)橡膠減振器的車輛運(yùn)行工況車體橫向振動(dòng)功率譜對(duì)比圖；圖6為車下設(shè)備分別采用本發(fā)明的減振器和傳統(tǒng)橡膠減振器的車輛運(yùn)行工況車體垂向振動(dòng)功率譜對(duì)比圖。圖1中，1為車體，2為車下設(shè)備，3為橡膠彈簧，4為碟形彈簧負(fù)剛度機(jī)構(gòu)，5為碟形彈簧，6為滾動(dòng)輪。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1一種用于鐵道車輛車下設(shè)備懸掛的減振器，如圖1所示，包括并聯(lián)在車體與車下設(shè)備之間的橡膠彈簧3和僅提供負(fù)剛度的碟形彈簧負(fù)剛度機(jī)構(gòu)4(本實(shí)施例中橡膠彈簧3和碟形彈簧負(fù)剛度機(jī)構(gòu)4均設(shè)有一個(gè))，橡膠彈簧3一端與車體1固定連接，另一端與車下設(shè)備2固定連接，碟形彈簧負(fù)剛度機(jī)構(gòu)4的一端分與車體1固定連接，另一端與車下設(shè)備2滾動(dòng)或滑動(dòng)連接(本實(shí)施例中，僅提供負(fù)剛度的碟形彈簧負(fù)剛度機(jī)構(gòu)4包括順次連接的碟形彈簧5和滾動(dòng)輪6，碟形彈簧5與車體1固定連接，滾動(dòng)輪6與車下設(shè)備2滾動(dòng)連接，滾動(dòng)輪6的個(gè)數(shù)根據(jù)需要至少設(shè)置一個(gè)，本實(shí)施中設(shè)置兩個(gè)滾動(dòng)輪6)。對(duì)于橡膠彈簧3與碟形彈簧5參數(shù)設(shè)計(jì)具體步驟如下：首先，設(shè)計(jì)橡膠彈簧3，使其橫向剛度與橫向剛度目標(biāo)值相等；然后，設(shè)計(jì)碟形彈簧5，使其在平衡位置的負(fù)剛度與橡膠彈簧3垂向剛度疊加后同垂向剛度目標(biāo)值相等；最后，設(shè)計(jì)滾動(dòng)輪6，釋放碟形彈簧5橫向(x向和y向)自由度，使其提供的橫向剛度為零，以實(shí)現(xiàn)車下設(shè)備垂向與橫向吊掛剛度的最優(yōu)匹配。具體地：本實(shí)施選用無支撐面碟形彈簧，截面示意圖如圖2所示。圖中，tc為厚度，h0為初始高度，d為外徑，d為內(nèi)徑。通常，無支撐面碟形彈簧(外內(nèi)徑之比c＝1～4)受力可表示為：式中，e為彈性模量，μ為泊松比，x為碟形彈簧從初始位置沿垂向產(chǎn)生的位移，k1與外內(nèi)徑之比c(c＝d/d)有關(guān)：碟形彈簧根據(jù)其高厚比不同，會(huì)表現(xiàn)出不同的受力特性，當(dāng)高厚比大于時(shí)，其受力特性會(huì)出現(xiàn)一段負(fù)剛度區(qū)域(特性曲線斜率為負(fù)值的區(qū)域)，如圖3所示。為了研究碟形彈簧負(fù)剛度特性，將式(1)進(jìn)行簡(jiǎn)化，令代入式(1)可得上式對(duì)x進(jìn)行求導(dǎo)，可得碟形彈簧剛度表達(dá)式為：可以看出，碟形彈簧剛度kd是變形量x的二次函數(shù)，其對(duì)稱軸為x＝αtc，且kd(0)＝λ(α2+1)/tc＞0，要使碟形彈簧具有負(fù)剛度區(qū)間，必須滿足δ＝(-3α)2-6(α2+1)＞0，即此時(shí)負(fù)剛度的區(qū)間為：本實(shí)施例的減振器剛度-位移曲線如圖4所示，其中kaideal為剛度設(shè)計(jì)目標(biāo)值，kd為通過式(4)計(jì)算得到的碟形彈簧剛度曲線，kz為所并聯(lián)的橡膠彈簧剛度，ka＝kz+kd即為最終獲得的本實(shí)施例的減振器垂向剛度曲線。從圖中可以看出，當(dāng)系統(tǒng)在平衡位置附近振動(dòng)時(shí)，本實(shí)施例的減振器垂向剛度ka可達(dá)到剛度設(shè)計(jì)目標(biāo)值kaideal。橡膠彈簧可分為壓縮型、剪切型和復(fù)合型，軌道車輛車下設(shè)備彈性吊掛通常用壓縮型橡膠彈簧，其垂向和橫向剛度之比(垂橫剛度比)通常在4.5以上，即kz≥4.5ky，為方便說明，本實(shí)施例取垂橫剛度比為4.5的圓柱形橡膠彈簧為例，作為車下設(shè)備彈性吊掛原件，其三向剛度關(guān)系為：kz＝4.5ky，ky＝kx。現(xiàn)已通過仿真，得到某高速列車車下設(shè)備吊掛頻率最優(yōu)值為垂向9hz、橫向12hz，該設(shè)備質(zhì)量為6400kg，吊掛點(diǎn)數(shù)為4，則設(shè)備每吊掛點(diǎn)目標(biāo)剛度值為據(jù)此，本實(shí)施例的減振器中橡膠彈簧橫向、縱向剛度即為ky＝kyideal，kx＝ky(7)依據(jù)橡膠彈簧垂橫比，可得本實(shí)施例的減振器中橡膠彈簧垂向剛度為kz＝4.5×ky＝4.09×107n/m(8)那么，所本實(shí)施例的減振器中碟形彈簧其在平衡位置的負(fù)剛度即為kd(u＝0)＝kzideal-kz＝-3.58×107n/m(9)根據(jù)以上數(shù)值，可給定α和c的值，即可確定碟形彈簧其余各參數(shù)，具體如表1所示。表1碟形彈簧各參數(shù)參數(shù)單位數(shù)值含義egpa206彈性模量μ無0.03泊松比α無4高厚比h0mm12.27高度tcm3.07厚度c無2外內(nèi)徑之比dmm85.78外徑dmm42.89內(nèi)徑碟形彈簧要求高厚比大于橡膠彈簧采用壓縮型橡膠彈簧，要求其固定形狀，具有固定的垂橫剛度比，通過上述設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)車下設(shè)備垂向與橫向吊掛剛度的最優(yōu)匹配。圖5、圖6為分別車下設(shè)備采用傳統(tǒng)橡膠元件和本發(fā)明減振器的車輛仿真運(yùn)行時(shí)，車體中部地板面橫向、垂向振動(dòng)加速度功率譜密度對(duì)比結(jié)果。從圖中可以看出，本發(fā)明減振器得到的車體中部地板面橫向振動(dòng)加速度功率譜密度在9～16hz及垂向振動(dòng)加速度功率譜密度在9～12hz明顯優(yōu)于傳統(tǒng)橡膠減振元件，說明新型減振器能夠有效降低車體振動(dòng)彈性振動(dòng)，提高車輛運(yùn)行平穩(wěn)性。實(shí)施例2本實(shí)施例的用于鐵道車輛車下設(shè)備懸掛的減振器與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于，本實(shí)施例中，碟形彈簧5的高厚比大于首先，設(shè)計(jì)橡膠彈簧，使其橫向(x向和y向)剛度與橫向剛度目標(biāo)值相等；然后，設(shè)計(jì)碟形彈簧，使其在平衡位置的負(fù)剛度與橡膠彈簧垂向(z向)剛度疊加后同垂向剛度目標(biāo)值相等；最后，通過滑動(dòng)或滾動(dòng)連接(優(yōu)選采用滾動(dòng)輪的滾動(dòng)連接)，釋放碟形彈簧橫向自由度，使其提供的橫向剛度為零，實(shí)現(xiàn)車下設(shè)備垂向與橫向吊掛剛度的最優(yōu)匹配。實(shí)施例3本實(shí)施例的用于鐵道車輛車下設(shè)備懸掛的減振器與實(shí)施例2基本相同，不同之處在于，本實(shí)施例中，碟形彈簧5為預(yù)壓縮碟形彈簧。首先，設(shè)計(jì)橡膠彈簧，使其橫向(x向和y向)剛度與橫向剛度目標(biāo)值相等；然后，設(shè)計(jì)碟形彈簧，使其在平衡位置的負(fù)剛度與橡膠彈簧垂向(z向)剛度疊加后同垂向剛度目標(biāo)值相等；最后，通過滑動(dòng)或滾動(dòng)連接(優(yōu)選采用滾動(dòng)輪的滾動(dòng)連接)，釋放碟形彈簧橫向自由度，使其提供的橫向剛度為零，實(shí)現(xiàn)車下設(shè)備垂向與橫向吊掛剛度的最優(yōu)匹配。實(shí)施例4本實(shí)施例的用于鐵道車輛車下設(shè)備懸掛的減振器與實(shí)施例2基本相同，不同之處在于，本實(shí)施例中，橡膠彈簧3為壓縮型橡膠彈簧。首先，設(shè)計(jì)橡膠彈簧，使其橫向(x向和y向)剛度與橫向剛度目標(biāo)值相等；然后，設(shè)計(jì)碟形彈簧，使其在平衡位置的負(fù)剛度與橡膠彈簧垂向(z向)剛度疊加后同垂向剛度目標(biāo)值相等；最后，通過滑動(dòng)或滾動(dòng)連接(優(yōu)選采用滾動(dòng)輪的滾動(dòng)連接)，釋放碟形彈簧橫向自由度，使其提供的橫向剛度為零，實(shí)現(xiàn)車下設(shè)備垂向與橫向吊掛剛度的最優(yōu)匹配。實(shí)施例5本實(shí)施例的用于鐵道車輛車下設(shè)備懸掛的減振器與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于，本實(shí)施中的橡膠彈簧3及碟形彈簧負(fù)剛度機(jī)構(gòu)4設(shè)置有多個(gè)。首先，設(shè)計(jì)橡膠彈簧，使其橫向(x向和y向)剛度與橫向剛度目標(biāo)值相等；然后，設(shè)計(jì)碟形彈簧，使其在平衡位置的負(fù)剛度與橡膠彈簧垂向(z向)剛度疊加后同垂向剛度目標(biāo)值相等；最后，通過滑動(dòng)或滾動(dòng)連接(優(yōu)選采用滾動(dòng)輪的滾動(dòng)連接)，釋放碟形彈簧橫向自由度，使其提供的橫向剛度為零，實(shí)現(xiàn)車下設(shè)備垂向與橫向吊掛剛度的最優(yōu)匹配。當(dāng)前第1頁(yè)12