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您当前的位置： 一种用于铁道车辆牵引电机准零刚度隔振器的制作方法
2021-02-05 19:02:28|
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本发明涉及铁道车辆技术领域，尤其是涉及一种用于铁道车辆牵引电机准零刚度隔振器。
背景技术：
随着铁道车辆技术的不断发展，越来越多的人选择地铁或高铁出行。目前地铁或高铁主要采用动力分散技术，需要在动力转向架悬挂安装驱动电机，驱动电机是驱动系统的核心部件，也是转向架振动来源之一，如何合理安装于构架，并采取合适的隔振措施降低构架振动，是电机悬挂的关键问题。如果电机隔振措施采取不当，可能造成构架振动过大，对运行安全性造成威胁。
技术实现要素：
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针对牵引电机的振动情况，降低构架振动，提高构架运行稳定性和安全性的用于铁道车辆牵引电机准零刚度隔振器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于铁道车辆牵引电机准零刚度隔振器，包括设置在车体的构架横梁的上方及两侧的多个准零刚度隔振器，各准零刚度隔振器以构架横梁为中心呈对称布置，各准零刚度隔振器与连接支架连接，所述连接支架与电机的电机支架刚性连接。
所述准零刚度隔振器包括准零刚度隔振器上端安装座、准零刚度隔振器下端安装座、碟形弹簧与橡胶弹簧，所述准零刚度隔振器上端安装座与连接支架连接，所述准零刚度隔振器下端安装座与车体的构架横梁连接，所述碟形弹簧与所述橡胶弹簧并联，所述碟形弹簧的两端、所述橡胶弹簧的两端分别与准零刚度隔振器上端安装座、准零刚度隔振器下端安装座连接。碟形弹簧与橡胶弹簧呈并联关系，隔振器的刚度等于两者刚度之和。
进一步地，所述碟形弹簧的高度与厚度之比大于
进一步地，所述准零刚度隔振器下端安装座采用螺栓，通过安装环与构架横梁连接。所述安装环、所述准零刚度隔振器下端安装座分别与连接支架连接。
进一步地，所述安装环与连接支架之间，所述准零刚度隔振器下端安装座与连接支架之间分别设有润滑层，以释放隔振器的横向和纵向刚度。
进一步地，所述准零刚度隔振器上端安装座与连接支架通过螺栓连接。
进一步地，所述构架横梁的上方及两侧分别布置一个或多个准零刚度隔振器。
进一步地，所述安装环为圆环形刚性结构。
本发明用于铁道车辆牵引电机准零刚度隔振器的工作原理为：
利用碟形弹簧的负刚度特性，与橡胶弹簧并联，设计出一种准零刚度隔振器，用于铁道车辆电机吊挂。其设计步骤为：设计橡胶弹簧，使其垂向刚度在额定承载状态下的静挠度与常用电机橡胶减振器的静挠度相当，作用与常用橡胶减振器相同；随后，设计碟形弹簧高度、厚度、内径、外径参数，使其在额定承载状态下平衡位置的负刚度与橡胶弹簧垂向刚度叠加后得到准零刚度；最后，设计准零刚度隔振器上、下端安装座、润滑层、安装环，使碟形弹簧与橡胶弹簧并联，且释放碟形弹簧横向刚度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)采用仅提供负刚度的碟形弹簧负刚度机构与橡胶弹簧并联的结构形式，且碟形弹簧的高厚比大于
(2)针对牵引电机的振动情况，本发明在车体的构架横梁的上方及两侧设置准零刚度隔振器，结构上与构架横梁结合，使得准零刚度隔振器安装时在横向和垂向均可以布置；
(3)安装环、隔振器下端安装座与电机支架连接安装时，中间设有润滑层，可释放准零刚度隔振器的横向和纵向刚度；
(4)本发明结构简单、紧凑，生产、安装方便，隔振性能好。
附图说明
图1为实施例中用于铁道车辆牵引电机准零刚度隔振器的结构示意图；
图2为实施例中准零刚度隔振器的结构示意图；
图3为实施例中碟形弹簧的结构示意图；其中，图3(a)为碟形弹簧的截面主视结构示意图，图3(b)为碟形弹簧的俯视结构示意图；
图4为实施例中橡胶弹簧的结构示意图，其中，图4(a)为橡胶弹簧的主视结构示意图，图4(b)为橡胶弹簧的侧视结构示意图；
图5为实施例中碟形弹簧、橡胶弹簧的受力特性曲线图；
图6为实施例中准零刚度隔振器的刚度-位移关系图；
图中标号所示：
1、碟形弹簧，2、橡胶弹簧，3、准零刚度隔振器上端安装座，4、准零刚度隔振器下端安装座，5、润滑层，6、安装环，7、构架横梁，8、连接支架，9、电机支架，10、电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本发明涉及一种用于铁道车辆牵引电机准零刚度隔振器，包括碟形弹簧1、橡胶弹簧2、准零刚度隔振器上端安装座3、准零刚度隔振器下端安装座4、润滑层5、安装环6、构架横梁7、连接支架8、电机支架9和电机10。
碟形弹簧1、橡胶弹簧2、准零刚度隔振器上端安装座3、准零刚度隔振器下端安装座4组成准零刚度隔振器。具体地，碟形弹簧1两端分别与准零刚度隔振器上端安装座3、准零刚度隔振器下端安装座4固定连接，橡胶弹簧2与碟形弹簧1并联，且该橡胶弹簧2的两端分别与准零刚度隔振器上端安装座3、准零刚度隔振器下端安装座4固定连接。优选地，准零刚度隔振器上端安装座3与碟形弹簧1的外圈一端固定连接，准零刚度隔振器下端安装座4与碟形弹簧1的内圈一端固定连接。
碟形弹簧1与橡胶弹簧2呈并联关系，组成的准零刚度隔振器的刚度等于两者刚度之和；碟形弹簧1的结构图如图3所示，其高厚比大于
准零刚度隔振器上端安装座3通过螺栓与连接支架8连接。连接支架8与电机支架9刚性连接，可采用螺栓连接或焊接连接等方式。准零刚度隔振器下端安装座4通过安装环6与车体的构架横梁7连接。准零刚度隔振器在构架横梁7的上方及两侧均有布置，且各准零刚度隔振器以构架横梁7为中心呈对称布置。准零刚度隔振器在构架横梁7的上方及两侧可以布置1个或多个。
具体地，准零刚度隔振器下端安装座4采用螺栓，通过安装环6与构架横梁7连接。安装环6、隔振器下端安装座4与连接支架8连接安装时，中间设有润滑层5，以释放隔振器的横向和纵向刚度。优选地，安装环6为圆环形的刚性结构。
本实施例用于铁道车辆牵引电机准零刚度隔振器的具体安装过程为：
利用碟形弹簧1的负刚度特性，与橡胶弹簧2并联，设计出一种准零刚度隔振器，用于铁道车辆电机吊挂。其设计步骤为：设计橡胶弹簧2，使其垂向刚度在额定承载状态下的静挠度与常用电机橡胶减振器的静挠度相当，作用与常用橡胶减振器相同；然后，设计碟形弹簧1的高度、厚度、内径、外径参数，使其在额定承载状态下平衡位置的负刚度与橡胶弹簧垂向刚度叠加后得到准零刚度；最后，设计准零刚度隔振器上端安装座3、准零刚度隔振器下端安装座4、润滑层5、安装环6，使碟形弹簧1与橡胶弹簧2并联，且释放碟形弹簧1的横向刚度。
本实施例选用无支撑面碟形弹簧，截面示意图如图3(a)所示。图中，tc为厚度，h0为初始高度，d为外径，d为内径。设计步骤中碟型弹簧的参数设计公式为：
式中，e为弹性模量，μ为泊松比，x为碟形弹簧从初始位置沿垂向产生的位移，参数k1与外内径之比c(c＝d/d)有关：
碟形弹簧具备负刚度特性原理及其计算为：
碟形弹簧根据其高厚比不同，会表现出不同的受力特性，当高厚比大于
为了研究碟形弹簧负刚度特性，将式(1)进行简化，令：
代入式(1)可得
上式对x进行求导，可得碟形弹簧的刚度表达式为：
可以看出，碟形弹簧的刚度kd是变形量x的二次函数，其对称轴为x＝αtc，且kd(0)＝λ(α2+1)/tc＞0，要使碟形弹簧具有负刚度区间，必须满足δ＝(-3α)2-6(α2+1)＞0，即
图5中子图(a)为碟形弹簧力-位移曲线图，图中存在一段具有负刚度特性(曲率为负)的区域，这与图6中子图(a)的碟形弹簧刚度-位移曲线的负刚度(刚度小于0)区域相对应。而负刚度在振动过程中是不稳定的，因此加入橡胶弹簧的正刚度作为刚度补偿，橡胶弹簧的力-位移曲线如图5中子图(b)所示，碟形弹簧与橡胶弹簧安装时成并联关系，两力相加，得到组合后的力-位移曲线如图5中子图(c)所示，对应的刚度-位移曲线如图6中子图(b)所示，合成后的刚度无负刚度区域，且在平衡位置(图中1.5mm处)刚度等于0，即为准零刚度特性。对于安装于转向架驱动电机的准零刚度减振器，当系统在此准零刚度平衡位置附近做小幅度振动时，由于准零刚度系统的隔振起始频率低，隔振频带宽，可以有效隔离电机传递至构架的振动，以提高构架运行稳定性，防止构架由于电机激励振动过大导致疲劳损伤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
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