本发明涉及一种抑制轨道车辆设备振动的自适应滚球惯性式吸振器，该吸振器包括内部带有球形空腔的箱体以及设置在球形空腔内自由运动的惯性滚球，所述的箱体顶部通过箱体‑设备承载梁连接螺栓与设备承载梁连接，并且在箱体‑设备承载梁连接螺栓外套设有线性弹簧，与现有技术相比，本发明具有结构简单可靠性高、成本低、有效降低设备本身振动及噪声、提高车辆运行平稳性及乘坐舒适度、适用性广等优点。
1.一种抑制轨道车辆设备振动的自适应滚球惯性式吸振器，其特征在于，该吸振器包括内部带有球形空腔的箱体(6)以及设置在球形空腔内自由运动的惯性滚球(8)，所述的箱体(6)顶部通过箱体‑设备承载梁连接螺栓(2)与设备承载梁(1)连接，并且在箱体‑设备承载梁连接螺栓(2)外套设有线性弹簧(3)，所述的箱体(6)上表面四角处分别通过连接板‑箱体连接螺栓(5)固定连接有连接板(4)，所述的箱体‑设备承载梁连接螺栓(2)在依次穿过连接板(4)和设备承载梁(1)后通过螺母固定，所述的线性弹簧(3)设有两条，上线性弹簧设置在连接板(4)上表面与设备承载梁(1)下表面之间，下线性弹簧位于箱体‑设备承载梁连接螺栓(2)的螺帽与连接板(4)下表面之间，用以在设备发生振动时为箱体(6)和设备承载梁(1)之间相对运动提供线性刚度。
2.根据权利要求1所述的一种抑制轨道车辆设备振动的自适应滚球惯性式吸振器，其特征在于，所述的箱体(6)由上半箱体和下班箱体通过箱体连接螺栓(7)拼合成型，整体呈立方体型。
3.根据权利要求1所述的一种抑制轨道车辆设备振动的自适应滚球惯性式吸振器，其特征在于，所述的箱体(6)和惯性滚球(8)材质均为钢。
4.根据权利要求1所述的一种抑制轨道车辆设备振动的自适应滚球惯性式吸振器，其特征在于，所述的箱体(6)球形空腔表面设有一橡胶层，用以减轻惯性滚球(8)的噪声冲击。
5.根据权利要求1所述的一种抑制轨道车辆设备振动的自适应滚球惯性式吸振器，其特征在于，该吸振器的具体装配步骤包括：
2)上下两半箱体通过箱体连接螺栓(7)连接形成箱体(6)整体；
3)四个连接板(4)的一端通过连接板‑箱体连接螺栓(5)与箱体(6)固定连接；
4)四个连接板(4)的另一端通过箱体‑设备承载梁连接螺栓(2)与设备承载梁(1)连接，且连接板(4)与设备承载梁(1)之间安装有线性弹簧(3)，上线性弹簧位于连接板(4)和设备承载梁(1)之间，下线性弹簧位于螺帽和连接板(4)之间。
6.根据权利要求1所述的一种抑制轨道车辆设备振动的自适应滚球惯性式吸振器，其特征在于，当轨道车辆设备发生垂向振动时，通过惯性滚球(8)在箱体(6)的球形空腔内做自由运动产生的离心力补偿外部激励力作用，进而抑制轨道车辆设备振动，则该吸振器系统的振动微分方程为：其中，P(t)为激励力，且P(t)＝P cos(wt+α)，w为激励力角速度，t为时间，α、 为惯性滚球相对球形空腔运动的角坐标、角速度和角加速度，R为球形空腔半径，r为惯性滚球半径，M为吸振器系统主质量，m为惯性滚球质量。
7.根据权利要求6所述的一种抑制轨道车辆设备振动的自适应滚球惯性式吸振器，其特征在于，所述的惯性滚球质量m设置为吸振器系统主质量M的5％～10％。
一种抑制轨道车辆设备振动的自适应滚球惯性式吸振器
技术领域
[0001] 本发明涉及轨道交通装备减振技术领域，尤其是涉及一种抑制轨道车辆设备振动的自适应滚球惯性式吸振器。
背景技术
[0002] 轨道交通建设早已成为我国综合国力的重要体现，因其安全、便捷、环保等优势轨道交通已经逐渐成为人们出行首选的交通方式之一。
[0003] 尽管近些年来我国轨道交通行业发展迅速，但由于列车运行速度的不断提高、运客量的增大及运行里程的增加等因素，轨道车辆的设备如空气压缩机、牵引变压器等设备本身的振动以及其对车体振动的影响愈加明显，不仅增加了设备本身的故障率，而且严重影响了列车的运行平稳性、安全性、乘坐舒适性，对乘客乘坐体验甚至运行安全构成严重威胁，此外，设备本身的振动加剧伴随着振动噪声污染、轨道交通建设运营成本提高等问题。
[0004] 因此，治理和解决轨道车辆面临的设备振动问题具有重要的工程意义和现实价值。
发明内容
[0005] 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抑制轨道车辆设备振动的自适应滚球惯性式吸振器。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] 一种抑制轨道车辆设备振动的自适应滚球惯性式吸振器，该吸振器包括内部带有球形空腔的箱体以及设置在球形空腔内自由运动的惯性滚球，所述的箱体顶部通过箱体‑设备承载梁连接螺栓与设备承载梁连接，并且在箱体‑设备承载梁连接螺栓外套设有线性弹簧。
[0008] 所述的箱体由上半箱体和下班箱体通过箱体连接螺栓拼合成型，整体呈立方体型。
[0009] 所述的箱体上表面四角处分别通过连接板‑箱体连接螺栓固定连接有连接板。
[0010] 所述的箱体‑设备承载梁连接螺栓在依次穿过连接板和设备承载梁后通过螺母固定。
[0011] 所述的线性弹簧设有两条，上线性弹簧设置在连接板上表面与设备承载梁下表面之间，下线性弹簧位于箱体‑设备承载梁连接螺栓的螺帽与连接板下表面之间，用以在设备发生振动时为箱体和设备承载梁之间相对运动提供线性刚度。
[0012] 所述的箱体和惯性滚球材质均为钢。
[0013] 所述的箱体球形空腔表面设有一橡胶层，用以减轻惯性滚球的噪声冲击。
[0014] 该吸振器的具体装配步骤包括：
[0015] 1)将惯性滚球置于下半箱体内；
[0016] 2)上下两半箱体通过箱体连接螺栓连接形成箱体整体；
[0017] 3)四个连接板的一端通过连接板‑箱体连接螺栓与箱体固定连接；
[0018] 4)四个连接板的另一端通过箱体‑设备承载梁连接螺栓与设备承载梁连接，且连接板与设备承载梁之间安装有线性弹簧，上线性弹簧位于连接板和设备承载梁之间，下线性弹簧位于螺帽和连接板之间。
[0019] 当轨道车辆设备发生垂向振动时，通过惯性滚球在箱体的球形空腔内做自由运动产生的离心力补偿外部激励力作用，进而抑制轨道车辆设备振动，则该吸振器系统的振动微分方程为：
[0020]
[0021]
[0022] 其中，P(t)为激励力，且P(t)＝Pcos(wt+α)，w为激励力角速度，t为时间，α、为惯性滚球相对球形空腔运动的角坐标、角速度和角加速度，R为球形空腔半径，r为惯性滚球半径，M为吸振器系统主质量，m为惯性滚球质量。
[0023] 所述的惯性滚球质量m设置为吸振器系统主质量M的5％～10％。
[0024] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0025] 一、本发明结构相对简单，生产制造成本低。
[0026] 二、本发明安装于轨道车辆设备承载梁上，安装方便，装配容易。
[0027] 三、本发明可有效降低设备本身振动及噪声、抑制车体振动并提高车辆运行平稳性及乘坐舒适度，减振效果显著。
[0028] 四、本发明惯性滚球在箱体空腔内，不易受外界因素影响，可长时间高效可靠地工作。
[0029] 五、本发明可广泛应用于城际铁路、普通铁路、高速铁路等各类轨道交通车辆。
附图说明
[0030] 图1为本发明的剖面结构示意图。
[0031] 图2为本发明工作原理分析简图。
[0032] 图3为本发明整体结构示意图。
[0033] 图4为本发明箱体‑连接板‑承载梁的装配结构示意图。
[0034] 图中标记说明：
[0035] 1、设备承载梁，2、箱体‑设备承载梁连接螺栓，3、线性弹簧，4、连接板，5、连接板‑箱体连接螺栓，6、箱体，7、箱体连接螺栓，8、惯性滚球。
具体实施方式
[0036] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0037] 实施例
[0038] 如图1所示，本发明提供一种抑制轨道车辆设备振动的自适应滚球惯性式吸振器，主要包括线性弹簧3、连接板4、箱体6、惯性滚球8，为便于吸振器结构装配，箱体6为通过螺栓7连接组合而成的可拆分结构，且其内部为球形空腔结构，为惯性滚球8提供运动空间；连接板4一端通过螺栓5与箱体6连接，另一端通过螺栓 2与设备承载梁1连接，且连接板4与设备承载梁1之间设有线性弹簧3，在车辆运行过程中为箱体6和设备承载梁1之间相对运动提供线性刚度；并且车辆运行过程中，惯性滚球8可在箱体6的空腔内自由运动。
[0039] 本例中，箱体6和惯性滚球8的材质均选择钢，箱体6的球形空腔表面设有一橡胶层，用以减轻惯性滚球的噪声冲击，另外，惯性滚球质量m设置为吸振器系统主质量M的5％～10％，这样的抑制振动效果最佳。
[0040] 该吸振器的具体装配步骤如下：
[0041] A、将惯性滚球8置于下半箱体内；
[0042] B、上下两半箱体通过箱体连接螺栓7连接形成箱体6整体；
[0043] C、四个连接板4一端通过连接板‑箱体连接螺栓5与箱体6固定连接；
[0044] D、四个连接板4另一端通过箱体‑设备承载梁连接螺栓2与设备承载梁1连接，且连接板4与设备承载梁1之间安装有线性弹簧3，上线性弹簧位于连接板4 和设备承载梁1之间，下线性弹簧位于螺帽和连接板4之间；
[0045] 如图2所示，设吸振器的主质量为M，刚度k，滚球质量为m，半径为r，滚球相对腔体运动的角坐标由α表示，滚球运动垂向坐标由z表示，空腔半径为R，系统受到激励力P(t)＝Pcos(wt+α)，系统振动微分方程为：
[0046]
[0047]
[0048] 当 即主质量保持静止时，由式子(2)可得
[0049] α＝wht+α0 (3)
[0050] 同时由式(1)可以求得未知参数wh为w，且得到吸振器质量初始位置和激励力相位之间的关系：
[0051] α0＝α+π (4)
[0052] 主质量保持静止时，由式(3)和式(1)变换可得：
[0053] m(R‑r)w2cos(wt+α0)‑Pcos(wt+α+π)＝0 (5)
[0054] 进一步地得：
[0055] P＝m(R‑r)w2 (6)
[0056] 即离心力补偿了外部激励力作用。
[0057] 本发明提供的自适应滚球惯性式吸振器可以根据空气压缩机、牵引变压器等设备的激励频率的变化自动调节，降低设备本身的振动与噪声、降低对车体产生的振动影响以及提高车辆运行平稳性及乘坐舒适度，结构简单，效果显著，可靠性高。
