一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器及设计方法

本发明涉及振动控制，具体涉及一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器及设计方法。

背景技术：

1、振动目前普遍存在于人类生活中，影响了人类的方方面面。振动目前给人类带来的消极影响大于积极影响。随着现代科技的发展，振动问题日渐凸显，严重影响周边环境和人类日常生活，在轨道交通方面，由于振动问题，极大地降低了乘车人员的舒适度，同时也加重了轨道的磨损，增大了维修成本，因此，需要减振与降噪来减少振动与噪声的影响。

2、目前为了减小振动带来的影响，很多减振技术被研究出来。其中，减振隔振技术是目前抑制振动危害的主要手段；由隔振理论证明：无论是主动隔振还是被动隔振，只有当激励频率大于√2倍的系统固有频率时，系统才有隔振效果。

3、然而，对于低频振动，传统的线性弹簧无法有效隔离振动，而最有效的方法是降低系统的固有频率从而达到低频减振，故如何降低固有频率，在满足保持承载能力的同时，又能在振动时保持较低的刚度是急需要解决的问题。

4、因此，需要提供一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器及设计方法以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器及设计方法，通过在载物台承载重物时，利用第一复位机构和第二复位机构产生的恢复力耦合使得隔振器处于准零刚度，从而降低系统的固有频率，以解决传统的线性弹簧无法有效隔离振动的问题。

2、本发明的一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器采用如下技术方案：包括：

3、支撑组件，其上设置有电磁俘能组件；

4、载物台，设置在电磁俘能组件上方，通过第一复位机构、第二复位机构与支撑组件连接；

5、传动组件，其输入端连接在载物台上，其输出端和电磁俘能组件的输入端连接，其用于在载物台上下移动时，将载物台竖直方向的位移转化为动能，并传递到电磁俘能组件，由电磁俘能组件俘获能量；

6、其中，在载物台承载重物时，第一复位机构和第二复位机构产生的恢复力耦合使得隔振器处于准零刚度。

7、优选的，支撑组件包括底座，底座上竖直设置有两个支撑杆。

8、优选的，第一复位机构包括：四边形机构，四边形机构中的每两个连接杆之间通过连接轴转动连接，其中，四边形机构中在水平方向相对应的一组连接点的连接轴之间连接有第一弹簧，另一组相对应的两个连接点的连接轴中其中一个连接轴与载物台连接，另一个连接轴与支撑组件连接；

9、第二复位机构包括：多个弹性支撑组件，在载物台和每个支撑杆之间均设置有一个弹性支撑组件，弹性支撑组件包括：限位轴，限位轴的一端通过销轴与载物台的侧面铰接，限位轴的另一端上穿设有固定件，固定件转动连接在支撑杆上，且固定件和销轴之间的限位轴上套设有第二弹簧，第二弹簧的一端与固定件连接，第二弹簧的另一端与销轴连接。

10、优选的，传动组件包括：传动齿条，传动齿条的一端与载物台连接，传动齿条的另一端与电磁俘能组件的输入端连接。

11、优选的，电磁俘能组件包括：设置在支撑组件上的发电机，沿发电机输出轴的两侧各转动设置有一个传动轴，两个传动轴与发电机输出轴之间通过第一齿轮组传动连接；沿发电机输出轴的轴向还转动设置有驱动轴，驱动轴上设置有与传动齿条啮合的第七齿轮，且驱动轴和两个传动轴之间通过第二齿轮组传动连接，其中，底座上还开设有便于传动齿条位移的凹槽。

12、优选的，第一齿轮组包括：

13、第一齿轮，其通过单向轴承套装固定在其中一个传动轴上；

14、第六齿轮，其通过单向轴承套装固定在另一个传动轴上；

15、以及第八齿轮，其套装固定在发电机输出轴上，

16、且第八齿轮分别与第一齿轮、第六齿轮啮合。

17、优选的，第二齿轮组包括：

18、第二齿轮，套装固定在驱动轴上；

19、第五齿轮，套装固定在其中一个传动轴上；

20、以及第四齿轮，套装固定在驱动轴上；

21、其中，第四齿轮与第五齿轮啮合，第二齿轮通过第三齿轮与第四齿轮啮合。

22、本发明的一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器的设计方法，包括：

23、建立隔振器的仿真模型；

24、对仿真模型中的载物台加载重量，获取载物台的总位移量；

25、获取载物台未加载重量时目标杆与水平方向的初始夹角，其中，目标杆为：四边形机构中与支撑组件连接的其中一个连接杆；

26、根据连接杆的长度、初始夹角、第一弹簧的刚度以及载物台在竖直方向的总位移量，获取第一复位机构的第一恢复力；

27、获取载物台未加载重量时，其中一个限位轴偏离水平方向的初始位移量；

28、根据限位轴的初始位移量、限位轴的长度、第二弹簧的刚度以及载物台在竖直方向的总位移量，获取第二复位机构的第二恢复力；

29、第一恢复力和第二恢复力获取隔振器的总刚度，令隔振器的总刚度为零，得到限位轴的长度、目标杆的长度与总位移量的关系；

30、根据限位轴的长度、目标杆的长度与总位移量的关系，设计隔振器。

31、优选的，获取隔振器的总刚度的步骤为：

32、根据第一恢复力和第二恢复力，得到隔振器的总恢复力；

33、根据隔振器的总恢复力和载物台在竖直方向的总位移量，得到隔振器的总刚

34、优选的，根据隔振器的总恢复力和载物台在竖直方向的总位移量，得到隔振器的总刚度的步骤为：

35、

36、式中，kqzs为隔振器的总刚度；

37、kv为第一弹簧的刚度；

38、k0为第二弹簧的刚度；

39、l为目标杆的长度；

40、l1为限位轴的长度；

41、α0为目标杆与水平方向的初始夹角；

42、e为限位轴偏离水平方向的初始位移量；

43、y为载物台在竖直方向的总位移量。

44、本发明的有益效果是：

45、1、在载物台承载重物时，利用第一复位机构和第二复位机构产生的恢复力耦合使得隔振器处于准零刚度，既实现了准零刚度隔振，从而降低系统的固有频率，能够更好地隔离低频振动。

46、2、本发明将隔振与电磁俘能相结合，将隔震器的竖向移动转化为齿轮的转动，由齿轮转动带动发电机旋转产生电能，即在实现隔离隔震器的低频振动的同时，又可以将振动能量转化为电能，为小功率传感器提供电力，以解决轨道交通中很多利用传感器实时进行监控时电能供给问题。

技术特征：

1.一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器，其特征在于，支撑组件(1)包括底座(21)，所述底座(21)上竖直设置有两个支撑杆。

3.根据权利要求2所述的一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器，其特征在于，所述传动组件包括：传动齿条(14)，所述传动齿条(14)的一端与载物台(8)连接，所述传动齿条(14)的另一端与电磁俘能组件(12)的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器，其特征在于，电磁俘能组件(12)包括：设置在支撑组件(1)上的发电机(20)，沿发电机(20)输出轴的两侧各转动设置有一个传动轴，两个所述传动轴与发电机(20)输出轴之间通过第一齿轮组传动连接；沿发电机(20)输出轴的轴向还转动设置有驱动轴，所述驱动轴上设置有与传动齿条(14)啮合的第七齿轮(27)，且驱动轴和两个传动轴之间通过第二齿轮组传动连接，其中，底座(21)上还开设有便于传动齿条(14)位移的凹槽。

6.根据权利要求4所述的一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器，其特征在于，第一齿轮组包括：

7.根据权利要求4所述的一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器，其特征在于，第二齿轮组包括：

8.一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器的设计方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器的设计方法，

10.根据权利要求9所述的一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器的设计方法，其特征在于，根据隔振器的总恢复力和载物台(8)在竖直方向的总位移量，得到隔振器的总刚度的步骤为：

技术总结
本发明涉及振动控制技术领域，具体涉及一种应用于轨道交通的准零刚度低频俘能隔振器及设计方法，本装置包括：支撑组件、载物台、传动组件、电磁俘能组件、第一复位机构和第二复位机构，其中，支撑组件上设置有电磁俘能组件；载物台通过支撑组件设置在电磁俘能组件上；传动组件的输入端连接在载物台上，传动组件的输出端和电磁俘能组件的输入端连接。本装置利用第一复位机构和第二复位机构产生的恢复力耦合使得隔振器处于准零刚度，从而降低系统的固有频率，能够更好地隔离低频振动。

技术研发人员：杨涛,黄子希,周生喜
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25