[發明專利]車頂受電系統的車體連接阻尼裝置及其方法

有效

• 申請號: 201110382307.9
• 申請日: 2011-11-26
• 公開（公告）號: CN103129401A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 孫召進;郭建強;梁建英;林君山;帥仁忠;劉天賦
• 申請（專利權）人: 南車青島四方機車車輛股份有限公司
• 主分類號: B60L5/22
• 分類號: B60L5/22;F16F15/08
• 代理公司: 北京元中知識產權代理有限責任公司 11223
• 代理人: 陳磊

技術領域

本發明涉及一種應用于軌道車輛車頂受電系統的車體連接阻尼裝置，具體地是通過填充壓電阻尼材料來達到減振與降噪的處理效果，屬于機械制造與軌道交通技術領域。

背景技術

隨著國內城市軌道交通的迅速普及與車輛行駛速度的大幅提升，對于提高客室內環境的舒適性提出了更高的設計和使用要求。

隨著車輛運行時速達到300公里及以上，噪聲分貝也顯著增大，噪聲傳到車內，直接影響到旅客的舒適度，也會造成鐵路沿線的環境污染、噪聲擾民，同時振動也會使車輛部件產生疲勞性損壞。噪聲的來源很廣，其中受電弓是一處必須重點考慮的噪聲源。受電弓區是動車組的重要區域，車輛高速運行時產生的空氣阻力會引起受電裝置的強烈振動，其對弓網之間的匹配、受流的穩定性、行車安全性都會產生影響。

即受電弓氣動噪聲主要是由受電弓各種桿件引起的非穩態氣流產生，從桿件周期性脫落的渦對桿件產生了周期性作用力，該作用力產生偶極子噪聲。此外，受電弓與接觸網導線的摩擦聲和受電弓離線時產生的電弧噪聲，均可直接傳到車內，從而影響車內的環境。另外，受電弓在列車運行過程中產生的振動也會直接傳到車體，從而導致受電弓區域車內噪聲遠高于客室其它區域。

目前在高速軌道車輛上普遍地將受電裝置直接安裝在車頂位置，受電裝置和車頂之間均采用剛性連接，沒有采取有效的減振措施，這導致受電系統和車體都會產生巨大的振動。大量試驗也表明受電弓區域車頂振動明顯高于非受電弓區域，導致該區域車內標準點噪聲明顯高于其他區域。

有鑒于此，特提出本專利申請。

發明內容

本發明所述車頂受電系統的車體連接阻尼裝置及其方法，其目的在于解決上述現有技術存在的問題而在受電弓與車頂之間的垂向連接裝置中加入壓電阻尼材料，以期將受電弓一側產生的機械振動與噪聲，通過壓電阻尼材料以能量損耗的方式加以衰減與隔斷，從而抑制受電弓對客室內環境的影響、保證高速運行過程中車體的穩定性。

另一發明目的是，提供一種能夠有效地降低機械振動的受電弓固定連接方式，實現良好的弓網受流、減少電火花的產生。

發明目的還在于，降低連接裝置受到的空氣阻力、同時避免受電弓從連接裝置上脫落，提高受電系統安全使用與拆裝操作性能。

為實現上述發明目的，所述車頂受電系統的車體連接阻尼裝置，垂向地連接在受電弓與車頂安裝座之間，其主要包括有內座、壓電阻尼層和外座。

其中，所述內座和外座均選用金屬材料；

所述壓電阻尼層灌注成型后而填充于內座與外座之間，其由聚合物基體、壓電陶瓷、導電相復合而成。

如上述基本方案，通過非金屬材料的復合層結構的壓電阻尼層，在受電系統與車體之間建立彈性連接，可以削弱和吸收所受到的各個方向空氣阻力所產生的振動，避免受電系統產生剛性抗力。

本發明的設計構思是采用阻尼材料實現減振、降噪的控制。受電弓所受到的非定常氣動力、接觸網對受電弓的動態作用兩者是耦合的，這會引發受電弓較大的振動。所產生的振動會傳到車體，引起車體振動和車內噪聲的增加。另外，受電弓與接觸網之間的振動也會影響到弓網受流。

壓電阻尼層是一個復合體系的耗能載體，主要包括有聚合物基體、壓電陶瓷和導電相。

其中，聚合物基體的作用是提供粘彈性阻尼，以實現機械振動、噪聲的耗能衰減。壓電陶瓷在復合體系中相當于能量轉換器，壓電性能決定其能量轉化效率，壓電陶瓷含量過低時陶瓷之間不易接觸，機械能-電能相互轉換的能力較弱；若含量過多時，聚合物難以粘結大量的壓電粒子，復合體系變脆，強度降低。加入導電相是為了改善復合體系的導電能力，即同時保證導電網絡貫穿于聚合物中，但又不能與材料的表面相連使復合體系成為導電材料。電能在復合材料中進行傳導，在傳導過程中轉化成熱能而消耗掉。因此導電相含量應使得復合體系經歷絕緣體至半導體狀態轉變時的逾滲閾值，此時阻尼性能最好。

較為優選的改進方案是，所述壓電阻尼層的聚合物基體選用環氧樹脂，其在復合體系中所占質量比例小于30％。

壓電陶瓷選用鋯鈦酸鉛，其在復合體系中所占質量比例小于70％。

導電相選用炭黑，其在復合體系中所占質量比例不超過0.5％。

為確保即使在壓電阻尼層失效的情況下，也不會導致車體連接阻尼裝置內部結構的分離，即內座不會從外座中脫離出來，所述內座的最大外徑大于外座的最小內徑。