[发明专利]车顶受电系统的车体连接阻尼装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于轨道车辆车顶受电系统的车体连接阻尼装置，具体地是通过填充压电阻尼材料来达到减振与降噪的处理效果，属于机械制造与轨道交通技术领域。

背景技术

随着国内城市轨道交通的迅速普及与车辆行驶速度的大幅提升，对于提高客室内环境的舒适性提出了更高的设计和使用要求。

随着车辆运行时速达到300公里及以上，噪声分贝也显著增大，噪声传到车内，直接影响到旅客的舒适度，也会造成铁路沿线的环境污染、噪声扰民，同时振动也会使车辆部件产生疲劳性损坏。噪声的来源很广，其中受电弓是一处必须重点考虑的噪声源。受电弓区是动车组的重要区域，车辆高速运行时产生的空气阻力会引起受电装置的强烈振动，其对弓网之间的匹配、受流的稳定性、行车安全性都会产生影响。

即受电弓气动噪声主要是由受电弓各种杆件引起的非稳态气流产生，从杆件周期性脱落的涡对杆件产生了周期性作用力，该作用力产生偶极子噪声。此外，受电弓与接触网导线的摩擦声和受电弓离线时产生的电弧噪声，均可直接传到车内，从而影响车内的环境。另外，受电弓在列车运行过程中产生的振动也会直接传到车体，从而导致受电弓区域车内噪声远高于客室其它区域。

目前在高速轨道车辆上普遍地将受电装置直接安装在车顶位置，受电装置和车顶之间均采用刚性连接，没有采取有效的减振措施，这导致受电系统和车体都会产生巨大的振动。大量试验也表明受电弓区域车顶振动明显高于非受电弓区域，导致该区域车内标准点噪声明显高于其他区域。

有鉴于此，特提出本专利申请。

发明内容

本发明所述车顶受电系统的车体连接阻尼装置及其方法，其目的在于解决上述现有技术存在的问题而在受电弓与车顶之间的垂向连接装置中加入压电阻尼材料，以期将受电弓一侧产生的机械振动与噪声，通过压电阻尼材料以能量损耗的方式加以衰减与隔断，从而抑制受电弓对客室内环境的影响、保证高速运行过程中车体的稳定性。

另一发明目的是，提供一种能够有效地降低机械振动的受电弓固定连接方式，实现良好的弓网受流、减少电火花的产生。

发明目的还在于，降低连接装置受到的空气阻力、同时避免受电弓从连接装置上脱落，提高受电系统安全使用与拆装操作性能。

为实现上述发明目的，所述车顶受电系统的车体连接阻尼装置，垂向地连接在受电弓与车顶安装座之间，其主要包括有内座、压电阻尼层和外座。

其中，所述内座和外座均选用金属材料；

所述压电阻尼层灌注成型后而填充于内座与外座之间，其由聚合物基体、压电陶瓷、导电相复合而成。

如上述基本方案，通过非金属材料的复合层结构的压电阻尼层，在受电系统与车体之间建立弹性连接，可以削弱和吸收所受到的各个方向空气阻力所产生的振动，避免受电系统产生刚性抗力。

本发明的设计构思是采用阻尼材料实现减振、降噪的控制。受电弓所受到的非定常气动力、接触网对受电弓的动态作用两者是耦合的，这会引发受电弓较大的振动。所产生的振动会传到车体，引起车体振动和车内噪声的增加。另外，受电弓与接触网之间的振动也会影响到弓网受流。

压电阻尼层是一个复合体系的耗能载体，主要包括有聚合物基体、压电陶瓷和导电相。

其中，聚合物基体的作用是提供粘弹性阻尼，以实现机械振动、噪声的耗能衰减。压电陶瓷在复合体系中相当于能量转换器，压电性能决定其能量转化效率，压电陶瓷含量过低时陶瓷之间不易接触，机械能-电能相互转换的能力较弱；若含量过多时，聚合物难以粘结大量的压电粒子，复合体系变脆，强度降低。加入导电相是为了改善复合体系的导电能力，即同时保证导电网络贯穿于聚合物中，但又不能与材料的表面相连使复合体系成为导电材料。电能在复合材料中进行传导，在传导过程中转化成热能而消耗掉。因此导电相含量应使得复合体系经历绝缘体至半导体状态转变时的逾渗阈值，此时阻尼性能最好。

较为优选的改进方案是，所述压电阻尼层的聚合物基体选用环氧树脂，其在复合体系中所占质量比例小于30％。

压电陶瓷选用锆钛酸铅，其在复合体系中所占质量比例小于70％。

导电相选用炭黑，其在复合体系中所占质量比例不超过0.5％。

为确保即使在压电阻尼层失效的情况下，也不会导致车体连接阻尼装置内部结构的分离，即内座不会从外座中脱离出来，所述内座的最大外径大于外座的最小内径。