用于车辆车下设备减振的牵引变压器箱体及减振验证方法

本发明涉及轨道交通装备，尤其是涉及一种用于车辆车下设备减振的牵引变压器箱体及减振验证方法。

背景技术：

1、近年来，随着城市交通的不断发展与通行网络的不断完善，载运工具的安全性、舒适性、稳定性逐渐受到人们的重视，在各种通行方式中，轨道交通由于其运量大、速度快、安全性高、占地面积小等优点，逐渐成为交通运输领域的大动脉，对地方经济的发展与民众生活水平的提高起到重要的作用。

2、随着动力分散技术逐渐普及，列车运行速度不断提升。但是在轨道不平顺和风力作用的影响下，车体底架下种类繁多，质量各异的悬挂设备恶化了车辆的振动水平，严重影响列车的动力学性能。具体可能会产生振动、噪声，甚至加速零件的疲劳老化，影响运行安全和使用寿命。

3、其中牵引变压器又尤其典型，因为它质量比较大，振动情况复杂。根据理论分析牵引变压器铁心和绕组的振动基频应该与电网频率一致，为50hz，并且实际试验测得的振动频率也是50hz及其倍频，因此需要有针对性的进行减振设计。以往对于列车的振动控制手段有优化弹性支撑，镟修车轮，安装动力吸振器以及优化车下设备布置方案。动力吸振器自从被发明以来，历经上百年的发展，已经有多种多样的形式，利用阻尼、惯性、电磁结构、自参数摆等各种结构进行减振。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提供一种有效抑制车辆运行过程中的振动的用于车辆车下设备减振的牵引变压器箱体及减振验证方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种用于车辆车下设备减振的牵引变压器箱体，包括箱体本体和吸振结构，所述吸振结构包括传振子结构和吸能子结构，所述传振子结构由多个十字型的金属吸振器阵列排布构成，所述金属吸振器的中间部分厚度均匀，其余部分的厚度由中间部分至边缘部分逐渐减小，所述吸振结构安装在箱体本体的外表面，所述吸能子结构安装在所述金属吸振器的边缘部分。

4、进一步地，所述箱体本体包括外壳、用于吊挂在车体下方的基座和用于提升强度的加强肋，所述基座和加强肋均安装在所述外壳的两个相对面上，且所述加强肋安装在所述基座上。

5、进一步地，所述吸振结构安装在箱体本体的四个相对面上，所述四个相对面与所述两个相对面不存在重叠。

6、进一步地，所述箱体本体的材质为金属。

7、进一步地，所述传振子结构通过焊接方式安装在箱体本体的外表面。

8、进一步地，所述吸能子结构通过胶粘方式安装在所述金属吸振器的边缘部分。

9、进一步地，所述其余部分的厚度由中间部分至边缘部分按照幂函数逐渐减小。

10、进一步地，所述吸能子结构为长方形橡胶阻尼层。

11、本发明还提供一种根据上述所述的用于车辆车下设备减振的牵引变压器箱体的减振验证方法，包括以下步骤：

12、采用抗弯刚度度量吸振结构的弯曲波，所述抗弯刚度的计算表达式为：

13、

14、h(x)＝εxm

15、式中，d(x)为抗弯刚度，e为杨氏模量，h(x)为金属吸振器中其余部分的结构函数，表示厚度，即厚度改变部分的结构函数，v为泊松比ε为系数，m为幂指数；根据吸振结构的抗弯刚度，构建弯矩m(x)与位移ω(x,t)的关系：

16、

17、对弯矩m(x)求空间的二阶导数，得到：

18、

19、采用力矩平衡方程描述所述金属吸振器中其余部分的平衡状态，所述力矩平衡方程为：

20、

21、式中，为单位长度上的横向力，ρ为结构的密度；

22、将所述力矩平衡方程带入弯矩m(x)的表达式，并考虑所述其余部分在方向上的耦合性，得到所述其余部分的弯曲波的波动方程：

23、

24、式中，x,y为其余部分中的任意一点；

25、基于所述弯曲波的波动方程计算传振子结构中不同位置的波数，并基于所述不同位置的波数计算累计相位，根据所述累计相位得到弯曲波在边缘部分被捕获而能量聚集，无法发生反射，完成验证过程。

26、进一步地，所述计算传振子结构中不同位置的波数的步骤包括：

27、构建传振子结构中传递波的振幅表达式：

28、w(x)＝a(x)eiφ(x)

29、式中，φ(x)是从起始点到x点的累计相位变化，它是位置x的函数；

30、纵波波速cl和横波波速ct表示为：

31、

32、

33、其余部分的相速度cp为：

34、

35、采用程函数描述传递波的振幅随波传播的变化，所述程函数为：

36、

37、式中，为波动方程对x方向的偏导数，β为振动波传递过程中相位变化的传递常数，kp为振动波传递过程中幅值变化的比例系数；

38、令β＝0，将w(x)＝a(x)eiφ(x)对x,y求偏导数为：

39、

40、

41、式中，a″(x)为a(x)二阶导数项，a′(x)为a(x)一阶导数项，φ′(x)为φ(x)一阶导数项，φ″(x)为φ(x)二阶导数项；

42、将求偏导数结果代入弯曲波的波动方程，可得：

43、

44、化简得到：

45、

46、式中，为在各个正交方向上求导数以后再分别乘上各个方向上的单位向量，为梯度算子，表示振动波传递函数在空间各个方向上的全微分，n(x)表示该位置的折射率，k(x)是表示传振子结构中不同位置的波数；

47、将h(x)＝εxm带入几何声学的基本假设求得波数k(x)：

48、

49、基于波数k(x)的积分计算累计相位：

50、

51、式中，φ为累计相位。

52、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

53、(1)本发明牵引变压器箱体设置的吸振结构包含有传振子结构和吸能子结构，传振子结构是由多个十字型的金属吸振器阵列排布构成，金属吸振器中间厚度均匀，其余部分的厚度由中间部分至边缘部分逐渐减小，使得振动可以有效传递到传振子结构中，在由中央向四周边缘部分逐渐传递的过程中，随着金属吸振器的厚度逐渐减小，振动幅度逐渐增大，传播速度逐渐减小，且通过在金属吸振器边缘设置吸能子结构，可以有效吸收振动能量，减小振动波的反射，有效抑制车辆运行过程中的振动。

54、(2)本发明在金属吸振器的厚度逐渐减小部分中采用厚度随幂函数逐渐减小的设计方式，使得入射波从均匀部分向其余部分也即厚度逐渐减小部分传播，当传播到边缘部分时减小为0，累积相位变得无限大，理论上弯曲波将永远无法到达结构的边缘，从而就无法在边缘发生反射。但是由于实际工程应用中由于截断厚度的存在，会导致减振结构在实际应用中仍然存在反射，因此在结构边缘覆盖橡胶阻尼层，有效吸收振动能量，减小振动波的反射。

55、(3)本发明在牵引变压器箱体的多个表面都加装有阵列排布的吸振结构，能够在各个频段内对各个方向上的振动都起到抑制效果，显著减小列车牵引变压器的振动，降低噪声。提升乘坐的舒适度，减缓零件的疲劳老化，提升运行安全和使用寿命，有效改善车辆动力学性能。

56、(4)本发明牵引变压器箱体可直接替换现有列车牵引变压器箱体，装配容易，使用便捷，且传振子结构厚度较低，对于其他车下设备影响较小，不会影响车辆设计限界。

57、(5)本发明牵引变压器箱体可广泛应用于地铁、轻轨、高速铁路等各类利用牵引变压器驱动的轨道车辆。