阅读说明：本技术 吸振器、浮置板轨道和减振方法 (Vibration absorber, floating plate rail and vibration absorbing method ) 是由 王平 盛曦 赵才友 卢俊 邢梦婷 王刘翀 刘冬娅 郑钧元 高鑫 赵炎南 陈明明 于 2020-07-13 设计创作，主要内容包括：本申请实施例提供一种吸振器、浮置板轨道和减振方法,涉及机械减振领域。该吸振器包括弹性垫和固定在所述弹性垫上的第一质量块,所述弹性垫设置在待减振物体表面；所述吸振器通过所述弹性垫和所述第一质量块产生与所述待减振物体相近的共振频率,以使所述待减振物体产生的振动能量转移到所述吸振器上。与现有技术相比,吸振器的共振频率接近待减振物体的共振频率,通过吸振器的吸振作用,使待减振物体在固有频率附近的振动能量转移到吸振器上,减弱待减振物体的振动。(The embodiment of the application provides a vibration absorber, a floating slab track and a vibration reduction method, and relates to the field of mechanical vibration reduction. The vibration absorber comprises an elastic cushion and a first mass block fixed on the elastic cushion, wherein the elastic cushion is arranged on the surface of an object to be damped; the vibration absorber generates a resonance frequency close to that of the object to be damped through the elastic pad and the first mass block, so that vibration energy generated by the object to be damped is transferred to the vibration absorber. Compared with the prior art, the resonance frequency of the vibration absorber is close to the resonance frequency of the object to be damped, and the vibration energy of the object to be damped near the natural frequency is transferred to the vibration absorber through the vibration absorption effect of the vibration absorber, so that the vibration of the object to be damped is weakened.)

吸振器、浮置板轨道和减振方法

技术领域

本申请涉及机械减振领域，具体而言，涉及一种吸振器、浮置板轨道和减振方法。

背景技术

目前，常用的减振方法是在待减振物体上设置一个固有频率的弹簧隔振器，弹簧隔振器和待减振物体组成质量-弹簧系统，由弹簧隔振器提供较低的垂向刚度，由待减振物体提供较大质量。但是该质量-弹簧系统可隔离频率大于倍系统固有频率的振动，不能有效控制待减振物体在固有频率附近的振动。

发明内容

本申请提供一种吸振器、浮置板轨道、减振方法，以有效控制待减振物体在固有频率附近的振动。

本申请的实施例通过如下方式实现：

第一方面，本申请实施例提供一种吸振器，所述吸振器包括弹性垫和固定在所述弹性垫上的第一质量块；所述弹性垫设置在待减振物体表面；所述吸振器通过所述弹性垫和所述第一质量块产生与所述待减振物体相近的共振频率，以使所述待减振物体产生的振动能量转移到所述吸振器上。

在本申请实施例中，在待减振物体表面设置吸振器，该吸振器能够产生与待减振物体相近的共振频率。与现有技术相比，可通过第一质量块提供质量，弹性垫提供垂向刚度，通过调整质量和垂向刚度，能够使得吸振器的共振频率接近待减振物体的共振频率，转移待减振物体产生的部分振动能量，减弱待减振物体的共振作用。通过吸振器的吸振作用，使待减振物体在固有频率附近的振动能量转移到吸振器上，减弱待减振物体的振动。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一质量块为混凝土块，所述弹性垫为橡胶垫；所述混凝土块的形状与所述橡胶垫的形状匹配，所述混凝土块的厚度大于所述橡胶垫的厚度。

在本申请实施例中，采用混凝土块和橡胶垫，成本较低，吸振器结构简单，易于实现。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述吸振器还包括设置在所述混凝土块四周的多个能量采集装置，每个所述能量采集装置包括压电元件、第二质量块；所述压电元件一端固定在所述混凝土块上，所述第二质量块固定在所述压电元件的与所述一端相对的另一端上；所述能量采集装置用于将所述待减振物体转移到所述吸振器上的振动能量转化为电能。

在本申请实施例中，吸振器还设置有能量采集装置，通过能量采集装置能够将吸振器上的振动能量转化为电能，实现能量的转化。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述能量采集装置还包括弹性片，所述弹性片设置固定在所述压电元件下方，所述弹性片一端固定在所述混凝土块上，所述弹性片另一端固定在所述第二质量块下方。

在本申请实施例中，弹性片、压电元件以及第二质量块能够组成悬臂梁式压电振动能量采集结构，提高能量的转化效率。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述能量采集装置还包括储能电路，所述储能电路包括整流电路，所述整流电路输入端与所述压电元件连接，所述整流电路输出端与所述储能元件连接，所述储能电路用于将所述能量采集装置产生的交流电转化为直流电并储存。

在本申请实施例中，能量采集装置中压电元件产生的是交流电，通过储能电路将其转化为直流电，实现能量转化后的利用。

第二方面，本申请实施例提供一种浮置板轨道，所述浮置板轨道包括轨道本体；设置在所述轨道本体下方的浮置板；设置在所述浮置板上的如第一方面以及第一方面任意可能的实现方式中所述的吸振器；所述吸振器用于吸收所述浮置板的产生的部分振动能量。

在本申请实施例中，浮置板轨道上设置有吸振器，通过吸振器的吸振作用，使浮置板轨道在固有频率附近的振动能量转移到吸振器上，减弱浮置板轨道的振动。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述浮置板轨道还包括隔振垫，所述隔振垫设置在所述浮置板下方。

在本申请实施例中，除了吸振器的吸振作用，浮置板下方还设置有隔振垫，隔振垫也能吸收一部分浮置板的振动能量，进一步减弱浮置板轨道的振动。

结合第二方面，在第二方面的第二种可能的实现方式中，多个所述吸振器沿一个方向等间距的设置在所述浮置板上。

在本申请实施例中，将多个吸振器等间距的设置在浮置板上，组成一维声子晶体结构，一维声子晶体结构能够抑制带隙范围内的弹性波传播，通过调整吸振器的参数，可使带隙频率范围覆盖浮置板在低频范围内的共振频率，进而抑制浮置板轨道的振动。

结合第二方面，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述浮置板轨道还包括加速度传感器，所述加速度传感器与所述吸振器的能量采集装置连接，所述加速度传感器用于监测所述浮置板轨道的加速度振级大小。

在本申请实施例中，通过能量采集装置为加速传感器提供电能，使加速度传感器能够实时的检测浮置板轨道的加速度振级大小。

第三方面，本申请实施例还提供一种减振方法，包括：将如第一方面以及第一方面任意可能的实现方式中所述的吸振器设置在轨道的浮置板上。

在本申请实施例中，将吸振器设置在轨道的浮置板上，通过吸振器的吸振作用，使轨道在固有频率附近的振动能量转移到吸振器上，减弱轨道的振动。

结合第三方面，在第三方面的第一种实施方式中，将吸振器设置在所述浮置板上，包括：

将多个所述吸振器沿一个方向等间距的设置在所述浮置板上。

在本申请实施例中，将多个吸振器沿一个方向等间距的设置在浮置板上，组成一维声子晶体结构，一维声子晶体结构能够抑制带隙范围内的弹性波传播，通过调整吸振器的参数，可使带隙频率范围覆盖浮置板在低频范围内的共振频率，进而抑制轨道的振动。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的吸振器第一实施例结构示意图；

图2为本申请实施例提供的吸振器第二实施例结构示意图；

图3为本申请实施例提供的能量采集装置结构示意图；

图4(a)和图4(b)为本申请实施例提供的压电效应原理图；

图5为本申请实施例提供的储能电路图；

图6为本申请实施例提供的浮置板轨道结构示意图。

图标：100-吸振器；101-弹性垫；102-第一质量块；103-能量采集装置；1031-压电元件；1032-第二质量块；200-浮置板轨道；201-轨道本体；202-浮置板。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

请参照图1，是本申请实施例提供的吸振器100结构示意图，吸振器100包括弹性垫101和第一质量块102。其中，弹性垫101设置在待减振物体表面，第一质量块102固定在弹性垫101上。

在吸振器100中，弹性垫101提供垂向刚度k₁，第一质量块102提供质量m₁，其共振频率为通过调整参数k₁和m₁，可以使得吸振器100的共振频率接近待减振物体的共振频率，由于吸振器100和待减振物体的共振频率相近，可以使得待减振物体的部分振动能量转移到吸振器100的第一质量块102上，进而减弱待减振物体的振动。其中，弹性垫101的垂向刚度k₁即弹性垫101的弹性系数，代表弹性垫101在单位形变量时所产生的弹力的大小，k₁越大，说明形变单位长度需要的力大。

在本申请实施例中，在待减振物体表面设置吸振器100，该吸振器100能够产生与待减振物体相同的共振频率。与现有技术相比，吸振器100的共振频率接近待减振物体的共振频率，通过吸振器100的吸振作用，使待减振物体在固有频率附加的振动能量转移到吸振器100上，减弱待减振物体的振动。

在实际应用时，由于待减振物体的共振频率是可以预先估测的，在设计吸振器100时，预先估测待减振物体的共振频率值，令f₁的值和该共振频率值相等，再根据f₁求得参数k₁和m₁，进而根据求得的参数设置吸振器100。当然，也可以将第一质量块102的质量设置为可调节的，同时弹性垫101的垂向刚度也设置为可调节的，在将吸振器100安装到待减振物体表面后，根据具体的减振效果对k₁和m₁进行调节，以得到较好的减振效果。

在本申请实施例中，根据待减振物体的不同，设置在待减振物体上的吸振器100的数量，以及在设置多个吸振器100时，多个吸振器100的设置方式也可以不同。在待减振物体为面积较小的物体时，如车轮、板凳等，可以设置单个吸振器100即可。在待减振物体的面积较大，包括长度较长或者宽度较宽等，如轨道、轨道车辆(火车、高铁)等，均可以沿着一个方向将多个吸振器100设置在待减振物体的表面。

在具体设置时，可以将多个吸振器100等间距的设置在待减振物体表面。当多个吸振器100等间距的设置在待减振物体表面时，多个吸振器100可以组成一维声子晶体(周期)结构。声子晶体是由两种或两种以上的弹性介质组成的具有弹性波带隙的周期复合材料，弹性波在声子晶体中传播时，受其内部周期结构的作用，形成特殊的频散曲线。在频散曲线图中，无任何频散曲线进入的频率区域称为带隙，存在频散曲线的频率区域称为通带，在带隙范围内的弹性波传播将会受到抑制，而在通带范围内的弹性波可无损耗的进行传播。沿待减振物体表面以相同的间距设置多个吸振器100，通过调整参数，可使带隙频率范围覆盖待减振物体在低频范围内的共振频率，从而抑制待减振物体的振动。因此，本申请实施例的器在应用于类似轨道、轨道车辆等物体的减振时，对于低频范围内的振动减弱效果尤其明显。

在本申请实施例中，将多个吸振器100等间距的设置在待减振物体表面，组成一维声子晶体结构，一维声子晶体结构能够抑制带隙范围内的弹性波传播，通过调整吸振器100的参数，可使带隙频率范围覆盖待减振物体在低频范围内的共振频率，进而抑制待减振物体的振动。

在本申请实施例中，第一质量块102可以是混凝土块或者其他质量较大且比较容易固定的质量块，弹性垫101可以是橡胶垫或者其他弹性材料的垫子。为了方便将混凝土块固定在橡胶垫上，混凝土块的形状可以与橡胶垫的形状匹配，如均为方形，均为不规则形状等。由于混凝土块会吸收一部分振动能量，所以混凝土块的抗振能力要较强，其厚度可以大于橡胶垫的厚度。对于混凝土块固定在橡胶垫上的方式，可以是通过粘性材料将混凝土块粘在橡胶垫上，也可以是将橡胶垫一部分设置为中空，直接将混凝土块嵌入橡胶垫空的部分，使混凝土块可以固定在橡胶垫上方。当然，也可以通过一些固定工具将混凝土块固定在橡胶垫上方。

在本申请实施例中，采用混凝土块和橡胶垫，成本较低，吸振器结构简单，易于实现。

接下来请结合参照图2和图3，假设弹性垫101为橡胶垫、第一质量块102为混凝土块，在本申请实施例中，吸振器100还包括设置在混凝土块四周的多个能量采集装置103，能量采集装置103包括压电元件1031、第二质量块1032。压电元件1031一端固定在混凝土块上，第二质量块1032固定在压电元件1031与一端相对的另一端上。能量采集装置103用于将待减振物体转移到吸振器100上的振动能量转化为电能。

接下来请参照图4(a)和图4(b)，是本申请实施例提供的压电效应示意图，通过该压电效应示意图对能量采集装置转化能量的原理进行介绍。在满足一定的温度条件下(居里点以下)，当对压电元件施加机械变形时,就会引起内部正负电荷中心发生相对移动而产生点的极化，从而导致元件两个表面上出现符号相反的束缚电荷，且电荷密度与外力成比例，这种现象称为正压电效应，如图4(a)所示。反之，在压电元件两个表面上施加电压，由于电场的作用，造成压电元件内部正负电荷中心产生相对位移，导致压电元件的变形，即逆压电效应，如图4(b)所示。

在本申请实施例中，压电元件1031和第二质量块1032相当于是一种悬臂梁式结构，第二质量块1032在惯性力作用下带动悬臂梁式结构发生振动，使的压电元件1031产生弯曲变形，产生应变，压电元件1031正压电效应会使得压电元件1031上下表面产生相反的电荷，并形成电势差，从而实现了将混凝土块的振动能量转化为电能。

其中，压电元件1031可以是各种形状的压电片，例如圆片、长条片、棒、圆柱等形状。第二质量块1032可以是质量较小的质量块，可以根据压电元件1031的形状选择合适的质量块，如小铁块、小土块等。对于第二质量块1032固定在压电元件1031上的方式，可以直接通过固定工具固定，如粘胶、胶水等，因为压电元件1031和第二质量块1032都比较小，所以可以通过简易的固定方式进行固定，也能够保持固定的稳定性。对于压电元件1031固定在混凝土块上的方式，可以是在混凝土块上开设容置压电元件1031一端的通孔，将压电元件1031一端固定在该通孔内即可。

对于能量采集装置103设置在混凝土块四周的方式，可以根据混凝土块的形状进行设置。如：假设混凝土块为方形，那么能量采集装置103可以设置在混凝土块四周的各个面上，也可以仅设置在相对的两个面上即可，每个面上的能量采集装置103可以呈等间距的设置。每个面上的能量采集装置103的数量可以根据每个面的面积决定，若面积较大，数量可以较多些；若面积较小，数量可以较少些。此外，能量采集装置103还可以根据每个面的形状进行相应的排布，如一条直线式的排布在面上，也可以是矩阵式的排布在面上。

在本申请实施例中，吸振器100还设置有能量采集装置103，通过能量采集装置103能够将吸振器上的振动能量转化为电能，实现能量的转化。

在本申请实施例中，能量采集装置103还可以包括弹性片，弹性片固定在压电元件1031下方，弹性片一端固定在混凝土块上，另一端固定在第二质量块1032下方。对于弹性片一端的固定方式，可采用与压电元件1031一端相同的固定方式，另一端的固定方式可采用第二质量块1032固定在压电元件1031另一端上的固定方式。

在本申请实施例中，弹性片、压电元件1031以及第二质量块1032能够组成悬臂梁式压电振动能量采集结构，提高能量的转化效率。

在本申请实施例中，能量采集装置103还包括储能电路，储能电路包括整流电路和储能元件，整流电路输入端与压电元件1031连接，整流电路输出端与储能元件连接，储能电路用于将能量采集装置103产生的交流电转化为直流电并储存。

接下来请参照图5，是本申请实施例提供的储能电路图，如图5所示，该储能电路包括整流电路，能量储存单元，以及电容C和电阻R。压电元件1031产生的交流电流经整流电路后，变换为直流电，再通过电容C和电阻R组成的滤波电路对其进行滤波后，存储在能量储存单元中。其中，整流电路可以是桥式整流电路、半波整流电路、全波整流电路等；能量储存单元可以是超级电容，交流电压V_A经整流和滤波后转化为直流电压V_D为超级电容充电，起到电能储存的作用。

在本申请实施例中，能量采集装置103中压电元件1031产生的是交流电，通过储能电路将其转化为直流电，实现能量转化后的利用。

接下来请参考图6，是本申请实施例提供的浮置板轨道200，浮置板轨道200包括轨道本体201，浮置板202以及多个吸振器100。多个吸振器100设置在浮置板202上，浮置板202设置在轨道本体201下方，多个吸振器100用于吸收浮置板202产生的部分振动能量。

在本申请实施例中，浮置板轨道200上设置有吸振器100，通过吸振器100的吸振作用，使浮置板轨道200在固有频率附近的振动能量转移到吸振器上，减弱浮置板轨道200的振动，对于浮置板轨道200来说，固有频率为低频，因为浮置板轨道200在低频范围内的共振作用比较强。

其中，多个吸振器可以沿浮置板202纵向等间距的设置在浮置板202上。在本申请实施例中，将多个吸振器100等间距的设置在浮置板202上，组成一维声子晶体结构，一维声子晶体结构能够抑制带隙范围内的弹性波传播，通过调整吸振器100的参数，可使带隙频率范围覆盖浮置板202在低频范围内的共振频率，进而抑制浮置板轨道200的振动。

此外，浮置板轨道200还可以包括隔振垫，隔振垫设置在浮置板202下方。浮置板202下方设置隔振垫，隔振垫也能吸收一部分浮置板202的振动能量，进一步减弱浮置板轨道200的振动。

对于吸振器100转化得到的电能，可以加以利用，因此，浮置板轨道200还包括加速度传感器，加速度传感器与吸振器100的能量采集装置103连接，加速度传感器用于监测浮置板轨道200的加速度振级大小。能量采集装置103收集的电能给加速度传感器进行供电，从而加速度传感器能够实时的检测浮置板轨道200的加速度振级大小。

在本申请实施例中，通过能量采集装置103为加速传感器提供电能，使加速度传感器能够实时的检测浮置板轨道200的加速度振级大小。

在本申请实施例中，具有压电式俘能功能的浮置板道床吸振器结合声子晶体带隙特性和压电材料压电效应，可同时实现低频减振、能量收集及实时无线监测，是一种绿色且智能的城市轨道交通减振降噪措施。通过浮置板道床吸振器的声子晶体结构设计，可提供低频带隙；通过压电陶瓷晶片和标准储能电路设计，可实现振动能量收集，最后通过超级电容所收集到的直流电压为无线加速度传感器供电，反馈评估新型浮置板轨道的减振效果。

本申请实施例还提供一种减振方法，该减振方法包括：将吸振器100设置在浮置板轨道200的浮置板202上。

作为一种可选的实施方式，在设置时，可以将多个吸振器100沿一个方向等间距的设置在浮置板202上。其中，该一个方向可以是浮置板轨道200的纵向，即轨道车在浮置板轨道200上的前进方向。

对于该减振方法中涉及到的各种实施方式，如实现原理，不同的设置方式等，在前述实施例中已经作过介绍，为了说明书的简洁，在此不再重复介绍。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。