浮置板隔振器的阻尼特性分析

静刚度增加，从而增加隔振系统的固有频率，削弱隔
振效果。因此有必要对隔振器的静刚度进行测试。
２．１测试方法
寿命要求不少于５０年，且目前地铁运营压力较大， 列车的间隔时间较短，对隔振器的疲劳寿命也提了 很高的要求。规范ｐ，４１要求隔振器的疲劳试验不少 于３００万次，且疲劳试验前后，隔振器的阻尼比变化 在＋１０％之内。本文采用电液伺服结构疲劳试验机 对隔振器进行加载，荷载循环次数为３００万次。疲
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｓｕｂｗａｙ ｆｉｅｌｄ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｓｐｒｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｏｒ
ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｆｏｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｒａｉｎ．Ａｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｏｒ，ｔｈｅ
Ｄａｍｐｉｎｇ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｉｓｏｌａｔｏｒ ｏｆ
Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｓｌａｂ ＺＨＯＵ Ｙｉｎｇ－ｃｈｕｎ
（Ｂｅｉｊｉｎｇ
Ｊｉｕｚｈｏｕｙｉｇｕｉ Ｓｈｏｃｋ＆Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ
Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７０，Ｃｈｉｎａ）
锤击法在板的中心施加压力，通过传感器采集数据，
用以计算阻尼比，测点分布如图１所示。
图２现场测试布点图
图３信号采集仪
图１测点分布图
１．４结果分析
采集的数据采用Ｃｏｉｎｖ
１．２测试仪器
ＤＡＳＰ
Ｖ１０进行分析，时
ｓ～
域分析界面如图４所示，从图中可以看出，在２
３０２０
测试所用信号采集仪为ＩＮＶ
Ｃ型数据采
１４ １
ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｏｆｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｏｒ．
ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｔｅｓｔ
随着科技与经济的发展，人们对生活质量的要 求日益提高，环保意识也日益增强，噪声所造成的污 染和危害越来越受到人们的重视。地铁列车在高速 行驶过程中不可避免的会产生振动与噪声，对沿线 环境造成一定程度的影响。近年来，相关领域的专 家学者对地铁列车的减振降噪进行了大量的研究。 ２００１年，国内首次引进了德国的钢弹簧浮置板隔振 系统，结合北京地铁１３号线的工程实际，得以成功 应用。２００８年，拥有自主知识产权的国产阻尼弹簧 浮置板隔振系统研发成功，并作为目前地铁最高等 级的减振措旌陆续在国内的一、二线城市得到大量
１．１测试方案 采用３．５８
ｍｘ２．７ ｍ×０．３４
按上述方案，现场布点如图２所示，图３为信号
采集仪。 ｍ的钢筋混凝土板，在
板的四周各安装了一套隔振器，每套隔振器的配重
参考真实的工作状态。板通过隔振器浮起于地面一 定高度，且留有一定的压缩量，保证在振动的过程中
不会接触地面而影响测试结果。依据规范［２１，采用
劳检验后，重新测定阻尼比，试验过程及要求与试验 前一致。
依据规范昭，，用液压伺服试验机在隔振器承载
方向上重复进行二次预加载、卸载试验，载荷范围从 ０至额定载荷的１．２５倍。第三次从０逐步加载至 １．２５倍额定载荷后保持３０ Ｓ，再逐步卸载至０，同时
应记录各点（至少５点）加、卸载荷时的变形值（其中
ＤＡＳＰ
要做的性能试验包括阻尼比测试、阻尼对隔振器静 刚度的影响以及隔振器疲劳测试前后阻尼比的 变化。
作者简介：周迎春（１９８４一），女，山东烟台人，硕士，目前从事
轨道振动噪声控制方面设计研究。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｏｕｙｉｎｇｃｈｕｎ＠ｂｊｊｚｙｇ．ｃｏｍ
第Ｓ１期
浮置板隔振器的阻尼特性分析
３８３
１阻尼比测试
ｗｅｌｌ ａｎｄ ｕｐ ｔｏ ｓｕｂｗａｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ，ａｎｄ ｉｓ ｎｏｔ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｖｅ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｏｒ；ｄａｍｐｉｎｇ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ
状态。 从五组自由振动波形中，任取三组，读取数据， 如图５。
１．３测点布置与数据采集 为了保证采集数据的真实性，采用不同测点、不 同类型传感器同时采集，对比分析得到的数据，如表 ｌ所示。９８２８加速度传感器，灵敏度稍低，但量程较 大。Ｖ８９１．ＩＩ垂直低频速度传感器的量程较小，但灵 敏度更高。同时采用两种传感器，可以得到精度更
１９８
Ａｉ＋ｎ
１２——自由振动波形个数： Ｘ．——第ｉ个波峰幅值； Ｘｍ——第Ｏ＋ｎ）个波峰幅值。 将测得的数据代入（１）式即可得出隔振器的阻 尼比ｆ。经计算，阻尼比分别为０．０８１、Ｏ．０８６、０．０７８。
Ｎ／ｍｍ，阻尼对隔振器总静刚度的影响为Ｋ’／Ｋ＜
５％，在合理范围内。
３
隔振器疲劳前后阻尼比的对比测试
３．１测试方法
疲劳试验的目的是了解隔振器在使用期内在往
２
阻尼对隔振器静刚度的影晌
尽管阻尼会耗散振动系统的能量，抑制振动峰
复变化荷载长时间作用下的耐久性、变形等性能，而 疲劳试验前后阻尼比的变化可以说明阻尼材料的稳
定性。 由于隔振器应用于地铁轨道基础，其设计使用
值，然而，阻尼在衰减振动的同时，也会使隔振器的
第３５卷第Ｓ１期 ２０１５年１２月
噪
ＮＯＩＳＥ
声
ＡＮＤ
与振 动控制 ＶｍＲｐ汀１０Ｎ ＣＯＮＴＲＯＬ
Ｖ｜ｏｌ ３５ Ｎｏ．Ｓ１ Ｄｅｃ．２０１５
文章编号：１００６—１３５５（２０１５）Ｓ１—０３８２－０４
浮置板隔振器的阻尼特性分析
周迎春
（北京九州一轨隔振技术有限公司，北京１０００７０）
摘要：钢弹簧隔振器作为目前地铁领域重要的减振元件，其性能的好坏直接影响了减振效果和列车运行的舒适 度。作为隔振器的关键组成部分，阻尼对其性能的影响程度不容忽视。本文从多个角度研究了这种影响程度，包括阻 尼比的测试，对隔振器静刚度的影响，以及隔振器疲劳测试前后阻尼比的对比测试。结果表明，阻尼在发挥其优势的 同时，对隔振器的隔振效果影响较小，且性能稳定，可以满足地铁运营的要求。 关键词：振动与波；隔振器；阻尼；减振；性能；试验 中图分类号：ＴＢ５３Ｙ．１ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ编码：１０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１００６—１３３５．２０１５．Ｓ１．０９６
Ｈ■■●Ｗ ——●—■一
ｍ‘ ＿ｆ，
ｉｌｌ蛳・‘
图５阻尼材料的时域分析
第Ｓｌ期
浮置板隔振器的阻尼特性分析
试■名■：ｈ．ｉｍｉ试样号：１
ｔ力∞・位，Ｇ，Ｊ）
Ｉ
ｊ；≯’一‘
，Ｅ，／．＾’。
，
７
孑∥
／
：
／ ．二—／
．．一一
／
／
／
／／
／／
／ｆ
，
ｆ ｝
，
７
／
／
图６静刚度曲线
３．２结果分析
试验显示Hale Waihona Puke Baidu在隔振器经过了３００万次疲劳试验
振系统５０年的运营要求。
参考文献：
［１】ＧＪＢ ３０４５，黏弹性阻尼材料通用规范【ｓ】．１９９７．
【２】ＧＢ／Ｔ １５１６８，振动与冲击隔离器性能测试方法［Ｓ】．
１９９４．
［３】ＱＧＤ．００１，城市轨道交通弹簧浮置板轨道技术标准［ｓ】．
２００９．
［４】ＣＪＪ／Ｔ １９１，浮置板轨道技术规范［Ｓ】．２０１２．
变形量。 ２．２结果分析
在图６的静刚度曲线中读取Ｂ、Ｍ两点的数据， 计算阻尼的静刚度
Ｋ’＝（ＦｒＦ，）／（＆一西）
图４分析界面
（２）
计算得，Ｋ’＝１９８ Ｎ／ｍｍ。
．
式中Ａ——单个波形对数衰减率，Ａ＝上ｋ軎；
ｙ
ｎ
对于设计静刚度为Ｋ＝６ ５００ Ｎ／ｎｕｎ的弹簧来说， 填加了阻尼材料，使隔振器的组合静刚度增加了
ｄａｍｐｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ’Ｓ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ
ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ
ｔｏ
ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｏｒ，Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆｒｏｍ ｖａｒｉｏｕｓ ａｓｐｅｃｔｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｍｐｉｎｇ ｒａｔｉｏ，ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ
将疲劳试验后测得的数据代入（１）式得出阻尼 比ｆ分别为０．０７４、０．０８０、０．０７２，与疲劳试验前测得 的阻尼比相比，变化率如表２。
后，阻尼材料的性能仍相当稳定，与疲劳前的阻尼比 相比较，其变化在规范Ｄ＇４１要求的士１０％内。
４结语
表２疲劳测试前后隔振器的阻尼比变化
本文主要对钢弹簧隔振器中的阻尼的特性进行 了研究，包括阻尼比对振动衰减的影响、阻尼对隔振 器静刚度的影响以及在疲劳状态下阻尼材料的稳定 性。结果表明阻尼的存在，可以有效地衰减振动幅 值，使振动系统快速恢复到平衡状态，且阻尼比越 大，衰减时间越短。然而，阻尼在衰减振动的同时， 会使隔振器的静刚度增加，使隔振系统的固有频率 增加，影响隔振效果。静刚度试验结果表明，这种影 响并不大，控制在５％之内。疲劳测试前后阻尼比 的对比结果表明，阻尼性能稳定，可以满足地铁对隔
应用。钢弹簧浮置板隔振系统的核心部件是隔振
收稿日期：２０１５—１１－０９
器，而阻尼材料是隔振器的关键组成部分，其性能好 坏直接影响了隔振器的工作性能。 阻尼的工作机理是将振动机械能转化成热能耗
散掉，使产生噪声的振动能量大大衰减。地铁列车
在启动、停止、变速过程中会产生冲击荷载，在运行 过程中会产生宽频带的激励，当激励的频率接近隔 振系统的固有频率时，会引起系统的共振。在隔振 器中增加阻尼材料的目的就是减小或消除由以上类 型的荷载引起的振动幅值，使振动系统尽快恢复到 平衡状态。 本文中涉及的阻尼是一种聚氨酯材料，具有使 用寿命长、高低温稳定性能好等优点，适合应用于地 铁领域ｎ】。研究阻尼材料对隔振器性能的影响，需
高的数据。
按式（１）计算阻尼比
孝＝号２互１ Ｊ孝‰
（１）
表１测点与传感器的分布表 测点编号
１ ２ ３
分布位置 板中心（避让加载位置） 板长边的中心 板短边的中心
传感器类型 ９８２８加速度传感器 ９８２８加速度传感器 Ｖ８９１．ＩＩ垂直低频速度传感器
噪
声
与
振动
控制
第３４卷
含０．９倍、ｌ倍及１．１倍额定载荷）。取其平均变形值 （即同一载荷时加、卸载荷的变形值的平均值）为静
ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ａｎｄ
ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ
ｄａｍｐｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｏｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄａｍｐｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ
Ｓ内共加载５次。每次加载后，振动持续时间大约
集仪，适合高精度的振动物理信号采集。 测试所用传感器为Ｖ８９１．ＩＩ垂直低频速度传感
器和９８２８加速度传感器。
Ｓ，在ｌ Ｓ时间内波形明显衰减。每组波形中，第一
个波峰对应的是锤击浮置板的时间，之后荷载消除， 浮置板在隔振器的作用下自由振动，由于隔振器内 阻尼的作用，振动幅值逐渐减弱，直至恢复到平衡