浮置板軌道及其振動控制方法和裝置與流程
2023-05-03 00:00:31 1
本發明涉及軌道領域，具體而言，涉及一種浮置板軌道及其振動控制方法和裝置。
背景技術：
目前，隨著城市交通的快速發展，振動噪聲問題日益嚴重，由於地鐵的振動噪聲對環境和居民生活都帶來影響，成為人們關注地鐵建設的焦點。為了有效治理地鐵振動噪聲問題，往往會在軌道結構上採取措施，比如，使用含有各類高分子材料的扣件、軌枕與道床系統等。目前，在城市地鐵軌道的結構類型中，減振效果最好的是鋼彈簧隔振浮置板軌道結構。近年來，隨著新型智能化半主動減振材料(如電流變與磁流變材料等)的不斷湧現，減振措施出現了多元化的發展趨勢，陸續出現了磁流變阻尼浮置板軌道。磁流變阻尼基本屬於庫侖阻尼，必須與控制策略相結合，否則容易出現適得其反的效果，比如，增大振動噪聲，進而導致浮置板軌道的低頻減振效果不好，不能有效抑制浮置板軌道的低頻振動響應。
針對現有技術中不能有效抑制浮置板軌道的低頻振動響應的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
技術實現要素：
本發明的主要目的在於提供一種浮置板軌道及其振動控制方法和裝置，以至少解決現有技術中不能有效抑制浮置板軌道的低頻振動響應的問題。
為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種浮置板軌道的振動控制方法。該浮置板軌道的振動控制方法包括：獲取浮置板軌道的振動方向；根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力，其中，磁流變阻尼器部署在浮置板軌道上；根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型；根據動力學模型對浮置板軌道進行減振處理。
進一步地，獲取浮置板軌道的振動方向包括：獲取浮置板軌道的振動速度；如果振動速度為正數，確定振動方向為向下的第一振動方向；如果振動速度為負數，確定振動方向為向上的第二振動方向；如果振動速度為零，確定浮置板軌道不振動。
進一步地，在獲取浮置板軌道的振動速度之後，根據振動速度構造符號函數；根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型包括：根據符號函數、阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型。
進一步地，根據符號函數、阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型包括：獲取浮置板軌道的彈簧剛度、垂向振動位移、第一粘滯阻尼係數和垂向振動速度，其中，結構參數包括浮置板軌道的彈簧剛度、垂向振動位移、第一粘滯阻尼係數和垂向振動速度；根據浮置板軌道的彈簧剛度、垂向振動位移、第一粘滯阻尼係數、垂向振動速度、阻尼力和符號函數獲取浮置板軌道的隔振器的支點力；獲取浮置板軌道的鋼軌扣件的剛度、垂向振動位移、第二粘滯阻尼係數和垂向振動速度，其中，結構參數包括鋼軌扣件的剛度、垂向振動位移、第二粘滯阻尼係數和垂向振動速度；根據鋼軌扣件的剛度、垂向振動位移、第二粘滯阻尼係數和垂向振動速度獲取浮置板軌道的鋼軌支點反力；根據隔振器的支點力和鋼軌支點反力建立動力學模型。
進一步地，根據隔振器的支點力和鋼軌支點反力建立動力學模型包括：通過如下第一預設公式建立動力學模型，其中，Es用於表示浮置板軌道的彈性模量，Is用於表示浮置板軌道的截面極慣性矩，Zs(xj,t)用於表示浮置板軌道的垂向振動位移，Ms用於表示浮置板軌道的軌道板質量，Ls用於表示浮置板軌道的軌道板長度，Np用於表示鋼軌扣件的數量，Frsi(t)用於表示t時刻鋼軌支點反力，δ(x-xi)和δ(x-xj)為Dirac函數，Nf用於表示隔振器的數量，Fssj(t)用於表示t時刻隔振器的支點力。
進一步地，根據浮置板軌道的彈簧剛度、垂向振動位移、第一粘滯阻尼係數、垂向振動速度、阻尼力和符號函數獲取浮置板軌道的隔振器的支點力包括：通過如下第二預設公式獲取t時刻隔振器的支點力Fssj(t)：其中，Ksj用於表示第j個隔振器的彈簧剛度，Zs(xj,t)用於表示浮置板軌道的垂向振動位移，Csj用於表示第j個隔振器的第一粘滯阻尼係數，用於表示浮置板軌道的垂向振動速度，Fc用於表示阻尼力，用於表示符號函數。
進一步地，根據鋼軌扣件的剛度、垂向振動位移、第二粘滯阻尼係數和垂向振動速度獲取浮置板軌道的鋼軌支點反力包括：通過如下第三預設公式獲取t時刻鋼軌支點反力Frsi(t)：其中，Kpi用於表示所述浮置板軌道的第i個鋼軌扣件的剛度，Zr(xi,t)用於表示所述鋼軌扣件的垂向振動位移，Zs(xj,t)用於表示所述浮置板軌道的垂向振動位移，Cpi用於表示所述浮置板軌道的第i個鋼軌扣件的所述第二粘滯阻尼係數，用於表示所述鋼軌扣件的垂向振動速度，用於表示所述浮置板軌道的垂向振動速度。
進一步地，根據動力學模型對浮置板軌道進行減振包括以下至少之一：根據動力學模型對浮置板軌道的振動頻率進行調整；根據動力學模型對浮置板軌道的振動位移進行調整；根據動力學模型對浮置板軌道的支點反力進行調整。
為了實現上述目的，根據本發明的另一方面，還提供了一種浮置板軌道的振動控制。該浮置板軌道的振動控制裝置包括：獲取單元，用於獲取浮置板軌道的振動方向；控制單元，用於根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力，其中，磁流變阻尼器部署在浮置板軌道上；建立單元，用於根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型；減振單元，用於根據動力學模型對浮置板軌道進行減振處理。
進一步地，該控制單元包括：第一控制模塊，用於在振動方向為向下的第一振動方向時，控制磁流變阻尼器產生向上的第一阻尼力；第二控制模塊，用於在振動方向為向上的第二振動方向時，控制磁流變阻尼器產生向下的第二阻尼力；建立單元包括：第一建立模塊，用於在振動方向為第一振動方向時，根據第一阻尼力和結構參數建立第一動力學模型；第二建立模塊，用於在振動方向為第二振動方向時，根據第二阻尼力和結構參數建立第二動力學模型。
進一步地，該獲取單元包括：第一獲取模塊，用於獲取浮置板軌道的振動速度；第二確定模塊，用於在振動速度為正數時，確定振動方向為向下的第一振動方向；第三確定模塊，用於在振動速度為負數時，確定振動方向為向上的第二振動方向；第四確定模塊，用於在振動速度為零時，確定浮置板軌道不振動。
進一步地，該裝置還包括：構造單元，用於在獲取浮置板軌道的振動速度之後，根據振動速度構造符號函數；建立單元用於根據符號函數、阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型。
進一步地，該建立單元包括：第二獲取模塊，用於獲取浮置板軌道的彈簧剛度、垂向振動位移、第一粘滯阻尼係數和垂向振動速度，其中，結構參數包括浮置板軌道的彈簧剛度、垂向振動位移、第一粘滯阻尼係數和垂向振動速度；第三獲取模塊，用於根據浮置板軌道的彈簧剛度、垂向振動位移、第一粘滯阻尼係數、垂向振動速度、阻尼力和符號函數獲取浮置板軌道的隔振器的支點力；第四獲取模塊，用於獲取浮置板軌道的鋼軌扣件的剛度、垂向振動位移、第二粘滯阻尼係數和垂向振動速度，其中，結構參數包括鋼軌扣件的剛度、垂向振動位移、和第二粘滯阻尼係數和垂向振動速度；第五獲取模塊，用於根據鋼軌扣件的剛度、垂向振動位移、第二粘滯阻尼係數和垂向振動速度獲取浮置板軌道的鋼軌支點反力；第三建立模塊，用於根據隔振器的支點力和鋼軌支點反力建立動力學模型。
通過本發明，通過獲取浮置板軌道的振動方向；根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力，其中，磁流變阻尼器部署在浮置板軌道上；根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型；根據動力學模型對浮置板軌道進行減振，由於通過在磁流變阻尼器的基礎上添加了根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力的控制策略，解決了現有技術中不能有效抑制浮置板軌道的低頻振動響應的問題，進而達到了有效抑制浮置板軌道的低頻減振響應的目的。
附圖說明
構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
圖1是根據本發明實施例的一種浮置板軌道的振動控制方法的流程圖；
圖2是根據本發明實施例的一種磁流變阻尼隔振浮置板軌道的垂向動力學模型；
圖3a是根據本發明實施例的一種鋼軌垂向位移的示意圖；
圖3b是根據本發明實施例的一種浮置板垂向位移的示意圖；
圖4是根據本發明實施例的一種浮置板支點反力1/3倍頻有效值的示意圖；以及
圖5是根據本發明實施力的一種浮置板軌道的振動控制裝置的示意圖。
具體實施方式
需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
為了使本技術領域的人員更好地理解本申請方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分的實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本申請保護的範圍。
需要說明的是，本申請的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本申請的實施例。此外，術語「包括」和「具有」以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
本發明實施例提供了一種浮置板軌道的振動控制方法。
圖1是根據本發明實施例的一種浮置板軌道的振動控制方法的流程圖。如圖1所示，該浮置板軌道的振動控制方法包括以下步驟：
步驟S102，獲取浮置板軌道的振動方向。
在本發明上述步驟S102提供的技術方案中，獲取浮置板軌道的振動方向。
在軌道上部建築與基礎間插入一固有振動頻率遠低於激振頻率的線性諧振器，也即，將具有一定質量和剛度的混凝土道床板浮置在橡膠或者彈簧隔振器上，利用浮置板質量慣性來平衡列車運行引起的動荷載，僅有沒有被平衡的動荷載和靜荷載才通過鋼彈簧元件傳到路基或者隧道結構上。浮置板軌道在使用過程中的振動方向包括向上振動和向下振動。該振動方向為浮置板的運動方向。
步驟S104，根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力。
在本發明上述步驟S104提供的技術方案中，根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力，其中，磁流變阻尼器部署在浮置板軌道上。
使自由振動衰減的各種摩擦和其它阻礙作用為阻尼力。流變阻尼器是以提供運動的阻力，而安置在結構系統上的可以提供運動的阻力，耗減運動能量的裝置，我們為阻尼器。庫侖阻尼來源於兩個相互摩擦的平面。庫侖阻尼的大小等於相互摩擦的兩個平面上的正壓力乘以其摩擦係數。一旦兩個平面有了相對運動，就會產生庫倫阻尼力。庫侖阻尼力與摩擦平面的相對速度無關，也即，庫倫阻尼力和運動質量塊的速度無關。庫侖阻尼力的方向與物體運動的方向相反。
浮置板的減振材料可以使用磁流變材料，磁流變阻尼器部署在該浮置板軌道上，由於磁流變阻尼基本屬於庫倫阻尼，必須與控制策略相結合，否則容易出現適得其反的效果。在獲取浮置板軌道的振動方向之後，根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力。比如，當浮置板軌道向下運動時，磁流變阻尼器產生向上的阻尼力，當浮置板軌道向上運動時，磁流變阻尼器產生向下的阻尼力。
步驟S106，根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型。
在本發明上述步驟S106提供的技術方案中，根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型。
浮置板軌道的結構參數包括軌道板彈性模量，截面極慣性矩，軌道板質量，軌道板長度，鋼軌扣件剛度，粘滯阻尼係數，浮置板的垂向振動位移和速度，浮置板軌道的鋼軌支點力，隔振器支點力，一塊板上鋼軌扣件數量，一塊板下隔振器數量，隔振器剛彈簧剛度、粘滯阻尼係數。在根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力之後，根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型。該動力學模型可以通過車輛-鋼彈簧浮置板軌道垂向耦合系統動力模型建立。與傳統的車輛-磁流變阻尼隔振浮置板軌道垂向耦合系統動力模型相比，該動力模型在浮置板自由梁上模型的基礎上，增加了磁流變阻尼的庫倫摩擦乾元件，因此浮置板的自由梁垂向振動方程與浮置板軌道的鋼軌支點反力、隔振器支點力有關，隔振器支點力由磁流變阻尼力獲得。在獲取浮置板軌道的結構參數之後，根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型。
步驟S108，根據動力學模型對浮置板軌道進行減振處理。
在本發明上述步驟S108提供的技術方案中，根據動力學模型對浮置板軌道進行減振處理。
在根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型之後，根據動力學模型對浮置板軌道進行減振處理。可以有效抑制浮置板軌道的垂向位移、降低浮置板軌道的支點反力，達到有效抑制浮置板軌道的低頻振動響應的效果。
該實施例通過獲取浮置板軌道的振動方向；根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力，其中，磁流變阻尼器部署在浮置板軌道上；根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型；根據動力學模型對浮置板軌道進行減振，由於通過在磁流變阻尼器的基礎上添加了根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力的控制策略，達到了提高浮置板軌道的低頻減振效果的目的。
作為一種可選的實施方式，根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力包括：如果振動方向為向下的第一振動方向，控制磁流變阻尼器產生向上的第一阻尼力；如果振動方向為向上的第二振動方向，控制磁流變阻尼器產生向下的第二阻尼力；根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型包括：如果振動方向為第一振動方向，根據第一阻尼力和結構參數建立第一動力學模型；如果振動方向為第二振動方向，根據第二阻尼力和結構參數建立第二動力學模型。
磁流變阻尼器部署在浮置板軌道上，作為浮置板軌道的半主動減振材料。在獲取浮置板軌道的振動方向之後，判斷振動方向，如果判斷出振動方向為向下的第一振動方向時，控制磁流變阻尼器產生向上的第一阻尼力，從而實現當浮置板軌道向下運動時，磁流變阻尼器產生向上的阻尼力。如果判斷出振動方向為向上的第二振動方向時，控制磁流變阻尼器產生向下的第二阻尼力，從而實現了當浮置板軌道向上運動時，磁流變阻尼器產生向下的阻尼力，進而實現了浮置板軌道的天地棚混合半主動控制策略。在獲取磁流變阻尼器的阻尼力之後，根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型包括：在振動方向為第一振動方向時，根據第一阻尼力和結構參數建立第一動力學模型；在振動方向為第二振動方向時，根據第二阻尼力和結構參數建立第二動力學模型，該第一動力學模型可以和第二動力學模型相同。
作為一種可選的實施方式，獲取浮置板軌道的振動方向包括：獲取浮置板軌道的振動速度；如果振動速度為正數，確定振動方向為向下的第一振動方向；如果振動速度為負數，確定振動方向為向上的第二振動方向；如果振動速度為零，確定浮置板軌道不振動。
獲取浮置板軌道的振動速度，判斷浮置板軌道的振動速度。可選地，以向下為正方向，當如果判斷出浮置板的振動速度為正數時，確定浮置板軌道的振動方向為向下的第一振動方向，如果判斷出浮置板的振動速度為負數時，確定浮置板軌道的振動方向為向上的第二振動方向。可選地，當浮置板的振動速度為零時，確定浮置板軌道不振動，從而實現了根據浮置板軌道的振動速度確定浮置板軌道的振動方向。
作為一種可選的實施方式，在獲取浮置板軌道的振動速度之後，根據振動速度構造符號函數；根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型包括：根據符號函數、阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型。
在獲取浮置板軌道的振動速度之後，根據振動速度構造符號函數，當浮置板軌道的振動速度為正數時，也即，當浮置板軌道向下振動時，該符號函數的值為1，當浮置板軌道的振動速度為負數時，也即，當浮置板軌道向上振動時，該符號函數的值為-1，當振動速度為零時該符號函數的值為0。在根據振動速度構造符號函數之後，獲取浮置板軌道的結構參數，根據符號函數、阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型。該動力學模型中的阻尼力與符號函數可以近似模擬浮置板線磁流變阻尼的天地棚混合半主動控制策略，從而有效地抑浮置板軌道的低頻振動響應。
作為一種可選的實施方式，根據符號函數、阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型包括：獲取浮置板軌道的彈簧剛度、垂向振動位移、第一粘滯阻尼係數和垂向振動速度，其中，結構參數包括浮置板軌道的彈簧剛度、垂向振動位移、第一粘滯阻尼係數和垂向振動速度；根據浮置板軌道的彈簧剛度、垂向振動位移、第一粘滯阻尼係數、垂向振動速度、阻尼力和符號函數獲取浮置板軌道的隔振器的支點力；獲取浮置板軌道的鋼軌扣件的剛度、垂向振動位移、第二粘滯阻尼係數和垂向振動速度，其中，結構參數包括鋼軌扣件的剛度、垂向振動位移、第二粘滯阻尼係數和垂向振動速度；根據鋼軌扣件的剛度、垂向振動位移、第二粘滯阻尼係數和垂向振動速度獲取浮置板軌道的鋼軌支點反力；根據隔振器的支點力和鋼軌支點反力建立動力學模型。
可選地，上述隔振器可以包括多個隔振器，根據第j個隔振器的彈簧剛度、第j個隔振器的垂向振動位移、第j個隔振器的第一粘滯阻尼係數、垂向振動速度、阻尼力和符號函數獲取浮置板軌道的第j個隔振器的支點力。
可選地，上述鋼軌扣件包括多個鋼軌扣件，根據第i個鋼軌扣件的剛度和第i個鋼軌扣件的第二粘滯阻尼係數獲取浮置板軌道的第i個鋼軌扣件的鋼軌支點反力。
作為一種可選的實施方式，根據隔振器的支點力和鋼軌支點反力建立動力學模型包括：通過如下第一預設公式建立動力學模型，其中，Es用於表示浮置板軌道的彈性模量，Is用於表示浮置板軌道的截面極慣性矩，Zs(xj,t)用於表示浮置板軌道的垂向振動位移，Ms用於表示浮置板軌道的軌道板質量，Ls用於表示浮置板軌道的軌道板長度，Np用於表示鋼軌扣件的數量，Frsi(t)用於表示t時刻鋼軌支點反力，δ(x-xi)和δ(x-xj)為Dirac函數，Nf用於表示隔振器的數量，Fssj(t)用於表示t時刻隔振器的支點力。
作為一種可選的實施方式，根據浮置板軌道的彈簧剛度、垂向振動位移、第一粘滯阻尼係數、垂向振動速度、阻尼力和符號函數獲取浮置板軌道的隔振器的支點力包括：通過如下第二預設公式獲取t時刻隔振器的支點力Fssj(t)：其中，Ksj用於表示第j個隔振器的彈簧剛度，Zs(xj,t)用於表示浮置板軌道的垂向振動位移，Csj用於表示第j個隔振器的第一粘滯阻尼係數，用於表示浮置板軌道的垂向振動速度，Fc用於表示阻尼力，用於表示符號函數。
作為一種可選的實施方式，根據鋼軌扣件的剛度、垂向振動位移、第二粘滯阻尼係數和垂向振動速度獲取浮置板軌道的鋼軌支點反力包括：通過如下第三預設公式獲取t時刻鋼軌支點反力Frsi(t)：通過如下第三預設公式獲取t時刻鋼軌支點反力Frsi(t)：其中，Kpi用於表示所述浮置板軌道的第i個鋼軌扣件的剛度，Zr(xi,t)用於表示所述鋼軌扣件的垂向振動位移，Zs(xj,t)用於表示所述浮置板軌道的垂向振動位移，Cpi用於表示所述浮置板軌道的第i個鋼軌扣件的所述第二粘滯阻尼係數，用於表示所述鋼軌扣件的垂向振動速度，用於表示所述浮置板軌道的垂向振動速度。
作為一種可選的實施方式，根據動力學模型對浮置板軌道進行減振包括以下至少之一：根據動力學模型對浮置板軌道的振動頻率進行調整；根據動力學模型對浮置板軌道的振動位移進行調整；根據動力學模型對浮置板軌道的支點反力進行調整。
該實施例在根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型之後，根據動力學模型對浮置板軌道進行減振，能夠有效抑制鋼軌和浮置板垂向振動位移。由於被動的鋼彈簧浮置板在受力時才檢測，自己不能主動觸發，與被動的鋼彈簧浮置板軌道相比，擁有天地棚混合的半主動控制策略的磁流變阻尼隔振浮置板軌道可以主動觸發，也可以在達到觸發條件時觸發，從而有效抑制其低頻振動響應，可以根據地鐵運營條件，實現單獨天棚和/或單獨地棚控制策略的有效轉變。
浮置板軌道的磁流變阻器的天地棚混合半主動控制策略可以調整為單獨天棚或單獨地棚控制策略，從而提升浮置板軌道適應不同地鐵運營條件的能力。
下面結合優選的實施例對本發明的技術方案進行說明。
該實施例涉及軌道交通的減振降噪域，可以用於軌道交通鋼彈簧浮置板軌道路段振動噪聲依然超限的情形。在傳統車輛-鋼彈簧浮置板軌道垂向耦合動力學模型基礎上，增加磁流變阻尼的庫侖幹摩擦元件，並藉助符號函數近似模擬地鐵鋼彈簧浮置板軌道下磁流變阻尼的天地棚混合半主動控制策略，並能方便地調整為單獨天棚或單獨地棚控制策略。
在該實施例中，為了對比分析擁有天地棚混合半主動控制策略的磁流變阻尼隔振浮置板軌道對傳統鋼彈簧浮置板軌道減振性能的改進效果，藉助車輛-磁流變阻尼隔振浮置板軌道垂向耦合系統動力學模型。
圖2是根據本發明實施例的一種磁流變阻尼隔振浮置板軌道的垂向動力學模型。如圖2所示，磁流變阻尼隔振浮置板軌道的垂向動力學模型為車輛-磁流變阻尼隔振浮置板軌道垂向耦合系統動力學模型的示意圖。與傳統車輛-鋼彈簧浮置板軌道垂向耦合動力學模型相比，該車輛-磁流變阻尼隔振浮置板軌道垂向耦合系統動力學模型在浮置板自由梁模型基礎上增加了磁流變阻尼的庫侖幹摩擦元件Fc，因此浮置板的自由梁垂向振動方程將變為(以向下為正)：
在上述公式中，δ(x-xi)和δ(x-xj)是Dirac函數；Es、Is分別為軌道板彈性模量、截面極慣性矩；Ms、Ls分別為軌道板質量、軌道板長度；Kpi、Cpi分別為第i個鋼軌扣件剛度和粘滯阻尼係數；而Zs(x,t)、為浮置板的垂向振動位移和速度；Frsi(t)為鋼軌支點反力；Fssj(t)為第j個隔振器支點力；Np為一塊板上鋼軌扣件數量；Nf為一塊板下隔振器數量；Ksj、Csj分別為第j個隔振器鋼彈簧剛度、粘滯阻尼係數。Zr(xi,t)用於表示鋼軌扣件的垂向振動位移，Zs(xi,t)用於表示浮置板的垂向振動位移，Cpi用於表示所述浮置板軌道的第i個鋼軌扣件的所述第二粘滯阻尼係數，所述用於表示鋼軌扣件的垂向振動位移，所述用於表示浮置板的垂向振動速度，Fc用於磁流變阻尼力，為符號函數。mr用於表示鋼軌的質量，Er用於表示鋼軌的彈性模量，Er用於鋼軌的截面極慣性矩。
該實施例為了發揮磁流變阻尼的作用，必須與控制策略相結合。該實施例的浮置板軌道下磁流變阻尼器採用天地棚混合半主動控制策略，也即，當浮置板軌道向下運動時，磁流變阻尼器產生向上的阻尼力；當浮置板軌道向上運動時，磁流變阻尼器產生向下的阻尼力。為了模擬這個控制策略，在圖2所示的動力學模型中，定義Fc為磁流變阻尼力，為符號函數。當括號內振動速度是正數時，也即，當浮置板軌道向下運動時，取值為1；當括號內振動速度是負數時，也即，當即浮置板軌道向上運動)，取值為-1；當括號內振動速度是零時，取值為零。顯然，該模型中的可近似模擬浮置板下磁流變阻尼的天地棚混合半主動控制策略，其中，為負值，從而降低了隔振器支點反力Fssj(t)。
下面以地鐵、車輛與鋼彈簧浮置板結構設計參數為例對本發明的技術方案達到的技術效果進行說明。
下面將以我國額定負載的地鐵A型車與常用的鋼彈簧浮置板軌道結構為例，應用本發明技術方案中的車輛-磁流變阻尼隔振浮置板軌道垂向耦合系統動力學模型及其磁流變阻尼的天地棚混合半主動控制策略，仿真分析地鐵車輛-磁流變阻尼隔振鋼彈簧浮置板軌道垂向耦合系統的非線性振動響應特徵，用以對比分析地鐵鋼彈簧浮置板下磁流變阻尼天地棚混合半主動控制策略的實際改進效果。在該實施例中，模擬的運營條件可以車速60km/h與波長0.1m～30m的美國5級高低不平順譜。表1是本發明實施例的浮置板軌道的工況列表。
表1浮置板軌道的工況列表
由表1可得，該實施例的浮置板軌道的工況包括無控制策略和天地棚混合控制策略，其中，無控制策略的磁流變阻尼力為0kN，天地棚混合控制策略的磁流變阻尼力為6kN。
圖3a是根據本發明實施例的一種鋼軌垂向位移的示意圖。如圖3a所示，由於公式為負值與浮置板軌道的無控制策略相比，天地棚混合半主動控制策略使得鋼軌的垂向振動位移下降了約0.35mm，從而大幅度降低了軌道鋼軌的垂向振動位移。因此，浮置板下磁流變阻尼的天地棚混合半主動控制策略能夠有效抑制鋼軌的垂向振動位移。
圖3b是根據本發明實施例的一種浮置板垂向位移的示意圖。如圖3b所示，與浮置板軌道的無控制策略相比，天地棚混合半主動控制策略使得浮置板的垂向振動位移下約0.29mm，從而大幅度降低了浮置板的垂向振動位移。因此，浮置板下磁流變阻尼的天地棚混合半主動控制策略能夠有效抑制浮置板的垂向振動位移。
圖4是根據本發明實施例的一種浮置板支點反力1/3倍頻有效值的示意圖。如圖4所示，與浮置板軌道的無控制工況相比，天地棚混合半主動控制策略在1Hz～20Hz低頻範圍內普遍降低了浮置板支點反力，最大可降低30％。由此可見，浮置板下磁流變阻尼的天地棚混合半主動控制策略能夠有效降低地鐵沿線1Hz～20Hz的低頻振動。
該實施例由於地鐵鋼彈簧浮置板下磁流變阻尼的天地棚混合半主動控制策略能夠調整為單獨天棚或單獨地棚控制策略，因此適應不同地鐵運營條件的能力比較強。
需要說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執行指令的計算機系統中執行，並且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同於此處的順序執行所示出或描述的步驟。
本發明實施例的還提供了一種浮置板軌道的振動控制裝置。需要說明的是，該實施例的浮置板軌道的振動控制裝置可以執行本發明實施力的浮置板軌道的振動控制方法。
圖5是根據本發明實施力的一種浮置板軌道的振動控制裝置的示意圖。如圖5所示，該浮置板軌道的振動控制裝置包括：獲取單元10、控制單元20、建立單元30和減振單元40。
獲取單元10，用於獲取浮置板軌道的振動方向。
在軌道上部建築與基礎間插入一固有振動頻率遠低於激振頻率的線性諧振器，也即，將具有一定質量和剛度的混凝土道床板浮置在橡膠或者彈簧隔振器上，利用浮置板質量慣性來平衡列車運行引起的動荷載，僅有沒有被平衡的動荷載和靜荷載才通過鋼彈簧元件傳到路基或者隧道結構上。浮置板軌道在使用過程中的振動方向包括向上振動和向下振動。該振動方向為浮置板的運動方向，通過獲取單元10獲取該振動方向。
控制單元20，用於根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力，其中，磁流變阻尼器部署在浮置板軌道上。
流變阻尼器是以提供運動的阻力。浮置板的減振材料可以使用磁流變材料，磁流變阻尼器部署在該浮置板軌道上，由於磁流變阻尼基本屬於庫倫阻尼，必須與控制策略相結合，否則容易出現適得其反的效果。在獲取單元10獲取浮置板軌道的振動方向之後，控制單元20根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力。比如，當浮置板軌道向下運動時，磁流變阻尼器產生向上的阻尼力，當浮置板軌道向上運動時，磁流變阻尼器產生向下的阻尼力。
建立單元30，用於根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型。
浮置板軌道的結構參數包括軌道板彈性模量，截面極慣性矩，軌道板質量，軌道板長度，鋼軌扣件剛度，粘滯阻尼係數，浮置板的垂向振動位移和速度，浮置板軌道的鋼軌支點力，隔振器支點力，一塊板上鋼軌扣件數量，一塊板下隔振器數量，隔振器剛彈簧剛度、粘滯阻尼係數。在通過控制單元20根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力之後，通過建立單元30根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型。該動力學模型可以通過車輛-鋼彈簧浮置板軌道垂向耦合系統動力模型建立。與傳統的車輛-磁流變阻尼隔振浮置板軌道垂向耦合系統動力模型相比，該動力模型在浮置板自由梁上模型的基礎上，增加了磁流變阻尼的庫倫摩擦乾元件，因此浮置板的自由梁垂向振動方程與浮置板軌道的鋼軌支點反力、隔振器支點力有關，隔振器支點力由磁流變阻尼力獲得。在獲取浮置板軌道的結構參數之後，根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型。
減振單元40，用於根據動力學模型對浮置板軌道進行減振處理。
在通過建立單元30根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型之後，根據動力學模型對浮置板軌道進行減振處理。可以有效抑制浮置板軌道的垂向位移、降低浮置板軌道的支點反力，達到有效抑制浮置板軌道的低頻振動響應的效果。
可選地，控制單元20包括第一控制模塊和第一控制模塊。其中，第一控制模塊用於在振動方向為向下的第一振動方向時，控制磁流變阻尼器產生向上的第一阻尼力；第二控制模塊用於在振動方向為向上的第二振動方向時，控制磁流變阻尼器產生向下的第二阻尼力；建立單元30包括第一建立模塊和第二建立模塊。其中，第一建立模塊用於在振動方向為第一振動方向時，根據第一阻尼力和結構參數建立第一動力學模型；第二建立模塊用於在振動方向為第二振動方向時，根據第二阻尼力和結構參數建立第二動力學模型。
磁流變阻尼器部署在浮置板軌道上，作為浮置板軌道的半主動減振材料。在獲取浮置板軌道的振動方向之後，判斷振動方向，如果判斷出振動方向為向下的第一振動方向時，通過第一控制模塊控制磁流變阻尼器產生向上的第一阻尼力，從而實現當浮置板軌道向下運動時，磁流變阻尼器產生向上的阻尼力。如果判斷出振動方向為向上的第二振動方向時，通過第二控制模塊控制磁流變阻尼器產生向下的第二阻尼力，從而實現了當浮置板軌道向上運動時，磁流變阻尼器產生向下的阻尼力，進而實現了浮置板軌道的天地棚混合半主動控制策略。在獲取單元10獲取磁流變阻尼器的阻尼力之後，在振動方向為第一振動方向時，通過第一建立模塊根據第一阻尼力和結構參數建立第一動力學模型；在振動方向為第二振動方向時，通過第二建立模塊根據第二阻尼力和結構參數建立第二動力學模型，該第一動力學模型可以和第二動力學模型相同。
可選地，獲取單元10包括：第一獲取模塊、第一確定模塊、第二確定模塊和第三確定模塊。
第一獲取模塊，用於獲取浮置板軌道的振動速度；第一確定模塊，用於在振動速度為正數時，確定振動方向為向下的第一振動方向；第二確定模塊，用於在振動速度為負數時，確定振動方向為向上的第二振動方向；第三確定模塊，用於在振動速度為零時，確定浮置板軌道不振動。
通過第一獲取模塊獲取浮置板軌道的振動速度，判斷浮置板軌道的振動速度。可選地，以向下為正方向，當如果判斷出浮置板的振動速度為正數時，通過第一確定模塊確定浮置板軌道的振動方向為向下的第一振動方向，如果判斷出浮置板的振動速度為負數時，第二確定模塊確定浮置板軌道的振動方向為向上的第二振動方向。可選地，當浮置板的振動速度為零時，確定浮置板軌道不振動，從而實現了根據浮置板軌道的振動速度確定浮置板軌道的振動方向。
可選地，該浮置板軌道的振動控制裝置包括：構造單元，用於在獲取浮置板軌道的振動速度之後，根據振動速度構造符號函數；建立單元30用於根據符號函數、阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型。
在通過第一獲取模塊獲取浮置板軌道的振動速度之後，通過構造單元根據振動速度構造符號函數，當浮置板軌道的振動速度為正數時，也即，當浮置板軌道向下振動時，該符號函數的值為1，當浮置板軌道的振動速度為負數時，也即，當浮置板軌道向上振動時，該符號函數的值為-1，當振動速度為零時該符號函數的值為0。在根據振動速度構造符號函數之後，獲取浮置板軌道的結構參數，根據符號函數、阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型。該動力學模型中的阻尼力與符號函數可以近似模擬浮置板線磁流變阻尼的天地棚混合半主動控制策略，從而有效地抑浮置板軌道的低頻振動響應。
可選地，建立單元30包括：第二獲取模塊、第三獲取模塊、第四獲取模塊、第五獲取模塊和第三建立模塊。第二獲取模塊，用於獲取浮置板軌道的彈簧剛度、垂向振動位移、第一粘滯阻尼係數和垂向振動速度，其中，結構參數包括浮置板軌道的彈簧剛度、垂向振動位移、第一粘滯阻尼係數和垂向振動速度；第三獲取模塊，用於根據浮置板軌道的彈簧剛度、垂向振動位移、第一粘滯阻尼係數、垂向振動速度、阻尼力和符號函數獲取浮置板軌道的隔振器的支點力；第四獲取模塊，用於獲取浮置板軌道的鋼軌扣件的剛度、垂向振動位移、第二粘滯阻尼係數和垂向振動速度，其中，結構參數包括鋼軌扣件的剛度、垂向振動位移、第二粘滯阻尼係數和垂向振動速度；第五獲取模塊，用於根據鋼軌扣件的剛度、垂向振動位移、第二粘滯阻尼係數和垂向振動速度獲取浮置板軌道的鋼軌支點反力；第三建立模塊，用於根據隔振器的支點力和鋼軌支點反力建立動力學模型。
可選地，上述隔振器可以包括多個隔振器，根據第j個隔振器的彈簧剛度、第j個隔振器的垂向振動位移、第j個隔振器的第一粘滯阻尼係數、垂向振動速度、阻尼力和符號函數獲取浮置板軌道的第j個隔振器的支點力。
可選地，建立模塊用於通過如下第一預設公式建立動力學模型，其中，Es用於表示浮置板軌道的彈性模量，Is用於表示浮置板軌道的截面極慣性矩，Zs(xj,t)用於表示浮置板軌道的垂向振動位移，Ms用於表示浮置板軌道的軌道板質量，Ls用於表示浮置板軌道的軌道板長度，Np用於表示鋼軌扣件的數量，Frsi(t)用於表示t時刻鋼軌支點反力，δ(x-xi)和δ(x-xj)為Dirac函數，Nf用於表示隔振器的數量，Fssj(t)用於表示t時刻隔振器的支點力。
可選地，第三獲取模塊用於通過如下第二預設公式獲取t時刻隔振器的支點力Fssj(t)：其中，Ksj用於表示第j個隔振器的彈簧剛度，Zs(xj,t)用於表示浮置板軌道的垂向振動位移，Csj用於表示第j個隔振器的第一粘滯阻尼係數，用於表示浮置板軌道的垂向振動速度，Fc用於表示阻尼力，用於表示符號函數。
可選地，根據鋼軌扣件的剛度和粘滯阻尼係數獲取浮置板軌道的鋼軌支點反力包括：通過如下第三預設公式獲取t時刻鋼軌支點反力Frsi(t)：通過如下第三預設公式獲取t時刻鋼軌支點反力Frsi(t)：其中，Kpi用於表示所述浮置板軌道的第i個鋼軌扣件的剛度，Zr(xi,t)用於表示所述鋼軌扣件的垂向振動位移，Zs(xj,t)用於表示所述浮置板軌道的垂向振動位移，Cpi用於表示所述浮置板軌道的第i個鋼軌扣件的所述第二粘滯阻尼係數，用於表示所述鋼軌扣件的垂向振動速度，用於表示所述浮置板軌道的垂向振動速度。
可選地，減振單元40用於執行以下方法至少之一：根據動力學模型對浮置板軌道的振動頻率進行調整；根據動力學模型對浮置板軌道的振動位移進行調整；根據動力學模型對浮置板軌道的支點反力進行調整。
該實施例通過獲取單元10獲取浮置板軌道的振動方向，通過控制單元20根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力，磁流變阻尼器部署在浮置板軌道上，通過建立單元30根據阻尼力和浮置板軌道的結構參數建立動力學模型，通過減振單元40根據動力學模型對浮置板軌道進行減振處理，由於通過在磁流變阻尼器的基礎上添加了根據振動方向，控制磁流變阻尼器產生與振動方向相反的阻尼力的控制策略，解決了現有技術中不能有效抑制浮置板軌道的低頻振動響應的問題，進而達到了提高浮置板軌道的低頻減振效果的目的。
本發明實施例還提供了一種浮置板軌道。該浮置板軌道包括本發明實施例的浮置板軌道的振動控制裝置。優選地，該浮置板軌道為鋼彈簧隔振浮置板軌道，但不限於本發明實施例的浮置板軌道僅為鋼彈簧隔振浮置板軌道。
顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執行的程序代碼來實現，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執行，或者將它們分別製作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟製作成單個集成電路模塊來實現。這樣，本發明不限制於任何特定的硬體和軟體結合。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。