本發(fā)明涉及城市軌道交通，特別涉及一種主動隔離-被動衰減-能量回收一體化復(fù)合隔離墻。

背景技術(shù)：

1、城市軌道交通的運(yùn)行會引發(fā)長期振動，可能導(dǎo)致沿線建筑物出現(xiàn)裂縫、地基沉降等結(jié)構(gòu)損傷，威脅建筑安全。此外，當(dāng)軌道線路穿過居民區(qū)時，振動還會干擾居民生活，因此必須采取有效的振動控制措施。

2、當(dāng)前，軌道交通振動控制領(lǐng)域已涌現(xiàn)出多種減振-隔振聯(lián)合設(shè)計方案，例如：公開號為cn117569125a的中國發(fā)明專利申請?zhí)岢隽艘环N軌道交通減震結(jié)構(gòu)，通過將軌道交通減震結(jié)構(gòu)整體安裝在軌道下方，取代橡膠減震圈，對軌道交通起到減震作用。公開號為cn117306319a的中國發(fā)明專利申請?zhí)岢隽艘环N基于軌道交通的軌道減震機(jī)構(gòu)，通過設(shè)置滑板和滾珠板之間的連接方式提高減震機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，通過設(shè)置橡膠墊提高滾珠板底部的減震效果，通過設(shè)置阻尼彈簧柱和套蓋結(jié)構(gòu)組成完整減震機(jī)構(gòu)，減少了列車與軌道之間的摩擦力，同時提高了軌道的使用壽命。這些設(shè)計通過優(yōu)化機(jī)械構(gòu)型顯著提升了低頻、大幅振動的抑制效果。

3、然而，現(xiàn)有技術(shù)仍存在三個關(guān)鍵局限性：首先，被動控制機(jī)制難以動態(tài)適應(yīng)復(fù)雜多變的振動頻譜特性；其次，控制維度單一，主要針對軌道縱向振動而忽略了多向耦合振動；最后，未能實現(xiàn)振動能量的有效回收利用。

4、相比之下，磁流變阻尼器憑借其毫秒級響應(yīng)速度和連續(xù)可調(diào)的阻尼力特性，已在汽車減振領(lǐng)域取得顯著成效。然而，軌道交通振動具有獨(dú)特的工況特點(diǎn)：振動幅值可達(dá)汽車工況的5-10倍，主導(dǎo)頻率集中在0.5-10hz低頻段，且振動源涉及輪軌耦合、軌道不平順等多因素耦合作用。因此，現(xiàn)有設(shè)計仍然難以滿足軌道交通的主動抗震需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的問題是：提供一種主動隔離-被動衰減-能量回收一體化復(fù)合隔離墻，結(jié)合主動控制的實時調(diào)節(jié)與被動控制的能量耗散，構(gòu)建多級振動控制策略，適應(yīng)不同振動環(huán)境，同時實現(xiàn)能量的部分回收，提高城市軌道交通的穩(wěn)定性與安全性。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種主動隔離-被動衰減-能量回收一體化復(fù)合隔離墻，由若干組振動控制結(jié)構(gòu)連接形成，通過構(gòu)建主動-被動協(xié)同的多級振動控制，抑制列車軌道振動；

3、每組振動控制結(jié)構(gòu)包括：磁流變阻尼單元、線性電機(jī)位移控制單元、被動振動控制模塊、底部支撐元件、頂部覆蓋模塊；

4、所述磁流變阻尼單元和線性電機(jī)位移控制單元用于主動振動調(diào)節(jié)；

5、磁流變阻尼單元布置于被動振動控制模塊側(cè)面，連接所述被動振動控制模塊并基于磁流變液在電磁場作用下改變流動阻力的特性，提供可變阻尼力，在不同工況下動態(tài)調(diào)整振動抑制；

6、線性電機(jī)位移控制單元布置于磁流變阻尼單元相鄰位置，上表面與被動振動控制模塊連接，下表面通過滾輪與滾輪軌道連接，利用電磁力驅(qū)動滾輪軌道精確位移調(diào)節(jié)，補(bǔ)償外部擾動，實現(xiàn)主動振動控制；

7、所述被動振動控制模塊設(shè)置于線性電機(jī)位移控制單元上方，連接底部支撐元件，通過柔性材料減振和剛性材料隔振，進(jìn)行被動振動控制；

8、所述滾輪軌道固定設(shè)置于底部支撐元件上表面，所述底部支撐元件與軌道基礎(chǔ)固定連接；

9、所述頂部覆蓋模塊設(shè)置于整個振動控制結(jié)構(gòu)頂部，與列車軌道緊密連接，通過光纖位移監(jiān)測元件與壓電轉(zhuǎn)化電路進(jìn)行振動監(jiān)測與振動能量轉(zhuǎn)化。

10、優(yōu)選地，所述磁流變阻尼單元包括：工作缸體、電磁線圈、連接部件、活塞、活塞桿、磁流變液、保護(hù)筒；通過磁流變液在空腔中的磁流變效應(yīng)，保證磁流變阻尼單元產(chǎn)生可控的阻尼力，實現(xiàn)對列車軌道的實時主動控制。

11、所述工作缸體由不銹鋼制成，結(jié)構(gòu)為空心長方體狀，用于提供支撐與保護(hù)，確?；钊麡?gòu)件的長期穩(wěn)定。

12、所述活塞置于工作缸體內(nèi)部，沿工作缸體軸向滑動，將工作缸體內(nèi)部空間劃分為上下兩個獨(dú)立的工作腔。

13、所述電磁線圈由銅線制成，位于活塞外部，并且通過橡膠密封，防止損傷線圈，用于在控制電流輸入下產(chǎn)生可調(diào)磁場，激發(fā)磁流變液響應(yīng)。

14、所述磁流變液由納米鐵顆粒分散于礦物油中形成，填充于上下兩個工作腔之間的通道內(nèi)，將上下兩個工作腔連通。

15、所述活塞桿為合金制成，通過螺紋與活塞上部連接。

16、優(yōu)選地，連接部件，包括：l形連接部件、方形連接部件。

17、所述l形連接部件用于固定工作缸體，末端通過螺絲與被動振動控制模塊相連；所述方形連接部件一端與活塞桿焊接，另一端通過螺絲與被動振動控制模塊相連。

18、所述保護(hù)筒由耐高溫耐腐蝕材料制成，包裹在磁流變阻尼單元外層，提供額外的防護(hù)作用。

19、優(yōu)選地，所述線性電機(jī)位移控制單元，包括：位移控制線性電機(jī)元件、位移傳感器、數(shù)據(jù)通訊接口、滾輪、滾輪軌道；

20、所述位移控制線性電機(jī)元件上表面連接被動振動控制模塊，下表面經(jīng)滾輪與滾輪軌道滑動連接，用于產(chǎn)生線性驅(qū)動力，基于電磁力原理輸出沿固定方向的直線運(yùn)動，驅(qū)動整體結(jié)構(gòu)作精確位移；

21、所述位移傳感器設(shè)置于位移控制線性電機(jī)元件內(nèi)部或外部，用于實時獲取位移狀態(tài)信息，通過數(shù)據(jù)通訊接口反饋至控制系統(tǒng)。

22、所述滾輪由高強(qiáng)度合金材料制成，通過滾輪控制電機(jī)驅(qū)動，沿滾輪軌道進(jìn)行精準(zhǔn)位移調(diào)整。

23、優(yōu)選地，所述被動振動控制模塊，包括：被動振動控制單元、剪切抵抗元件、連接固定元件；

24、所述被動振動控制單元有四個，以相互垂直的空間布置方式分別連接在四個連接固定元件上，構(gòu)成整體被動振動控制模塊；

25、每個被動振動控制單元的兩側(cè)分別通過若干剪切抵抗元件連接在兩個連接固定元件上，提供額外抗剪強(qiáng)度和輔助吸振。

26、優(yōu)選地，每個被動振動控制單元包括：剛性隔振元件和柔性內(nèi)嵌減振元件，通過在剛性隔振元件內(nèi)部填充柔性內(nèi)嵌減振元件構(gòu)成，旨在通過柔性與剛性材料的協(xié)同作用，實現(xiàn)高效的振動隔離與衰減。

27、所述剛性隔振元件為中空長方體結(jié)構(gòu)，由金屬或者混凝土高剛性材料制成，以確保其具有足夠的強(qiáng)度和剛性，能夠有效隔振和承載負(fù)荷。

28、所述柔性內(nèi)嵌減振元件填充于剛性隔振元件內(nèi)部，利用柔性材料的高變形能力和優(yōu)異的吸能特性，在受到振動作用時發(fā)生形變，從而大量吸收并衰減振動能量，減少振動的傳遞。該元件的選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計可根據(jù)實際工況需求進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以兼顧耐久性和減振效率，提高整體振動控制效果。

29、優(yōu)選地，所述剪切抵抗元件包括：外圈壓縮彈簧、內(nèi)圈壓縮彈簧、固定底座、抗剪元件、高強(qiáng)螺絲，主要用于提供剪切強(qiáng)度，并通過外圈壓縮彈簧和內(nèi)圈壓縮彈簧進(jìn)一步吸收振動能量，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗振能力。

30、所述外圈壓縮彈簧和內(nèi)圈壓縮彈簧分別設(shè)置于抗剪元件兩側(cè)，在外部剪切力作用下通過彈性變形耗散能量；

31、所述固定底座一側(cè)通過高強(qiáng)螺絲連接抗剪元件，另一側(cè)與軌道結(jié)構(gòu)固定連接。

32、優(yōu)選地，所述頂部覆蓋模塊包括：橡膠蓋板、光纖位移監(jiān)測元件、壓電轉(zhuǎn)化電路，主要作用是保護(hù)振動控制結(jié)構(gòu)整體，并與列車軌道緊密連接，可以實現(xiàn)振動監(jiān)測和振動能量轉(zhuǎn)化。

33、所述橡膠蓋板采用高彈性橡膠材料制成，保護(hù)和覆蓋整個振動控制結(jié)構(gòu)，并與軌道底部緊密貼合；并通過連接鎖扣在軌道運(yùn)行方向上擴(kuò)展橡膠蓋板的長度。

34、所述光纖位移監(jiān)測元件嵌入至橡膠蓋板表層，用于實時監(jiān)測列車軌道的位移變化。該監(jiān)測元件基于光纖光柵傳感技術(shù)，能夠高精度感知軌道的微小變形與位移，并將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)列車軌道狀態(tài)的實時監(jiān)測與預(yù)警，其柔性嵌入設(shè)計確保了與橡膠蓋板的良好適配，同時具備抗干擾能力，提高了長期穩(wěn)定性。

35、所述壓電轉(zhuǎn)化電路采用片狀結(jié)構(gòu)，嵌入至橡膠蓋板中部，收集和傳輸產(chǎn)生的電荷，通過壓電效應(yīng)將振動能轉(zhuǎn)化為電能。

36、優(yōu)選地，所述壓電轉(zhuǎn)化電路包括：壓電轉(zhuǎn)化元件、壓電元件間硅膠緩沖層、能量收集電路、能量收集備用電路、電壓表、開關(guān)、鋁塑復(fù)合膜、多路信號匯總模塊、并行整流電路；

37、所述壓電轉(zhuǎn)化元件采用若干個六邊形片狀結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷片，以蜂窩陣列組合形式嵌入橡膠蓋板，片狀電極面平行于軌道平面布置，且相鄰壓電陶瓷片之間通過硅膠包覆銀導(dǎo)線激光焊接互聯(lián)，焊接點(diǎn)采用聚氨酯灌封；

38、所述壓電元件間硅膠緩沖層經(jīng)真空注塑工藝成型，填充于相鄰壓電陶瓷片間隙；

39、所述能量收集電路和能量收集備用電路采用并聯(lián)電路形式，通過開關(guān)自動切換，并通過電壓表實時監(jiān)測能量收集電路和能量收集備用電路電壓狀態(tài)，傳輸至多路信號匯總模塊；

40、所述多路信號匯總模塊連接并行整流電路，用于將壓電轉(zhuǎn)化元件產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電；

41、所述鋁塑復(fù)合膜采用0.2mm鋁塑復(fù)合真空封裝層，覆蓋于壓電轉(zhuǎn)化元件表面；

42、所述多路信號匯總模塊內(nèi)置fft+lms算法，用于實現(xiàn)振動頻譜分析，通過fram芯片本地存儲故障代碼，并集成rs-485/nb-iot雙模通信。

43、優(yōu)選地，一體化復(fù)合隔離墻還包括連接鎖扣，用于在軌道運(yùn)行方向上擴(kuò)展底部支撐元件和橡膠蓋板長度，連接各組振動控制結(jié)構(gòu)，形成一體化復(fù)合隔離墻；

44、所述底部支撐元件為一體成型實體長方體狀結(jié)構(gòu)，用于提供振動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定支撐和結(jié)構(gòu)擴(kuò)展能力，由不銹鋼制成，為整個振動控制系統(tǒng)提供可靠的底部支撐。

45、連接元件通過連接鎖扣在軌道運(yùn)行方向上擴(kuò)展振動控制系統(tǒng)的長度，確保振動控制系統(tǒng)能夠根據(jù)需求進(jìn)行長度調(diào)整，以適應(yīng)不同軌道結(jié)構(gòu)的安裝要求。

46、本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

47、1、本發(fā)明一體化復(fù)合隔離墻，頂部覆蓋模塊中的光纖位移監(jiān)測元件實時感知軌道振動，將位移數(shù)據(jù)反饋至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)基于振動頻譜與幅量特征進(jìn)行分析，調(diào)節(jié)振動控制系統(tǒng)的剛度與阻尼參數(shù)，從而有效降低列車軌道的振動幅度。

48、2、本發(fā)明的一體化復(fù)合隔離墻，融合主動控制與被動控制機(jī)制，構(gòu)建協(xié)同多級振動控制體系。其中，線性電機(jī)位移控制單元依據(jù)系統(tǒng)指令驅(qū)動滾輪實現(xiàn)精確位移補(bǔ)償，有效抵消軌道結(jié)構(gòu)的宏觀位移；磁流變阻尼單元通過實時調(diào)節(jié)輸入電流，改變磁流變液阻尼特性，提供與振動反向的可控阻尼力，抑制中高頻振動。同時，被動振動控制模塊作為系統(tǒng)基礎(chǔ)，持續(xù)耗散振動能量并承擔(dān)主要靜荷載；其內(nèi)部剪切抵抗元件與柔性材料協(xié)同作用，增強(qiáng)系統(tǒng)抗沖擊性和多向穩(wěn)定性，確保在主動控制未啟動或異常時仍具備基礎(chǔ)減振能力。

49、3、本發(fā)明一體化復(fù)合隔離墻，壓電轉(zhuǎn)化電路將整個振動控制系統(tǒng)在振動中產(chǎn)生的機(jī)械能捕獲并轉(zhuǎn)化為電能，為監(jiān)測單元或控制系統(tǒng)補(bǔ)充能量，實現(xiàn)了能量的部分回收。