一种钢轨减振器

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体而言，涉及一种钢轨减振器。

背景技术

随着城市地铁、轻轨等轨道交通工具的不断发展，极大程度上减缓了城市交通拥堵、环境污染等问题；与此同时，在车辆运营过程，轨道列车与钢轨碰撞或摩擦产生的动态激励力不可避免的沿着轨道路基路径传递至周边区域，引起环境噪声污染问题。同时，振动能量会传递至列车车厢引起厢体内部的振动及噪声，导致乘客乘坐环境舒适度的下降。由于轮轨激励力在宽频带内具有很强的振动能量，加上轨道系统自身阻尼损耗很低，特别容易引起钢轨的共振或谐振振动，目前常用动力吸振器来解决钢轨的共振或谐振问题。

动力吸振器是指利用共振子系统吸收主振系统的振动能量以减小主振动的设备，其原理是在振动物体上附加质量弹簧共振系统，这种附加系统在共振时产生的反作用力可使振动物体的振动减小，因此动力吸振器的作用机理决定其有效实现减振目的的前提条件是子系统谐振频率需与主系统谐振频率一致或接近一致，偏差不应超过设计频率带宽的20％左右，否则减振效果将大大折扣。而实际主系统如轨道系统，其具备宽频带振动特性，即在很宽频带内具有多个谐振峰，为实现宽频带减振效果，动力吸振器就必须做成多自由度系统，每个自由度针对一个设计目标频率，但受空间尺寸的限制自由度数通常会受到很大限制。

另外，市面上钢轨阻尼吸振器多为双自由度或三自由度压缩性阻尼减振器，其弹性单元多为橡胶材料，且多个弹性单元与多个刚性质量单元硫化成型为一体，形成多子系统吸振器。但此种吸振器多个刚性质量与弹性单元为一体设计，由于每个自由度之间存在模态耦合，相互之间存在干扰，任意单个自由度参数的改变必然引起其它自由度谐振频率的改变，导致设计难度很大，很难进一步提高阻尼器自由度的数量。另外，橡胶材料受粘接状态、温度及频率的影响很大，其中任意参数发生改变，均会导致设计刚度值发生明显改变，因此在实际使用过程中设计频率与目标频率偏差较大，难以灵活调节。再者，现有阻尼器设计安装完毕后，一旦轨道系统参数发生改变或产品老化变形导致某个设计频率与目标频率发生偏差时，整个阻尼器必须同时更换，因此维护检修成本高。另外，现有钢轨阻尼器为取得更好的减振效果，就必须增加附加质量，为此，导致现有钢轨阻尼器附加质量较大，低频控制效果较差。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种钢轨减振器，以解决上述技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种钢轨减振器，包括板簧单元和调谐质量单元，所述板簧单元上设置被约束点，至少一个所述被约束点被约束在钢轨上，所述调谐质量单元固定在所述板簧单元上，所述调谐质量单元与所述被约束点之间的距离形成受力力臂，所述调谐质量单元及所述板簧单元构成质量弹簧共振子系统。

进一步的，在钢轨上设置约束支点，所述被约束点通过所述约束支点连接固定在钢轨的轨脚和/或轨腰处，所述约束支点设置为固定夹具或粘接层。

进一步的，所述调谐质量单元一端与所述板簧单元连接，所述调谐质量单元的另一端与钢轨连接，所述调谐质量单元与钢轨之间设置缓冲垫。

进一步的，所述板簧单元、约束支点、调谐质量单元之间的连接采用胶粘、焊接、紧固件连接或者一体成型中的一种或多种组合。

进一步的，所述调谐质量单元沿所述板簧单元纵向或垂向可布置一个或多个。

进一步的，所述调谐质量单元直接刚性固定在所述板簧单元上，或所述调谐质量单元通过弹性层连接固定在所述板簧单元上。

进一步的，在所述板簧单元外表面单侧或双侧贴敷一层或多层阻尼层。

进一步的，所述调谐质量单元能够沿所述板簧单元长度方向移动，通过调节所述调谐质量单元距离被约束点之间的距离来改变所述板簧单元的弯曲刚度。

进一步的，在所述板簧单元上设置滑槽孔，采用紧固件连接所述调谐质量单元，通过将所述紧固件安装在所述滑槽孔上的不同位置来调节所述调谐质量单元距离所述被约束点的距离。

进一步的，在所述板簧单元上设置多个安装孔，采用紧固件和所述调谐质量单元连接后，通过将所述紧固件安装在不同安装孔内部来调节所述调谐质量单元距离所述被约束点的距离。

相对于现有技术，本发明所述的钢轨减振器具有以下优势：

本发明设计了一种多自由度动力吸振器产品，可针对轨道任意个共振峰值进行目标设计，每个自由度吸振器可独立作用，通过共用基座或串联安装方式共同对钢轨产生反作用力，并利用弹性材料内部的粘滞损耗减少振动能量的传递，从而实现宽频带的减振效果。

利用低环境及低频率敏感性的板簧材料作为弹簧单元，板簧自身质量及谐振质量构成质量单元，弹簧及质量单元组成质量弹簧系统。板簧至少一端固定约束，谐振质量与板簧约束点设置一定距离，形成杠杆原理放大力臂，可较小附加质量对钢轨主振系统施加较大反作用力，力臂长度可沿长度随意调节，从而形成一种低环境、低频率敏感性、调频灵活、高效率减振的多自由度的动力吸振器，并且该方案设计简单可靠，使用寿命长，维护保养方便。

附图说明

图1为本发明实施例1所述的钢轨减振器结构示意图；

图2为本发明实施例1所述的钢轨减振器结构示意图；

图3为本发明实施例2所述的钢轨减振器结构示意图；

图4为本发明实施例3所述的钢轨减振器结构示意图；

图5为本发明实施例4所述的钢轨减振器结构示意图；

图6为本发明实施例5所述的钢轨减振器结构示意图；

图7为本发明实施例6所述的钢轨减振器结构示意图；

图8为本发明实施例7所述的钢轨减振器结构示意图；

图9为本发明实施例7所述的钢轨减振器结构示意图；

图10为本发明实施例8所述设置滑槽孔的钢轨减振器结构示意图；

图11为本发明实施例8所述设置滑槽孔的钢轨减振器俯视图；

图12为本发明实施例8所述设置安装孔的钢轨减振器结构示意图；

图13为本发明实施例8所述设置安装孔的钢轨减振器俯视图；

图14为本发明实施例9所述的钢轨减振器结构示意图；

图15为本发明实施例1所述的钢轨减振器设置在轨腰两侧的俯视图；

图16为本发明实施例10所述的弯曲板簧单元结构示意图；

图17为本发明实施例10所述的多个弯曲板簧单元结构示意图。

附图说明：

板簧单元1，被约束点12，滑槽孔13，调谐质量单元2，质量块21，约束支点3，卡夹32，螺钉33，缓冲垫4，钢轨5，轨腰51，轨脚52，弹性层6，阻尼层7，约束层8，紧固件9。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的各个实施例可以相互组合。

如图1～13所示，本实施例提供了一种钢轨减振器，固定安装在钢轨轨腰或轨底位置，用于减少钢轨振动及噪声辐射。

具体的，所述钢轨减振器包括板簧单元1和调谐质量单元2构成，其中板簧单元1上设置被约束点12，板簧单元的至少一个约束点12被约束在钢轨5上，调谐质量单元2固定在板簧单元1上，且调谐质量单元2与板簧单元1的被约束点之间设置间隙，调谐质量单元2与被约束点之间的距离形成受力力臂。调谐质量单元2及板簧单元1构成质量弹簧共振子系统，当钢轨减振器系统谐振频率被调节接近至所述钢轨的共振频率附近时，引起子系统的强烈振动并对钢轨主系统产生力相位反向的反作用力，抵消掉钢轨主系统传递的部分振动能量，或将部分振动能量转为其它形式能量如热能、声能等耗散掉。

进一步的，被约束点12为板簧单元1与钢轨连接的位置，被约束点12设置在板簧单元1上的任意位置，板簧单元1可以设置为长方形、锥形、圆形或棒状结构，亦可是实心或空心；板簧单元1的材质既可是普通钢、弹簧钢亦可是复合材料、塑料件、橡胶件等。

进一步的，调谐质量单元2安装在板簧单元1上，调谐质量单元2设置为刚性质量块、或柔性塑料等可提供附加质量的结构物，调谐质量单元2也可以设置为内部填充有颗粒物的腔壁结构。

进一步的，在钢轨5上设置约束支点3，板簧单元1的被约束点12通过约束支点3连接固定在钢轨5的轨脚和/或轨腰处，所述约束支点3设置为固定夹具或粘接层。

调谐质量单元2一端与板簧单元1连接，调谐质量单元2的另一端可以与钢轨5连接或断开，当调谐质量单元2的另一端与钢轨5连接时，调谐质量单元2与钢轨5之间设置缓冲垫4，防止质量块与钢轨5直接碰撞产生噪音。

作为本发明实施例的一部分，所述板簧单元1、约束支点3、调谐质量单元2之间采用胶粘、焊接、紧固件连接或者一体成型中的一种或多种组合。

作为本发明实施例的一部分，钢轨减振器可同时设置多个，多个钢轨减振器可同时分布在钢轨的轨脚、轨腰或轨底，形成多自由度动力吸振器，实现宽频带的减振效果。

作为本发明实施例的一部分，调谐质量单元2沿板簧单元1的纵向或垂向可布置多个，方便根据振动效果进行调节。

作为本发明实施例的一部分，调谐质量单元2直接刚性固定在板簧单元1上。或调谐质量单元2通过弹性层6连接固定在板簧单元1上，可构成多自由度的动力吸振系统，拓宽减振频带。所述弹性层6可以设置为弹簧或其他弹性材料。

作为本发明实施例的一部分，板簧单元1通常自身阻尼较低，对自身振动能量较大，为增强振动能量的损耗，在板簧单元1外表面单侧或双侧贴敷一层或多层阻尼层7。振动能量传递至阻尼层中，引起阻尼层的拉伸或剪切变形，将振动能量转化为热能消耗掉。

作为本发明实施例的一部分，调谐质量单元2设置为可沿板簧单元1长度方向调节移动的结构，钢轨减振器安装后，可以根据使用过程中的振动情况，调节调谐质量单元2距离被约束点12之间的距离来改变板簧单元1的弯曲刚度，达到调整钢轨减振器的共振频率的目的。

作为本发明实施例的一部分，板簧单元1可以设置弯曲结构，且板簧单元1可以设置多个叠加在一起，调谐质量单元2安装在板簧单元1的两端。

实施例1

如图1～2和图15所示，本实施例提供了一种安装在钢轨两侧的钢轨减振器，包括悬伸一定力臂长度的板簧单元1和调谐质量单元2，板簧单元1的一端连接调谐质量单元2，板簧单元1另一端的被约束点12连接在钢轨约束支点3上，板簧单元1垂直于钢轨的长度方向。约束支点3设置在轨腰两侧的轨脚上表面，约束支点3部分接触面与钢轨轨脚上表面吻合一致，通过胶粘、焊接或固定夹具将约束支点3固定在钢轨轨面上。板簧单元1、约束支点3、调谐质量单元2之间的连接均可采用胶粘、焊接、紧固件连接或者一体成型的方式连接。

优选的，可以将本实施例所述的钢轨减振器设置为两个，分别位于钢轨的两侧，增加吸振性能，且保持平衡。

如图2所示，本实施例中钢轨减振器可以设置在轨腰、轨脚、轨底的任意位置，且可同时设置多个。

实施例2

如图3所示，本实施例在实施例1的基础上，将钢轨减振器设置在钢轨底部。板簧单元1通过两个固定夹具固定在钢轨底部，调谐质量单元2安装在板簧单元1的两端。

所述固定夹具包括卡夹32和螺钉33，其中卡夹32一端与板簧单元1连接，卡夹32的另一端扣压在钢轨的轨脚上，通过双头螺钉33穿过卡夹32和板簧单元1将板簧单元1与钢轨的轨脚52固定连接。

实施例3

如图4所示，本实施例提供了一种安装在钢轨两侧的钢轨减振器，包括悬伸一定力臂长度的板簧单元1和调谐质量单元2，板簧单元1的长度方向平行于钢轨的长度方向，板簧单元1两端的被约束点12连接在钢轨约束支点3上，两个约束支点3设置在钢轨同侧的轨脚52上表面，约束支点3部分接触面与钢轨轨脚上表面吻合一致，通过胶粘、焊接或固定夹具将约束支点3固定在钢轨轨面上。调谐质量单元2连接在板簧单元1的中间位置，调谐质量单元2位于两个被约束点12之间。

其他结构同实施例1相同。

实施例4

如图5所示，在实施例3的基础上，本实施例提供的钢轨减振器，将被约束点12设置在板簧单元1的中间位置，板簧单元1通过被约束点12连接在钢轨约束支点3上，调谐质量单元2设置为两个，且分别位于板簧单元1的两端。

其他结构同实施例3相同。

实施例5

如图6所示，在实施例3的基础上，本实施例提供的钢轨减振器，将被约束点12设置在板簧单元1的一端，板簧单元1通过被约束点12连接在钢轨约束支点3上。调谐质量单元2设置在板簧单元1的另一端，在调谐质量单元2与轨脚52的上表面之间设置缓冲垫4，

其他结构同实施例3相同。

实施例6

如图7所示，调谐质量单元2包括多个质量块21，多个质量块21沿板簧垂向布置多个，且质量块21与板簧单元1之间设置弹性层6，相邻两个质量块21之间也通过弹性层6连接，弹性层6设置为弹簧或其他弹性材料。使得钢轨整个系统构成多自由度的动力吸振系统，拓宽减振频带。

实施例7

如图8～9所示，板簧单元1通常自身阻尼较低，对自身振动能量较大，为增强振动能量的损耗，在板簧单元1外表面单侧或双侧贴敷一层或多层阻尼层7。优选的，阻尼层7贴敷在背离调谐质量单元2的一侧。

进一步的，可以在阻尼层7远离板簧单元1的一侧设置约束层8，或者在相邻两层阻尼层7之间设置约束层8，

其中，阻尼层7设置为高分子阻尼材料，且不同层的阻尼层7也可以设置为不同的材料；约束层8设置为高模量约束板。

振动能量传递至阻尼层7中，引起阻尼层7的拉伸或剪切变形，将振动能量转化为热能消耗掉。

实施例8

如图10～13所示，调谐质量单元2设置在板簧单元1长度方向可移动调节的装置，可沿板簧单元1长度方向调整调谐质量单元2距被约束点12的距离来改变板簧弯曲刚度，达到调整板簧共振频率的目的。

进一步的，在板簧单元1上设置滑槽孔13，紧固件9一端连接调谐质量单元2，通过将紧固件9安装在滑槽孔13上的不同位置来实现对调节调谐质量单元2距离被约束点12的距离。

更进一步的，也可以在板簧单元1上设置多个安装孔，紧固件9和调谐质量单元2连接后，通过将紧固件9安装在不同安装孔内部来调节调谐质量单元2距离被约束点12的距离。

实施例9

如图14所示，调谐质量单元2设置为空腔内部，在空腔内部填充颗粒物。

实施例10

如图16～17所示，板簧单元1设置为中间低、两端高的弯曲状结构，将被约束点12设置在板簧单元1的中间位置，板簧单元1通过被约束点12连接在钢轨的轨脚52上表面，调谐质量单元2设置为两个，且分别位于板簧单元1的两端。

进一步的，可以将板簧单元1设置为多个，多个板簧单元1均设置为弯曲状结构，多个板簧单元1叠加在一起，在顶部板簧单元1的两端设置调谐质量单元2。多个板簧单元1叠加在一起，使得板簧受力更加均匀，保证其长期使用也不会断裂，增加钢轨减振器的使用寿命。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。