一种轨道道床吸音减振装置

技术领域

本发明涉及轨道交通减振降噪的技术领域，特别涉及一种铺设在轨道道床表面的吸音减振装置。

背景技术

高速铁路和城市轨道交通带给人们生活出行的极大方便，已经在全世界范围内得到广泛和快速的发展。列车普及以及提速带来的噪声污染和产生的振动也严重影响了周边的环境和人们的生活。

轨道交通车辆噪声源主要包括轨道结构辐射噪声、轨轮噪声、电机噪声、空调系统噪声和受电弓的电磁噪声。其中由轮轨耦合产生的轮轨噪声是最主要的噪声源，尤其是曲线段的轮轨噪声强度更高。而且在不同的行驶条件下，噪声频谱也有所区别。一般在刚启动或低速行驶条件下，车辆动力设备噪声为主要声源，其峰值频率一般在63～100Hz之间；当列车开始运行车速超过50～60km/h时，轮轨噪声为主要声源，一般速度越快，轮轨噪声越大，作用频率也越高，其峰值频率为600～800Hz之间。

噪声处理一般有三种方式，第一种方式为从声源处解决的方式。轮轨噪声的影响因素很多，如：钢轨类型、轨枕垫刚度、阻尼、轨枕类型、轨枕间距、钢轨波磨、列车速度、轴重及环境温度等，其中轨道系统对噪声影响最大，因此，通常采用降低轨道系统振动的方式降低噪声辐射。第二种为从声传播路径处解决的方式，如对车辆采取全封闭方式隔绝空气噪声传播路径、安装吸声结构减小声传播过程中的能量、提高车身结构截止频率改变声传播频宽。第三种为保护噪声接受者，如人员或精密设备佩戴封闭式头盔。但是一般情况下，由于轨道交通的大众性、开放性、安全性，第二种的密封车辆和第三种的佩戴封闭式头盔方式不可取，同时提高车身结构截止频率又有一定的难度。

因此在轨道交通领域，人们通常采用改善轮轨耦合振动和安装吸声结构的间接方式降低噪声和振动。吸声结构主要是利用了带孔吸声材料的吸声机理，材料的内部分布着大量的微小细孔，这些微小细孔之间具有一定的互通性。每一个微小细孔与其相对应的空气层组成的系统类似于亥姆霍兹共振器，带孔吸声材料的共振吸声结构可理解为许多亥姆霍兹共振器的并联。当声波进入小孔后便激发空腔内空气振动，如果声波频率与该结构共振频率相同时，腔内空气便发生共振，细孔孔隙处空气柱往复振动，速度、幅值达最大值，摩擦与阻尼也最大，此时，使声能转变为热能最多，即消耗声能最多，从而发挥高效吸声作用。其主要形式有两种，分别为穿孔吸声板和多孔吸声砖/板的形式，穿孔吸声板主要配合隔声结构，以吸隔声屏障的方式安装在高架线路上；多孔吸声砖/板则是采用陶粒、普通硅酸盐水泥和混凝土为原料，辅以聚酯纤维和减水剂等外加剂制作出的水泥基多孔状地铁轨道吸声板。该结构主要利用小粒径陶粒之间形成的微孔达到吸声的原理，该结构一般通过配料、搅拌、压模成型、养护拆模等阶段制作而成。该结构为块状结构，如道路路面的疏水多孔砖类似，在轨道系统中主要安装在轮轨间或者轮轨外侧。

以声屏障形式的穿孔吸声技术虽然间隙、吸声率、通孔等因素能够得到满足，但由于轮轨声源的能量主要集中于轨道之间，而非声屏障处，因此声屏障吸的声能量主要为噪声经车辆传递至声屏障处的噪声，而不能吸收轮轨噪声以减小传入车内的噪声的能量，因此其吸收的能量在总能量中占比较小。以陶粒、普通硅酸盐水泥和混凝土为原料的吸声板在制作过程中微孔不规律，间隙有大有小，吸声功能杂乱无规律，而且通孔率极其小，一旦有泥沙进入空隙则无法清理，从而大大降低吸声效率。同时该结构是在原有道床基础上进行安装的，因此容易造成道床高度超出钢轨顶面的可能性，导致在列车运营时带来一定的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种轨道道床吸音减振装置。所述吸音减振装置沿轨道方向铺设，包括吸音板和盖板，所述盖板的下表面铺设在所述道床上，所述盖板的上表面和所述吸音板相配合。所述吸音板能降低轨道列车运行时的噪音，所述盖板能转移部分列车运行时的振动能量，从而降低道床的振动及结构振动辐射的噪声。通过所述吸音板和所述盖板的配合达到降低轨轮噪声的目的。

优选的，所述吸音板上设置有通孔。声波沿所述吸音板进入所述通孔，引起空气的振动，使得空气与孔壁之间进行摩擦，将声能转化成热能消耗掉。所述通孔被外界的尘土堵塞时，可以采用直接冲刷的方式进行清理，操作方便。

优选的，所述吸音板为平面状吸音板或曲面状吸音板。所述曲面状吸音板形状可变，可以拓宽吸声频率和吸声效率。

优选的，所述通孔沿竖直和/或倾斜方向设置。沿倾斜方向设置的通孔可以延长声波进入通孔的距离，提高降噪效果。

优选的，所述盖板的上表面和所述吸音板之间设置有弹性元件。所述弹性元件可以在振动的作用下发生弹性形变，达到减振阻尼的效果，避免列车振动时损耗所述吸音板和盖板，并减少振动声辐射。

优选的，所述盖板的上表面和所述吸音板之间有至少一个空腔。所述空腔的大小可以根据列车的运行情况设置，以满足不同的噪声频段，并减少空气的压力波，提高降噪效果。

优选的，所述盖板的上表面和所述吸音板之间设置有支撑结构。所述支撑结构能承受较大的载荷，满足轨道工作人员在盖板上工作行走而避免所述吸音板遭到破坏。

优选的，所述盖板和所述吸音板之间能够拆卸连接。

优选的，所述盖板和所述吸音板之间通过螺栓连接。所述吸音板可以直接拆装，便于清理维护和更换。

优选的，所述盖板和所述道床之间设置有弹性垫，振动的能量经过所述弹性垫消耗掉一部分，能够降低道床的振动。

相对于现有技术，本发明所述的轨道道床吸音减振装置具有以下优势：

(1)本发明所述的轨道道床吸音减振装置，包括吸音板和盖板，能够实现吸音减振的目的，且结构简单。

(2)本发明所述的轨道道床吸音减振装置设置有空腔，根据不同路段的噪声频谱特性，设计空腔大小、吸音板的通孔孔径和孔隙率，调整改变吸声的频谱宽度，曲面状吸音板可以拓宽吸声频带，能够吸收轨轮噪声中人耳敏感的中高频段噪声；

(3)本发明所述的轨道道床吸音减振装置为可拆卸结构，方便日常的清理和维护，吸音板上有通孔，可以直接采用冲刷的方式清洗；

(4)本发明所述的轨道道床吸音减振装置的支撑结构能承受较大载荷，可以承受正常施工人员的载荷，避免吸音板遭到破坏。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的轨道道床吸音减振装置的断面图；

图2为本发明实施例所述的轨道道床吸音减振装置另一结构的断面图；

图3为图2装置的俯视图；

图4为本发明吸音板的断面图。

附图标记说明：

1-吸音板，2-盖板，3-通孔，4-道床，5-弹性元件，6-支撑结构，7-空腔，8-弹性垫，9-弹性固定压板，10-螺栓，11-连接台，12-承载台，13-间隙，14-平面状吸音板，15-曲面状吸音板，16-拆卸装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合具体实施例来详细说明本发明。

实施例1

一种轨道道床吸音减振装置，所述吸音减振装置沿轨道方向铺设。如附图1-4所示，所述轨道道床吸音减振装置包括吸音板1和盖板2，所述盖板2的下表面铺设在所述道床4上，所述盖板2的上表面和所述吸音板1相结合。所述吸音减振装置可以实现降低噪声和振动的目的。所述吸音板1可以是金属材料或复合材料。金属材料材质较轻，阻燃性能好，复合材料耐久性好。

所述盖板2的左右两侧有突出的连接台11，所述连接台11和所述道床4的承载台12相配合，从而将所述盖板2固定安放在所述道床4上。所述盖板2的下表面和所述道床4之间采用弹性垫8相耦合。所述盖板2和所述弹性垫8组合成配重谐振质量单元。在所述盖板2的刚度不变的条件下，增加了所述道床4的隔振参振质量，降低了道床系统的隔振频率。在本实施例中，所述连接台11和所述承载台12之间设置所述弹性垫8。当列车运行时，所述道床4的振动也会增加。所述道床4的部分振动能量转移到盖板2上，可以降低所述道床4板的振动及振动辐射引起的噪声。所述盖板2会对所述道床4产生力相位反向的反作用力，消耗所述道床4传递的振动能量，同时所述弹性垫8通过自身的阻尼将一部分振动能量转化为热量耗散。所述道床4的振动强度降低，也会在一定程度上减小钢轨的振动，达到降低钢轨振动声辐射的噪声。所述盖板2的下表面和所述道床4之间有间隙13，增加了所述道床隔振参振质量。如图3所示，所述盖板2的板体上设置有拆卸装置16，所述的拆卸装置16为预埋的吊环或套管，方便所述盖板2拆卸和吊运拖放。

所述盖板2的上表面和所述吸音板1之间可以设置弹性元件5。所述弹性元件5可以为橡胶、聚氨酯等弹性材料，连续或间断铺设。当所述吸音板1受到振动时，所述弹性元件5接收到振动从而发生弹性变形缓冲减振，阻隔和吸收部分振动能量，降低所述吸音板1的振动还可以避免其振动声辐射。同时所述弹性元件5可以减少所述吸音板1和所述盖板2之间的碰撞磨损。

声波在进入物体的过程中，会遵循特性抗阻匹配原理，当物体的表面阻抗越接近空气的特性阻抗，越有利于声音进入物体。如附图4所示，所述吸音板1上设置有通孔3，能够减少所述吸音板1的表面声阻抗，使其接近于空气的声阻抗，声音就越容易进入。所述通孔3可以均匀或不均匀的设置多个。如附图3所示，所述通孔3均匀分布在所述吸音板1上，并且铺满所述吸音板1。所述通孔3可以为圆形孔、方形孔、锥形孔或异型孔中的至少一种，尺寸各异。根据轨道列车的运行情况，按照声音的频谱特性进行设置。当声波通过所述吸音板1进入所述通孔3时，使得空气和孔壁之间发生摩擦，使声音振动的能量转化为热量达到衰减声能的目的，大大降低了轨轮噪音。当所述吸音板1在自然环境中经历长时间的尘土，所述通孔3也不会被堵塞，可以采用冲刷方式清除灰尘，方便日常的清理和维护。

实施例2

所述轨道道床吸音减振装置的吸音板1可以设置成平面状吸音板14或曲面状吸音板15。如附图1中，所述吸音板1为平面状吸音板14。如附图2中，所述吸音板1为曲面状吸音板15。所述曲面状吸音板15，由于曲面形状可变，可以拓宽吸声频带和吸声效率。同时曲面状形成的空间能进一步提高声能量由于粘滞和共振吸声方式转化为热能的效果。由于轨轮噪声能量主要集中在中高频，所述曲面状吸音板15可以大大降低列车运营导致的噪声污染，吸收轨轮噪声中人耳敏感的中高频段噪声。

所述通孔3可以沿竖直方向打孔，即垂直于所述道床4的方向，也可以沿倾斜的方向打孔，即和所述道床4不垂直的方向，或者是竖直方向通孔和倾斜方向通孔交替排列。当所述通孔3为倾斜通孔时，所述倾斜通孔比竖直通孔具有更长的传播路径。当列车噪声传来时，声波在所述通孔3的孔道中传播，声音通过倾斜孔的距离增大，增加了声波的传输路径，使所述吸音板1的吸声作用增大。

实施例3

如附图1和附图2所示，所述吸音板1和所述盖板2之间安装有支撑结构6，并留有至少一个空腔7。所述支撑结构6能承受较大的载荷，当工作人员在所述道床4上工作时，可以提供支撑，分散重量，使所述吸音板1的强度增加，避免所述吸音板1遭到破坏。声波通过所述吸音板1的表面进入所述通孔3降低一部分后，再进入所述空腔7，与所述空腔7中的空气发生共振，这部分振动的能量转化为热能使得噪声能进一步衰减，并且能缓解空气的压力波。

列车运行情况复杂，可以根据不同路段的噪声频谱特性，调整所述轨道道床吸音减振装置。通过改变所述空腔7的大小，可以改变吸声的强弱，尤其是改善低频吸声性能，并结合所述吸音板1的通孔3的孔径大小以及孔隙率(所述通孔3的面积与所述吸音板1总面积之比)，调整改变吸声的频谱宽度，同时改变吸声性能的强弱，满足不同行驶条件和路况的降噪要求。

实施例4

本发明的轨道道床吸音减振装置为可拆卸结构，包括吸音板1、盖板2和弹性元件5。首先将所述弹性元件5黏贴在所述盖板2的上表面，然后将所述吸音板1安装在所述弹性元件5上，并将弹性固定压板9盖在所述吸音板1上。通过螺栓10将所述弹性固定压板9和所述吸音板1固定在所述盖板2上。由于列车轨道常年经受风沙雨雪等恶劣环境，所述吸音板1方便拆装，能大大提高施工人员的工作效率。所述吸音板1的通孔3被尘土堵塞时，采用冲刷的方式进行清理。当积灰严重时，可以通过所述螺栓10将所述吸音板1拆下来进行清理。当所述吸音板1需要维修或是更换时，也可以直接拆装，有利于施工人员的操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。