一种基于声学黑洞陷波机理的声子晶体隔振器

技术领域

本发明涉及轨道降噪领域，特别是涉及一种基于声学黑洞陷波机理的声子晶体隔振器。

背景技术

轨道交通常常存在过度的环境振动问题，根据控制对象的不同可以分为振源处控制、传播途径控制、受振体控制。振源处的控制措施通常包括减振扣件、浮置板轨道；传播途径中控制通常包括隔振沟、隔振桩；受振体控制通常有隔振支座等。在振源处控制振动直接削弱了振动能量的产生和传播，在实际应用中也最为便利。目前在振源的控制措施中应用最广泛的是基于质量-弹簧系统隔振机制的软弹性轨道结构部件，例如浮置板轨道、减振型扣件、弹性轨枕、橡胶隔振垫等。其中浮置板轨道具有低频减振效果突出，使用寿命长。

中国专利公开号CN106894298B公开了浮置板轨道隔振器，该浮置板轨道隔振器包括多个隔振单元，每个该隔振单元均包括振子环、弹性环以及弹性支撑组件，每个该振子环套设于一个该弹性环外，每个该弹性环套设于一个该弹性支撑组件外，且该多个隔振单元通过该弹性支撑组件依次连接。该方案基于声子晶体局域共振带隙机理，利用振子环的局域共振实现隔振。

但是现有的钢弹簧隔振器仅仅依靠弹簧刚度进行隔振，隔振能力有限。上述专利利用了局域共振带隙机理隔振，效果比钢弹簧有所提升，但带隙频率偏高。

发明内容

本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种隔振能力强且降低了带隙隔振频率的基于声学黑洞陷波机理的声子晶体隔振器。

本发明的技术方案，一种基于声学黑洞陷波机理的声子晶体隔振器，包括并排设置的多组隔振组件，隔振组件包括连接器、内环橡胶层、中环橡胶层、钢振子外壳和外环橡胶层；

连接器、内环橡胶层、中环橡胶层、钢振子外壳和外环橡胶层均为回转形结构；

同一隔振组件中，连接器具有供内环橡胶层卡入的通道，中环橡胶层同轴设置在连接器外周面上，钢振子外壳同轴设置在中环橡胶层外周面上，外环橡胶层同轴设置在钢振子外壳外周面上；

相邻两组隔振组件通过其中的两个连接器连接。

优选的，连接器包括内连接件和外连接件，通道位于内连接件和外连接件之间，外连接件具有供内连接件放入的安装空间，内连接件凸出安装空间顶部；相邻两组隔振组件中，一组隔振组件中的内连接件与另一组隔振组件中的外连接件连接。

优选的，内连接件外周面呈倾斜状，外连接件内周面呈倾斜状。

优选的，连接器采用铝合金材料制成。

优选的，外环橡胶层具有环形内周面和环形外周面，环形内周面沿轴向的尺寸大于环形外周面沿轴向的尺寸，环形内周面轴向端部至环向外周面轴向端部呈曲面形衔接。

优选的，沿外环橡胶层径向，环形内周面至环形外周面距离为54mm；环形内周面沿轴向的尺寸为40mm，环形外周面沿轴向的尺寸为0.5mm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

本发明为地铁浮置板轨道的隔振元件。目前的浮置板轨道由多根钢弹簧支承，钢弹簧上端支承浮置板板，下端连接地基，浮置板轨道上铺设扣件、钢轨等，以供列车行驶。现有的钢弹簧一方面承受了列车对浮置板的荷载，另一方面起到隔振作用。本发明可替代现有的钢弹簧，只需在浮置板轨道施工时将钢弹簧替换为本发明方案即可，一方面起到支撑浮置板的作用，另一方面利用带隙机理和声学黑洞陷波机理，进一步提升隔振器性能，以减少列车通过时引起的环境振动。本发明隔振能力强且降低了带隙隔振频率，既满足制造业的要求，又具有较低的自振频率，能实现外环橡胶层和钢振子外壳的耦合振动，进一步提升隔振效果。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的结构剖视图；

图3为本发明实施例中外环橡胶层的局部剖视尺寸示意图；

图4为本发明实施例在不同频率下的传递率。

附图标记：1、连接器；11、内连接件；12、外连接件；2、内环橡胶层；3、中环橡胶层；4、钢振子外壳；5、外环橡胶层。

具体实施方式

实施例一

本发明提出的一种基于声学黑洞陷波机理的声子晶体隔振器，包括并排设置的多组隔振组件，隔振组件包括连接器1、内环橡胶层2、中环橡胶层3、钢振子外壳4和外环橡胶层5。连接器1、内环橡胶层2、中环橡胶层3、钢振子外壳4和外环橡胶层5均为回转形结构，连接器1采用铝合金材料制成。

如图1-2所示，同一隔振组件中，连接器1具有供内环橡胶层2卡入的通道，中环橡胶层3同轴设置在连接器1外周面上，钢振子外壳4同轴设置在中环橡胶层3外周面上，外环橡胶层5同轴设置在钢振子外壳4外周面上。相邻两组隔振组件通过其中的两个连接器1连接。

连接器1包括内连接件11和外连接件12，内连接件11外周面呈倾斜状，外连接件12内周面呈倾斜状，通道位于内连接件11和外连接件12之间，外连接件12具有供内连接件11放入的安装空间，内连接件11凸出安装空间顶部；相邻两组隔振组件中，一组隔振组件中的内连接件11与另一组隔振组件中的外连接件12连接。

如图3所示，外环橡胶层5具有环形内周面和环形外周面，环形内周面沿轴向的尺寸大于环形外周面沿轴向的尺寸，环形内周面轴向端部至环向外周面轴向端部呈曲面形衔接。沿外环橡胶层5径向，环形内周面至环形外周面距离为x＝54mm；环形内周面沿轴向的尺寸为H＝40mm，环形外周面沿轴向的尺寸为h＝0.5mm，各尺寸的函数关系为：

各零件的材料参数表如下：

表1 材料参数设置

本实施例隔振能力强且降低了带隙隔振频率。外环橡胶层5和钢振子外壳4形成局域振子，提供局域共振型带隙，而连接器1和内环橡胶层2主要提供轴向刚度，外环橡胶层5的厚度以二次幂函数行驶递减，并在54mm处截断，截断厚度为0.5mm，既满足制造业的要求，又具有较低的自振频率，能实现外环橡胶层5和钢振子外壳4的耦合振动，进一步提升隔振效果。

以下建立有限元模型证实上述现象，图4显示了有限元模型中力传递率的计算结果。传递率小于0的频率表示隔振频率。可以看出，隔振起始频率为53.8Hz。同样的，建立专利公开号CN106894298B的浮置板轨道隔振器的有限元模型，结果显示隔振起始频率为63Hz，频率降低约9Hz。另外在60Hz附近，带隙数量由“浮置板轨道隔振器”的1条变为了2条(谷值的数量)，表明带隙机理与ABH(acoustic black hole，中文译为声学黑洞)陷波机理的耦合降低了隔振频率，并使带隙数量增加，提升了隔振效果。

本发明为地铁浮置板轨道的隔振元件。目前的浮置板轨道由多根钢弹簧支承，钢弹簧上端支承浮置板板，下端连接地基，浮置板轨道上铺设扣件、钢轨等，以供列车行驶。现有的钢弹簧一方面承受了列车对浮置板的荷载，另一方面起到隔振作用。本发明可替代现有的钢弹簧，只需在浮置板轨道施工时将钢弹簧替换为本发明方案即可，一方面起到支撑浮置板的作用，另一方面利用带隙机理和声学黑洞陷波机理，进一步提升隔振器性能，以减少列车通过时引起的环境振动。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下还可以作出各种变化。