采用钢结构轨道的架空类齿轨车运行时的减振降噪方法

技术领域

本发明涉及一种减振降噪方法，尤其涉及一种采用钢结构轨道的架空类齿轨车运行时的减振降噪方法。

背景技术

基于齿传动的齿轨列车是一种登山铁路，在山区陡峭的自然坡度地段代替展线与长隧道的一种方案。世界上普通轨道铁路的实际最陡坡度为70‰，齿轨的最大坡度曾达到480‰。齿轨的主要设计理念是齿轨铁路在普通铁轨中间的轨枕上，另外放置一条特别的齿轨。齿轨铁路机车配备了一个或多个齿轮，跟齿轨啮合着行走，这样机车便能克服黏着力不足的问题。齿轨铁路的攀斜能力不及缆索铁路，不过却可以建成更长、更复杂的路线。

齿轨车中，齿条是齿轨车辆的动力基础，列车的驱动齿轮通过与齿条的啮合提供运行动力，克服车辆重力和线路阻力。架空类齿轨车采用钢结构轨道时，钢结构的轨道梁其自重会产生弯矩和剪力，同时，列车在运行过程中，走行轮运行于轨道梁的走行轨上，导向轮在两侧的导向轨上实现导向，列车的载荷通过走行轮和导向轮传递到轨道梁，轨道梁产生弯矩、剪力和扭矩。轨道梁在承受垂向荷载的同时，还要承载较大的横向荷载和扭矩。

如图1所示，在现有技术中，齿条安装方案参照了国内外现有地面齿轨列车的安装结构，将齿条1通过螺栓与扣件2固定安装于钢结构轨道3的横向系梁上，齿条1与钢结构轨道3之间为刚性接触连接。如果是在地面齿轨列车系统中，齿条通过扣件连接于轨枕上，两根走行钢轨也通过扣件与轨枕连接，轨枕直接与大地连接，大地具有很好的吸振作用，列车驱动系统的高频振动不会导致轨道系统共振。而钢结构轨道均为轻型钢结构，且采用钢立柱全程架空，如果齿条与钢结构轨道采用刚性接触连接，在列车运行过程中，驱动系统的高频振动通过齿轮齿条传递至整个钢结构轨道，使之共振产生较大的噪音。

申请公布号为CN113215871A，申请公布日为2021年8月6日的中国发明专利申请公开了一种用于混凝土轨枕的齿轨扣件系统，其包括齿轨夹件、齿轨刚性紧固装置、弹性垫板和扣件底板，所述齿轨夹件用于夹持齿轨，所述齿轨刚性紧固装置安装在所述齿轨夹件上，所述齿轨刚性紧固装置用于将所述齿轨刚性紧固连接在所述齿轨夹件上，所述扣件底板位于所述齿轨夹件的下方，且所述扣件底板与所述齿轨夹件固定连接，所述弹性垫板设置在所述齿轨夹件和所述扣件底板之间，所述扣件底板为三向挡肩、一向开口的结构，所述弹性垫板和所述扣件底板能够通过紧固件和混凝土轨枕固定连接。

授权公号号为CN217438581U，授权公告日为2022年9月16日的中国实用新型公开了适用于大坡度桥梁有砟轨道的齿轨系统，包括轨枕、齿条和齿轨扣件，所述齿轨扣件对称设置于轨枕上，所述齿条设置于两侧对称设置的齿轨扣件之间，所述齿轨扣件包括连接齿条的侧板和连接轨枕的底板，所述齿条与两侧的齿轨扣件的侧板通过连接件穿过通孔相连接，所述齿条两侧对应齿轨扣件的部位设置有连接槽，所述齿轨扣件的侧板设置于连接槽内，且连接槽的纵向长度大于侧板的纵向长度，所述齿轨扣件的侧板或者齿条的连接槽内的通孔为沿纵向设置的长孔。

从上述二篇专利文献中可以看出，现有的齿轨都是通过扣件刚性连接的，因此，当齿轨通过扣件刚性连接在钢结构轨道上时，在列车运行过程中，就会共振产生较大的噪音。而噪音会对人的身体和心理都造成危害，另外噪音对环境也会造成很大的影响。

综上，如何设计一种采用钢结构轨道的架空类齿轨车运行时的减振降噪方法，使其能降低齿轨列车在钢结构轨道上运行过程中发出的噪音，减小噪音对人的身体和心理造成的危害以及减小噪音对环境的影响是急需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种采用钢结构轨道的架空类齿轨车运行时的减振降噪方法，其能降低齿轨列车在钢结构轨道上运行过程中发出的噪音，减小了噪音对人的身体和心理造成的危害以及减小了噪音对环境的影响。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种采用钢结构轨道的架空类齿轨车运行时的减振降噪方法，其是在钢结构轨道和齿条之间设置弹性体连接件，将齿条通过所述弹性体连接件连接在钢结构轨道上，使得齿条弹性连接在钢结构轨道上，从而进行减振降噪。

优选的，将所述弹性体连接件设计成橡胶支座和齿条支撑结构两个部分；将齿条连接在齿条支撑结构上，将橡胶支座连接在钢结构轨道上，将齿条支撑结构连接在橡胶支座上，从而使得齿条弹性连接在钢结构轨道上。

优选的，将所述橡胶支座设计成支座底板和通过橡胶体硫化粘接在所述支座底板上的支座顶板两个部分；沿横向，在支座底板上且位于支座顶板的两侧位置处分别设置有横向挡块一和横向挡块二，所述支座顶板用于连接齿条支撑结构且支座顶板的高度小于横向挡块一和横向挡块二的高度，支座顶板与横向挡块一之间以及支座顶板与横向挡块二之间均留有间隙B。

优选的，将所述齿条支撑结构设计成连接底板和焊接在所述连接底板上的矩形管两个部分；齿条连接在矩形管上；连接底板连接在橡胶支座的支座顶板上，从而将齿条支撑结构连接在橡胶支座上；

工作时，利用连接底板与横向挡块一和横向挡块二相接触，从而能对齿条进行横向限位。

优选的，当齿轨车运行时，齿轨车的齿轮驱动装置中的导向轮一和导向轮二分别位于矩形管的相对两侧位置，通过导向轮一和导向轮二与矩形管配合接触，能对齿轨车起到导向和一定的防止齿轮与齿条垂向脱离的作用。

优选的，将所述架空类齿轨车的驱动齿轮设计成弹性驱动齿轮，使得驱动齿轮具有弹性形变量，从而进一步消除齿轨车运行时的振动噪音。

优选的，所述弹性驱动齿轮是将弹性驱动齿轮设计成外壳体和内齿圈两个部分，内齿圈和外壳体之间通过弹性阻尼机构连接起来，外壳体与转动轴连接，内齿圈的齿牙与齿条啮合；工作时，驱动力依次通过转动轴和外壳体传递给内齿圈，再通过内齿圈的齿牙与齿条啮合，从而驱动齿轨车移动。

优选的，所述外壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体包括壳体本体和设置在所述壳体本体一侧面的中心位置处的轴向套筒，在所述壳体本体的一侧面上还设置有多个凹槽一，多个凹槽一沿壳体本体的周向依次分布；在下壳体一侧面的中心位置处开有下壳体中心孔，在下壳体一侧面上还设置有多个凹槽二，多个凹槽二沿下壳体的周向依次分布在下壳体的一侧面上；

在内齿圈侧部的中心位置处开有内齿圈中心孔，在所述内齿圈的侧部上还开有多个开口，所述多个开口沿内齿圈的周向依次分布；

所述弹性阻尼机构包括弹簧和阻尼件，所述弹簧设置有多个，每个弹簧均设置在一个内齿圈的开口中，沿弹簧径向，弹簧的两侧均外露于内齿圈的侧部形成弹簧外露部；

组装时，将上壳体的轴向套筒穿过内齿圈的内齿圈中心孔和下壳体的下壳体中心孔后，使得上壳体和下壳体贴合在一起，内齿圈位于上壳体和下壳体之间的位置，再通过连接件三将上壳体和下壳体连接起来；

当上壳体和下壳体连接起来后，一个凹槽一和一个凹槽二位置一一相对应且所述一个凹槽一与内齿圈一侧部组成弹簧安装上腔，所述一个凹槽二与内齿圈另外一侧部组成弹簧安装下腔；沿弹簧径向，每个弹簧一侧的弹簧外露部位于所述弹簧安装上腔中且所述每个弹簧一侧的弹簧外露部的两端面分别与弹簧安装上腔的内腔壁相接触，每个弹簧另外一侧的弹簧外露部位于所述弹簧安装下腔中且所述每个弹簧另外一侧的弹簧外露部的两端面分别与弹簧安装下腔的内腔壁相接触；

所述阻尼件包括上阻尼环和下阻尼环，下阻尼环设置在下壳体和靠近内齿圈中心孔处的内齿圈一侧面之间，上阻尼环设置在上壳体和靠近内齿圈中心孔处的内齿圈相对另外一侧面之间，在上壳体中还设置有碟形弹簧，通过锁紧螺丝和碟形弹簧将靠近内齿圈中心孔处的内齿圈的侧部压紧在上阻尼环和下阻尼环之间。

优选的，当内齿圈突然受到一个很大的冲击力时，通过弹簧的弹性形变能使得内齿圈和外壳体之间沿周向产生一个相对旋转角度，从而利用弹簧的弹性形变进行缓冲；利用上阻尼环和下阻尼环与靠近内齿圈中心孔处的内齿圈的侧部相互摩擦吸收冲击力能量进行减振。

本发明的技术效果在于：本发明将齿条和钢结构轨道之间的刚性连接改成弹性连接，利用弹性体连接件将齿条与钢结构轨道之间隔离开来，从而隔振避免轨道共振的问题，降低了齿轨列车在钢结构轨道上运行过程中发出的噪音，减小了噪音对人的身体和心理造成的危害以及减小了噪音对环境的影响。通过对弹性体连接件进一步的改进，在支座底板上设置有横向挡块一和横向挡块二，在齿轨车运行时，利用横向挡块一和横向挡块二，从而能对齿条进行横向限位，减小齿条的横向摆动幅度。将现有的驱动齿轮结构改进成弹性驱动齿轮结构，使得当驱动齿轮具有一定的弹性形变量，在受到冲击力时，能通过一定量的形变来吸收和消除冲击力对驱动齿轮造成的影响，进一步消除了齿轨车运行时的振动噪音，也提高了驱动齿轮的使用寿命。

附图说明

图1为现有技术中钢结构轨道梁上的齿条安装结构示意图；

图2为本发明实施例中钢结构轨道梁上的齿条安装结构示意图；

图3为图2中A部的放大结构示意图；

图4为本发明实施例中弹性体连接件的爆炸结构示意图；

图5为本发明实施例中橡胶支座的结构示意图；

图6为本发明实施例中齿条支撑结构的结构示意图；

图7为本发明实施例中齿轨车运行时，位于齿条处的结构示意图；

图8为本发明实施例的弹性驱动齿轮的立体结构示意图；

图9为本发明实施例的弹性驱动齿轮的俯视结构示意图；

图10为沿图9中C-C线的剖视结构示意图；

图11为本发明实施例中上壳体的立体结构示意图；

图12为本发明实施例中下壳体的立体结构示意图；

图13为本发明实施例中内齿圈去掉弹簧后的立体结构示意图；

图14为本发明实施例中安装弹簧后的内齿圈的立体结构示意图；

图15为图10中D部的放大结构示意图；

图中：1. 齿条，2. 螺栓与扣件，3. 钢结构轨道，4. 橡胶支座，411. 支座底板，412. 橡胶体，413. 支座顶板，5. 齿条支撑结构，511. 连接底板，512. 矩形管，6. 连接件一，7. 横向挡块一，8. 横向挡块二，9. 连接件二，10. 导向轮一，11. 导向轮二，12. 驱动齿轮，13. 外壳体，131.上壳体，1311. 壳体本体，1312. 轴向套筒，132.下壳体，1321. 下壳体中心孔，14.内齿圈，141. 内齿圈中心孔，142. 开口，15. 接件三，16. 转动轴，17. 凹槽一，18. 凹槽二，19. 弹簧，191. 弹簧外露部，20. 上阻尼环，21. 下阻尼环，22. 碟形弹簧，23. 锁紧螺丝，24. 弹簧安装上腔，25. 弹簧安装下腔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的阐述。

实施例：一种采用钢结构轨道的架空类齿轨车运行时的减振降噪方法，其是在钢结构轨道和齿条之间设置弹性体连接件，将齿条通过所述弹性体连接件连接在钢结构轨道上，使得齿条弹性连接在钢结构轨道上。这样将齿条和钢结构轨道之间的刚性连接改成弹性连接，利用弹性体连接件将齿条与钢结构轨道之间隔离开来，从而隔振避免轨道共振的问题，降低了齿轨列车在钢结构轨道上运行过程中发出的噪音，减小了噪音对人的身体和心理造成的危害以及减小了噪音对环境的影响。

如图2至图4所示，所述弹性体连接件包括橡胶支座4和连接在所述橡胶支座4上的齿条支撑结构5，将齿条1连接在齿条支撑结构5上，将橡胶支座4通过螺栓等连接件一6能拆装的连接在钢结构轨道3上，从而使得齿条弹性连接在钢结构轨道上。

如图5所示，所述橡胶支座4包括支座底板411和通过橡胶体412硫化粘接在所述支座底板411上的支座顶板413，将钢结构轨道3的宽度方向设置为横向，将钢结构轨道3的长度方向设置为纵向，则沿横向，在支座底板411上且位于支座顶板413的两侧位置处分别设置有横向挡块一7和横向挡块二8，所述支座顶板413用于连接齿条支撑结构5且支座顶板413的高度小于横向挡块一7和横向挡块二8的高度，支座顶板413与横向挡块一7之间以及支座顶板413与横向挡块二8之间均留有间隙B，这样当齿条支撑结构5连接在支座顶板413上后，利用齿条支撑结构5与横向挡块一7和横向挡块二8相接触，从而能对齿条支撑结构5进行横向限位。

如图6所示，所述齿条支撑结构5包括连接底板511和焊接在所述连接底板511上的矩形管512，齿条1通过螺栓等连接件二9连接在矩形管512上，连接好后，齿条1的齿牙朝水平方向设置。连接底板511通过螺栓等连接件三连接在橡胶支座4的支座顶板413上，从而将齿条支撑结构5连接在橡胶支座4上。如图3所示，当齿轨车运行时，利用连接底板511与横向挡块一7和横向挡块二8相接触，从而能对齿条1进行横向限位，减小齿条的横向摆动幅度。如图7所示，齿轨车运行时，齿轨车的齿轮驱动装置中的导向轮一10和导向轮二11分别位于矩形管512的相对两侧位置，通过导向轮一10和导向轮二11与矩形管512配合接触，能对齿轨车起到导向和一定的防止齿轮与齿条垂向脱离的作用。其中，导向轮二11主要起到导向作用，导向轮一10还起到一定的防止齿轮与齿条垂向脱离的作用。

如图7所示，申请人还对与齿条1啮合的驱动齿轮12进行了改进。当驱动齿轮12在旋转工作过程中由于某些原因造成传动不连续时，驱动齿轮12会受到一个很大的冲击力，这样也会使得齿轨车在运行过程中产生振动噪音且会对驱动齿轮12造成损坏。因此，申请人将现有的驱动齿轮结构改进成弹性驱动齿轮结构，使得当驱动齿轮12具有一定的弹性形变量，在受到冲击力时，能通过一定量的形变来吸收和消除冲击力对驱动齿轮造成的影响，进一步消除了齿轨车运行时的振动噪音，也提高了驱动齿轮的使用寿命。

如图8所示，申请人将驱动齿轮12设计成外壳体13和内齿圈14两个部分，内齿圈14和外壳体13之间通过弹性阻尼机构连接起来，外壳体13与转动轴（图中未示出）连接，内齿圈14的齿牙与齿条啮合。工作时，驱动力依次通过转动轴和外壳体13传递给内齿圈14，再通过内齿圈14的齿牙与齿条1啮合，从而驱动齿轨车移动。

如图9和图10所示，所述外壳体13包括上壳体131和下壳体132，上壳体131和下壳体132之间通过螺栓等连接件三15连接起来，上壳体131或下壳体132与转动轴16通过键连接在一起。在本实施例中是将上壳体131与转动轴16连接在一起。

如图10至图12所示，所述上壳体131包括壳体本体1311和设置在所述壳体本体1311一侧面的中心位置处的轴向套筒1312，壳体本体1311和轴向套筒1312是一体结构，在所述壳体本体1311的一侧面上还设置有多个凹槽一17，多个凹槽一17沿壳体本体1311的周向依次分布。在下壳体132一侧面的中心位置处开有下壳体中心孔1321，在下壳体132一侧面上还设置有多个凹槽二18，多个凹槽二18沿下壳体132的周向依次分布在下壳体132的一侧面上。

如图13和图14所示，在内齿圈14的侧部的中心位置处开有内齿圈中心孔141，在所述内齿圈14的侧部上还开有多个开口142，所述多个开口142沿内齿圈14的周向依次分布。在本实施例中，开口142为矩形状。

所述弹性阻尼机构包括弹簧和阻尼件，在本实施例中，弹簧可采用压簧。所述弹簧19设置有多个，每个弹簧19均设置在一个内齿圈14的开口142中，弹簧19的长度方向与开口142的长度方向一致，沿弹簧19径向，弹簧19的两侧均外露于内齿圈14的侧部形成弹簧外露部191。

如图10和图15所示，组装时，将上壳体131的轴向套筒1312穿过内齿圈14的内齿圈中心孔141和下壳体132的下壳体中心孔1321后，使得上壳体131和下壳体132贴合在一起，内齿圈14位于上壳体131和下壳体132之间的位置，再通过螺栓等连接件三15将上壳体131和下壳体132连接起来。当上壳体131和下壳体132连接起来后，一个凹槽一17和一个凹槽二18位置一一相对应且所述一个凹槽一17与内齿圈14一侧部组成弹簧安装上腔24，所述一个凹槽二18与内齿圈14另外一侧部组成弹簧安装下腔25，沿弹簧19径向，每个弹簧19一侧的弹簧外露部191位于所述弹簧安装上腔24中且所述每个弹簧19一侧的弹簧外露部191的两端面分别与弹簧安装上腔24的内腔壁相接触，每个弹簧19另外一侧的弹簧外露部191位于所述弹簧安装下腔25中且所述每个弹簧19另外一侧的弹簧外露部191的两端面分别与弹簧安装下腔25的内腔壁相接触。

所述阻尼件包括上阻尼环20和下阻尼环21，下阻尼环21设置在下壳体132和靠近内齿圈中心孔141处的内齿圈14一侧面之间，上阻尼环20设置在上壳体131和靠近内齿圈中心孔141处的内齿圈14相对另外一侧面之间，在上壳体131中还设置有碟形弹簧22，通过锁紧螺丝23和碟形弹簧22将靠近内齿圈中心孔141处的内齿圈14的侧部压紧在上阻尼环20和下阻尼环21之间。在本实施例中，锁紧螺丝23和碟形弹簧22沿阻尼环周向设置有多个。

在正常工作时，驱动力依次通过转动轴、外壳体13和弹簧19传递给内齿圈14，再通过内齿圈14的齿牙与齿条1啮合，从而驱动齿轨车移动。当内齿圈14突然受到一个很大的冲击力时，此时通过弹簧19的弹性形变能使得内齿圈14和外壳体13之间沿周向产生一个相对旋转角度，从而利用弹簧19的弹性形变进行缓冲；利用上阻尼环20和下阻尼环21与靠近内齿圈中心孔141处的内齿圈14的侧部相互摩擦吸收冲击力能量进行减振。

综上，本发明将齿条和钢结构轨道之间的刚性连接改成弹性连接，利用弹性体连接件将齿条与钢结构轨道之间隔离开来，从而隔振避免轨道共振的问题，降低了齿轨列车在钢结构轨道上运行过程中发出的噪音，减小了噪音对人的身体和心理造成的危害以及减小了噪音对环境的影响。通过对弹性体连接件进一步的改进，在支座底板上设置有横向挡块一和横向挡块二，在齿轨车运行时，利用横向挡块一和横向挡块二，从而能对齿条进行横向限位，减小齿条的横向摆动幅度。将现有的驱动齿轮结构改进成弹性驱动齿轮结构，使得当驱动齿轮具有一定的弹性形变量，在受到冲击力时，能通过一定量的形变来吸收和消除冲击力对驱动齿轮造成的影响，进一步消除了齿轨车运行时的振动噪音，也提高了驱动齿轮的使用寿命。

本实施例中所述的“多个”即指“两个或两个以上”的数量。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。