一种无级调整非线性隔振器及具有其的浮置板轨道系统

技术领域

本发明涉及轨道减振降噪技术领域，具体涉及一种无级调整非线性隔振器及具有其的浮置板轨道系统。

背景技术

随着城市轨道交通的快速发展，地铁、城轨等铁路线路无法避免需要经过建筑及人口密集区域，轨道运行时产生的噪音及振动通过周围地层向外传播，给居民日常生活带来较大影响。因此浮置板轨道开始大量应用，目前减振效果最好的是钢弹簧浮置板轨道，浮置板轨道通过在轨道板下设置钢弹簧隔震器将轨道板与地基基础隔离，达到减振的目。隔振器刚度越小，系统固有频率越低，减振效果越好，然而低刚度隔振器会导致列车通过轨道板时的列车下沉变形量增大，影响行车安全和整体受力状态，因此，如何提高减振效果和行车安全性是一个急需解决的一个问题。

现有浮置板轨道系统多采用不同规格的调高垫板来调整轨道板的高度及水平度，安装过程复杂且调整精度不佳，检修及更换时调高垫板又需重复拆卸、安装，耗时耗力。

中国专利CN206111927U公开的用于轨道浮置板的螺旋顶升弹簧减振器，虽然实现了无级调整，但是容易发生低频共振现象，进而增强该频段的振动响应。浮置板轨道对低频振动的控制效果不理想。

中国专利CN209245142U公开的一种自锁式限位减振器，虽然能稳定隔振器的使用状态，但是其也容易发生低频共振现象。

因此，如何提供一种无级调整非线性隔振器及具有其的浮置板轨道系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无级调整非线性隔振器及具有其的浮置板轨道系统，可以降低列车运行引起的环境振动及噪声，同时易安装维修。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种无级调整非线性隔振器，其包括：

固定部，所述固定部设有基座和套筒，所述基座连接在路基上，所述套筒固定在所述基座上，所述基座的顶部设有螺纹孔；

运动部，所述运动部设有第一弹簧、第二弹簧、过渡板、调整圈、摩擦板及顶板，所述第一弹簧与第二弹簧同轴布置且第二弹簧位于第一弹簧的内侧，所述第一弹簧及第二弹簧的底端与基座连接，所述过渡板连接在所述第一弹簧的顶端，所述调整圈连接在第二弹簧的顶端，所述调整圈的顶面与过渡板的底面有缓冲间距，所述摩擦板位于所述过渡板和顶板之间，所述顶板的外周设有外螺纹，所述顶板、过渡板、摩擦板上均开设中心孔，所述中心孔及螺纹孔内同轴连接螺杆。

本发明的有益效果是：第一弹簧与第二弹簧均同轴连接在基座上，调整圈连接在第二弹簧的顶端，过渡板连接在第一弹簧的顶端，调整圈的顶面又与过渡板的底面有缓冲间距，在静止状态时，第一弹簧起到支撑浮置板作用，当列车经过时，第一弹簧被压，直到第二弹簧接触压缩共同作用时，形成了非线性阻尼特性曲线，使隔振器在减小共振峰的同时不放大高频载荷振动传递，在一定程度上提高了浮置板轨道的低频隔振性能，衰减了轮轨力响应，降低了环境噪声。顶板的外侧设置外螺纹，可以配合浮置板固定套筒内螺纹使用，完成隔振器在浮置板固定套筒内的无级调高。方便安装和调整，不用整体拆卸。

优选的，所述基座的底部中间固定连接有定位销，所述定位销固定连接在路基内，所述螺纹孔开设在所述基座的顶部中间，所述螺杆位于所述第二弹簧的内侧。

优选的，所述基座的底部中间固定连接的定位销可采用植筋胶化学锚栓，所述定位销与路基及基座可拆卸螺纹连接，或者所述定位销与所述螺杆直接螺纹连接，或者所述定位销与所述螺杆之间通过连接杆连接。

优选的，所述第一弹簧的弹性模量大于所述第二弹簧的弹性模量，所述第一弹簧的自由长度大于所述第二弹簧的自由长度。

优选的，所述套筒与基座形成阻尼腔，阻尼腔内装有阻尼介质，所述第一弹簧及第二弹簧均位于阻尼腔内，所述过渡板的外周侧与套筒的顶部之间密封活动连接。

优选的，所述阻尼腔内的螺杆上设置有非线性阻尼结构，所述阻尼结构为鱼骨刺结构或者倒锥形结构，阻尼随着过渡板的运动位移增大而增大。

优选的，所述顶板的中部开设有多边形沉孔，所述螺杆的顶部连接螺母，所述螺母位于多边形沉孔内。

优选的，所述顶板的顶面上开设有吊孔，或者多边形沉孔的内侧壁上开设有吊孔。

优选的，所述过渡板的顶部开设有凹槽，所述摩擦板适配连接在凹槽内。

本发明还公开了一种浮置板轨道系统，其包括多个所述的隔振器、浮置板本体及多个浮置板固定套筒，所述浮置板本体上固定连接有基轨，多个浮置板固定套筒对应基轨的长度方向间隔布置在浮置板本体上，多个隔振器分别一一对应连接在多个浮置板固定套筒内，所述浮置板固定套筒的顶端与浮置板本体的顶面平齐，所述浮置板固定套筒的底端与浮置板本体的底面平齐，所述浮置板固定套筒的内侧壁上设有螺纹结构，所述顶板上的外螺纹与螺纹结构配合连接，所述浮置板本体的底面与路基之间有间隔距离。

本发明的有益效果是：浮置板本体使用浮置板固定套筒连接隔振器，隔振器顶板上的外螺纹与浮置板固定套筒内的螺纹结构相配合，通过工具拧动多边形沉孔即可完成顶板与浮置板固定套筒的位置调整，便于快速调整浮置板本体的高度位置，整个浮置板轨道系统配合非线性隔振器有更好的减振降噪效果，可以避免低频共振。

优选的，所述浮置板固定套筒的外侧壁为锥形。

提高了浮置板固定套筒与浮置板本体的连接强度。

优选的，所述浮置板本体上对应基轨的长度方向设有多个限位装置，多个所述限位装置分布在成组的两根所述基轨的内侧边缘，所述限位装置包括固定部和限位部，所述限位部与浮置板本体连接，所述固定部连接在路基上。

提高了整个轨道系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明一种无级调整非线性隔振器安装的断面图；

图2为本发明一种浮置板轨道系统的平面图；

图3为本发明一种浮置板轨道系统配合使用的浮置板固定套筒结构示意图；

图4为图3的截面图；

图5本发明一种无级调整非线性隔振器的结构图；

图6为图5的截面图；

图7为本发明一种无级调整非线性隔振器的定位销连接示意图一；

图8为本发明一种无级调整非线性隔振器的定位销连接示意图二；

图9为本发明一种无级调整非线性隔振器的定位销连接示意图三；

图10为本发明一种无级调整非线性隔振器的螺杆外侧阻尼结构图一；

图11为本发明一种无级调整非线性隔振器的螺杆外侧阻尼结构图二；

图12为本发明一种无级调整非线性隔振器的渐硬非线性力-位移曲线；

图13为本发明一种无级调整非线性隔振器的渐硬非线性刚度-位移曲线；

图14为本发明一种无级调整非线性隔振器的渐软非线性力-位移曲线；

图15为本发明一种无级调整非线性隔振器的渐软非线性刚度-位移曲线；

图16为本发明一种无级调整非线性隔振器的先渐硬后渐软非线性力-位移曲线；

图17为本发明一种无级调整非线性隔振器的先渐硬后渐软非线性刚度-位移曲线；

图18为本发明一种无级调整非线性隔振器的隔振器非线性渐小阻尼曲线；

图19为本发明一种无级调整非线性隔振器的隔振器非线性渐大阻尼曲线；

图20为本发明一种无级调整非线性隔振器的隔振器非线性先大后小阻尼曲线；

图21为本发明一种无级调整非线性隔振器的隔振器非线性先小后大阻尼曲线。

1固定部、11基座、12套筒、2运动部、21第一弹簧、22第二弹簧、23过渡板、24调整圈、25摩擦板、26顶板、3外螺纹、4螺杆、5螺母、6定位销、7路基、8阻尼腔、9多边形沉孔、101浮置板本体、201浮置板固定套筒、301阻尼结构、401连接杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅本发明附图1至21，根据本发明实施例一种无级调整非线性隔振器，其包括：

固定部1，固定部1设有基座11和套筒12，基座11连接在路基7上，套筒12固定在基座11上，基座11的顶部设有螺纹孔，螺纹孔可为螺纹盲孔；

运动部，运动部设有第一弹簧21、第二弹簧22、过渡板23、调整圈24、摩擦板25及顶板26，第一弹簧21与第二弹簧22同轴布置且第二弹簧22位于第一弹簧21的内侧，第一弹簧21及第二弹簧22的底端与基座11连接，过渡板23连接在第一弹簧21的顶端，调整圈24连接在第二弹簧22的顶端，调整圈24的顶面与过渡板23的底面有缓冲间距，隔振器预安装时过渡板随顶板及浮置板本体压缩后两者抵触；摩擦板25位于过渡板23和顶板26之间，摩擦板抵接在过渡板的顶部，顶板抵接在摩擦板的顶部，顶板26的外周设有外螺纹3，顶板26、过渡板23、摩擦板25上均开设中心孔，中心孔及螺纹孔内同轴连接螺杆4。螺母设置在顶板上表面。预安装时通过锁紧螺母把隔振器连接为一体结构，方便运输及现场安装。

在另一些实施例中，基座11的底部中间固定连接有定位销6，定位销6固定连接在路基7内，螺纹孔开设在基座11的顶部中间，螺杆4位于第二弹簧22的内侧。通过螺杆完成顶板与基座相对高度位置的限定。定位销连接的结构形式包括但不限于图7至9的结构形式。基座的底部中间固定连接有定位销，亦可采用植筋胶化学锚栓结构定位形式，其连接形式还可以是上部带内螺纹螺杆，下部内螺纹式化学锚栓定位销，通过另外的螺纹杆形式连接限位。还可以将螺纹杆和定位销直接设置为内外螺纹配合形式。

在另一些具体实施例中，第一弹簧21的弹性模量大于第二弹簧22的弹性模量，第一弹簧21的自由长度大于第二弹簧22的自由长度，第一弹簧常态下起到支撑缓冲作用，在列车经过时，第二弹簧与第一弹簧同时压缩起到缓冲减振降噪作用。

第一弹簧的刚度约为4.5kN/mm，第二弹簧的刚度约为2kN/mm；第二弹簧的内径大于第二弹簧的外径。第一弹簧具有支撑浮置板本体的作用，保证浮置板系统在静平衡位置处具有较小刚度，提高浮置板轨道在自由振动时的隔振效果；

过渡板下表面与调整圈上表面之间存在4.3mm压缩距离，当列车驶入浮置板轨道时，第一弹簧压缩4.3mm，与第二弹簧接触，此时第一弹簧与第二弹簧并联同时起支撑作用，增加整体的刚度，保证浮置板轨道变形处于安全范围内；

双刚度弹簧共同作用，同时压缩时形成非线性阻尼特性曲线，使隔振器在减小共振峰的同时不放大高频载荷振动传递，在一定程度上提高了浮置板轨道的低频隔振性能，衰减了轮轨力响应，降低了环境噪声。

在其他一些实施例中，套筒12与基座11形成阻尼腔8，阻尼腔8内装有阻尼介质，第一弹簧21及第二弹簧22均位于阻尼腔8内，过渡板23的外周侧与套筒12的顶部之间密封活动连接。

在另一些实施例中，阻尼腔内的螺杆上设置有非线性阻尼结构，如图10和图11结构所示，阻尼结构为鱼骨刺结构或者倒锥形结构，阻尼随着过渡板的运动位移增大而增大。

在其他一些具体实施例中，顶板26的中部开设有多边形沉孔9，螺杆4的顶部连接螺母5，螺母5位于多边形沉孔9内，通过工具拧动多边形沉孔，调整隔振器的位置，改变浮置板的高度。

在另一些实施例中，顶板26的顶面上开设有吊孔，或者多边形沉孔9的内侧壁上开设有吊孔。吊孔可以安装吊环便于隔振器移动、安装；

在其他一些实施例中，过渡板23的顶部开设有凹槽，摩擦板25适配连接在凹槽内，可以限定摩擦板的工作位置。

凹槽为圆形凹槽，深度3mm。

在另一些实施例中，过渡板和套筒上有可以相互插入的方齿，隔振器旋转安装时顶板及套筒可以同时旋转、定位。

顶板外部的外螺纹齿底宽6mm，高5mm，角度30°，螺距16mm。顶部设有3个M12螺纹孔，延120mm直径均匀分布，深度15mm，顶部同时设有210mm宽度的六边形沉孔。螺纹孔可以安装吊环，便于隔振器移动、安装；沉孔用于旋转隔振器时的工装连接点。

本发明还公开了一种浮置板轨道系统，其包括多个隔振器、浮置板本体101及多个浮置板固定套筒201，浮置板本体101上固定连接有基轨，多个浮置板固定套筒201对应基轨的长度方向间隔布置在浮置板本体101上，间隔距离1200mm；多个隔振器分别一一对应连接在多个浮置板固定套筒201内，浮置板固定套筒201的顶端与浮置板本体101的顶面平齐，浮置板固定套筒201的底端与浮置板本体101的底面平齐，浮置板固定套筒201的内侧壁上设有螺纹结构，顶板26上的外螺纹3与螺纹结构配合连接，浮置板本体101的底面与路基7之间有间隔距离。

螺纹结构的上侧设有70mm长沉孔，下侧设有40mm沉孔，减少螺纹结构的长度，便于安装。

具体的，浮置板固定套筒201的外侧壁为锥形，浮置板固定套筒201的外侧壁与竖直方向成3°角的锥度；提高浮置板固定套筒与浮置板本体的连接强度，保证浮置板固定套筒与浮置板本体的稳定性。浮置板本体上设有上下贯通的锥形通孔，浮置板固定套筒竖直设置在通孔中，浮置板固定套筒上下表面与浮置板本体上下表面齐平，便于安装定位。

螺旋式无级调高隔振器沿浮置板本体长度方向均匀间隔分布，部分设置在基轨内侧，部分设置在基轨外侧，避免维修、更换时拆卸基轨(钢轨)。

定位销伸出基座15mm，并伸入路基，保证隔振器工作中的位置精度。隔振器与轨道板螺纹连接为一体结构，进而提高轨道板工作中的位置精度。

在浮置板本体上设置限位装置，限位装置用来限位浮置板本体的周向晃动，限位装置分布在成组的两根基轨的内侧边缘，限位装置可以带顶升结构，带顶升功能的限位装置的限位部有限位筒，限位筒为预埋筒，限位筒内是有限位杆的，限位筒带螺纹顶升结构，可以利用顶升结构将浮置板顶起，依靠顶升结构的转动实现限位筒的上下位移，进而调整浮置板本体的离地间隙，方便安装隔振器，当隔振器安装就位后，松开限位装置的顶升螺母，调整高度使其与限位装置限位筒脱开，预留浮置板本体的上下浮动空间，最后将顶升螺母与浮置板本体连接成整体。不带顶升功能限位装置只需要在浮置板本体中预留一个圆柱筒，当限位杆在基底混凝土中植筋固定后，在浮置板本体预留圆柱筒和限位杆之间浇铸环氧树脂。限位装置是限定浮置板本体的前后左右的晃动位移，保留浮置板本体的缓冲浮动功能，实现降振效果。

螺纹松动风险防止措施

在浮置板轨道精度调整好以后，将隔振器螺纹与浮置板预埋筒螺纹锁紧连接，有两种方式，可以单独使用，也可以同时使用。第一种方式是将一个螺纹环拧入到预埋筒螺纹中，贴紧隔振器螺纹，使用螺栓顶紧，螺栓涂抹螺纹胶防松，此方式类同双螺母防松；第二种方式是在隔振器上设置防转销，防转销能沿隔振器螺纹径向调整，通过偏心轴驱动防转销伸缩，伸出时放转销前段顶住预埋筒螺纹，使内外螺纹连接成整体。

本发明提供的双刚度钢弹簧结构是基于列车经过浮置板轨道的动态过程及隔振器的载荷特点分析基础上进行的设计，浮置板静平衡位置处(即车辆驶来浮置板前及车辆驶离浮置板后)隔振器应具有较小的刚度，当列车驶入浮置板轨道时，浮置板下压，浮置板与内弹簧之间的下压间距消失，这时第一弹簧与第二弹簧共同作用，使系统刚度增大，保证列车有序通过，同时保证了浮置板轨道的减振效果与行车安全性；本发明提供的双刚度阻尼隔振器及浮置板轨道系统具有减振降噪性能好、轨道稳定性高、结构简单可靠、工程造价低等优点，可以广泛应用于轨道交通减振降噪要求高和特殊减振地铁。

对于实施例公开的装置和使用方法而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本发明隔振器具有的特点：

本发明隔振器采用螺纹无级调整的方式，实现浮置板轨道的连续顶升，隔振器与浮置板固定套筒螺纹旋拧咬合联结结构，消除了隔振器与浮置板之间纵横相对窜动和竖向跳动，保证了浮置板轨道系统的稳固和稳定性；

本发明隔振器为非线性隔振器，即隔振器刚度曲线与阻尼曲线为非线性设计。隔振器刚度与阻尼非线性曲线是基于对浮置板轮轨荷载特征分析的基础上，运用非线性动力学优化模型进行浮置板非线性隔振器的刚度及阻尼曲线优化设计，最终非线性隔振器性能经过了仿真与试验的验证。

根据不同的控制目标，隔振器非线性刚度曲线可以设计为：渐硬非线性刚度曲线(如图12-13所示)、渐软非线性刚度曲线(如图14-15所示)和先渐硬后渐软非线性刚度曲线(如图16-17所示)。根据不同的控制目标及与非线性刚度曲线的配合关系，隔振器非线性阻尼曲线设计为渐小、渐大、先渐小后渐大和先渐大后渐小非线性阻尼(如图18-21所示)。

为了实现非线性刚度及曲线，隔振器弹簧可以采用钢弹簧、橡胶弹簧、双弹簧、弹性弹簧及其它特殊设计形式。

本发明中螺旋式隔振器外部配合连接的浮置板固定套筒采用高分子材料(如尼龙或聚氨酯等材料)制成，具有轻量化、耐久性好，方便施工安装的优点；另外，浮置板固定套筒呈倒锥形结构，与隔振器螺纹实现紧密咬合，防止浮置板本体使用过程中上下松脱。

本发明中的浮置板轨道系统可以实现浮置板在施工过程中的无级调整，提高浮置板轨道系统的高稳定性与高平顺性，可以提高车辆运行稳定性与舒适性，降低车内噪声，提高浮置板轨道的低频减振效果与横向稳定性。根据实际情况，该轨道系统还可以与动力吸振器进行配合使用，以满足某些特殊的减振需求。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。