CN105908581A - 一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器，包括对称设置在钢轨轨腰的两侧的两个复合颗粒阻尼器组件，所述的复合颗粒阻尼器组件包括弹性阻尼层和颗粒阻尼器，所述的弹性阻尼层贴合于轨腰，所述的颗粒阻尼器贴合在弹性阻尼层上，包括颗粒阻尼容器和位于颗粒阻尼容器内的颗粒阻尼材料。与现有技术相比，本发明具有安装方便、适用范围广、作用频带宽，对高频振动噪声衰减效果佳等优点。

Description

一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器

技术领域

本发明属于阻尼减振降噪领域，具体涉及一种用于降低钢轨结构振动噪声的复合颗粒阻尼器。

背景技术

铁路与城市轨道交通系统发展迅速，其具有节能环保的优势，但存在高噪声的环境污染问题。轨道车辆，包括高速列车、地铁等城轨车辆在运行时，车辆与轨道不间断相互作用，会产生持续性的振动及噪声，不仅恶化了车内乘客的乘坐舒适性，而且使得沿线居民饱受振动噪声之苦。轮轨噪声是轨道交通的主要噪声源之一，而钢轨的振动与声辐射是轮轨噪声的重要原因，因而降低钢轨结构振动、控制轮轨噪声是当前亟待解决的关键问题。

目前常用的降低钢轨振动噪声的方法有增加阻尼层、振动隔离、改进结构与改变声辐射性能。其中较为有效的方法使增加阻尼，其效果是通过增加轨道结构空间的衰减率。采用约束阻尼层，通过阻尼材料层变形消耗钢轨振动能量，然而该阻尼材料效果受周围环境影响，温度、腐蚀等因素对其影响较大。而调谐吸振器更适合应用于钢轨结构中，通过质量弹簧单元，实现降低某些频率附近的振动幅值，附加的质量越大，效果越好，而其缺点是作用频带较窄，只能依据质量、刚度值设置单一或者两个频率点。

由于上述的轨道的降噪装置技术存在的缺陷与不足，其存在需要改进的方面，如何增强阻尼减振器的适用性，加宽阻尼装置的降噪频率范围及提高减振降噪作用效果，提出适用于各种运行工况下的钢轨减振降噪装置是目前需要解决的技术问题。颗粒阻尼是一种新型振动被动控制技术，利用结构振动时会带动颗粒体运动并产生碰撞和摩擦，同时与结构冲击，将机械能转化为热能消耗，产生阻尼效应。而轮轨振动噪声问题是高频振动问题，相比于其他传统类型阻尼，颗粒阻尼具有作用频带宽，应用环境范围广、产生的附加质量小、减振效果明显等优点。质量弹簧吸振器内部同时具有颗粒阻尼时，其也可以在较宽的带宽上发挥作用，采用多质量调谐吸振器频率同时也可以拓宽衰减率的峰。

对于钢轨结构振动噪声而言，因此，考虑针对各种速度级下的钢轨噪声问题，设计一种新型复合钢轨阻尼减振器，达到降低钢轨振动噪声的目的是本领域技术人员目前需要解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安装方便、适用范围广、作用频带宽，对高频振动噪声衰减效果佳的用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器，包括对称设置在钢轨轨腰的两侧的两个复合颗粒阻尼器组件，所述的复合颗粒阻尼器组件包括弹性阻尼层和颗粒阻尼器，所述的弹性阻尼层贴合于轨腰，所述的颗粒阻尼器贴合在弹性阻尼层上，包括颗粒阻尼容器和位于颗粒阻尼容器内的颗粒阻尼材料。

通过上述设置，本发明形成颗粒阻尼及颗粒阻尼层与弹性阻尼层组成调谐质量阻尼的复合颗粒阻尼装置。该复合颗粒阻尼器沿钢轨长度方向间隔一定距离设置。

所述的颗粒阻尼器沿轨腰高度方向设置多个，相邻的两个颗粒阻尼器之间设有弹性填充介质，颗粒阻尼器与弹性填充介质贴合。

所述的颗粒阻尼器通过连接层与弹性阻尼层及弹性介质层贴合。

该复合颗粒阻尼器还包括贴合在弹性阻尼层上靠近轨腰底部位置的金属块，所述的金属块与颗粒阻尼器之间设有弹性填充介质，金属块与弹性填充介质贴合。

该金属块用于增加整个协调阻尼系统的质量，使得复合颗粒阻尼器减振效果更好。

所述的金属块通过连接层与弹性阻尼层及弹性介质层贴合。

所述的连接层为橡胶-金属粘结剂层。

该橡胶-金属粘结剂层可以选用市售的HY-106AB或BD-803等强力粘接剂。

所述的弹性填充介质与弹性阻尼层材质相同。

所述的弹性阻尼层采用橡胶材质。

所述的颗粒阻尼材料为球状，直径为0.001～0.5mm，颗粒阻尼容器内的颗粒阻尼材料的填充率为50～85％。

所述的颗粒阻尼材料选自金属材质或非金属材质中的一种。

所述的金属材质选自钢、铅、铜或钨中的一种；所述的非金属材质选自二氧化硅、云母或陶瓷中的一种。

颗粒阻尼是一种新型振动被动控制技术，利用结构上现存或附加的空腔填充颗粒体，结构振动时会带动颗粒体运动并产生碰撞和摩擦，同时对结构产生冲击作用，将机械能转化为热能消耗，产生阻尼效应。因此颗粒阻尼器发挥作用的一个重要的条件就是颗粒需要具有相互之间的碰撞或相对于容器的运动。本发明中，颗粒阻尼器安装固定在钢轨轨腰内外两侧，当列车运行时轮轨之间不间断相互作用，激励其钢轨结构的振动，当钢轨作为主结构时，安装的复合颗粒阻尼器，同时发挥其多质量-刚度的动力吸振器作用，并且该质量内部通过填充颗粒阻尼材料，结构振动带动颗粒振动，产生阻尼效应，颗粒之间互相摩擦碰撞，及与质量容易之间碰撞，消耗主结构钢轨的振动能量，此时颗粒阻尼容器内的颗粒阻尼材料受到随机轮轨载荷下各多频率的激励作用，使的该复合型钢轨阻尼减振装置发挥最大减振降噪效果，减低钢轨结构振动及其传播，从而减小轨道噪声及向轨下的振动传递。

与传统的添加约束阻尼层的方法相比，该发明同时具有颗粒阻尼减振及调谐质量吸振器的功能，其减振降噪的效果更好，同时该装置的安装更加方便，易更易换。

与传统的添加调谐质量阻尼器的方法相比，该发明采用空心质量块，内部增加了颗粒阻尼材料，在保证调谐质量吸振的效果前提下，复合了颗粒阻尼减振的效果，减振降噪作用更明显。

与传统的添加调谐阻尼器的方法相比，该发明基于新型颗粒阻尼作用频带宽的技术特点，不但可以针对性的降低某些频率下振动的峰值，同时还在较宽频率范围内降低了钢轨结构的振动噪声。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)作用频域宽：提出基于颗粒阻尼技术的轮轨系统减振降噪新方法，颗粒阻尼在任何频率下均会产生作用，适应频率宽；该发明对于高频下的振动噪声衰减效果很好，而钢轨结构振动噪声正是高频噪声，因此适用性很强。

(2)复合阻尼特性减振降噪效果好：本发明在结合质量-刚度简谐动力吸振器与颗粒阻尼减振器两种特性，同时作用，可有效降低车轮振动的幅值，并吸收包含各个频段的振动能量，比以往的减振降噪方案更全面。与传统的添加调谐质量减振器的方法相比，同时增加了质量内部的颗粒阻尼，显著提高结构减振降噪效果。将该复合颗粒阻尼器安装于钢轨轨腰内外两侧上，可显著降低钢轨轨腰这一较大面积处的辐射噪声，降噪效果好。

(3)使用范围广：与传统的粘弹性阻尼约束层的方法相比，该发明适用范围更广，不完全依赖于橡胶材料的阻尼特性，不存在夏冬气温温差变化范围较大时阻尼效果明显下降的情况，及阻尼材料的老化等失效问题，同时适用于高铁及城市轨道线路的钢轨结构，均可采用该形式复合颗粒阻尼器在关键路段进行减振降噪。

附图说明

图1为本发明实施例1的复合颗粒阻尼器剖视结构示意图；

图2为本发明实施例2的复合颗粒阻尼器剖视结构示意图。

图中，1为轨腰，2为弹性阻尼层，3为连接层，4为颗粒阻尼容器，5为颗粒阻尼材料，6为金属块，7为弹性填充介质。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器，如图1所示，该复合颗粒阻尼器对称设置在钢轨轨腰1的两侧，每侧均包括弹性阻尼层2、三个颗粒阻尼器和一个金属块6，弹性阻尼层2紧密贴合于轨腰1，颗粒阻尼器贴合在弹性阻尼层2上，该颗粒阻尼器包括颗粒阻尼容器4和位于颗粒阻尼容器4内的颗粒阻尼材料5，金属块6贴合在弹性阻尼层2上靠近轨腰1底部位置，相邻的颗粒阻尼器之间以及金属块6与颗粒阻尼器之间均设有填充弹性介质7，颗粒阻尼器通过连接层3与弹性阻尼层2及弹性填充介质7紧密贴合，金属块6也通过连接层3与弹性阻尼层2及弹性填充介质7紧密贴合。

其中，弹性阻尼层2和弹性填充介质7均为橡胶材质。连接层采用橡胶-金属粘结剂，厚度为1mm。每个颗粒阻尼容器4的截面尺寸为长19mm，高度15mm，每个颗粒阻尼容器4中的颗粒阻尼材料5的填充率为50～80％，颗粒阻尼材料5可以是钢、铅、铜、钨等金属材料，也可以是二氧化硅、云母、陶瓷等非金属材料，形状为球状，直径为0.001～0.5mm。该复合颗粒阻尼器安装方便、适用范围广、作用频带宽，对高频振动噪声衰减效果佳。

实施例2

一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器，如图2所示，该复合颗粒阻尼器对称设置在钢轨轨腰1的两侧，每侧均包括弹性阻尼层2和四个颗粒阻尼器，弹性阻尼层2紧密贴合于轨腰1，颗粒阻尼器贴合在弹性阻尼层2上，该颗粒阻尼器包括颗粒阻尼容器4和位于颗粒阻尼容器4内的颗粒阻尼材料5，相邻的颗粒阻尼器之间均设有填充弹性介质7，颗粒阻尼器通过连接层3与弹性阻尼层2及弹性填充介质7紧密贴合。

其中，弹性阻尼层2和弹性填充介质7均为橡胶材质。连接层采用橡胶-金属粘结剂，可以选用市售的HY-106AB或BD-803等强力粘接剂，厚度为1mm。每个颗粒阻尼容器4的截面尺寸为长19mm，高度15mm，每个颗粒阻尼容器4中的颗粒阻尼材料5的填充率为50～80％，颗粒阻尼材料5可以是钢、铅、铜、钨等金属材料，也可以是二氧化硅、云母、陶瓷等非金属材料，形状为球状，直径为0.001～0.5mm。该复合颗粒阻尼器沿钢轨长度方向间隔一定距离设置。该复合颗粒阻尼器安装方便、适用范围广、作用频带宽，对高频振动噪声衰减效果佳。

Claims (9)

1.一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器，其特征在于，包括对称设置在钢轨轨腰的两侧的两个复合颗粒阻尼器组件，所述的复合颗粒阻尼器组件包括弹性阻尼层和颗粒阻尼器，所述的弹性阻尼层贴合于轨腰，所述的颗粒阻尼器贴合在弹性阻尼层上，包括颗粒阻尼容器和位于颗粒阻尼容器内的颗粒阻尼材料。

2.根据权利要求1所述的一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器，其特征在于，所述的颗粒阻尼器沿轨腰高度方向设置多个，相邻的两个颗粒阻尼器之间设有弹性填充介质，颗粒阻尼器与弹性填充介质贴合。

3.根据权利要求2所述的一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器，其特征在于，所述的颗粒阻尼器通过连接层与弹性阻尼层及弹性介质层贴合。

4.根据权利要求1所述的一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器，其特征在于，还包括贴合在弹性阻尼层上靠近轨腰底部位置的金属块，所述的金属块与颗粒阻尼器之间设有弹性填充介质，金属块与弹性填充介质贴合。

5.根据权利要求4所述的一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器，其特征在于，所述的金属块通过连接层与弹性阻尼层及弹性介质层贴合。

6.根据权利要求3或5所述的一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器，其特征在于，所述的连接层为橡胶-金属粘结剂层。

7.根据权利要求2～5任一所述的一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器，其特征在于，所述的弹性填充介质与弹性阻尼层材质相同。

8.根据权利要求7所述的一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器，其特征在于，所述的弹性阻尼层采用橡胶材质。

9.根据权利要求1所述的一种用于降低钢轨振动噪声的复合颗粒阻尼器，其特征在于，所述的颗粒阻尼材料为球状，直径为0.001～0.5mm，颗粒阻尼容器内的颗粒阻尼材料的填充率为50～85％。