CN106368085B - 轨道结构的吸能减振装置 - Google Patents
轨道结构的吸能减振装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106368085B CN106368085B CN201610850039.1A CN201610850039A CN106368085B CN 106368085 B CN106368085 B CN 106368085B CN 201610850039 A CN201610850039 A CN 201610850039A CN 106368085 B CN106368085 B CN 106368085B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vibration
- energy
- subsystem
- track
- main system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
- E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
- E01B19/00—Protection of permanent way against development of dust or against the effect of wind, sun, frost, or corrosion; Means to reduce development of noise
- E01B19/003—Means for reducing the development or propagation of noise
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Railway Tracks (AREA)
Abstract
本发明是在轨道结构上设计一种具有能量吸附功能的辅助装置，在轨道道床上两根钢轨之间，设置吸能减振装置，所述吸能减振装置包括质量块物体,刚度物体和阻尼器，所述吸能减振装置的固有诣振频率，与轨道上的轮轨振动频率相同。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通中的轨道结构，特别是有关于轨道结构的吸能减振装置。
背景技术
在目前振动传播的控制方法中，大多采用调整系统刚度、阻尼和质量参数来实现，其中阻尼主要的功能是将振动能量转换为热能，其转换能力除了和材料有关之外，还与转换时间关联，阻尼越大，它的转换周期也越慢，转换越多由于其材料发热，使用寿命也会受到影响；质量的功能是通过运动消耗动能来实现振动控制，在相同的运动条件下，质量越大，消耗的动能也越大，由于系统阻尼和质量参数调整受到了诸多因素影响，应用范围有较大的局限性，因此通过采用降低受振部件的结构连接刚度来减小振动能量向外传递应用最为普遍，例如在地铁中普遍采用通过减小轨道结构轨下刚度来控制由于列车运行所产生的振动对周边影响。但是采用减小振动源的支承结构刚度虽然可以较好地减小了振动能量向外传播，由于能量并没有被转换消耗，而是集中在被隔振体的前端，通常造成该部分结构振动加剧，并产生不利的影响。例如在地铁中普遍采用了刚度较小的扣件往往会对钢轨磨耗甚至车辆部件的使用寿命带来不利影响。
发明内容
本发明的目的是在轨道结构上设计一种具有能量吸附功能的辅助装置，通过该装置，可以把轮轨振动产生的振动能量吸收到该装置中，目的使轨道结构中的其它部件振动都得到相应降低，由于辅助装置不承担轨道结构中的其它受力作用，因此不会对轨道结构系统带来不利影响。
本发明的是这样实现的：
在轨道道床上两根钢轨之间，设置吸能减振装置，所述吸能减振装置包括质量块物体,刚度物体和阻尼器，所述吸能减振装置的固有诣振频率，与轨道上的轮轨振动频率相同。
所述质量块物体,为轨道结构道床系统质量的10%至5%，所述刚度物体和阻尼器参数按下式算得：
其中：
F为动态作用力静态基数; K是主系统刚度；k是子系统刚度；X 1 主系统振动位移； X st 是主系统位移特征变量；M是主系统质量，m是子系统质量；μ是子系统与主系统质量比；Z是主系统阻尼比；ζ是子系统阻尼比；C是主系统阻尼系数；c是子系统阻尼系数；Ω n 是主系统自振频率；ω n 是子系统自振频率；ω是系统激励荷载频率；Δ 2 是表示系统频率变化特征参数。
本发明的优点是，目前采用的减振方法是，列车运行通过轨道结构时，车轮碾压钢轨，由于轮轨相互作用产生振动通过钢轨、扣件系统、轨枕、整体道床向四周传播，传统方法是将扣件刚度降低，或者是在整体道床底部设置弹簧降低整体道床的支承刚度，或者是增加道床的质量，即所谓浮置板轨道系统，其结果是虽然整体道床的振动得到了降低，在整体道床中的振动能量得到了减少，但是，整体道床减少的能量大多聚集在钢轨和车辆中，对钢轨和车辆带来了不利影响。而本发明核心是将轮轨相互作用产生振动能量吸附在辅助子系统中，使其产生较大的振动，其效果是在减小整体道床中的振动能量的同时，不会对钢轨乃至车辆产生不利影响。
附图说明
图1是一个主系统和子系统的振动系统示意图
图2是阻尼系统示意图
图3是圆形断面地铁轨道结构示意图
图中标号说明：
１－质量块物体；２－刚度物体（一般是弹簧）；３－阻尼器；４－轨道道床；５－钢轨。
具体实施方式
本发明在轨道道床４上两根钢轨５之间，设置吸能减振装置，所述吸能减振装置包括质量块物体１,刚度物体２和阻尼器３，所述吸能减振装置的固有诣振频率，与轨道上的轮轨振动频率相同。
所述质量块物体,为轨道结构道床系统质量的10%至5%，所述刚度物体和阻尼器参数按下式算得：
F为动态作用力静态基数。
一个稳定系统在激励作用下产生振动，其能量通常是一定守恒的，例如列车运行通过轨道，对线路产生的振动能量也是一定的，采用减振轨道后，轮轨作用力产生的振动能量传到轨道基础结构得到了减小，但是由于能量被积聚在钢轨扣件以上部分，因此在钢轨和车辆等部件上的振动加剧。本发明是在轨道结构上设置一个具有吸附振动能量的装置，达到在减小轨道结构基础振动的同时，也会使钢轨和车辆等部件上的振动减小。
请参阅附图1所示，本发明的原理是，如果一个包含主系统和子系统的振动系统，如图1所示，其动力学响应可以表达为以下公式：
从公式中可以看出，在系统中虽然系统的外荷载没有变化，如果子系统振动加剧必然会导致主系统的振动下降，当子系统中参数：
即子系统的振动频率逼近其共振频率时，子系统的振幅急剧增加，这时主系统的振幅会明显减小，甚至达到振幅为零。其原理是在一个系统中，如果外力对系统的作用没有发生改变，即系统中动能在总量上没有发生改变，如果其中一个子系统中所承受的能量增加了，必然在其它系统中的能量会发生减小。如果我们在原有的系统中增加一个辅助子系统，并对辅助子系统的参数进行调整，使得子系统的参数在我们需要的范围之内，使其`产生较大的振动，导致子系统产生了较大的动能，这样在整个系统振动时，我们就可以在所需要的频率范围内对主系统的其它部分进行振动控制，达到了我们对系统的减振目的。根据以上分析，辅助子系统通常是由质量、刚度和阻尼构成。根据这一原理，我们在轨道结构中，在道床的适当部位，以不侵入车辆限界为要求，安置一个或若干个弹簧质量子系统，作为轨道结构的辅助系统，并按照要求设计，达到列车通过时，该子系统产生最大振动为目标，达到使原系统振动能量最大限度地被转移到辅助子系统中，使原系统振动减小的目的。
请参阅图2所示，对于一个如图2所示有阻尼的系统，我们也可以通过对以下公式进行优化达到相应效果：
F为动态作用力静态基数。
本发明根据列车运行通过轨道结构时在轨道结构中产生的主振频率，该数值可以通过现场测试或进行仿真计算得到，根据该参数进行辅助子系统的设计，它是由质量、刚度和阻尼参数组成，辅助系统的质量一般不超过轨道结构道床主系统质量的10%，以5%为宜，以免由于重量增加对系统产生不利影响。
刚度、阻尼参数，可以根据公式（2）来计算求得，辅助子系统中的质量块一般采用金属或混凝土等材料构成，刚度元件可以由钢弹簧构成，阻尼元件通常是电磁阻尼器，辅助系统的安装位置一般在轨道中部的道床上部。
这样当列车运行通过轨道结构时，车轮运行通过钢轨使轨道结构中的轨道道床４产生振动，同时也使辅助系统（吸能减振装置）产生振动，通过以上设计，可以使列车运行通过轨道结构时，辅助系统振动加剧，产生较大的振动能量，由于辅助子系统本身没有振动能量产生，因此在整个系统中，总的振动能量没有增加，辅助子系统的振动能量增加后，轨道道床４的振动相对减小，从而达到了对轨道道床４的振动控制目的，由于辅助系统吸收了振动能量，因此不会造成轨道和车辆其它部分的振动加剧。
本发明是通过在轨道结构上设置一个能够有效吸收振动能量的辅助子系统（吸能减振装置），它主要由质量块物体１、刚度物体２和阻尼器３构成，辅助系统放置在钢轨５之间或钢轨两侧的轨道板上，安装位置和空间不能影响列车车辆限界，辅助系统的相关元件参数应根据轨道结构参数、列车参数来确定。在安装了吸能辅助系统的轨道结构，列车运行通过时，由轮轨相互作用产生的振动传递到轨道结构中，导致轨道结构产生振动，其中辅助子系统的振动大大高于轨道结构本身的振动，吸收了可观的振动能量，从而导致了轨道结构的主部件振动明显降低，也不会对车辆等其它部件的振动产生明显影响，达到了对轨道结构减振的目的。由于辅助子系统在系统中并不承担其它的受力或承载功能，因此其振动不会对整个轨道结构系统的承载功能带来任何不利影响，其主要作用就是吸收由轮轨相互作用产生的振动能量，减少轨道结构其它部分所承受和传播的振动能量比例。
在轨道结构中设置吸能子系统可以根据振动响应频率分布的具体情况设置1个或多个组成的多重辅助吸能子系统，辅助系统的设置数量应根据列车运行通过轨道结构时在轨道结构中产生的主振频率的范围和个数，通常是一个辅助系统对应于一个振动共振峰，如果列车运行通过轨道结构时在轨道结构中产生的主振频率有多个，应相应设置多个辅助振动系统较为合理。
下面结合图3叙述一下本发明的实施例。图3是直径为6600mm圆形断面地铁轨道结构，轨道系统中轨枕间距600mm，辅助吸能子系统设置在轨道道床４顶面，两根钢轨５之间，在实施例中，600mm长度的整体道床质量为10000kg，经过现场测试，列车通过地铁轨道系统产生的振动主频率约为150Hz，选择辅助吸能子系统质量参数为5%的主系统质量，为500kg，刚度元件参数根据公式计算为22kN/mm，阻尼单元参数为0.023。列车运行通过该区间时，可以将辅助吸能子系统振动明显激励起来，从而使包括车辆、轨道和隧道衬砌等其它部位振动显著降低，通过计算，设置上述辅助系统后，在150Hz范围内，道床振动加速度减小了30%，钢轨减小15%。通过以上发明措施，在达到对轨道结构减振的同时又不会对钢轨和车辆产生不利影响的结果。
Claims (1)
1.一种轨道结构的吸能减振装置，其特征在于，在轨道道床上两根钢轨之间，设置吸能减振装置，所述吸能减振装置包括质量块物体,刚度物体和阻尼器，所述吸能减振装置的固有诣振频率，与轨道上的轮轨振动频率相同；所述质量块物体，为轨道结构道床系统质量的10%至5%，所述刚度物体和阻尼器参数按下式算得：
其中：
其中，F为动态作用力静态基数；K是主系统刚度；k是子系统刚度；X 1 主系统振动位移；X st 是主系统位移特征变量；M是主系统质量，m是子系统质量；μ是子系统与主系统质量比；Z是主系统阻尼比；ζ是子系统阻尼比；C是主系统阻尼系数；c是子系统阻尼系数；Ω n 是主系统自振频率；ω n 是子系统自振频率；ω是系统激励荷载频率；Δ 2 是表示系统频率变化特征参数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610850039.1A CN106368085B (zh) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | 轨道结构的吸能减振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610850039.1A CN106368085B (zh) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | 轨道结构的吸能减振装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106368085A CN106368085A (zh) | 2017-02-01 |
| CN106368085B true CN106368085B (zh) | 2018-08-17 |
Family
ID=57897407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610850039.1A Active CN106368085B (zh) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | 轨道结构的吸能减振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106368085B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107916599A (zh) * | 2017-11-16 | 2018-04-17 | 中国铁建重工集团有限公司 | 一种磁浮道岔梁 |
| CN108980248B (zh) * | 2018-07-25 | 2020-05-05 | 华东交通大学 | 一种基于颗粒阻尼和声子晶体的轨道板导振隔振吸振器 |
| CN110714372A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-01-21 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 一种用于延缓钢轨波磨发展的动力吸振耗能装置 |
| CN112160195A (zh) * | 2020-08-21 | 2021-01-01 | 中铁工程设计咨询集团有限公司 | 一种道床吸振器及道床吸振系统 |
| CN112813740B (zh) * | 2020-12-31 | 2022-04-08 | 北京交通大学 | 一种惯性增强浮置轨道板动力吸振系统及其使用方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1136204A (ja) * | 1997-07-22 | 1999-02-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レール設置構造 |
| CN202500063U (zh) * | 2012-01-20 | 2012-10-24 | 北京市市政工程设计研究总院 | 低频浮置板轨道 |
| CN103306168B (zh) * | 2012-03-13 | 2016-01-20 | 隔而固(青岛)振动控制有限公司 | 一种预制式浮置板道床及其施工方法 |
| CN104594137A (zh) * | 2014-12-01 | 2015-05-06 | 同济大学 | 一种城市轨道交通吸振式浮置板轨道系统 |
| CN204875381U (zh) * | 2015-08-20 | 2015-12-16 | 中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司 | 一种浮置板预制短板轨道系统 |
| CN105821722B (zh) * | 2016-05-27 | 2020-02-07 | 江苏远兴环保科技有限公司 | 螺钉减振器浮置板轨道系统及其顶升设备和顶升方法 |
| CN206143537U (zh) * | 2016-09-26 | 2017-05-03 | 上海铁院轨道交通科技有限公司 | 轨道结构的吸能减振装置 |
-
2016
- 2016-09-26 CN CN201610850039.1A patent/CN106368085B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106368085A (zh) | 2017-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106368085B (zh) | 轨道结构的吸能减振装置 | |
| Jin et al. | Development and evaluation of a versatile semi-active suspension system for high-speed railway vehicles | |
| Rigueiro et al. | Influence of ballast models in the dynamic response of railway viaducts | |
| Kuo et al. | Vibration characteristics of floating slab track | |
| Zhang et al. | A case study of interior low-frequency noise from box-shaped bridge girders induced by running trains: Its mechanism, prediction and countermeasures | |
| CN109518547A (zh) | 一种钢轨降噪阻尼器及其制作安装方法、减振降噪方法 | |
| CN202117195U (zh) | 具有多固有频率的吸振器 | |
| CN102383343B (zh) | 地铁减震隔振复合道床及其施工方法 | |
| CN202530345U (zh) | 钢轨减振器 | |
| CN103526650B (zh) | 被动式动力减振的浮置板轨道结构 | |
| Li et al. | Review of recent progress in studies on noise emanating from rail transit bridges | |
| Zhao et al. | Theoretical simulation and experimental investigation of a rail damper to minimize short-pitch rail corrugation | |
| CN107974928B (zh) | 万向水平式调谐质量阻尼器 | |
| CN103526652B (zh) | 被动式动力减振的梯形轨枕轨道结构 | |
| CN206143537U (zh) | 轨道结构的吸能减振装置 | |
| CN105839513B (zh) | 一种中低速磁浮道岔梁减振装置及方法 | |
| Zhang et al. | Vibrational and acoustical performance of concrete box-section bridges subjected to train wheel-rail excitation: Field test and numerical analysis | |
| Cui et al. | Vibration and noise reduction properties of different damped rails in high-speed railway | |
| CN110983868A (zh) | 定频被动式动力吸振轨道结构及频率设计方法 | |
| CN113005826B (zh) | 全频减振轨道结构的设计方法 | |
| CN205975231U (zh) | 带有质量调谐减振功能的内置式隔振装置 | |
| Ma et al. | Analysis of vibration reduction effect of the floating slab track with different base forms in a small radius curve of subway lines | |
| Liu et al. | Modelling and performance analysis of rail vibration absorber by FE and BE methods | |
| Zhao et al. | A theoretical vibration‐reduction effect analysis of the floating slab track supported by nonlinear variable stiffness isolators and semi‐active magneto‐rheological dampers | |
| Li et al. | Vehicle/track impact due to passing the transition between a floating slab and ballasted track |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220511 Address after: 215400 room 604, building 10, phase I, University Science Park, No. 20, Jianxiong Road, science and education new town, Taicang City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Suzhou Tongtie Track Technology Co.,Ltd. Address before: 200331 No. 500 South Road, Shanghai, Putuo District Patentee before: SHANGHAI RAILWAY INSTITUTE RAIL TRANSIT TECHNOLOGY CO.,LTD. |