CN107366197A - 一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板，所述活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板包括混凝土板以及设置在所述混凝土板下表面的橡胶弹性垫层；所述混凝土板的内部埋设有若干活塞式颗粒阻尼元件。本发明的优点是，设置在混凝土板中的活塞式颗粒阻尼元件可以吸收各种频率的振动能量，进而改变轨道板的原有结构阻尼以及振动响应，有效地降低了轨道板的自振频率以及反弹到钢轨和轨道板的振动能量，减小了轮轨作用，提高了行车的安全性和平顺性。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板。
背景技术
近几年铁路与城市轨道交通系统发展迅速，因其大运量以及环保的优势，但存在噪声和环境振动的有害影响。
传统的轨道结构减振技术有浮置板，减振扣件，道砟垫等。它们的工作机理都是通过改变轨道的刚度来起到减震或者隔振的效果，而且这些装置造价高昂，只有在关键地段才会使用。地铁中最常用的高级减振设备是浮置板，有钢弹簧浮置板和橡胶浮置板两种。这两种浮置板的原理都是通过降低轨道板下的弹簧刚度，提高轨道板质量来达到降低轨道板自振频率的效果。因为浮置板自振频率降低所以可以隔离高频振动，使低频振动传递到隧道管片上。但是高频振动会反弹到钢轨和轨道板上，引起轮轨作用的增加，加大轮轨噪声。由于浮置板下有钢弹簧或橡胶弹簧，所以轨道横向刚度降低，这会影响行车的安全性和平稳性。轨道交通行业需要一款新式的在保证不增大轮轨作用和钢轨波磨，维持行车的安全性和平稳性的前提下能够减振的轨道结构。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板，该活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板通过在混凝土板中设置活塞式颗粒阻尼元件，并通过活塞式颗粒阻尼元件吸收振动能量，从而实现减振的目的。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板，所述活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板包括混凝土板以及设置在所述混凝土板下表面的橡胶弹性垫层；所述混凝土板的内部埋设有若干活塞式颗粒阻尼元件。
所述活塞式颗粒阻尼元件包括壳体，所述壳体内部设置有阻尼颗粒和金属球；所述金属球与所述混凝土板之间经金属丝连接固定。
所述金属球的两侧分别固定连接有一根所述金属丝，两根所述金属丝分别穿过所述壳体的两个相对的侧壁，并延伸至所述混凝土板内部。
所述壳体为六面体，其边长在1.3~1.5cm之间,所述金属球的直径在4.5~5.5mm之间。
所述阻尼颗粒的材质为钨粉、铅粉、铜粉以及铁粉中的任意一种或多种的组合；所述阻尼颗粒的粒径为0.001~0.5mm；所述壳体内部所述阻尼颗粒的填充率在50~90%之间。
所述阻尼颗粒的粒径、所述阻尼颗粒的填充率以及所述阻尼颗粒的材质密度均与所述活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板在工作过程中的振动幅度成正比。
所述混凝土板的上表面设置有承轨槽。
所述混凝土板内部设置有至少两层钢筋网；所述混凝土板内部还设置有纵向预应力钢筋以及横向预应力钢筋。
所述混凝土板内部的活塞式颗粒阻尼元件粘接在钢丝网上；所述钢丝网贴合在所述钢筋网的表面并与所述钢筋网绑扎固定。
所述橡胶弹性垫层与所述混凝土板之间通过预埋钢筋连接；所述预埋钢筋的一端预埋在所述混凝土板内部，其另一端预埋在所述橡胶弹性垫层内部。
本发明的优点是，设置在混凝土板中的活塞式颗粒阻尼元件可以吸收各种频率的振动能量，进而改变轨道板的原有结构阻尼以及振动响应，有效地降低了轨道板的自振频率以及反弹到钢轨和轨道板的振动能量，减小了轮轨作用，提高了行车的安全性和平顺性；此外，活塞式颗粒阻尼元件预埋在混凝土板内部，不会大幅影响轨道的几何形位，在应用过程中可将结构阻尼和结构刚度分开考虑，甚至在增大结构阻尼的同时提高钢弹簧或橡胶的刚度来，提高轨道的平顺性和列车的安全性。
附图说明
图1为本发明的活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板的横截面示意图；
图2为本发明的活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板的纵截面示意图；
图3为本发明中的活塞式颗粒阻尼元件的结构示意图；
图4为本发明中的混凝土板的配筋正视图；
图5为本发明中的混凝土板的配筋侧视图；
图6为本发明中的钢丝网的立体视图；
图7为本发明中的橡胶弹性垫层的立体视图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-7，图中标记1-15分别为：活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板1、混凝土板2、橡胶弹性垫层3、活塞式颗粒阻尼元件4、壳体5、阻尼颗粒6、承轨槽9、钢轨10、钢筋网11、横向预应力钢筋12、纵向预应力钢筋13、钢丝网14、预埋钢筋15。
实施例：如图1、2所示，本实施例具体涉及一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板1，该活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板1包括混凝土板2以及设置在混凝土板2下表面的橡胶弹性垫层3；混凝土板2的内部埋设有若干活塞式颗粒阻尼元件4。
如图1、2、3所示，埋设在混凝土板2内部的活塞式颗粒阻尼元件4主要用于吸收活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板1在工作过程中的振动能量；活塞式颗粒阻尼元件4包括壳体5，壳体5内部设置有阻尼颗粒6和金属球7；金属球7与混凝土板2之间经金属丝8连接固定；在本实施例中，金属球7的两侧分别固定连接有一根金属丝8，两根金属丝8分别穿过壳体5的两个相对的侧壁，并延伸至混凝土板2的内部并与混凝土板2固结，壳体5的侧壁开设有供金属丝8穿过的通孔。
如图1-3所示，活塞式颗粒阻尼元件4是一种被动振动控制技术；当活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板1处于工作状态时，活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板1的振动通过混凝土板2传递至活塞式颗粒阻尼元件4，使得活塞式颗粒阻尼元件4中的阻尼颗粒6发生振动；同时混凝土板2通过金属丝8牵拉活塞式颗粒阻尼元件4中的金属球7，使得金属球7产生振动；在金属球7以及阻尼颗粒6的振动过程中，阻尼颗粒6会与金属球7发生碰撞和摩擦，阻尼颗粒之间也会发生碰撞和摩擦；碰撞和摩擦会消耗振动能量，将振动能量转换成热量，从而实现耗散振动能量的效果；将活塞式颗粒阻尼元件4埋设在混凝土板2内部，可有效地增强本实施例的活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板1耗散振动能量的能力。
如图3所示，本实施例中，活塞式颗粒阻尼元件4的壳体5是由厚度为2mm的Q195薄钢板制成的正六面体，其边长在1.3cm至1.5cm之间；壳体5的薄钢板拼接处采用以氰基丙烯酸乙酯为主要原料的金属胶粘接而成。
如图1、3所示，本实施例中，阻尼颗粒6的材质为钨粉、铅粉、铜粉以及铁粉中的任意一种或多种的组合，通过调节各种材质的阻尼颗粒6的比例，可以调节阻尼颗粒6的总体密度；阻尼颗粒12的粒径为0.001mm至0.5mm；壳体5内部阻尼颗粒6的填充率在50%至90%之间；为了达到更好的减振效果，阻尼颗粒6的粒径、壳体5中阻尼颗粒6的填充率以及阻尼颗粒6的材质密度均与活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板1在工作过程中的振动幅度成正比。
如图1、3所示，本实施例中，壳体5的侧壁上供金属丝8穿过的通孔的直径为1mm；金属丝8是直径为0.3mm的细铁丝，金属丝8通过焊接的方式与金属球7连接；金属球7是直径在4.5mm至5.5mm之间的小铁球，金属球7的直径越大，其减振效果越好；为了便于生产，各金属球7可采用直径相同的小铁球；金属丝8的端部穿过壳体5延伸至混凝土板2的混凝土内部，形成固结段；在本实施例中固结段呈螺旋状，这使得金属丝14与混凝土板2之间的连接更加稳固，进而使得金属丝8在振动过程中不会从混凝土板2中脱离。
如图1、2所示，混凝土板2的上表面设置有若干承轨槽9，承轨槽9分布在凝土板2的上表面的两侧，用于承载钢轨10；混凝土板2的宽度在2000mm至4000mm之间，其长度在4000mm至8000mm之间，其高度在300mm至600mm之间。
如图4、5所示，混凝土板2中设置有两层相互平行的钢筋网11，两层钢筋网11之间的距离在200mm至400mm；钢筋网11外侧至少需要预留50mm至70mm的保护层；两层钢筋网11均采用直径为10mm至15mm的螺纹钢；在钢筋网11中，钢筋的横向间距为100mm至150mm；钢筋的竖向间距为100mm至150mm。
如图1、2所示，在混凝土板2中设置有横向预应力钢筋12以及纵向预应力钢筋13；横向预应力钢筋12沿混凝土板2的横向设置，相邻横向预应力钢筋12之间的间距为400mm至500mm；纵向预应力钢筋13沿混凝土板2的纵向设置，相邻纵向预应力钢筋13之间的间距为400mm至500mm，本实施例中混凝土板2中设置有5根纵向预应力钢筋13。
如图4、5、6所示，本实施例中，混凝土板2中埋设有两层钢丝网14，活塞式颗粒阻尼元件4的壳体5通过金属胶粘接在钢丝网14上；金属胶的主要成分是氰基丙烯酸乙酯；两层钢丝网14分别绑扎在两片钢筋网11上；钢丝网14尺寸长宽分别在1900mm至3900mm之间、3900mm至7900mm之间，细钢丝直径为1mm至2mm；钢丝网14中，钢丝之间的间隔为100mm；本实施例中，位于混凝土板2中的钢丝网14主要作为活塞式颗粒阻尼元件4的安装骨架，并不承受载荷；通过调节各活塞式颗粒阻尼元件4的粘接位置，可以调节活塞式颗粒阻尼元件4在混凝土板2中的分布位置；在本实施例中，为了达到更好的减振效果，在承轨槽9下方的活塞式颗粒阻尼元件4的分布密度大于其他区域的分布密度。
如图1、7所示，本实施例中，橡胶弹性垫层3设置在混凝土板2的下方，用于吸收部分振动能量；橡胶弹性垫层3与混凝土板2之间通过预埋钢筋15连接；预埋钢筋15的顶端预埋在混凝土板2内部；其底端预埋在橡胶弹性垫层3内部。
如图1至7所示，在生产本实施例的活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板1的过程中，可根据线路状况、列车速度所造成的动荷载以及活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板1在工作过程中的振动幅度选取阻尼颗粒6的填充率、阻尼颗粒6的密度、活塞式颗粒阻尼元件4的排布密度等参数；本实施例的活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板1的生产过程包括以下步骤：
1）如图7所示，生产厚度在40mm至60mm之间的橡胶弹性垫层3，并在橡胶弹性垫层3内预埋长度为50mm直径为10mm的预埋钢筋15，预埋钢筋15的排布密度为每100cm2一根。
2）如图1、2所示，放置事先根据几何尺寸设计的模板，把模板放在先张法预应力钢筋需要的台座上；并将橡胶弹性垫层3放入到模板中。
3）如图3、6所示，生产活塞式颗粒阻尼元件4，将活塞式颗粒阻尼元件4粘接至钢丝网14，并将钢丝网14绑扎至钢筋网11表面；
4）如图1、2将钢筋网11放入模板中，并浇筑强度为C30-C50的混凝土，对各预应力钢筋进行预应力张拉，对混凝土进行振捣并进行养护，待28天后剪断混凝土板2前后左右端面的预应力钢筋的端头并进行脱模；至此本实施例的活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板1制作完成。
本实施例的有益技术效果为：设置在混凝土板中的活塞式颗粒阻尼元件可以吸收各种频率的振动能量，进而改变轨道板的原有结构阻尼以及振动响应，有效地降低了轨道板的自振频率以及反弹到钢轨和轨道板的振动能量，减小了轮轨作用，提高了行车的安全性和平顺性；此外，活塞式颗粒阻尼元件预埋在混凝土板内部，不会大幅影响轨道的几何形位，在应用过程中可将结构阻尼和结构刚度分开考虑，甚至在增大结构阻尼的同时提高钢弹簧或橡胶的刚度来，提高轨道的平顺性和列车的安全性。
Claims (10)
1.一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板，其特征在于：所述活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板包括混凝土板以及设置在所述混凝土板下表面的橡胶弹性垫层；所述混凝土板的内部埋设有若干活塞式颗粒阻尼元件。
2.根据权利要求1所述的一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板，其特征在于：所述活塞式颗粒阻尼元件包括壳体，所述壳体内部设置有阻尼颗粒和金属球；所述金属球与所述混凝土板之间经金属丝连接固定。
3.根据权利要求2所述的一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板，其特征在于：所述金属球的两侧分别固定连接有一根所述金属丝，两根所述金属丝分别穿过所述壳体的两个相对的侧壁，并延伸至所述混凝土板内部。
4.根据权利要求2所述的一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板，其特征在于：所述壳体为六面体，其边长在1.3~1.5cm之间,所述金属球的直径在4.5~5.5mm之间。
5.根据权利要求2所述的一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板，其特征在于：所述阻尼颗粒的材质为钨粉、铅粉、铜粉以及铁粉中的任意一种或多种的组合；所述阻尼颗粒的粒径为0.001~0.5mm；所述壳体内部所述阻尼颗粒的填充率在50~90%之间。
6.根据权利要求5所述的一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板，其特征在于：所述阻尼颗粒的粒径、所述阻尼颗粒的填充率以及所述阻尼颗粒的材质密度均与所述活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板在工作过程中的振动幅度成正比。
7.根据权利要求1所述的一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板，其特征在于：所述混凝土板的上表面设置有承轨槽。
8.根据权利要求1所述的一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板，其特征在于：所述混凝土板内部设置有至少两层钢筋网；所述混凝土板内部还设置有纵向预应力钢筋以及横向预应力钢筋。
9.根据权利要求8所述的一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板，其特征在于：所述混凝土板内部的活塞式颗粒阻尼元件粘接在钢丝网上；所述钢丝网贴合在所述钢筋网的表面并与所述钢筋网绑扎固定。
10.根据权利要求1所述的一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨道板，其特征在于：所述橡胶弹性垫层与所述混凝土板之间通过预埋钢筋连接；所述预埋钢筋的一端预埋在所述混凝土板内部，其另一端预埋在所述橡胶弹性垫层内部。
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