CN107503247A - 一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕 - 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枕，所述活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕包括轨枕主体以及埋设在所述轨枕主体中的活塞式颗粒阻尼元件；所述轨枕主体的上表面设置有承轨槽；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；所述金属球与所述轨枕主体之间经金属丝连接固定。本发明的优点是，设置在轨枕主体内的活塞式颗粒阻尼元件可以吸收并消耗轨枕主体的振动能量；将活塞式颗粒阻尼元件埋设在轨枕主体内部相当于增加了活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕的阻尼，使得活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕可以耗散掉轮轨作用产生的振动能量，起到了减振隔振的作用。
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枕。
背景技术
近几年铁路与城市轨道交通系统因其大运量以及环保的优势发展迅速，但是轨道交通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，它们的工作机理是通过改变轨道结构的刚度起到减震的效果，这些装置存在造价高昂或加剧车体的振动的问题。所以发展一种新的轨道结构减振设备是必须的。
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枕，该活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕通过将可吸收振动能量的活塞式颗粒阻尼元件埋设在其内部，实现了耗散振动能量、减振隔振的目的。
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枕，所述活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕包括轨枕主体以及埋设在所述轨枕主体中的活塞式颗粒阻尼元件；所述轨枕主体的上表面设置有承轨槽；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；所述金属球与所述轨枕主体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，延伸至所述轨枕主体的混凝土内部与混凝土固结。
所述金属丝与所述轨枕主体内部的混凝土固结的部分呈螺旋状。
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枕在工作过程中的振动幅度成正比。
所述承轨槽的底面开设有硫磺锚固螺栓孔；所述活塞式颗粒阻尼元件分布在所述承轨槽的下方。
所述承轨槽的底面为轨底坡；所述轨底坡的坡度为1:40。
所述轨枕主体内部设置有预应力钢筋以及细钢丝网架，所述活塞式颗粒阻尼元件的壳体粘接在所述细钢丝网架上。
本发明的优点是，设置在轨枕主体内的活塞式颗粒阻尼元件可以吸收并消耗轨枕主体的振动能量；将活塞式颗粒阻尼元件埋设在轨枕主体内部相当于增加了活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕的阻尼，使得活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕可以耗散掉轮轨作用产生的振动能量，起到了减振隔振的作用。
附图说明
图1为本发明活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕的第一实施例的立体视图；
图2为本发明活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕的第一实施例的俯视图；
图3为本发明中的活塞式颗粒阻尼元件在轨枕主体中的分布示意图；
图4为本发明中的活塞式颗粒阻尼元件的结构示意图；
图5为本发明中的轨枕主体的截面视图；
图6为本发明中的细钢丝网架的立体视图；
图7为本发明中的活塞式颗粒阻尼元件在细钢丝网架上的分布示意图；
图8为本发明的活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕在路基段布置的示意图；
图9为本发明的活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕在高架桥布置的示意图；
图10为本发明的活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕的第二实施例的立体视图；
图11为本发明中的活塞式颗粒阻尼元件在轨枕主体中的分布示意图。
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1-11，图中标记1-15分别为：活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1、轨枕主体2、活塞式颗粒阻尼元件3、承轨槽4、硫磺锚固螺栓孔5、壳体6、阻尼颗粒7、金属球8、金属丝9、预应力钢筋10、细钢丝网架11、道砟12、钢轨13、路基14、高架桥15。
实施例1：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枕1，该活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1包括轨枕主体2以及埋设在轨枕主体2中的活塞式颗粒阻尼元件3；轨枕主体2的上表面设置有承轨槽4；承轨槽4用于安装钢轨。
如图1、3所示，本实施例的活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1为长枕式，其中轨枕主体2的上表面设置有两个承轨槽4；两个承轨槽4分别位于所述轨枕主体2的两端；本实施例中，轨枕主体2的长、宽、高分别为2600mm、330mm、250mm；轨枕主体2采用强度为C30至C50的混凝土浇筑制成；承轨槽4的底面为承轨坡，承轨坡是向所述轨枕主体2的中部倾斜的斜面，其坡度为1:40；在承轨槽4的底面还开设有供钢轨连接固定的硫磺锚固螺栓孔5。
如图3、4所示，在轨枕主体2内的活塞式颗粒阻尼元件3集中分布在两个承轨槽4的下方；活塞式颗粒阻尼元件3主要用于吸收活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1在工作过程中的振动能量；活塞式颗粒阻尼元件3包括壳体6，壳体6内部设置有阻尼颗粒7和金属球8；金属球8与轨枕主体2之间经金属丝9连接固定；在本实施例中，金属球8的两侧分别固定连接有一根金属丝9；两根金属丝9分别穿过壳体6的两个相对的侧壁，并延伸至轨枕主体2的混凝土内部与混凝土固结，壳体6的侧壁开设有供金属丝9穿过的通孔。
如图3、4所示，活塞式颗粒阻尼元件3是一种被动振动控制技术；当活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1处于工作状态时，活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1的振动通过轨枕主体2传递至活塞式颗粒阻尼元件3，使得活塞式颗粒阻尼元件3中的阻尼颗粒7发生振动；同时轨枕主体2通过金属丝9牵拉活塞式颗粒阻尼元件3中的金属球8，使得金属球8产生振动；在金属球8以及阻尼颗粒7的振动过程中，阻尼颗粒7会与金属球8发生碰撞和摩擦，阻尼颗粒7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3埋设在轨枕主体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枕1的阻尼以及耗散振动能量的能力。
如图4所示，本实施例中，活塞式颗粒阻尼元件3的壳体6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6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4所示，本实施例中，阻尼颗粒7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7的比例，可以调节阻尼颗粒7的总体密度；阻尼颗粒7的粒径为0.001mm至0.5mm；壳体6内部阻尼颗粒7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7的粒径、壳体6中阻尼颗粒7的填充率以及阻尼颗粒7的材质密度均与活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1在工作过程中的振动幅度成正比。
如图3、4所示，本实施例中，壳体6的侧壁上供金属丝9穿过的通孔的直径为1mm；金属丝9是直径为0.3mm的细铁丝，金属丝9通过焊接的方式与金属球8连接；金属球8是直径在4.5mm至5.5mm之间的小铁球，金属球8的直径越大，其减振效果越好；为了便于生产，各金属球8可采用直径相同的小铁球；金属丝9的端部穿过壳体6并延伸至轨枕主体2的混凝土内部，并与混凝土固结；在本实施例中金属丝9与混凝土固结的部分呈螺旋状，这使得金属丝9与轨枕主体2之间的连接更加稳固，进而使得金属丝9在振动过程中不会从轨枕主体2的混凝土中脱离。
如图5所示，本实施例中，轨枕主体2的混凝土内部还设置有多根预应力钢筋10；本实施例中，预应力钢筋10是直径为10mm、长度为2620mm的先张法预应力钢筋，其贯穿轨枕主体2的两端；预应力钢筋10的数目为10，10根预应力钢筋10在轨枕主体2中采用三层分布；最上层4根，中间层2根，最下层4根；相邻两层预应力钢筋10的间距为70mm；各层预应力钢筋10的外缘钢筋对齐。
如图5至7所示，在轨枕主体2的混凝土内部还设置有细钢丝网架11，其目的是作为活塞式颗粒阻尼元件3的安装骨架，便于在生产过程中固定活塞式颗粒阻尼元件3，并不承受载荷；细钢丝网架11的长、宽、高分别为800mm、275mm、100mm，细钢丝网架11中的钢丝直径为1mm至2mm；细钢丝网架11共包括三层细钢丝网，各层细钢丝网高度上采用等间距分布，每层细钢丝网纵向均匀排布六根细钢丝，最上层的细钢丝网的每根纵向钢丝排布14个活塞式颗粒阻尼元件3，中间层的细钢丝网的每根纵向钢丝排布13个活塞式颗粒阻尼元件3，最下层细钢丝网的每根细钢丝排布12个活塞式颗粒阻尼元件3；各细钢丝上的活塞式颗粒阻尼元件3都采用等间距布置（如果用于轨道结构振动过大的地段可以增加活塞式颗粒阻尼元件3的排布个数与密度）。每根轨枕主体2内放置两个细钢丝网架11，两个细钢丝网架11分布在轨枕主体2的中心线两侧，同时细钢丝网架11的最上层几何中心对准承轨槽4的中心，细钢丝网架11的最上层中心距离轨枕承轨槽4中心的距离为60mm。细钢丝网架11与活塞式颗粒阻尼元件3的壳体6通过以氰基丙烯酸乙酯为主要原料的金属胶粘接在一起。
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枕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枕在工作过程中的振动幅度选取阻尼颗粒填充率、阻尼颗粒的密度、活塞式颗粒阻尼元件的排布密度等参数；本实施例的活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1的生产过程具体包括以下步骤：
1）如图1所示，放置事先根据轨枕主体2的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。
2）按照图4所示的结构之作活塞式颗粒阻尼元件3；并将活塞式颗粒阻尼元件3按照图7所示的排布方式粘接至细钢丝网架11上。
3）如图3、5所示，分别将两个粘接有活塞式颗粒阻尼元件3的细钢丝网架11放置在模板内部，并向模板内部安装预应力钢筋10，并将预应力钢筋10的端头放置在先张法预应力钢筋的台座上；细钢丝网架11中的细钢丝网搭设在预应力钢筋10上，这使得细钢丝网架11的底部与模板的底部保持距离，以便形成混凝土保护层。
4）如图5所示，向模板中加入C30混凝土；并对预应力钢筋10进行预应力张拉，经过振捣后对混凝土进行养护；待28天后剪断预应力钢筋10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枕1生产完毕。
如图8、9所示，本实施例的活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1在使用过程中；将活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1设置在道砟12上，钢轨13安装在活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1的上表面；列车运行过程中，车轮与钢轨13产生的振动通过活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1传递至道砟12，再通过道砟12传递给图8所示的路基14或如9所示的高架桥15；内部含有活塞式颗粒阻尼元件3的活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1处在振动传递的路径上，活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1可以通过活塞式颗粒阻尼元件3有效地吸收振动能量，从而有效地减小轨道结构振动对周边环境的影响。
本实施例的有益技术效果为：设置在轨枕主体内的活塞式颗粒阻尼元件可以吸收并消耗轨枕主体的振动能量；将活塞式颗粒阻尼元件埋设在轨枕主体内部相当于增加了活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕的阻尼，使得活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕可以耗散掉轮轨作用产生的振动能量，起到了减振隔振的作用；活塞式颗粒阻尼元件可有效吸收频率为0到6000Hz之间的振动；相对于其他轨道结构减振设备，活塞式颗粒阻尼元件结构简单且耐久性好，将活塞式颗粒阻尼元件埋设在轨枕主体中可有效减小设备数量和养护维修的工作量。
实施例2：如图10、11所示，本实施例与实施例1的主要区别在于本实施例的活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1为短枕式轨枕；本实施例的轨枕主体2的上表面仅设置有一个承轨槽4；本实施例中轨枕主体2的长、宽、高分别为1200mm、330mm、250mm；在使用时，两个活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1一组，构成一根完整的轨枕；位于同一组的两个活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕1分别安装在轨道的两侧，以便分别支撑两根钢轨。
Claims (9)
1.一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕，其特征在于：所述活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕包括轨枕主体以及埋设在所述轨枕主体中的活塞式颗粒阻尼元件；所述轨枕主体的上表面设置有承轨槽；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；所述金属球与所述轨枕主体之间经金属丝连接固定。
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枕，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，延伸至所述轨枕主体的混凝土内部与混凝土固结。
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枕，其特征在于：所述金属丝与所述轨枕主体内部的混凝土固结的部分呈螺旋状。
4.根据权利要求1所述的一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕，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1所述的一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕，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枕，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枕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枕，其特征在于：所述承轨槽的底面开设有硫磺锚固螺栓孔；所述活塞式颗粒阻尼元件分布在所述承轨槽的下方。
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枕，其特征在于：所述承轨槽的底面为轨底坡；所述轨底坡的坡度为1:40。
9.根据权利要求1所述的一种活塞式颗粒阻尼耗能减振轨枕，其特征在于：所述轨枕主体内部设置有预应力钢筋以及细钢丝网架，所述活塞式颗粒阻尼元件的壳体粘接在所述细钢丝网架上。
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