CN107503248A - 一种轨下垫层及减振轨道 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轨下垫层及减振轨道，属于轨道交通减振设备，其中轨下垫层，用于安装在道床和钢轨间，包括一层或多层波阻层，波阻层包括多个固定连接的波阻单元；波阻单元包括基体，基体内设置有容置空间，基体内设置有散射体，基体和散射体之间设置有用于固定散射体的包覆层；轨下垫层包括靠近或远离钢轨的第一面，以及与第一面相对的第二面；轨下垫层还包括与第一面垂直的第三面；基体包括开口，轨下垫层的各波阻单元的开口均朝向第三面。通过这种轨下垫层可以有效降低轨道交通的振动。减振轨道使用了这种轨下垫层，可以降低轨道结构的振动传递。

Description

一种轨下垫层及减振轨道

技术领域

本发明涉及轨道交通减振设备领域，具体而言，涉及一种轨下垫层及减振轨道。

背景技术

为最大限度地实现钢轨的减振要求，可采用三项技术。一是定期的钢轨打磨。通过定期打磨钢轨表面，可以消除表面的擦伤，提供良好的车轮走行轨面。实验表明，钢轨打磨后，在地铁振动频率8Hz～100Hz范围内的振动噪声可下降4dB～8dB。二是在轨腰上采取减振措施。其基本思想是，在振动最大的钢轨腹板两侧粘贴阻尼材料和钢板。其中粘贴钢板可增加振动质量，粘贴阻尼材料又可以增加阻尼，均可起到减振作用。这类减振型钢轨的关键技术是阻尼材料与钢轨、阻尼材料与铁板之间要有较好的粘结性，如果粘结界面脱开，则减振效果将大大下降。三是降低扣件系统刚度，以隔离轮轨系统产生的振动向下部基础传播，但此时弹性波经过扣件系统向上部结构反射，导致轮轨振动加剧，可能产生钢轨波磨等病害。

但是在目前提速的大趋势下，不仅高速运行的列车对轨下隔振垫的强度提出了要求，增大的振动也对轨下隔振垫的减振效果提出了考验。声子晶体的提出为轨下减振垫提出了新的设计思路，但是依然需要对轨下减振垫的结构进行设计才能找到达到强度和减振双重标准的轨下减振垫。

发明内容

本发明提供了一种轨下垫层及减振轨道，旨在解决现有技术中轨下垫层及减振轨道存在的上述问题。

本发明是这样实现的：

一种轨下垫层，用于安装在钢轨下方，包括一层或多层波阻层，波阻层包括多个固定连接的波阻单元；

所述波阻单元包括基体，所述基体内设置有容置空间，所述基体内设置有散射体，所述基体和所述散射体之间设置有用于固定所述散射体的包覆层；

所述轨下垫层包括靠近或远离所述钢轨的第一面，以及与所述第一面相对的第二面；

所述轨下垫层还包括与所述第一面垂直的第三面

所述基体包括开口，所述轨下垫层的各所述波阻单元的所述开口均朝向所述第三面。

在本发明较佳的实施例中，所述基体外形为四棱柱的筒体，所述容置空间为四棱柱，所述开口为两个，其中一个所述开口朝向所述第三面。

在本发明较佳的实施例中，所述散射体为四棱柱，所述容置空间各内壁面到所述散射体对应面的距离相等。

在本发明较佳的实施例中，所述基体外形为长方体，所述基体包括平行于所述开口所在面的第一边和第二边，所述第一边长度为13.3mm，所述第二边长度为12mm。

在本发明较佳的实施例中，所述散射体为长方体，所述散射体包括相互垂直的第四边、第五边和第六边，所述第四边长度为8mm，所述第五边长度为6.7mm。

在本发明较佳的实施例中，所述基体为长方体，所述基体包括平行于所述开口所在面的第一边和第二边，所述第一边长度为13mm，所述第二边长度为12mm，所述散射体为长方体，所述长方体包括相互垂直的第四边、第五边和第六边，所述第四边长度为8mm，所述第五边长度为7mm。

在本发明较佳的实施例中，所述基体的材料包括橡胶。

在本发明较佳的实施例中，所述散射体的材料包括不锈钢。

在本发明较佳的实施例中，所述包覆层的材料包括橡胶。

一种减振轨道，包括道床、扣件、钢轨和上述的轨下垫层；

所述轨下垫层通过所述扣件设置于所述道床和所述钢轨间。

本发明的有益效果是：该轨下垫层可用于轨道交通，具有较低带隙起始频率和较宽带隙宽度的波阻单元，从而阻隔振动传递，从而达到降低振动的作用。且朝向第三面的波阻单元进行固定连接形成的轨下垫层相对较为适合轨下受力方向，增加使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的波阻单元的尺寸分割图；

图2是本发明实施例提供的具有多层波阻层的轨下垫层的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的单层波阻层的轨下垫层的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的波阻条的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的波阻单元的结构示意图。

图标：001-轨下垫层；010-波阻层；011-波阻单元；100-基体；110-开口；101-第一边；103-第二边；105-第三边；130-容置空间；200-散射体；201-第四边；203-第五边；205-第六边；300-包覆层；310-外棱角；330-内棱角；0011-第一面；0013-第二面；013-第四面；015-第五面；012-波阻条；0015-第三面。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

本实施例提供了一种轨下垫层001，请参阅图2，这种轨下垫层001由多个固定连接的波阻单元011构成。

请参阅图5，波阻单元011包括基体100，基体100为具有两个同轴的开口110的筒体，在本实施例中，基体100使用橡胶制成。基体100的外形为长方体，包括平行于开口110所在面的第一边101和第二边103。第一边101长度为13.3mm，第二边103长度为12mm，基体100的壁度为1mm，因此在基体100内形成一边长为11.3mm，另一边长为10mm的容置空间130。

在基体100内设置有散射体200，在本实施例中，散射体200为不锈钢制成的实心长方体，散射体200包括相互垂直的第四边201、第五边203和第六边205，第四边201的长度为8mm，第五边203的长度为6.7mm。第四边201平行于第一边101设置，第五边203平行于第二边103设置，散射体200设置在容置空间130的中间位置，因此散射体200各面到容置空间130对应内壁面的距离都为1.65mm。

在散射体200和波阻单元011之间设置有包覆层300，包覆层300使用软质橡胶制成。包覆层300包括外棱角310和内棱角330。外棱角310配合容置空间130的角部轮廓，内棱角330配合散射体200的角部轮廓。在本实施例中，包覆层300有八个，分别设置在散射体200的八个顶点处。包覆层300可以缓冲散射体200和基体100之间的振动传递。

在本实施例中，基体100还包括垂直于第一边101和第二边103的第三边105，第三边105长度为12mm，散射体200的第六边205为12mm，散射体200设置于基体100中间，因此散射体200两端所在面与基体100的开口110齐平。

请参阅图2、图3和图4，轨下垫层001包括靠近钢轨设置的第一面0011，以及与第一面0011相对的第二面0013，轨下垫层001还包括与第一面0011垂直的第三面0015。在本实施例中轨下垫层001由双层波阻层010组成。在其他实施例中，还可以通过三层及以上层数波阻层010垒叠后固定连接制成，也可以直接使用单层波阻层010作为轨下垫层001。

波阻层010包括多个并列设置的波阻条012，波阻条012包括多个串联的波阻单元011，波阻层010包括相对设置的第四面013和第五面015，波阻条012内各个波阻单元011的容置空间130的轴向均同轴，波阻层010内各个波阻条012的轴向平行。

相邻的四个波阻单元011呈田字形分布。

在本实施例中对第一边101和第二边103的取值通过将波阻单元011尺寸分割后，使用Box－Behnken设计法则计算得到。

在尺寸分割后，A、B、C、D、E、F对应的距离如图1所示，结合结构的对称性，为了保证元胞的垂向厚度F＝H/2-(E+B+C)(H为第六边205长度)，且考虑到开槽有利于降低包覆层300厚度从而降低带隙，C值越小越好，因此选取C＝1mm，其他A、B、D、E各个变量的范围如表1所示。

表1.变量范围设计表

使用“响应面法”进行各变量数据组的起始频率和截止频率拟合，拟合结果数据显示有两个尺寸数据下较符合轨下垫层001的带隙要求，其中一个尺寸数据为A＝1.00mm，B＝1.65mm，C＝1.00mm，D＝3.00mm，E＝1.00mm，F＝2.35mm。在该尺寸数据下，声子晶体带隙的起始频率为446.85Hz，截止频率为1162.1Hz。即在这个尺寸下，具有715.25Hz的带隙宽度，该宽度在各个尺寸取值相对较宽，且在这个尺寸下，起始频率446.85Hz低于500Hz的预设值。在起始频率较低，且带隙宽度较大的情况下，可以有效阻断振动传递，降低振动。

在得到A、B、C、D、E、F后，反推得到上述的第一边101长度为13.3mm，第二边103长度为12mm，第四边201的长度为8mm，第五边203的长度为6.7mm。

在本实施例中，轨下垫层001中一个波阻层010的第一面0011与相邻波阻层010的第二面0013固定连接。或直接将只具有一个波阻层010的轨下垫层001用于钢轨减振扣内对钢轨进行减振

在本实施例中，基体100采用橡胶、散射体200采用不锈钢，包覆层300采用软橡胶，其材料参数如表2所示。

表2材料参数表

使用该数据进行模拟得到轨下垫层001的上表面设计刚度满足17MPa/m的要求。

该轨下垫层001可用于轨道交通，且能够通过波阻单元011的带隙具有较低的起始频率和较宽的宽度，从而阻隔振动传递，降低共振。且朝向第三面0015的波阻单元011进行固定连接形成的轨下垫层001相对较为适合轨下受力方向，增加使用寿命。

实施例二

本实施例提供了一种轨下垫层001，请参阅图2，这种轨下垫层001由多个固定连接的波阻单元011构成。

请参阅图5，波阻单元011包括基体100，基体100为具有两个同轴的开口110的筒体，在本实施例中，基体100使用橡胶制成。基体100的外形为长方体，包括平行于开口110所在面的第一边101和第二边103。第一边101长度为13mm，第二边103长度为12mm，基体100的壁度为1mm，因此在基体100内形成一边长为11mm，另一边长为10mm的容置空间130。

在基体100内设置有散射体200，在本实施例中，散射体200为不锈钢制成的实心长方体，散射体200包括相互垂直的第四边201、第五边203和第六边205，第四边201的长度为8mm，第五边203的长度为7mm。第四边201平行于第一边101设置，第五边203平行于第二边103设置，散射体200设置在容置空间130的中间位置，因此散射体200各面到容置空间130对应内壁面的距离都为1.5mm。

在散射体200和波阻单元011之间设置有包覆层300，包覆层300使用软质橡胶制成。包覆层300包括外棱角310和内棱角330。外棱角310配合容置空间130的角部轮廓，内棱角330配合散射体200的角部轮廓。在本实施例中，包覆层300有八个，分别设置在散射体200的八个顶点处。包覆层300可以缓冲散射体200和基体100之间的振动传递。

在本实施例中，基体100还包括垂直于第一边101和第二边103的第三边105，第三边105长度为12mm，散射体200的第六边205为12mm，散射体200设置于基体100中间，因此散射体200两端所在面与基体100的开口110齐平。

请参阅图2、图3和图4，轨下垫层001包括靠近钢轨设置的第一面0011，以及与第一面0011相对的第二面0013，轨下垫层001还包括与第一面0011垂直的第三面0015。在本实施例中轨下垫层001由单层波阻层010组成。在其他实施例中，还可以通过多层波阻层010垒叠后固定连接制成。

波阻层010包括多个并列设置的波阻条012，波阻条012包括多个串联的波阻单元011，波阻层010包括相对设置的第四面013和第五面015，波阻条012内各个波阻单元011的容置空间130的轴向均同轴，波阻层010内各个波阻条012的轴向平行。

相邻的四个波阻单元011呈田字形分布。

在本实施例中对第一边101和第二边103的取值通过将波阻单元011尺寸分割后，使用Box－Behnken设计法则计算得到。

在尺寸分割后，A、B、C、D、E、F对应的距离如图1所示，结合结构的对称性，为了保证元胞的垂向厚度F＝H/2-(E+B+C)(H为第六边205长度)，且考虑到开槽有利于降低包覆层300厚度从而降低带隙，C值越小越好，因此选取C＝1mm，其他A、B、D、E各个变量的范围如表3所示。

表3.变量范围设计表

使用“响应面法”进行各变量数据组的起始频率和截止频率拟合，拟合结果数据显示有两个尺寸数据下较符合轨下垫层001的带隙要求，其中一个尺寸数据为A＝1.00mm，B＝1.50mm，C＝1.00mm，D＝3.00mm，E＝1.00mm，F＝2.50mm。在该尺寸数据下，声子晶体带隙的起始频率为458.23Hz，截止频率为1235.7Hz。即在这个尺寸下，具有777.47Hz的带隙宽度，该宽度在各个尺寸取值相对较宽，且在这个尺寸下，起始频率458.23Hz低于500Hz的预设值。在起始频率较低，且带隙宽度较大的情况下，可以有效阻断振动传递，降低振动。

在得到A、B、C、D、E、F后，反推得到上述的第一边101长度为13mm，第二边103长度为12mm，第四边201的长度为8mm，第五边203的长度为7mm。

在本实施例中，轨下垫层001中一个波阻层010的第一面0011与相邻波阻层010的第二面0013固定连接。或直接将只具有一个波阻层010的轨下垫层001用于钢轨减振扣内对钢轨进行减振

在本实施例中，基体100采用橡胶、散射体200采用不锈钢，包覆层300采用软橡胶，其材料参数如表4所示。

表4材料参数表

使用该数据进行模拟得到轨下垫层001的上表面设计刚度满足17MPa/m的要求。

需要说明的是材料相同的情况下，由于制作工艺的不同，弹性模量会有同数量级下的偏差，但是综合结果显示表面刚度仍然满足要求。

该轨下垫层001可用于轨道交通，且能够通过波阻单元011的带隙具有较低的起始频率和较宽的宽度，从而阻隔振动传递，从而达到降低振动的作用。且朝向第三面0015的波阻单元011进行固定连接形成的轨下垫层001相对较为适合轨下受力方向，增加使用寿命。

实施例三

本实施例提供了一种减振轨道，这种减振轨道包括道床、钢轨、扣件和实施例一中的轨下垫层001。

通过扣件可以将钢轨与道床的相对固定提供更高的保障，同时通过扣件将轨下垫层001设置在道床和钢轨之间，可以消减道床和钢轨之间的振动传递。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轨下垫层，其特征在于，用于安装在道床和钢轨间，包括一层或多层波阻层，波阻层包括多个固定连接的波阻单元；

所述波阻单元包括基体，所述基体内设置有容置空间，所述基体内设置有散射体，所述基体和所述散射体之间设置有用于固定所述散射体的包覆层；

所述轨下垫层包括靠近或远离所述钢轨的第一面，以及与所述第一面相对的第二面；

所述轨下垫层还包括与所述第一面垂直的第三面；

所述基体包括开口，所述轨下垫层的各所述波阻单元的所述开口均朝向所述第三面。

2.根据权利要求1所述的轨下垫层，其特征在于，所述基体外形为四棱柱的筒体，所述容置空间为四棱柱，所述开口为两个，其中一个所述开口朝向所述第三面。

3.根据权利要求2所述的轨下垫层，其特征在于，所述散射体为四棱柱，所述容置空间各内壁面到所述散射体对应面的距离相等。

4.根据权利要求2所述的轨下垫层，其特征在于，所述基体外形为长方体，所述基体包括平行于所述开口所在面的第一边和第二边，所述第一边长度为13.3mm，所述第二边长度为12mm。

5.根据权利要求4所述的轨下垫层，其特征在于，所述散射体为长方体，所述散射体包括相互垂直的第四边、第五边和第六边，所述第四边长度为8mm，所述第五边长度为6.7mm。

6.根据权利要求2所述的轨下垫层，其特征在于，所述基体为长方体，所述基体包括平行于所述开口所在面的第一边和第二边，所述第一边长度为13mm，所述第二边长度为12mm，所述散射体为长方体，所述长方体包括相互垂直的第四边、第五边和第六边，所述第四边长度为8mm，所述第五边长度为7mm。

7.根据权利要求1所述的轨下垫层，其特征在于，所述基体的材料包括橡胶。

8.根据权利要求1所述的轨下垫层，其特征在于，所述散射体的材料包括不锈钢。

9.根据权利要求1所述的轨下垫层，其特征在于，所述包覆层的材料包括橡胶。

10.一种减振轨道，其特征在于，包括道床、扣件、钢轨和如权利要求1-9任一项所述的轨下垫层；

所述轨下垫层通过所述扣件设置于所述道床和所述钢轨间。