CN109537375B - 底板内置式轨道减振器及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
底板内置式轨道减振器及其设计方法，包括底板、顶板、橡胶层和与顶板配合压紧钢轨的弹性扣夹，其特征在于所述的底板置于顶板中，并通过橡胶层与顶板硫化连接，底板和顶板的硫化连接面均为斜面，底板上开有用于与轨枕固定的锚固安装孔。本发明将底板设置于顶板中，即将轨道减振器的安装位置设计在产品内部，减小对轨枕安装尺寸的要求，适用于小轨枕与轨道减振器的连接，提高了轨道减振器的横向刚度，实现轨道减振器的刚度可调节，降低橡胶层发生永久性变形的概率，提高轨道减振器的使用可靠性，硫化成型更简单，对模具、工艺、装备的要求更低，提高轨道减振器的横向约束性能，提高小曲线半径路段的安全行车性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种底板内置式轨道减振器及其设计方法，用于各种地铁与城市轻轨有减振降噪要求的轨道区间，连接钢轨与轨枕，并有效隔离振动和减少噪声。
背景技术
随着轨道交通的发展，越来越多的城市投入了城轨地铁系统的建设，不同设计理念使得钢轨类型也各种各样，这对轨道减振器的适应性也提出了更好的要求。轨道减振器在轨道交通线路中可以实现承载、减振和保障行车安全等作用。为了节约轨道交通隧道内的有限空间，要求轨道减振器在满足减振需求的同时还须具有合适外形尺寸。轨道减振器通过锚固螺栓和弹条分别连接路基和钢轨，是轨道交通线路中主要的承载和减振部件，既要保证车辆运行的舒适性，又要具有足够的横向约束，可以有效限制轨距扩张。
现有轨道减振器通过在上下板之间设置橡胶层来实现减振功能，一般通过调节橡胶层的受力型式和设计厚度来满足不同线路对减振性能的需求，削减轮轨作用传递到路基的振动和冲击。为了提高轨道减振器的减振性能，保证行车安全，现有技术上出现了多种不同结构的轨道减振器，例如：CN 204139005 U，公开了一种高横向刚度硫化轨道减振器，增加了轨道减振器顶板的约束量，保证了其的高横向刚度；CN 204162958 U，公开了一种使横向力均匀传递的偏置式轨道减振器，能够使横向力均匀的传递到底板的偏置式轨道减振器，并能适应小曲率半径区间；CN 205088534 U，偏置式轨道减振器，具有高横向刚度，提高减振器的疲劳寿命，满足小曲率半径路线的减振要求；CN 207062659 U，公开了一种轨道减振器，确保轨道减振器与轨枕槽的无缝贴合，防止砂石落入轨枕槽内而损坏器下垫板并卡死轨道减振器。
但现有技术轨道减振器存在的主要问题有：
1、现有产品底板外置，锚固连接部分分布在底板外部边缘，即整个产品的外部，需要较大的轨枕空间，对空间拮据的隧道环境具有一定的局限性；
2、轨道减振器的横向刚度主要由橡胶层的侧向压缩变形来提供，现有产品受空间局限侧向加强的空间不大，产品的横向约束能力较弱；
3、产品轮廓尺寸较大需要更大的硫化模具和更高的硫化设备要求，会带来大型成型设备的采购成本投入；
4、产品底板对顶板的横向约束主要靠两者之间的橡胶层提供，现有产品结构空间的局限使得橡胶层的布局难以优化，横向约束的提升存在较大的困难。
发明内容
本发明提供的底板内置式轨道减振器及其设计方法，减小对轨枕安装尺寸的要求，适用于小轨枕与轨道减振器的连接，提高了轨道减振器的横向刚度，实现轨道减振器的刚度可调节，降低橡胶层发生永久性变形的概率，提高轨道减振器的使用可靠性，硫化成型更简单，对模具、工艺、装备的要求更低，提高轨道减振器的横向约束性能，提高小曲线半径路段的安全行车性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
底板内置式轨道减振器，包括底板、顶板、橡胶层和与顶板配合压紧钢轨的弹性扣夹，其特征在于所述的底板置于顶板中，并通过橡胶层与顶板硫化连接，底板和顶板的硫化连接面均为斜面，底板上开有用于与轨枕固定的锚固安装孔。
优选的，所述的底板的数量为两个，且在顶板中对称分布，且底板的长度方向与钢轨平行。
优选的，底板为宽度上小下大的契形形状，顶板上开有与底板相对应的契形连接孔，底板侧面与契形连接孔的孔壁为互相平行的斜面，橡胶层连接在底板的侧面与契形连接孔的孔壁之间。
优选的，所述的底板的底面低于顶板的底面，橡胶层的底面上端与顶板底面连接，下端与底板底面连接，且橡胶层的底面呈向上凹进的凹面。
优选的，所述的底板的顶面低于契形连接孔的顶面，橡胶层的顶面从底板的顶面至契形连接孔的顶面高度逐渐增加。
优选的，所述的顶板上具有与契形连接孔相对应且向上凸起的长方形凸台，长方形凸台位于契形连接孔的上方，且沿契形连接孔的外周设置，钢轨配装在两个环形凸台之间，弹性扣夹夹紧在一个环形凸台和钢轨之间。
优选的，不接触弹性扣夹的环形凸台底部开与有钢轨下凸缘相对应的卡槽，钢轨的下凸缘伸入卡槽中，钢轨一侧压紧在不接触弹性扣夹的环形凸台上。
优选的，所述的长方形凸台为高度渐变形凸起，且长方形凸台靠近钢轨一侧的凸起高度最大。
以上所述的底板内置式轨道减振器的设计方法，其特征在于根据轨枕的宽度，设计底板在顶板中的位置，从而调节轨道减振器的安装位置；根据轨道减振器的承载需求，设计底板的硫化连接面及顶板的硫化连接面的角度、橡胶层的厚度，从而调整轨道减振器的垂向刚度和横向刚度；根据轨道减振器在曲线路段中的横向约束力需求，设计底板上锚固安装孔的数量，从而调节轨道减振器的横向约束力。
优选的，根据轨道减振器的垂向承载需求，设计橡胶层底面的形状，从而调节轨道减振器的垂向非线性刚度特性。
发明的有益效果是：
1、本发明将底板设置于顶板中，即将轨道减振器的安装位置设计在产品内部，减小对轨枕安装尺寸的要求，适用于小轨枕与轨道减振器的连接。
2、将底板和顶板的硫化连接面均设计为斜面，增大了底板对橡胶层侧向的受力面积，提高了轨道减振器的横向刚度，并且将底板的数量设计为两块且对称分布，实现橡胶层的横向压缩和拉伸面积的翻倍，从而进一步提高轨道减振器的横向刚度。
3、调节底板的硫化连接面及顶板的硫化连接面的角度、橡胶层的厚度，即可调整轨道减振器的垂向刚度和横向刚度，以满足轨道减振器的不同承载需求，实现轨道减振器的刚度可调节。
4、底板的底面低于顶板的底面，使橡胶层的底面高于底板底面，在垂向载荷过大时橡胶层的底面与轨枕接触，形成垂向变刚度，为轨道减振器垂向承载提供非线性刚度特性，在垂向载荷过大时对轨道减振器形成保护，降低橡胶层发生永久性变形的概率，提高轨道减振器的使用可靠性。
5、底板置于顶板中，底板的尺寸更小，与顶板的硫化成型更简单，对模具、工艺、装备的要求更低。
6、在底板开设锚固安装孔，根据轨道减振器在曲线路段中的横向约束力需求，设计锚固安装孔的个数，使轨道减振器在曲线路段中可提供满足需求的横向约束力，提高轨道减振器的横向约束性能，提高小曲线半径路段的安全行车性能。
附图说明
图1为具体实施方式中底板内置式轨道减振器的结构示意图。
图2为图1的剖视图。
图3为顶板的剖视图。
具体实施方式
下面结合图1至图3对本发明的实施例做详细说明。
底板内置式轨道减振器，包括底板1、顶板2、橡胶层3和与顶板2配合压紧钢轨A的弹性扣夹4，其特征在于所述的底板1置于顶板2中，并通过橡胶层3与顶板2硫化连接，底板1和顶板2的硫化连接面均为斜面，底板1上开有用于与轨枕固定的锚固安装孔11。
如图所示的底板内置式轨道减振器将底板1设置于顶板2中，即将轨道减振器的安装位置设计在产品内部，底板1的尺寸更小，与顶板2的硫化成型更简单，对模具、工艺、装备的要求更低；相比于现有技术中锚固位置设计在产品周边的轨道减振器，减小对轨枕安装尺寸的要求，适用于小轨枕与轨道减振器的连接。将底板1和顶板2的硫化连接面均设计为斜面，增大了底板对橡胶层侧向的受力面积，提高了轨道减振器的横向刚度；调节底板的硫化连接面及顶板的硫化连接面的角度、橡胶层的厚度，即可调整轨道减振器的垂向刚度和横向刚度，以满足轨道减振器的不同承载需求，实现轨道减振器的刚度可调节。在底板开设锚固安装孔，根据轨道减振器在曲线路段中的横向约束力需求，设计锚固安装孔的个数，使轨道减振器在曲线路段中可提供满足需求的横向约束力，提高轨道减振器的横向约束性能，提高小曲线半径路段的安全行车性能。
所述的底板1的数量为两个，且在顶板2中对称分布，实现橡胶层的横向压缩和拉伸面积的翻倍，从而进一步提高轨道减振器的横向刚度。且底板1的长度方向与钢轨A平行，减小轨道减振器的休积，满足与小宽度轨枕的安装要求。
其中，底板1为宽度上小下大的契形形状，顶板2上开有与底板1相对应的契形连接孔21，底板1侧面与契形连接孔21的孔壁为互相平行的斜面，橡胶层3连接在底板1的侧面与契形连接孔21的孔壁之间，使橡胶层3也为契形形状，通过橡胶层3的侧面变形实现轨道减振器的横向刚度，垂向变形实现轨道减振器的垂向刚度。
其中，所述的底板1的底面低于顶板2的底面，橡胶层3的底面上端与顶板2底面连接，下端与底板1底面连接，且橡胶层3的底面呈向上凹进的凹面。底板的底面低于顶板的底面，使橡胶层的底面高于底板底面，在垂向载荷过大时橡胶层的底面与轨枕接触，形成垂向变刚度，为轨道减振器垂向承载提供非线性刚度特性，在垂向载荷过大时对轨道减振器形成保护，降低橡胶层发生永久性变形的概率，提高轨道减振器的使用可靠性。
其中，所述的底板1的顶面低于契形连接孔21的顶面，橡胶层3的顶面从底板1的顶面至契形连接孔21的顶面高度逐渐增加。使橡胶层3的顶面高于底板1的顶面，进一步增加橡胶层3横向压缩和拉伸的面积，提高轨道减振器的横向刚度特性。
其中，所述的顶板2上具有与契形连接孔21相对应且向上凸起的长方形凸台22，长方形凸台22位于契形连接孔21的上方，且沿契形连接孔21的外周设置，钢轨A配装在两个环形凸台22之间，弹性扣夹4夹紧在一个环形凸台22和钢轨A之间。用上方形凸台22和弹性扣夹4配装并压紧钢轨A，提高轨道减振器对钢轨A的支撑强度，提高钢轨A的定位稳定性。
其中，不接触弹性扣夹4的环形凸台22底部开与有钢轨A下凸缘相对应的卡槽22.1，钢轨A的下凸缘伸入卡槽22.1中，钢轨A一侧压紧在不接触弹性扣夹4的环形凸台22上。通过卡槽22.1对钢轨A垂向进行精准定位，通过弹性扣夹4的弹性力将钢轨A压紧在不接触弹性扣夹4的环形凸台22上，钢轨A的下凸缘卡在卡槽22.1中，钢轨A的定位稳定性更好，轨道减振器的使用可靠性更高。
其中，所述的长方形凸台22为高度渐变形凸起，且长方形凸台22靠近钢轨A一侧的凸起高度最大。提高长方形凸台22的支撑强度，保证轨道减振器对钢轨A的有效支撑和定位。
本发明还保护以上所述的底板内置式轨道减振器的设计方法，其特征在于根据轨枕的宽度，设计底板1在顶板2中的位置，从而调节轨道减振器的安装位置；根据轨道减振器的承载需求，设计底板1的硫化连接面及顶板2的硫化连接面的角度、橡胶层3的厚度，从而调整轨道减振器的垂向刚度和横向刚度；根据轨道减振器在曲线路段中的横向约束力需求，设计底板1上通孔的数量，从而调节轨道减振器的横向约束力。
以上所述的设计方法，调节底板1在顶板2中的位置，即可调节轨道减振器的安装位置，从而满足不同宽度轨枕的连接需求；调节底板1的硫化连接面及顶板2的硫化连接面的角度、橡胶层3的厚度，即可调整轨道减振器的垂向刚度和横向刚度，从而满足轨道减振器的不同承载需求，实现轨道减振器的刚度可调节；根据轨道减振器在曲线路段中的横向约束力需求，设计锚固安装孔11的个数，以便根据横向约束力的需求采用多个锚固螺栓5将底板1与轨枕紧固，使轨道减振器在曲线路段中可提供满足需求的横向约束力，提高轨道减振器的横向约束性能，提高小曲线半径路段的安全行车性能。
其中，根据轨道减振器的垂向承载需求，设计橡胶层3底面的形状，从而调节轨道减振器的垂向非线性刚度特性。在垂向载荷过大时橡胶层3的底面与轨枕接触，形成垂向变刚度，为轨道减振器垂向承载提供非线性刚度特性，调节橡胶层3底面的形状，即可调节垂直向变刚度拐点在非线性刚度曲线中出现的位置，从而调节轨道减振器的垂向非线性刚度特性，在垂向载荷过大时对轨道减振器形成保护，降低橡胶层发生永久性变形的概率，提高轨道减振器的使用可靠性。
以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (6)
1.底板内置式轨道减振器，包括底板（1）、顶板（2）、橡胶层（3）和与顶板（2）配合压紧钢轨（A）的弹性扣夹（4），其特征在于所述的底板（1）置于顶板（2）中，并通过橡胶层（3）与顶板（2）硫化连接，底板（1）和顶板（2）的硫化连接面均为斜面，底板（1）上开有用于与轨枕固定的锚固安装孔（11）；
所述的底板（1）的数量为两个，且在顶板（2）中对称分布，且底板（1）的长度方向与钢轨（A）平行；
底板（1）为宽度上小下大的契形形状，顶板（2）上开有与底板（1）相对应的契形连接孔（21），底板（1）侧面与契形连接孔（21）的孔壁为互相平行的斜面，橡胶层（3）连接在底板（1）的侧面与契形连接孔（21）的孔壁之间；
所述的底板（1）的底面低于顶板（2）的底面，橡胶层（3）的底面上端与顶板（2）底面连接，下端与底板（1）底面连接，且橡胶层（3）的底面呈向上凹进的凹面；
所述的底板（1）的顶面低于契形连接孔（21）的顶面，橡胶层（3）的顶面从底板（1）的顶面至契形连接孔（21）的顶面高度逐渐增加。
2.根据权利要求1所述的底板内置式轨道减振器，其特征在于所述的顶板（2）上具有与契形连接孔（21）相对应且向上凸起的环形凸台（22），环形凸台（22）位于契形连接孔（21）的上方，且沿契形连接孔（21）的外周设置，钢轨（A）配装在两个环形凸台（22）之间，弹性扣夹（4）夹紧在一个环形凸台（22）和钢轨（A）之间。
3.根据权利要求2所述的底板内置式轨道减振器，其特征在于不接触弹性扣夹（4）的环形凸台（22）底部开与有钢轨（A）下凸缘相对应的卡槽（22.1），钢轨（A）的下凸缘伸入卡槽（22.1）中，钢轨（A）一侧压紧在不接触弹性扣夹（4）的环形凸台（22）上。
4.根据权利要求2所述的底板内置式轨道减振器，其特征在于所述的环形凸台（22）为高度渐变形凸起，且环形凸台（22）靠近钢轨（A）一侧的凸起高度最大。
5.权利要求1至4任一项所述的底板内置式轨道减振器的设计方法，其特征在于根据轨枕的宽度，设计底板（1）在顶板（2）中的位置，从而调节轨道减振器的安装位置；根据轨道减振器的承载需求，设计底板（1）的硫化连接面及顶板（2）的硫化连接面的角度、橡胶层（3）的厚度，从而调整轨道减振器的垂向刚度和横向刚度；根据轨道减振器在曲线路段中的横向约束力需求，设计底板（1）上通孔的数量，从而调节轨道减振器的横向约束力。
6.根据权利要求5所述的底板内置式轨道减振器的设计方法，其特征在于根据轨道减振器的垂向承载需求，设计橡胶层（3）底面的形状，从而调节轨道减振器的垂向非线性刚度特性。
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