CN109595291B - 一种轨道交通用减振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨道交通用减振装置，包括弹簧磁铁减振系统、磁控形状记忆合金减振系统、波纹传感器减振系统以及设置于轨道与轨枕之间轨道底座；所述轨道两侧与轨道底座之间填设有弹性体，轨道底部与轨道底座之间设有石墨烯复合材料层，所述弹簧磁铁减振系统对称设置于轨腰处并与弹性体上表面固定连接，所述磁控形状记忆合金减振系统对称设置于轨道底部两侧与轨道底座之间，所述波纹传感器减振系统对称设置在轨枕两侧。本发明通过设置弹簧磁铁减振系统等减振部件，逐级抵消、平衡车轮与轨道传递的能量，阻止振动的产生，大大提高了车轮和轨道的使用寿命，有利于降低铁路使用成本，减少噪声污染。

Description

一种轨道交通用减振装置
技术领域
本发明属于减振装置技术领域，具体涉及一种轨道交通用减振装置。
背景技术
自从铁路交通发展以来，车轮和轨道的接触运动，一直伴随着冲击能量的产生，从而所产生的振动便不可避免，造成了环境污染，给人们生活带来了极大的噪音污染。传统的减振方法是将橡胶垫置于轨枕下面，然而橡胶垫所起的减振效果不佳，且橡胶垫寿命比较短暂，更换就更为麻烦，随着科学技术的不断发展，高铁速度越来越快，其产生的振动也越来越大，橡胶垫已经无法满足目前的减振要求。
因此如何找到新的减振方法，设计一款新型减振装置，大大的减少噪声带来的污染是我们目前必须要解决的一个重要问题。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种减振效果好、对环境友好的轨道交通用减振装置。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种轨道交通用减振装置，包括弹簧磁铁减振系统、磁控形状记忆合金减振系统、波纹传感器减振系统以及设置于轨道与轨枕之间轨道底座；
所述轨道两侧与轨道底座之间填设有弹性体，轨道底部与轨道底座之间设有石墨烯复合材料层，所述弹簧磁铁减振系统对称设置于轨腰处并与弹性体上表面固定连接，所述磁控形状记忆合金减振系统对称设置于轨道底部两侧与轨道底座之间，所述波纹传感器减振系统对称设置在轨枕两侧；
所述弹簧磁铁减振系统包括两组结构完全相同的弹簧磁铁减振组件，所述弹簧磁铁减振组件包括筒体、均设置于筒体内的磁铁支架以及相对轨道由近及远依次连接的活塞一、弹簧一、磁铁组，所述磁铁组放置于磁铁支架上，所述筒体外侧的一端与轨腰固定连接，另一端面设有固定支架一，所述固定支架一与弹性体上表面固定连接；
所述磁控形状记忆合金减振系统包括两组结构完全相同的磁控形状记忆合金减振组件，所述磁控形状记忆合金减振组件包括箱体一以及设置于箱体一内的加速度传感器、控制器、螺旋导线、螺旋管体、环筒铁芯、磁控形状记忆合金、活塞二、弹簧二、固定支架二，所述加速度传感器与轨道下部左、右端面紧密连接在一起、且与控制器相连接，以接收加速度传感器传递来的信号做出相应的判断，控制器位于箱体一内，控制器与螺旋导线相连接用于控制通过螺旋导线的电流，所述螺旋导线绕于螺旋管体之上，所述环筒铁芯套设于螺旋管体内，所述磁控形状记忆合金放置于环筒铁芯中心，所述螺旋管体一端和磁控形状记忆合金一端与箱体一左侧侧壁连接，弹簧二左右两端分别与活塞二相连，且右端活塞二与螺旋管体右侧内壁紧密连接，所述固定支架二与螺旋管体另一端面、箱体一底部均固定连接；
所述波纹传感器减振系统包括两组结构完全相同的波纹传感器减振组件，所述波纹传感器减振组件包括箱体二、伸缩导杆以及设置于箱体二内的波纹管、杠杆、弹性支承、线圈、磁铁二、位移传感器、放大器、导线、电阻，所述杠杆与弹性支承活动连接，所述伸缩导杆穿设于箱体二顶部上且位于波纹管正上方，所述波纹管和位移传感器分别设置于杠杆两端的上方，所述磁铁二设置于杠杆的下方，且与位移传感器在同一侧，所述线圈位于磁铁二的磁场中，所述位移传感器、放大器、电阻和线圈通过导线连接成闭合回路。
优选地，所述弹簧磁铁减振组件与轨道接触处设有橡胶垫一。
优选地，所述磁铁组包括两个N极或S极相对放置的磁铁一，其中一个磁铁一与弹簧一的一端固定连接，所述筒体内侧壁设有限位件，另一个磁铁一与限位件固定连接。
优选地，所述箱体二与轨枕之间还设有限位环，所述限位环上设有与伸缩导杆适配的导杆孔，所述导杆孔周围和伸缩导杆底面均设有橡胶垫二。
优选地，所述环筒铁芯采用软铁或硅钢材料制成。
优选地，磁控形状记忆合金为Fe-Ni-Co-Ti。
优选地，所述控制器为单片机。
优选地，所述轨道、石墨烯复合材料层、轨道底座以及轨枕通过轨道扣件和螺栓一固定连接。
优选地，所述伸缩导杆为变圆截面，上端截面面积大于下端截面面积。
优选地，所述弹性体为聚苯乙烯弹性体或聚苯乙烯夹芯板。
本发明提供的轨道交通用减振装置具有以下有益效果：本发明通过设置弹簧磁铁减振系统、石墨烯复合材料层、弹性体、磁控形状记忆合金减振系统、波纹传感器减振系统，逐级抵消抵消、平衡车轮与轨道传递的能量，阻止振动的产生，大大提高了车轮和轨道的使用寿命，有利于降低铁路使用成本，减少噪声污染。本发明具有很强的实用价值和应用前景，值得在业内推广。
附图说明
图1是本发明轨道交通用减振装置部分部件结构示意图；
图2是本发明弹簧磁铁减震组件主视剖面放大图；
图3是弹性体主视剖面放大图；
图4是弹性体俯视放大图；
图5是轨道底座主视放大剖面图；
图6是轨道底座俯视放大图；
图7是磁控形状记忆合金减振组件主视放大剖面图；
图8是磁控形状记忆合金减振组件工作原理图；
图9是螺旋管体主视放大剖面图；
图10是螺旋管体左视图；
图11是环筒铁芯主视放大剖面图；
图12是环筒铁芯左视图；
图13是波纹传感器减振组件俯视图；
图14是限位环俯视放大图；
图15是限位环主视剖面图；
图16是波纹传感器减振组件主视剖面放大图；
图17是波纹传感器减振组件俯视放大图。
附图标记说明：1、轨道；2、橡胶垫一；3、筒体；4、活塞一；5、弹簧一；6、磁铁一；7、磁铁支架；8、固定支架一；9、弹性体；10、石墨烯复合材料层；11、弹性扣件；12、螺栓一；13、螺栓二；14、轨道底座；15、轨枕；16、箱体一；17、加速度传感器；18、控制器；19、螺旋导线；20、螺旋管体；21、环筒铁芯；22、磁控形状记忆合金；23、固定支架二；24、箱体二；25、限位环；26、导杆孔；27、螺栓孔；28、伸缩导杆；29、橡胶垫二；30、波纹管；31、杠杆；32、弹性支承；33、线圈；34、磁铁二；35、位移传感器；36、放大器；37、导线；38、电阻。39、活塞二、40、弹簧二。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。需要指出的是，以下实施例中提到的方向用语，顺序用语，如“上”，“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
如图1所示，本发明的轨道交通用减振装置，包括轨道底座14、石墨烯复合材料层10、弹性体9，以及弹簧磁铁减振系统、磁控形状记忆合金减振系统、波纹传感器减振系统。轨道1与轨枕15为本领域技术人员熟知部件，并无特殊形状限制。在本实施例中，弹性体9优选聚苯乙烯(EPS)弹性体或聚苯乙烯(EPS)夹芯板。
轨道底座14放置在轨枕15凹槽处，用于撑放轨道1。如图5-6所示，轨道底座14具有阶梯状凹槽，阶梯位于凹槽下部。石墨烯复合材料层10粘接在凹槽底部，轨道底座14的整体高度略低于轨枕15凹槽的深度。轨道1安装在石墨烯复合材料层10上。在轨道底座14凹槽阶梯处，采用弹性扣件11和螺栓一12将轨道1、石墨烯复合材料层10、轨道底座14、轨枕15及地基固结在一起。
弹性体9填设在轨道1两侧与轨道底座14之间，并与轨道1和轨道底座14紧密贴合在一起，如图3-4所示，弹性体9的形状与轨道1腰腹形状完全适配，且与轨道1腰腹接触处通过粘接固定，左右两边通过螺栓二13和轨道底座14固定连接。在轨道底座14凹槽的台阶处，弹性体9与轨道底座14、轨道1之间留设有空隙，弹性扣件11和螺栓一12即位于该空隙处，该空隙还用于安装磁控形状记忆合金减振系统。
弹簧磁铁减振系统包括两组结构完全相同的弹簧磁铁减振组件，对称设置于轨腰处并与弹性体9上表面固定连接。在本实施例中，以右侧弹簧磁铁减振组件为例，进行具体说明。如图2所示，弹簧磁铁减振组件由筒体3、磁铁支架7、活塞一4、弹簧一5、磁铁组、磁铁支架7以及固定支架一8组成。磁铁组包括两个N极相对放置的磁铁一6。磁铁支架7用于支撑磁铁组，设置在筒体3内右下角处。筒体3内右侧壁设有限位件。活塞一4板、弹簧一5、磁铁组由左至右(相对轨道1由近及远)依次连接，磁铁组放置在磁铁支架7之上。弹簧一5和活塞一4通过焊接固定连接，可以在筒体3内左右移动。左边磁铁一6与弹簧一5右端固定连接，右边磁铁一6与筒体3侧壁的限位件固定连接。筒体3左端与轨道1之间还设有橡胶垫一2，以防止损伤轨道1。固定支架一8设置于筒体3右端面，其下端与弹性体9上表面固定连接。当振动能量传递到轨道1腹腰处时，弹簧一5用来吸收轨道1腹腰向外膨胀、推动空气所产生的振动噪声，而两个N极相对的磁铁一6产生的相斥力则用来抵消弹簧一5的变形力。
磁控形状记忆合金减振系统包括两组结构完全相同的磁控形状记忆合金减振组件(41)，对称设置于轨道1底部与轨道底座14之间左右两边的空隙处，与轨道1下部和轨道底座14紧密粘贴。在本实施例中，以右侧磁控形状记忆合金减振组件(41)为例，进行具体说明。如图7所示，磁控形状记忆合金减振组件(41)由包括箱体一16以及设置于箱体一16内的加速度传感器17、控制器18、螺旋导线19、螺旋管体20、环筒铁芯21、磁控形状记忆合金22、固定支架二23、活塞二39、弹簧二40组成。加速度传感器17与轨道11下部左右断面紧密连接且还与控制器18相连接，加速度传感器17必须与轨道1下部左右断面紧密连接以保证感受接受振动信号，且加速度传感器17与控制器18连接以接受传感器传递的信号。控制器18由单片机组成，且其中有一些转化电路，例如积分电路等，单片机接受振动信号，并将其转化为位移信号，通过与机械行业振动信号标准进行比较，判断是否对轨道1不利，若处在不利状态，则单片机输出电流。值得说明的是，控制器为本领域常用器件，只需满足基本功能即可，并无特殊限制，本领域技术人员可根据实际需要设计控制器。如图9-10所示，螺旋管体20为长方体结构，其内具有圆柱形空腔，左端没有封盖，整体为半封闭结构。螺旋管体20的左端与箱体一16左侧壁固定连接。螺旋导线19与控制器18相连接且绕于螺旋管体20之上，螺线导线37具体数量可根据实际情况设定，但是其数量应产生足够强的磁场。如图11-12所示，环筒铁芯21用于增强磁场强度，整体为圆环柱形结构，采用软铁或硅钢材料制成，采用软铁或者硅钢材料可防止它一旦被磁化后不能退磁而长期保持磁性。环筒铁芯21套设于螺旋管体20内。磁控形状记忆合金22选用Fe-Ni-Co-Ti，其放置于环筒铁芯21中心，且其左端面与箱体一16左侧壁固定连接。弹簧二39两端连接活塞二40，右端活塞二40与螺旋管体20右侧内壁固定连接，固定支架二23设置在螺旋管体20的右端面，其下端与箱体一16底部固定连接。如图8所示，加速度传感器17接受轨道1的振动信号，经控制器18转化为位移信号并分析判断振动信号对轨道1是否处于不利状态，若处于不利状态，则输出电流，电流流经螺旋管体20上的螺旋导线19，再结合内部的环筒铁芯21，产生强的磁场，磁控形状记忆合金22在磁场下会马氏体发生相变，吸收大量能量，从而抵消了振动能量，磁控形状记忆合金在磁场下发生马氏体相变时，会产生大形变，当变形至活塞时，弹簧减少了磁控形状记忆合金的变形，而此时若传感器检测到的振动信号传递给控制器时，经控制器判断振动信号依然对轨道不利时，磁控形状记忆合金依然在磁场下继续发生形变时，由于受到弹簧的阻碍，减小其变形，吸收能量减少，此时振动能量主要由弹簧吸收，振动能量变为弹簧的弹性势能。
如图13所示，波纹传感器减振系统包括两组结构完全相同的波纹传感器减振组件，对称设置在轨枕15两侧。在本实施例中，以右侧波纹传感器减振组件为例，进行具体说明。如图16-17所示，波纹传感器减振组件包括箱体二24、伸缩导杆28以及设置于箱体二24内的波纹管30、杠杆31、弹性支承32、线圈33、磁铁二34、位移传感器35、放大器36、导线37、电阻38。轨枕15上设有用于固定箱体二24的限位环25，限位环25上开有两个螺栓孔27，通过螺栓将限位环25和轨枕15固定在一起。如图14-15所示，限位环25上开设有与伸缩导杆28适配的导杆孔26，数量为七个。伸缩导杆28的数量可根据限位环25、伸缩导杆28直径大小及箱体二24的尺寸大小决定，数量多是为了更全方位的感受振动能量，并进行吸收。杠杆31与弹性支承32活动连接。伸缩导杆28穿设于箱体二24顶部上且位于波纹管30正上方。伸缩导杆28为变圆截面，上端截面比下端截面大，以更多的接受振动能量的冲击。导杆孔26周围设有橡胶垫二29以防止导杆和导杆孔26直接接触，产生磨损。伸缩导杆28底表面也设有橡胶垫二29。波纹管30和位移传感器35分别设置于杠杆31左上方和右上方，磁铁二34设置于杠杆31的右下方。线圈33位于磁铁二34的磁场中，位移传感器35、放大器36、电阻38和线圈33通过导线37连接成闭合回路。当车轮和轨道1产生的冲击能量传递到伸缩导杆28时，伸缩导杆28把车轮和轨道1产生的冲击能量传递给导杆正下方的波纹管30，能量经波纹管30转化为力F1，杠杆31左端在力F1的作用下使得杠杆31逆时针进行偏转，当杠杆31偏转一定角度后，右端会接触到杠杆31上方的位移传感器35，位移传感器35便会有输出，于是放大器36输出电流，此电流经导线37流过位于磁铁二34磁场中的反馈线圈33，则会产生电磁力，该电磁力将会使杠杆31的右端受到一个使杠杆31做顺时针偏转的反力矩，从而抵消并且平衡了车轮与轨道1传递的能量，阻止了振动的产生。波纹传感器减振系统内部为闭环系统，精度高。
以下对本发明轨道交通用减振装置的工作过程及原理进行详细的说明，以进一步展示本发明的优点：
车轮与轨道1在高速接触运行过程中产生的巨大冲击能量，当传播到轨道1腹腰，轨道1腹腰向外膨胀、推动空气产生振动噪声时，会先推动弹簧磁铁减振系统的活塞一4向右(左)运动，活塞一4推动弹簧一5，使得弹簧一5变形压缩，因而冲击能量转化为弹簧一5的弹性势能，弹簧一5继续往右运动，而两个N极相对的磁铁产生的相斥力则用来抵消弹簧一5的变形力；当巨大冲击能量传递到轨道1腹腰下面时，由于轨道1底下面垫着石墨烯复合材料层10(G6ImpactTM)，该材料内的石墨烯结构呈蜂窝状，当入射振动传播到此层时，会发生反射、散射和衍射，产生二次振动与原有的入射振动相互抵消，具有良好的减振性能，轨道1腹腰下面左右两边紧贴着弹性体9，其结构是一种硬质闭孔结构的泡沫塑料，其减振原理与石墨烯复合材料层10(G6ImpactTM)类似。当振动能量传递到轨道1下部时，磁控形状记忆合金减振系统的加速度传感器17会接受振动信号，将振动信号传递给控制器18，由控制器18做出相应的决断，若不符合机械行业振动标准，则控制器18输出电流，电流流经螺旋管体20上的螺旋导线19，再结合内部的环筒铁芯21，产生强的磁场，磁控形状记忆合金22在磁场下会发生马氏体相变，吸收大量能量，从而抵消了振动能量，磁控形状记忆合金22在磁场下发生马氏体相变时，会产生大形变，当变形至活塞二时，弹簧二减少了磁控形状记忆合金22的变形，而此时若传感器检测到的振动信号传递给控制器时，经控制器判断振动信号依然对轨道不利时，磁控形状记忆合金22依然在磁场下继续发生形变时，由于受到弹簧二的阻碍，减小其变形，吸收能量减少，此时振动能量主要由弹簧二吸收，振动能量变为弹簧二的弹性势能。
。轨枕15下面的波纹传感器减振系统中的伸缩导杆28把车轮和轨道1产生的冲击能量传递给伸缩导杆28正下方的波纹管30，能量经波纹管30转化为力F1，杠杆31左端在力F1的作用下使得杠杆31逆时针进行偏转，当杠杆31旋转一定角度后，右端会接触到杠杆31上方的位移传感器35，位移传感器35便会有输出，于是放大器36输出电流，此电流经导线37流过位于磁铁二34磁场中的反馈线圈33，则会产生电磁力，该电磁力将会使杠杆31的右端受到一个使杠杆31做顺时针偏转的反力矩，从而抵消并且平衡了车轮与轨道1传递的能量，阻止了振动的产生，大大提高了车轮和轨道1的使用寿命，有利于降低铁路使用成本，减少了噪声污染。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种轨道交通用减振装置，其特征在于：包括弹簧磁铁减振系统、磁控形状记忆合金减振系统、波纹传感器减振系统以及设置于轨道(1)与轨枕(15)之间轨道底座(14)；
所述轨道(1)两侧与轨道底座(14)之间填设有弹性体(9)，轨道(1)底部与轨道底座(14)之间设有石墨烯复合材料层(10)，所述弹簧磁铁减振系统对称设置于轨腰处并与弹性体(9)上表面固定连接，所述磁控形状记忆合金减振系统对称设置于轨道(1)底部两侧与轨道底座(14)之间，所述波纹传感器减振系统对称设置在轨枕(15)两侧；
所述弹簧磁铁减振系统包括两组结构完全相同的弹簧磁体减振组件，所述弹簧磁铁减振组件包括筒体(3)、均设置于筒体(3)内的磁铁支架(7)以及相对轨道(1)由近及远依次连接的活塞一(4)、弹簧一(5)、磁铁组，所述磁铁组放置于磁铁支架(7)上，所述筒体(3)外侧的一端与轨腰固定连接，另一端面设有固定支架一(8)，所述固定支架一(8)与弹性体(9)上表面固定连接；
所述磁控形状记忆合金减振系统包括两组结构完全相同的磁控形状记忆合金减振组件(41)，所述磁控形状记忆合金减振组件(41)包括箱体一(16)以及设置于箱体一(16)内的加速度传感器(17)、控制器(18)、螺旋导线(19)、螺旋管体(20)、环筒铁芯(21)、磁控形状记忆合金(22)、弹簧二(39)、活塞二(40)、固定支架二(23)，所述加速度传感器(17)与轨道(1)下部左/右端面紧密连接、且与控制器(18)相连接，控制器(18)位于箱体一(16)内，控制器与螺旋导线(19)相连接，所述螺旋导线(19)绕于螺旋管体(20)之上，所述环筒铁芯(21)套设于螺旋管体(20)内，所述磁控形状记忆合金(22)放置于环筒铁芯(21)中心，所述螺旋管体(20)一端和磁控形状记忆合金(22)一端与箱体一(16)左侧侧壁连接，弹簧二(39)两端连接活塞二(40)，右端活塞二(40)与螺旋管体(20)右侧内壁固定连接，所述固定支架二(23)与螺旋管体(20)另一端面、箱体一(16)底部均固定连接；
所述波纹传感器减振系统包括两组结构完全相同的波纹传感器减振组件，所述波纹传感器减振组件包括箱体二(24)、伸缩导杆(28)以及设置于箱体二(24)内的波纹管(30)、杠杆(31)、弹性支承(32)、线圈(33)、磁铁二(34)、位移传感器(35)、放大器(36)、导线(37)、电阻(38)，所述杠杆(31)与弹性支承(32)活动连接，所述伸缩导杆(28)穿设于箱体二(24)顶部上且位于波纹管(30)正上方，所述波纹管(30)和位移传感器(35)分别设置于杠杆(31)两端的上方，所述磁铁二(34)设置于杠杆(31)的下方，且与位移传感器(35)在同一侧，所述线圈(33)位于磁铁二(34)的磁场中，所述位移传感器(35)、放大器(36)、电阻(38)和线圈(33)通过导线(37)连接成闭合回路。
2.根据权利要求1所述的轨道交通用减振装置，其特征在于：所述弹簧磁体减振组件与轨道(1)接触处设有橡胶垫一(2)。
3.根据权利要求1所述的轨道交通用减振装置，其特征在于：所述磁铁组包括两个N极或S极相对放置的磁铁一(6)，其中一个磁体一(6)与弹簧一(5)一端固定连接，所述筒体(3)内侧壁设有限位件，另一个磁铁一(6)与限位件固定连接。
4.根据权利要求1所述的轨道交通用减振装置，其特征在于：所述箱体二(24)与轨枕(15)之间还设有限位环(25)，所述限位环(25)上设有与伸缩导杆(28)适配的导杆孔(26)，所述导杆孔(26)周围和伸缩导杆(28)底面均设有橡胶垫二(29)。
5.根据权利要求1所述的轨道交通用减振装置，其特征在于：所述环筒铁芯(21)采用软铁或硅钢材料制成。
6.根据权利要求1所述的轨道交通用减振装置，其特征在于：磁控形状记忆合金(22)为Fe-Ni-Co-Ti。
7.根据权利要求1所述的轨道交通用减振装置，其特征在于：所述控制器(18)为单片机。
8.根据权利要求1所述的轨道交通用减振装置，其特征在于：所述轨道(1)、石墨烯复合材料层(10)、轨道底座(14)以及轨枕(15)通过轨道扣件(11)和螺栓一(12)固定连接。
9.根据权利要求1所述的轨道交通用减振装置，其特征在于：所述伸缩导杆(28)为变圆截面，上端截面面积大于下端截面面积。
10.根据权利要求1所述的轨道交通用减振装置，其特征在于：所述弹性体(9)为聚苯乙烯弹性体或聚苯乙烯夹芯板。
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