CN110541331A - 轨道减振器及轨道交通系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轨道减振器及轨道交通系统，涉及轨道减振技术领域。该轨道减振器包括振动变向机构和吸振器，沿上下方向传播的弹性波经过振动变向机构，振动变向机构能够改变部分弹性波的传播方向形成变向波，变向波经振动变向机构的侧壁传出，吸振器设于侧壁上；另一部分弹性波的传播方向不变形成透射波，透射波经振动变向机构的底部传出；该轨道交通系统包括轨道本体和上述轨道减振器，轨道减振器的振动变向机构连接于轨道本体的底部。该轨道减振器对轨道本体的减振效果较好。

Description

轨道减振器及轨道交通系统

技术领域

本发明涉及轨道减振技术领域，尤其涉及一种轨道减振器及轨道交通系统。

背景技术

轨道交通是现在人们生活不可或缺的交通方式，如火车、地铁和有轨电车等等，其中火车和地铁等交通工具行驶时会产生较大的振动，该振动除引起较大噪声污染外，还以弹性波的形式沿竖直方向进行传播，对附近的民宅、学校和医院等建筑物造成损坏，并能够使附近区域的人们感受到明显的震感，造成恐慌。

现有轨道交通的减振方式一般包括在轨道下方设置减振器，如在轨道底部设置钢弹簧浮置板对轨道进行减振，然而减振器设置在轨道的底部首先需要考虑对轨道及其上方车辆的支撑，因此，减振器需要满足较大的刚度，而满足该刚度的减振器的共振频率已经处于轨道振动频率的范围之外，从而无法与轨道产生较好的共振效果，相应无法起到很好的减振效果。

即，现有轨道交通中，一般在轨道底部设置减振器，减振器需要满足对轨道和车辆的支撑刚度，导致减振器对轨道的减振效果较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轨道减振器及轨道交通系统，以解决现有技术中存在的轨道交通中，一般在轨道底部设置减振器，减振器需要满足对轨道和车辆的支撑刚度，导致减振器对轨道的减振效果较差的技术问题。

本发明提供的轨道减振器，包括振动变向机构和吸振器，沿上下方向传播的弹性波经过所述振动变向机构，所述振动变向机构能够改变部分所述弹性波的传播方向形成变向波，所述变向波经所述振动变向机构的侧壁传出，所述吸振器设于所述侧壁上；另一部分所述弹性波的传播方向不变形成透射波，所述透射波经所述振动变向机构的底部传出。

进一步的，所述振动变向机构包括二维声子晶体，所述二维声子晶体内设有线缺陷，所述线缺陷沿所述二维声子晶体的宽度方向延伸，且与水平面之间呈角度设置；所述吸振器设于所述二维声子晶体的侧壁上。

进一步的，所述线缺陷沿所述二维声子晶体的宽度方向贯穿所述二维声子晶体的侧壁。

进一步的，所述线缺陷沿其长度方向包括左缺陷和右缺陷，所述左缺陷自左向右向上倾斜设置，所述右缺陷自左向右向下倾斜设置；所述二维声子晶体的左侧壁和右侧壁上均设有所述吸振器。

进一步的，所述左缺陷与所述右缺陷的连接处位于所述二维声子晶体宽度方向的中线上，且所述左缺陷和所述右缺陷的倾斜角度均为45度。

进一步的，所述二维声子晶体中的部分散射体缺失形成所述线缺陷。

进一步的，所述二维声子晶体中的部分散射体外径不等于其余散射体的外径，以形成所述线缺陷。

进一步的，所述振动变向机构的侧壁上设有散热机构，所述散热机构用于对所述吸振器进行散热处理。

本发明的另一个目的在于提供一种轨道交通系统，包括轨道本体和上述轨道减振器，所述轨道减振器的振动变向机构连接于所述轨道本体的底部。

进一步的，所述轨道本体的底部固接有轨道板，所述振动变向机构固设于所述轨道板的底部。

本发明轨道减振器及轨道交通系统的有益效果为：

本发明提供的轨道减振器及轨道交通系统，其中，轨道减振器包括能够对部分弹性波进行转向处理的振动变向机构和能够对变向后的变向波进行减振处理的吸振器；其中，轨道交通系统包括对车辆进行导向支撑的轨道本体和上述能够将轨道本体向下传播的弹性波进行减振处理的轨道减振器。

初始时，轨道本体设置于地表，轨道减振器的振动变向机构连接于轨道本体的底部，车辆在轨道本体的导向和支撑作用下沿轨道本体运行，车辆运行的过程产生向下的振动力，该振动力以弹性波的形式进行传播；轨道减振器的振动变向机构连接在轨道本体的底部，车辆产生的向下传播的弹性波经过轨道本体后进入振动变向机构内，弹性波经过振动变向机构的过程中，一部分弹性波向下经振动变向机构的底部传播出去，这一部分弹性波定义为透射波；另一部分弹性波在振动变向机构的变向作用下传播方向发生偏转，从振动变向机构的侧壁传播出去，这一部分弹性波定位为变向波，变向波向外传播至吸振器，吸振器产生与变向波相反的弹性波，两者产生共振，从而削弱变向波向外传播的振幅，起到减振效果。

弹性波的总能量不变，振动变向机构将弹性波分流为向下传播的透射波和向侧边传播的变向波，能够减小车辆和轨道向下传播的振动力；在振动变向机构的侧壁上设置吸振器，由于吸振器无需支撑轨道和车辆，因此，吸振器的刚性和强度等不受限制，可以根据变向波向外传播的频率(根据车辆及轨道本体的质量、运行速度、材料等因素能够计算得到弹性波的传播频率，相应得到变向波的传播频率)选取合适频率范围的吸振器，使得吸振器的吸振频率与变向波的传播频率相匹配，充分起到减振作用，可近似认为经过吸振器的减振作用后，变向波的振动强度为零。相较现有的吸振器需要受刚度和支撑强度的限制，导致吸振频率与透射波的频率相差较大、减振效果较差，本申请的吸振器通过对变向波充分减振，实现对轨道的有效减振；此外，本申请的吸振器强度等不受外界影响，吸振器的可选用频率范围更广，相应轨道减振器的减振范围也更广，适用性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明实施例提供的轨道减振器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的轨道交通系统在第一视角下的局部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的轨道交通系统在第二视角下的局部结构示意图；

图4为本发明实施例提供的轨道交通系统在第三视角下的局部结构示意图。

图标：1－吸振器；2－振动变向机构；21－基体；22－线缺陷；221－左缺陷；222－右缺陷；23－散射体；3－轨道本体；4－轨道板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系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装置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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供一种轨道减振器，如图1所示，包括振动变向机构2和吸振器1，沿上下方向传播的弹性波经过振动变向机构2，振动变向机构2能够改变部分弹性波的传播方向形成变向波，变向波经振动变向机构2的侧壁传出，吸振器1设于侧壁上；另一部分弹性波的传播方向不变形成透射波，透射波经振动变向机构2的底部传出。

本实施例还提供一种轨道交通系统，如图2－图4所示，包括轨道本体3和上述轨道减振器，轨道减振器的振动变向机构2连接于轨道本体3的底部。

本实施例提供的轨道减振器及轨道交通系统，其中，轨道减振器包括能够对部分弹性波进行转向处理的振动变向机构2和能够对变向后的变向波进行减振处理的吸振器1；其中，轨道交通系统包括对车辆进行导向支撑的轨道本体3和上述能够将轨道本体3向下传播的弹性波进行减振处理的轨道减振器。

初始时，轨道本体3设置于地表，轨道减振器的振动变向机构2连接于轨道本体3的底部，车辆在轨道本体3的导向和支撑作用下沿轨道本体3运行，车辆运行的过程产生向下的振动力，该振动力以弹性波的形式进行传播；轨道减振器的振动变向机构2连接在轨道本体3的底部，车辆产生的向下传播的弹性波经过轨道本体3后进入振动变向机构2内，弹性波经过振动变向机构2的过程中，一部分弹性波向下经振动变向机构2的底部传播出去，这一部分弹性波定义为透射波；另一部分弹性波在振动变向机构2的变向作用下传播方向发生偏转，从振动变向机构2的侧壁传播出去，这一部分弹性波定位为变向波，变向波向外传播至吸振器1，吸振器1产生与变向波相反的弹性波，两者产生共振，从而削弱变向波向外传播的振幅，起到减振效果。

弹性波的总能量不变，振动变向机构2将弹性波分流为向下传播的透射波和向侧边传播的变向波，能够减小车辆和轨道本体3向下传播的振动力；在振动变向机构2的侧壁上设置吸振器1，由于吸振器1无需支撑轨道本体3和车辆，因此，吸振器1的刚性和强度等不受限制，可以根据变向波向外传播的频率(根据车辆及轨道本体3的质量、运行速度、材料等因素能够计算得到弹性波的传播频率，相应得到变向波的传播频率)选取合适频率范围的吸振器1，使得吸振器1的吸振频率与变向波的传播频率相匹配，能够与弹性波产生共振，对其充分起到减振作用，可近似认为经过吸振器1的减振作用后，变向波的振动强度为零。相较现有的吸振器1需要受刚度和支撑强度的限制，导致吸振频率与透射波的频率相差较大、减振效果较差，本申请的吸振器1通过对变向波充分减振，实现对轨道本体3的有效减振；此外，本申请的吸振器1强度等不受外界影响，吸振器1的可选用频率范围更广，相应轨道减振器的减振范围也更广，适用性更强。

具体的，本实施例中，如图4所示，振动变向机构2可以包括二维声子晶体，二维声子晶体内设有线缺陷22，线缺陷22沿二维声子晶体的宽度方向延伸，且与水平面之间呈角度设置；吸振器1设于二维声子晶体的侧壁上。选用能带频率范围与弹性波传播频率相匹配的二维声子晶体，则弹性波能够在二维声子晶体中无损耗的传播；二维声子晶体内设有沿其宽度方向延伸的线缺陷22，向下传播的弹性波进入线缺陷22区域后，部分弹性波(即透射波)透过线缺陷22继续向下传播，另一部分弹性波(即变向波)则受到倾斜设置的线缺陷22的反射作用传播防线改变，自二维声子晶体的侧壁传播出去，实现对弹性波的变向分流处理。随后吸振器1对经二维声子晶体侧壁传出的变向波进行减振处理。

二维声子晶体包括弹性材料制成的基体21，在基体21上二维排布多个刚性的散射体23，具体的，基体21可以选用橡胶材料制成，散射体23则可以选用铁芯制成；吸振器1可以选用有阻吸振器。可以根据轨道本体3向下传播弹性波的频率选取合适的二维声子晶体，使其等频色散线存在方形或近似方形，该频率下的弹性波能够准直且不发散地沿单一方向传播，即，轨道本体3向下传播的弹性波进入二维声子晶体后，能够准直向下传播，经过线缺陷22时发生分流，从而将自准直效应与缺陷模式耦合，以提高对弹性波的分流控制。

具体的，本实施例中，如图1－图4所示，可以为二维声子晶体中的部分散射体23缺失形成线缺陷22。二维声子晶体中的散射体23近似呈矩阵阵列排布，当该阵列中线缺陷22所在直线的一列散射体23缺失时，该区域形成线缺陷22，且该区域的宽度为零时(不存在缺陷)，线缺陷22的透射率最大、反射率几乎为零，相应向下传播的透射波的能量最大，向侧壁传播的变向波的能量几乎为零；随着线缺陷22宽度的增大，透射率逐渐减小、反射率逐渐增大，相应透射波的能量逐渐减小、变向波的能量逐渐增大。因此，可以尽可能设置宽度较大的线缺陷22，透射波向下传播的振动力减小，变向波的能量虽然大，但是能够通过吸振器1进行减振处理，从而有效起到减振作用。

除上述形式外，本实施例中，二维声子晶体中的部分散射体23外径不等于其余散射体23的外径，也可以形成线缺陷22。二维声子晶体中的散射体23近似呈矩阵阵列排布，当该阵列中线缺陷22所在直线的一列散射体23外径尺寸均大于或小于其余散射体23时，该区域也能够形成线缺陷22，且该线缺陷22区域内散射体23的外径小于其余散射体23的外径时，随着线缺陷22区域内散射体23的外径的增大，透射率逐渐增大、反射率逐渐减小，相应透射波能量逐渐增大、反射波能量逐渐减小；当该线缺陷22区域内散射体23的外径等于其余散射体23的外径时，不存在缺陷，只有透射没有反射；当该线缺陷22区域内散射体23的外径大于其余散射体23的外径时，随着线缺陷22区域内散射体23的外径的增大，透射率逐渐减小、反射率逐渐增大，相应透射波能量逐渐减小、反射波能量逐渐增大。因此可以将线缺陷22区域的散射体23的外径设置尽量小或尽量大，尽可能增大反射率，增大变向波的能量，相应增大吸振器1对变向波的减振处理，降低穿透波的能量。

本实施例中，线缺陷22可以沿二维声子晶体的宽度方向贯穿二维声子晶体的侧壁。二维声子晶体沿其宽度方向均存在线缺陷22，则轨道本体3向下传播的弹性波全部能够经过线缺陷22区域，经过线缺陷22的分流作用，从而提高弹性波的反射量，进一步减少弹性波向下的传播量，相应减少轨道本体3向下传播的振动。经线缺陷22反射到二维声子晶体侧壁传出的变向波则经过吸振器1的减振处理，从而进一步提高轨道减振器的减振效果。

本实施例中，如图1所示，线缺陷22沿其长度方向可以包括左缺陷221和右缺陷222，左缺陷221自左向右向上倾斜设置，右缺陷222自左向右向下倾斜设置；二维声子晶体的左侧壁和右侧壁上均设有吸振器1。轨道本体3向下传播的弹性波中，位于左侧区域的弹性波进入左缺陷221内，并经左缺陷221反射后部分弹性波从二维声子晶体的左侧壁传出；位于右侧区域的弹性波进入右缺陷222内，并经右缺陷222反射后部分弹性波从二维声子晶体的右侧壁传出。即，左缺陷221和右缺陷222的设置能够对变向波进行分流，使得一部分变向波从二维声子晶体的左侧壁传出，位于左侧壁上的吸振器1对该部分变向波进行减振处理；另一部分变向波从二维声子晶体的右侧壁传出，位于右侧壁上的吸振器1对该部分变向波进行减振处理，二维声子晶体的左侧壁和右侧壁上均能够有效使用吸振器1，从而增大吸振器1的安装空间和安装数量，提高吸振器1对变向波的减振作用，进一步提高轨道减振器的减振效果；此外，吸振器1与变向波耦合吸振的过程会将弹性波的振动能量转化为自身的热量，吸振器1的安装空间和安装数量增多，还能够将热量分流，减少单个吸振器1温度过高造成损坏情况的发生。

这里需要说明的是，文中所述“左”、“右”等方位限定，均以图4中角度为基准进行定义。

具体的，本实施例中，如图4所示，左缺陷221与右缺陷222的连接处可以位于二维声子晶体宽度方向的中线上，且左缺陷221和右缺陷222的倾斜角度均为45度。轨道本体3向下传播的弹性波中，50％的弹性波能够进入左缺陷221，并经二维声子晶体的左侧壁水平传出；另外50％的弹性波能够进入右缺陷222，并经二维声子晶体的右侧壁水平传出。相应左侧壁上的吸振器1和右侧壁上的吸振器1对变向波的吸振处理量相同，从而提高吸振器1对变向波的处理均衡量，减少某一侧吸振器1处理量过大，产生热量过多对吸振器1造成损坏情况的发生。

本实施例中，可以在振动变向机构2的侧壁上设有散热机构，散热机构用于对吸振器1进行散热处理。二维声子晶体的左侧壁和右侧壁上均用于安装吸振器1，相较吸振器1密集安装在二维声子晶体的底部，具有较大的安装空间，可以预留空间安装散热机构，吸振器1对变向波进行耦合吸振产生热量的过程中，散热机构能够不断对吸振器1进行散热降温，从而减少吸振器1温度过高对自身造成损坏情况的发生，也相应确保了吸振器1的正常使用。

本实施例中，如图2－图4所示，还可以在轨道本体3的底部固接有轨道板4，振动变向机构2固设于轨道板4的底部。一方面，轨道板4可以用来固定支撑轨道本体3，提高轨道本体3在地表安装的稳定性；另一方面，轨道本体3首先将振动力传递至轨道板4，轨道板4再将振动力传递至轨道减振器，振动力经过轨道板4的过程产生衰减，一定程度上起到减振效果，减少轨道本体3向下传递的振动力；再一方面，轨道本体3一般设置为两根，则两根轨道本体3设置在一块轨道板4上，轨道板4能够将两根轨道本体3的振动力均匀地传递至其底部的轨道减振器，减少轨道减振器局部振动较大产生损坏情况的发生。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种轨道减振器，其特征在于，包括振动变向机构(2)和吸振器(1)，沿上下方向传播的弹性波经过所述振动变向机构(2)，所述振动变向机构(2)能够改变部分所述弹性波的传播方向形成变向波，所述变向波经所述振动变向机构(2)的侧壁传出，所述吸振器(1)设于所述侧壁上；另一部分所述弹性波的传播方向不变形成透射波，所述透射波经所述振动变向机构(2)的底部传出。

2.根据权利要求1所述的轨道减振器，其特征在于，所述振动变向机构(2)包括二维声子晶体，所述二维声子晶体内设有线缺陷(22)，所述线缺陷(22)沿所述二维声子晶体的宽度方向延伸，且与水平面之间呈角度设置；所述吸振器(1)设于所述二维声子晶体的侧壁上。

3.根据权利要求2所述的轨道减振器，其特征在于，所述线缺陷(22)沿所述二维声子晶体的宽度方向贯穿所述二维声子晶体的侧壁。

4.根据权利要求2所述的轨道减振器，其特征在于，所述线缺陷(22)沿其长度方向包括左缺陷(221)和右缺陷(222)，所述左缺陷(221)自左向右向上倾斜设置，所述右缺陷(222)自左向右向下倾斜设置；所述二维声子晶体的左侧壁和右侧壁上均设有所述吸振器(1)。

5.根据权利要求4所述的轨道减振器，其特征在于，所述左缺陷(221)与所述右缺陷(222)的连接处位于所述二维声子晶体宽度方向的中线上，且所述左缺陷(221)和所述右缺陷(222)的倾斜角度均为45度。

6.根据权利要求2－5中任一项所述的轨道减振器，其特征在于，所述二维声子晶体中的部分散射体(23)缺失形成所述线缺陷(22)。

7.根据权利要求2－5中任一项所述的轨道减振器，其特征在于，所述二维声子晶体中的部分散射体(23)外径不等于其余散射体(23)的外径，以形成所述线缺陷(22)。

8.根据权利要求1－5中任一项所述的轨道减振器，其特征在于，所述振动变向机构(2)的侧壁上设有散热机构，所述散热机构用于对所述吸振器(1)进行散热处理。

9.一种轨道交通系统，其特征在于，包括轨道本体(3)和权利要求1－8中任一项所述的轨道减振器，所述轨道减振器的振动变向机构(2)连接于所述轨道本体(3)的底部。

10.根据权利要求9所述的轨道交通系统，其特征在于，所述轨道本体(3)的底部固接有轨道板(4)，所述振动变向机构(2)固设于所述轨道板(4)的底部。