CN111535082B - 一种钢轨的多向液压减振动力吸振器结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于轨道交通减振降噪的技术领域，公开了一种钢轨的多向液压减振动力吸振器结构，设置在钢轨的轨腰两侧，包括弹性阻尼体，所述弹性阻尼体紧贴固定在钢轨上，其内部均匀间隔嵌装有一个或者多个液压振子，所述液压振子包括偶数个液压伸缩杆，它们两两共线相向相连到一起，组成球形阵列结构，该液压伸缩杆可分为活塞杆和活塞筒，内部设置有阻尼油。本发明通过液压伸缩杆的伸缩运动将振动能量消耗掉，不仅可以在铁路的平直段起到垂向减振的作用，还能在铁路的弯道段起到横垂双向减振的作用，同时还可以起到辅助抗弯扭的作用。

Description

一种钢轨的多向液压减振动力吸振器结构

技术领域

本发明涉及轨道交通减振降噪的技术领域，尤其涉及一种钢轨的多向液压减振动力吸振器结构。

背景技术

铁路交通是当今最为便捷的交通方式之一，轨道车辆在运行过程中，由于轨道的不平顺，轮轨之间存在着剧烈的振动。因此，一种由阻尼减振体包裹振子的动力吸振器结构应运而生。动力吸振器是利用共振系统吸收物体的振动能量以减小物体振动的设备。其原理是在振动物体上附加质量弹簧共振系统，这种附加系统在共振时产的反作用力可使振动物体的振动减小。由于动力吸振器的结构简单，又能有效地抑制频率范围变化较小的结构与设备的振动，因此在工程实践中得以广泛的应用。以动力吸振器为代表的动力吸振技术已成为实施振动控制的重要手段：

专利申请号为201711390809.X的带吸振器阻尼钢轨,其结构是在轨腰的侧面安装拓展层，在拓展层外安装阻尼层，并在下侧翼安装一个吸振器。但其并未通过在阻尼体中安装振子来吸收振动。

专利申请号为2013102873296的一种轨道吸振器，其结构包括弹性元件、质量块和联接框架，联结框架中包含至少一个吸振腔，质量块至少局部设置在联接框架的吸振腔内，质量块与吸振腔的腔壁之间设有弹性元件。该吸振器将质量块与弹性元件串联通过质量调谐减振，但其弹性元件没有与轨头相连接，无法有效地传递垂向的振动。

专利申请号为201910266696.5的一种阻尼可调的液压减振活塞及液压减振器，其结构包括活塞杆、挡台、活动活塞、固定活塞、活塞筒、活塞流通孔、节流槽、活塞筒内筒、活塞筒外筒和减振器外筒。其核心工作原理为振动力推动活塞使液压油通过节流槽来达到吸收振动的作用，但并没有将其运用到钢轨吸振器领域中。

专利申请号为201910594773.X一种基于导向轴的阻尼可调液压减震活塞，在活塞杆的外部套设有活动活塞，活动活塞随活塞杆的运动与固定活塞贴合或分离；在活塞筒底部竖直设置有导向轴，活塞杆及其端部的固定活塞同时套装在导向轴外部，在导向轴上开设有节流槽，其特点是在活塞的大幅度移动时实现节流减振，但无法实现小位移的减振。

因此，需要一种更加高效的钢轨吸振器，使对钢轨的减振降噪效果更加明显。

发明内容

本发明提供了一种钢轨的多向液压减振动力吸振器结构，能够解决上述问题，将各个方向的钢轨振动转化为对应方向的液压伸缩杆的伸缩运动消耗掉，从而有效降低钢轨振动。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种钢轨的多向液压减振动力吸振器结构，设置在钢轨的轨腰两侧，包括弹性阻尼体，所述弹性阻尼体紧贴固定在钢轨上，其内部均匀间隔嵌装有一个或者多个液压振子，所述液压振子包括偶数个液压伸缩杆，它们两两共线相向相连到一起，组成球形阵列结构，所述液压伸缩杆包括活塞杆和与之配合的活塞筒，各个所述活塞杆的自由端均连接到一起，各个所述活塞筒的自由端均设置有圆盘，内部设置有阻尼油，所述活塞杆的非自由端设置有两个固定式活塞，在两个固定式活塞之间设置有一个或者多个活动式活塞，所述活动式活塞能够沿活塞杆来回移动，其周边均匀间隔设置有多个泄压通孔，在靠近活塞杆的非自由端端部的固定式活塞的周边也均匀间隔设置有多个泄压通孔。

进一步，所述固定式活塞与活动式活塞、相邻的两个活动式活塞、活动式活塞与固定式活塞之间均通过多个弹簧相连，多个所述弹簧沿活塞杆的轴向均匀间隔设置。

进一步，至少包括六个所述液压伸缩杆，沿X、Y、Z轴相向设置，至少一对液压伸缩杆垂直于轨腰设置。

进一步，沿垂直于轨腰、平行于轨腰设置的液压伸缩杆的活塞筒直径大于其他方向的液压伸缩杆的活塞筒直径，所述钢轨的多向液压减振动力吸振器结构设置在钢轨直线段时，沿平行于轨腰设置的液压伸缩杆的活塞筒直径大于沿垂直于轨腰的液压伸缩杆的活塞筒直径；所述钢轨的多向液压减振动力吸振器结构设置在钢轨曲线段时，沿垂直于轨腰设置的液压伸缩杆的活塞筒直径大于沿平行于轨腰的液压伸缩杆的活塞筒直径。

进一步，所述阻尼油采用低凝抗磨液压油。

进一步，所述弹性阻尼体设置为天然橡胶弹性阻尼体、通用橡胶弹性阻尼体或硫化橡胶弹性阻尼体。

进一步，所述弹性阻尼体通过粘结剂与钢轨相粘连。

进一步，所述活塞杆和活塞筒采用合金钢的金属材料制成。

本发明有益的技术效果在于：

(1)借助球形阵列结构的多个液压伸缩杆构成的液压振子，将其嵌装在弹性阻尼体内部，能够将钢轨上各个方向的振动通过弹性阻尼体传递到液压振子上，再通过对应方向上设置的液压伸缩杆的伸缩运动将其消耗掉，从而可以有效减少钢轨的振动，整体结构简单、紧凑、安装便利，减振降噪效果较好，不仅可以在铁路的平直段起到垂向减振的作用，还能在铁路的弯道段起到横垂双向减振的作用，同时还可以起到辅助抗弯扭的作用。

(2)通过合理的结构设计，对活塞杆上的活塞进行创新，增加了活动式活塞，并且在每个活动活塞的两侧增设弹簧，从而实现活动活塞的复位，促进了阻尼油的各个储油仓之间的流通，增强了吸振能力，节省了空间，布局简单、合理。

附图说明

图1为本发明的钢轨动力吸振器结构设置于钢轨时的总体结构示意图，仅示意两个液压振子；

图2为本发明的钢轨动力吸振器结构设置于钢轨中的正视透视图；

图3为本发明的液压振子的总体结构透视图；

图4为本发明的液压振子的总体结构示意图，去除圆盘和活塞筒；

图5为本发明的液压振子的正视结构透视图；

图6为本发明的液压振子的轴向剖面结构示意图；

图7为本发明的液压振子中一个液压伸缩杆的轴向剖面结构示意图；

其中，1-弹性阻尼体，2-液压振子，21-液压伸缩杆，211-活塞杆，212-活塞筒，213-固定式活塞，214-活动式活塞，215-泄压通孔，22-圆盘，23-弹簧，24-一级储油仓，25-二级储油仓，26-三级储油仓。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

如图1和2所示，本发明提供了一种钢轨的多向液压减振动力吸振器结构，设置在钢轨的轨腰两侧，包括弹性阻尼体1，该弹性阻尼体1紧贴固定在钢轨上，其内部均匀间隔嵌装有一个或者多个液压振子2，均被弹性阻尼体1包裹着，该液压振子2包括偶数个液压伸缩杆21，它们相连到一起组成球形阵列结构，两两共线且相向设置，在液压伸缩杆21的自由端均设置有圆盘22，如图3所示。这样，借助球形阵列结构的多个液压伸缩杆构成的液压振子2，将其嵌装在弹性阻尼体1内部，能够将各个方向的钢轨振动传递到弹性阻尼体1内部，再通过对应方向上设置的液压伸缩杆的伸缩运动将其消耗掉，从而可以有效减少钢轨的振动。

考虑到无论哪种钢轨，轨腰部位振动最强，声辐射均较为严重，所以保证轨腰部分覆盖是首要选择，因此无论哪种钢轨，都应当尽可能使弹性阻尼体覆盖轨腰及轨底，同时，该液压振子2至少包括六个液压伸缩杆21，沿X、Y、Z轴方向相向设置，且至少一对液压伸缩杆21垂直于轨腰设置，从而能够较好地阻隔和吸收掉钢轨的大部分辐射噪声。

具体地，如图3-7所示，该液压伸缩杆21包括活塞杆211和与之配合的活塞筒212，均采用合金钢等刚度较高的金属材料制成，各个活塞杆211的自由端均连接到一起，各个活塞筒212的自由端均设置有圆盘22，内部设置有阻尼油，可采用低凝抗磨液压油，该圆盘22的直径远大于活塞筒212的直径，便于接收通过弹性阻尼体1传递过来的钢轨振动，在活塞杆211的非自由端设置有两个固定式活塞213，在两个固定式活塞213之间设置有一个或者多个活动式活塞214，该活动式活塞214能够沿活塞杆211来回移动，其周边均匀间隔设置有多个泄压通孔215，在靠近活塞杆211的非自由端端部的固定式活塞213的周边也均匀间隔设置有多个泄压通孔215。同时，在固定式活塞213与活动式活塞214、相邻的两个活动式活塞214、活动式活塞214与固定式活塞213之间均通过多个弹簧23相连，这些弹簧23沿活塞杆211的轴向均匀间隔设置。

以下以两个固定式活塞213之间设置一个活动式活塞214为例，详细说明其工作过程。

从活塞杆211的非自由端到自由端，我们可以把其上的活塞依次称为一级活塞、二级活塞和三级活塞，一级活塞与活塞筒212的内腔组成的空间为一级储油仓24，一级活塞、二级活塞和对应的活塞筒212的内腔组成的空间为二级储油仓25，二级活塞、三级活塞和对应的活塞筒212的内腔组成的空间为三级储油仓26，这样，无论哪个方向的振动，通过弹性阻尼体1传递到对应方向的液压伸缩杆21时，首先，大直径的圆盘22瞬间受力，带动与之相连的活塞筒212向活塞杆211的自由端运动，两者发生相对位移，使一级活塞压缩一级储油仓24，使得一级储油仓24中的阻尼油压力剧增，但此瞬间二级储油仓25和三级储油仓26的阻尼油压强并无较大变化，因此一级储油仓24中的阻尼油会通过泄压通孔215流入二级储油仓25，从而增大二级储油仓25中的压强，同时阻尼油压强增大会扩大二级储油仓25的容积，迫使一级储油仓24和二级储油仓25之间的弹簧23被拉伸而二级储油仓25和三级储油仓26之间的弹簧23被压缩，即又会使二级储油仓25和三级储油仓26之间形成液体压强差，使阻尼油通过泄压通孔215从高压处流向低压处，从而促使二级活塞快速复位，进而使活塞筒212快速复位，如此循环反复，一方面利用各个储油仓整体容积减小，通过活塞筒212压缩阻尼油的压缩阻力吸收振动；另一方面，借助二级活塞即活动式活塞可沿活塞杆211滑动的特性，造就了一级储油仓24，二级储油仓25和三级储油仓26的容积在振动过程中时刻变化，即阻尼油会通过泄压通孔215在三个储油仓内流动，通过阻尼油流动的粘滞阻力吸收振动。

另外，考虑到在钢轨直线段处，车辆运行时轮轨之间的作用力以垂向力为主，而钢轨曲线段处，轮轨之间在产生垂向力的同时，也会产生较大的横向作用力。因此，针对钢轨直线段，除中部紧贴轨腰外，弹性阻尼体1还保持顶部与轨头底部、底部与轨底顶部的紧贴接触，以尽可能的吸收钢轨垂向上的振动，由于轨头宽度有限，弹性阻尼体1只要保证充分接触轨头即可，而内置的液压振子2中沿平行于轨腰设置的液压伸缩杆21的活塞筒直径大于沿垂直于轨腰的液压伸缩杆21的活塞筒直径，其他方向的液压伸缩杆21的活塞筒直径可以比沿垂直于轨腰的液压伸缩杆21的活塞筒直径小些，根据具体情况而定，借助平行设置的液压伸缩杆21可以将振动最大的垂向振动转化为其伸缩运动消耗掉，其它方向的振动可以利用对应方向的液压伸缩杆21消耗掉，从而有效减少钢轨振动，可以在平行于轨腰的方向大密度地设置多个液压振子2，尽可能多地吸收钢轨的垂向振动；针对钢轨曲线段，除中部紧贴轨腰外，弹性阻尼体1还保持底部与轨底顶部的紧贴接触，顶部可以不与轨头底部接触，在水平方向上应当尽可能的宽，同时内置的液压振子2中沿垂直于轨腰设置的液压伸缩杆21的活塞筒直径大于沿平行于轨腰的液压伸缩杆21的活塞筒直径，其他方向的液压伸缩杆21的活塞筒直径可以比沿平行于轨腰的液压伸缩杆21的活塞筒直径小些，根据具体情况而定，在垂直于轨腰的方向大密度地设置多个液压振子2，以尽可能地吸收钢轨横向上的振动，同样借助垂直设置的液压伸缩杆21可以将振动最大的横向振动转化为其伸缩运动消耗掉，其它方向的振动可以利用对应方向的液压伸缩杆21消耗掉，从而有效减少钢轨振动。因此，对应液压振子2来说，沿垂直于轨腰、平行于轨腰设置的液压伸缩杆21的活塞筒直径大于其他方向的液压伸缩杆21的活塞筒直径，这样才可以尽可能消耗钢轨上振动最强的两个方向即垂向和横向振动，从而达到对钢轨有效减振降噪的效果。同时，由于轨道车辆的蛇形运动，钢轨极易产生弯扭的现象，而本发明的吸振器结构考虑了垂向的吸振，对这种弯扭现象有一定的吸收作用，可以起到辅助抗弯扭的效果。

整个液压振子2被弹性阻尼体1包裹着，弹性阻尼体1在液压伸缩杆21和圆盘22的作用下发生形变，当系统的振动能量消耗完后恢复原来大小和形状，为下一次吸收来自钢轨的振动做准备。该弹性阻尼体1使用高强度的粘结剂与钢轨相粘连，可以是天然橡胶弹性阻尼体、通用橡胶弹性阻尼体或硫化橡胶弹性阻尼体，一般是将加有硫化剂、填充剂等配合剂的橡胶放入模具内加热加压硫化成各种形状，利用硫化橡胶的弹性来达到缓冲、减振目的。

最后，可以在弹性阻尼体1外露面上覆盖包裹保护层，对弹性阻尼体1起到保护作用，该包裹保护层通常为不锈钢板材包裹体保护层、塑料板材包裹体保护层等等，不与钢轨接触，避免与钢轨发生碰触，这样在减振过程中就不会产生附加振动及噪声，另外，为了不妨碍钢轨正常的保养维修，在水平方向上，包裹保护层外缘位于轨底外缘内侧，该结构是为了尽可能覆盖弹性阻尼体表面，减小振动并减少噪声辐射。

在该动力吸振器的设计中，与钢轨表面轮廓直接接触的均为弹性阻尼材料，钢轨的振动均传递至弹性阻尼材料中，在钢轨振动传播的过程中不会引起金属材料间的撞击，进而不会造成二次声辐射。液压振子完全嵌入在弹性阻尼材料内部，在减振过程中，振子不管哪个方向的振动均传递至阻尼材料中，振动能量均由阻尼材料消耗吸收，同样避免了造成二次声辐射。该液压振子嵌入式设计，使吸振器整体的质量均匀分布，在减振过程中不会出现装置重心偏移现象，提高了使用安全性，整个结构简单，使用方便，适用性较强。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种钢轨的多向液压减振动力吸振器结构，其特征在于：设置在钢轨的轨腰两侧，包括弹性阻尼体，所述弹性阻尼体紧贴固定在钢轨上，其内部均匀间隔嵌装有一个或者多个液压振子，所述液压振子包括偶数个液压伸缩杆，它们两两共线相向相连到一起，组成球形阵列结构，所述液压伸缩杆包括活塞杆和与之配合的活塞筒，各个所述活塞杆的自由端均连接到一起，各个所述活塞筒的自由端均设置有圆盘，内部设置有阻尼油，所述活塞杆的非自由端设置有两个固定式活塞，在两个固定式活塞之间设置有一个或者多个活动式活塞，所述活动式活塞能够沿活塞杆来回移动，其周边均匀间隔设置有多个泄压通孔，在靠近活塞杆的非自由端端部的固定式活塞的周边也均匀间隔设置有多个泄压通孔; 所述固定式活塞与活动式活塞、相邻的两个活动式活塞、活动式活塞与固定式活塞之间均通过多个弹簧相连，多个所述弹簧沿活塞杆的轴向均匀间隔设置。

2.根据权利要求 1 所述的钢轨的多向液压减振动力吸振器结构，其特征在于：至少包括六个所述液压伸缩杆，沿 X、Y、Z 轴相向设置，至少一对液压伸缩杆垂直于轨腰设置。

3.根据权利要求 2 所述的钢轨的多向液压减振动力吸振器结构，其特征在于：沿垂直于轨腰、平行于轨腰设置的液压伸缩杆的活塞筒直径大于其他方向的液压伸缩杆的活塞筒直径，所述钢轨的多向液压减振动力吸振器结构设置在钢轨直线段时，沿平行于轨腰设置的液压伸缩杆的活塞筒直径大于沿垂直于轨腰的液压伸缩杆的活塞筒直径；所述钢轨的多向液压减振动力吸振器结构设置在钢轨曲线段时，沿垂直于轨腰设置的液压伸缩杆的活塞筒直径大于沿平行于轨腰的液压伸缩杆的活塞筒直径。

4.根据权利要求 1 所述的钢轨的多向液压减振动力吸振器结构，其特征在于：所述阻尼油采用低凝抗磨液压油。

5. 根据权利要求 1 所述的钢轨的多向液压减振动力吸振器结构，其特征在于：所述弹性阻尼体设置为天然橡胶弹性阻尼体、通用橡胶弹性阻尼体或硫化橡胶弹性阻尼体。

6.根据权利要求 1 所述的钢轨的多向液压减振动力吸振器结构，其特征在于：所述弹性阻尼体通过粘结剂与钢轨相粘连。

7.根据权利要求 1 所述的钢轨的多向液压减振动力吸振器结构，其特征在于：所述活塞杆和活塞筒采用合金钢的金属材料制成。

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