CN112030616A - 一种基于共振原理的减振发电轨枕 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于共振原理的减振发电轨枕，包括外框、共振体和封口堵块，外框内设置有长方体空腔，长方体空腔内设置有共振体，长方体空腔两端分别连接有封口堵块，共振体两端分别紧贴封口堵块，共振体由多个共振单元并排连接形成，共振单元包括上挡块、下挡块、支架臂、活动铰链、弹簧、高密度质量块和压电材料。在保证轨枕强度和刚度的前提下，本发明利用共振原理，将共振单元布置于轨枕内部，共振单元在列车激振下对轨枕产生共振反力，可直接减小轨枕对下部道砟的动应力，延长道砟服役时间；本发明通过结构设计与优化，利用质量放大结构增强降振效果，利用压电材料将共振子振动能转化为电能，可为附近用电单元提供电能，实现变废为宝。
Description
技术领域
本发明涉及铁路路基技术领域，尤其涉及一种基于共振原理的减振发电轨枕。
背景技术
在有砟铁路中，现有列车减振主要是被动型减振，即在轨枕上下方设置橡胶垫层，来减小钢轨与轨枕、轨枕与道砟之间的冲击作用。这种减振方式主要是减小列车冲击振动峰值，但列车振动能最终只能通过道砟传递至路基深部。因此，道砟仍然承受较大的循环荷载，加快了道砟破碎速率，增加了道砟的更换频率，造成较大经济损失。其次，铁路路基中布置有一定数量用电单元（传感器等），该类用电单元通常依靠长距离埋线供电，因此，线路管理复杂，供电安全没保障，检修成本高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明设计了一种基于共振原理的减振发电轨枕。
本发明采用如下技术方案：
一种基于共振原理的减振发电轨枕，包括外框、共振体和封口堵块，外框内设置有长方体空腔，长方体空腔内设置有共振体，长方体空腔两端分别连接有封口堵块，共振体两端分别紧贴封口堵块，共振体由多个共振单元并排连接形成，共振单元包括上挡块、下挡块、支架臂、活动铰链、弹簧、高密度质量块和压电材料，多根支架臂和活动铰链组成上、下两菱形的伸缩铰链，上菱形的伸缩铰链的上端活动铰链固定连接上挡块，上菱形的伸缩铰链的下端活动铰链固定连接高密度质量块，下菱形的伸缩铰链的上端活动铰链固定连接高密度质量块，下菱形的伸缩铰链的下端活动铰链固定连接下挡块，上、下两菱形的伸缩铰链的左、右两端活动铰链上分别固定连接压电材料，相邻共振单元通过上、下两菱形的伸缩铰链左、右两端的压电材料固定连接，相邻压电材料之间固定连接有弹簧,上挡块和下挡块分别与外框内上、下两面紧密贴合。
作为优选，所述弹簧刚度满足高密度质量块共振要求。
作为优选，所述高密度质量块共振要求是共振频率为列车经过时轨枕主振频率。
作为优选，所述菱形的伸缩铰链位于连接高密度质量块连接端的菱角为120°。
作为优选，所述封口堵块与外框通过扣件可拆卸连接。
作为优选，所述外框为钢筋混凝土外框。
作为优选，所述支架臂为铝合金支架臂。
本发明的有益效果是：（1）、在保证轨枕强度和刚度的前提下，本发明利用共振原理，将共振单元布置于轨枕内部，共振单元在列车激振下对轨枕产生共振反力，可直接减小轨枕对下部道砟的动应力，延长道砟服役时间；（2）、本发明通过结构设计与优化，将共振结构设计成质量放大形结构，可以在轨枕内腔有限空间实现较大的减振效果；利用压电材料将共振子振动能转化为电能，通过导线连通蓄电池将发出来的电存储，可为附近用电单元（传感器等）提供电能。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是图1中A-A方向的一种剖视图；
图3是本发明中共振体的一种结构示意图；
图中：1、钢筋混凝土外框，2、共振单元，3、封口堵块，4、上挡块，5、下挡块，6、铝合金支架臂，7、活动铰链，8、弹簧，9、高密度质量块，10、压电材料。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例：如图1-图3所示，一种基于共振原理的减振发电轨枕，由钢筋混凝土外框1，共振体，封口堵块3三部分构成，三部分单独生产，最后拼装成体，容易实现规模化生产和施工，共振体由多个共振单元2并排连接形成。钢筋混凝土外框1大小尺寸稍大于普通轨枕，强度和刚度满足普通轨枕要求。钢筋混凝土外框1内部是一个断面长为a高为h的长方体空腔。多个共振单元2通过压电材料两两束缚在钢筋混凝土外框1内部。共振单元2由上挡块4，下挡块5，铝合金支架臂6，活动铰链7，弹簧8，高密度质量块9，压电材料10组成。多根支架臂和活动铰链组成上、下两菱形的伸缩铰链，上菱形的伸缩铰链的上端活动铰链固定连接上挡块，上菱形的伸缩铰链的下端活动铰链固定连接高密度质量块，下菱形的伸缩铰链的上端活动铰链固定连接高密度质量块，下菱形的伸缩铰链的下端活动铰链固定连接下挡块，上、下两菱形的伸缩铰链的左、右两端活动铰链上分别固定连接压电材料，相邻共振单元通过上、下两菱形的伸缩铰链左、右两端的压电材料固定连接，相邻压电材料之间固定连接有弹簧,上挡块和下挡块分别与外框内上、下两面紧密贴合。当共振单元2发生共振时，上挡块4和下挡块5与钢筋混凝土外框1紧密贴合，无相对位移；高密度质量块9充当共振子作用，其运动方向与钢筋混凝土外框1运动方向相反，从而对钢筋混凝土外框1产生共振反力。高密度质量块9在上下方向运动，高密度质量块9菱形的伸缩铰链共同形成一个质量放大结构，可增强减振作用；压电材料10通过菱形的伸缩铰链在水平方向做压缩和拉伸运动发电。压电材料通过导线连通蓄电池将发出来的电存储，可为附近用电单元（传感器等）提供电能。
封口堵块3设置在钢筋混凝土外框1两端，通过扣件，可完成拆卸，工作期间两者无相对运动。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (7)
1.一种基于共振原理的减振发电轨枕，其特征是，其包括外框、共振体和封口堵块，外框内设置有长方体空腔，长方体空腔内设置有共振体，长方体空腔两端分别连接有封口堵块，共振体两端分别紧贴封口堵块，共振体由多个共振单元并排连接形成，共振单元包括上挡块、下挡块、支架臂、活动铰链、弹簧、高密度质量块和压电材料，多根支架臂和活动铰链组成上、下两菱形的伸缩铰链，上菱形的伸缩铰链的上端活动铰链固定连接上挡块，上菱形的伸缩铰链的下端活动铰链固定连接高密度质量块，下菱形的伸缩铰链的上端活动铰链固定连接高密度质量块，下菱形的伸缩铰链的下端活动铰链固定连接下挡块，上、下两菱形的伸缩铰链的左、右两端活动铰链上分别固定连接压电材料，相邻共振单元通过上、下两菱形的伸缩铰链左、右两端的压电材料固定连接，相邻压电材料之间固定连接有弹簧,上挡块和下挡块分别与外框内上、下两面紧密贴合。
2.根据权利要求1所述的一种基于共振原理的减振发电轨枕，其特征是，所述弹簧刚度满足高密度质量块共振要求。
3.根据权利要求2所述的一种基于共振原理的减振发电轨枕，其特征是，所述高密度质量块共振要求是共振频率为列车经过时轨枕主振频率。
4.根据权利要求1所述的一种基于共振原理的减振发电轨枕，其特征是，所述菱形的伸缩铰链位于连接高密度质量块连接端的菱角为120°。
5.根据权利要求1所述的一种基于共振原理的减振发电轨枕，其特征是，所述封口堵块与外框通过扣件可拆卸连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于共振原理的减振发电轨枕，其特征是，所述外框为钢筋混凝土外框。
7.根据权利要求1所述的一种基于共振原理的减振发电轨枕，其特征是，所述支架臂为铝合金支架臂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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