CN112095369A - 一种钢轨动力阻尼复合吸振器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢轨动力阻尼复合吸振器及其制造方法，复合吸振器与钢轨连接，复合吸振器设置在任意相邻的两个轨枕之间，复合吸振器包括减振件和固定装置，减振件设置在固定装置中，且减振件与固定装置之间形成容纳空间，钢轨的轨底以及至少部分轨腰被设置在容纳空间中；减振件包括动力吸振器和颗粒阻尼器；本发明所述的钢轨动力阻尼复合吸振器及其制造方法，通过对钢轨的轨底以及至少部分轨腰进行包裹，并将减振件的动力吸振器、颗粒阻尼器结合为一体，共同形成复合吸振器，既利用了动力吸振器有效抑制共振的优点，又利用了颗粒阻尼吸振器附加质量小和宽频减振效果好的优点，能够有效地对钢轨的振动，以及所产生的辐射噪声进行抑制以及衰减。

Description

一种钢轨动力阻尼复合吸振器及其制造方法

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，特别涉及一种钢轨动力阻尼吸振器及其制造方法，所述钢轨动力阻尼吸振器兼具动力吸振器和颗粒阻尼吸振器的特点。

背景技术

随着轨道交通技术的快速发展，铁路振动噪声问题也逐渐突显。它不仅直接影响乘客的乘坐舒适性以及铁路工作者的身心健康，同时也影响到铁路沿线居民的生活质量。轨道交通列车正常运行时速一般在30-90km/h，此时轮轨滚动噪声是轨道交通噪声的主要来源。在500～2500Hz频率范围内，轮轨振动和噪声为线性相关，通过轨道减振措施能够达到降低噪声的目的，在此频段内轨道振动是造成轨道交通噪声产生的重要原因。

为了解决轨道交通中对轨道进行减振减噪的问题，在现有技术中，公开号为CN103343496A等专利在钢轨上安装动力吸振器，通过调谐吸振器的质量或刚度，将轮轨主振系统的振动能量转移并耗散掉，可以有效抑制共振。但列车运行过程中，轮轴对钢轨的激励近似为不断变化的宽频随机激励，而目前钢轨阻尼器多为抑制单频率共振，并不能有效消除钢轨振动的影响，从而达不到较好的减振减噪效果。

此外，现有技术中还存在另一种实施方案，例如公开号为CN105908581A、CN108774926A等专利，选择具有高阻尼的材料附加在钢轨轨底或轨腰部位形成阻尼层，可以在较宽的频率范围内将振动产生的机械能耗散掉，从而达到减振降噪的效果。但这一类实施方案的缺点是，钢轨的阻尼比车轮的阻尼高，加上目前轨道领域已大量采用弹性减振扣件，继续在轨腰轨脚粘贴阻尼材料的意义不大，不仅不利于降低成本，而且并不能明显提升减振减噪效果。

综上可以看出，目前已有的钢轨阻尼装置减振降噪的效果有限，安装方式单一，仍有极大的改进空间。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种钢轨动力阻尼复合吸振器及其制造方法，以解决现有技术在轨道交通中对钢轨进行减振减噪的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种钢轨动力阻尼复合吸振器，所述复合吸振器与钢轨连接，所述复合吸振器设置在任意相邻的两个轨枕之间，所述复合吸振器包括减振件和固定装置，所述减振件设置在固定装置中，且所述减振件与固定装置之间形成容纳空间，所述钢轨的轨底以及至少部分轨腰被设置在容纳空间中；所述减振件包括动力吸振器和颗粒阻尼器。

进一步的，所述减振件与钢轨的至少部分轨底以及至少部分轨腰贴合。

进一步的，所述固定装置包括底板、保护件，所述减振件的下表面与底板连接；所述保护件与减振件连接，所述保护件至少与减振件的上表面贴合。

进一步的，所述底板与减振件通过螺栓连接，所述保护件与减振件通过螺栓连接。

进一步的，所述减振件上设置预留通孔，所述底板上设置第一孔，所述保护件上设置第二孔，所述第一孔、预留通孔、第二孔配合。

进一步的，所述保护件至少包括第一板体，所述第一板体与减振件的上表面贴合，所述第一板体上设置第二孔。

进一步的，所述底板上设置凹槽，所述保护件与凹槽插接。

进一步的，所述减振件包括谐振棒、阻尼盒、基体，所述谐振棒、阻尼盒被镶嵌在基体内部。

进一步的，所述谐振棒为动力吸振器，所述谐振棒设置在基体靠近钢轨的一端。

进一步的，所述阻尼盒为颗粒阻尼器，所述阻尼盒设置在基体远离钢轨的一端。

进一步的，所述基体包括弹性相、经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末、导电相。

相对于现有技术，本发明所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器及其制造方法具有以下优势：

本发明所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器，通过将复合吸振器对钢轨的轨底以及至少部分轨腰进行包裹，并将减振件的动力吸振器、颗粒阻尼器结合为一体，兼具二者的优点，共同形成复合吸振器，从而既利用了动力吸振器有效抑制共振的优点，又利用了颗粒阻尼吸振器附加质量小和宽频减振效果好的优点，能够有效地对钢轨的振动，以及所产生的辐射噪声进行抑制以及衰减。此外，本发明所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器，结构简单，并通过螺栓固定，能够简便且牢靠的固定在钢轨上，为拆装提供较大的便利。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器的爆炸图；

图2为本发明实施例所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器的装配示意图；

图3为本发明实施例所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器在轨道上的安装示意图；

图4为本发明实施例在图3中A-A向的剖视图；

图5为本发明实施例所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器中减振件的剖视图；

图6为本发明实施例所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器中底板的俯视图；

图7为本发明实施例所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器中底板的示意图；

图8为本发明实施例所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器中底板的结构示意图；

图9为本发明实施例所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器中保护件的轴测图；

图10为本发明实施例所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器中保护件的示意图；

图11为本发明实施例所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器中保护件的结构示意图；

图12为本发明实施例所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器的一种安装示意图；

图13为本发明实施例所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器的另一种安装示意图。

附图标记说明：

轨腰1，轨底2，减振件3，谐振棒31，阻尼盒32，阻尼颗粒33，基体34，预留通孔35，底板4，第一孔41，保护件5，第二孔51，第一板体52，第二板体53，第三板体54，第四板体55，螺栓6，螺母7，凹槽8，容纳空间9，钢轨10，轨枕11，复合吸振器12。

具体实施方式

下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的发明概念。然而，这些发明概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。此外，在本发明中所提及的“钢轨”这一用词，均是指常规意义上的轨道结构，可以为地铁轨道、高铁轨道、普通铁路轨道、有轨电车轨道等常规轨道结构。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

如附图1-11所示，本实施例提出一种钢轨动力阻尼复合吸振器，所述复合吸振器12与钢轨10连接，且所述复合吸振器12设置在任意相邻的两个轨枕11之间，所述复合吸振器12包括减振件3和固定装置，所述减振件3设置在固定装置中，且所述减振件3与固定装置之间形成容纳空间9，所述钢轨10的轨底2以及至少部分轨腰1被设置在容纳空间9中；所述减振件3包括动力吸振器和颗粒阻尼器。

从而通过将复合吸振器12对钢轨10的轨底2以及至少部分轨腰1进行包裹，并将减振件3的动力吸振器、颗粒阻尼器结合为一体，兼具二者的优点，共同形成复合吸振器12，从而既利用了动力吸振器有效抑制共振的优点，又利用了颗粒阻尼吸振器附加质量小和宽频减振效果好的优点，能够有效地对钢轨10的振动，以及所产生的辐射噪声进行抑制以及衰减。

对于固定装置而言，所述固定装置包括底板4、保护件5，所述底板4与轨底2的底面贴合，所述减振件3的下表面与底板4连接，用于对减振件3进行支撑；所述保护件5与减振件3连接，且所述保护件5至少与减振件3的上表面贴合，用于对减振件3进行防护；

此外，所述底板4与减振件3通过螺栓连接，所述保护件5与减振件3通过螺栓连接；作为优选的，所述底板4、减振件3、保护件5之间通过同一个螺栓6进行连接；具体的，所述减振件3上设置预留通孔35，所述底板4上设置第一孔41，所述保护件5上设置第二孔51，所述第一孔41、预留通孔35、第二孔51配合，螺栓6设置在第一孔41、预留通孔35、第二孔51中，并通过螺母7进行固定，从而使得底板4、保护件5、减振件3固定连接为一体；从而便于底板4、保护件5、减振件3之间的拆装，有利于提高复合吸振器12在轨道系统上的拆装便捷性能。

对于减振件3而言，所述减振件3与钢轨10贴合，即减振件3靠近钢轨10的侧面的轮廓与钢轨10的轮廓完全相同；作为优选，所述减振件3与钢轨10的接触面之间采用高强度粘结胶粘接，粘接胶强度不小于18MPa；从而在复合吸振器12的实际安装过程中，复合吸振器12至少以卡接的方式与钢轨10连接，然后在此基础上，将减振件3与钢轨10粘接，即复合吸振器12与钢轨10粘接，从而提高了复合吸振器12在钢轨10上的装配牢靠性，有利于提高复合吸振器12的减振减噪性能。

所述减振件3包括谐振棒31、阻尼盒32、基体34，所述谐振棒31、阻尼盒32被镶嵌在基体34内部，即所述基体34对谐振棒31、阻尼盒32进行完全包裹。

其中，所述基体34包括高阻尼材料制得的非金属弹性体，优选的，所述非金属弹性体为橡胶材料。

所述谐振棒31作为动力吸振器，也可以称为动力调谐吸振器；所述谐振棒31设置在基体34靠近钢轨10的一端；优选的，所述谐振棒31包括至少三个金属棒，所述金属棒选用高密度材料，材料密度大于钢轨自身密度。为保证最大的动力吸振效果，任意两个金属棒之间的质量均不相同，且任意两个金属棒的质量之间保持一定的比例，对应于各自的谐振频率。其中，各谐振频率和金属棒质量m、橡胶等效刚度k之间满足关系式：

此外，对于金属棒而言，其截面为圆形、椭圆形、方形、多边形、异形面等，优选为圆形截面。

所述阻尼盒32为颗粒阻尼器，设置在基体34远离钢轨10的一端；所述阻尼盒32包括至少一个填灌阻尼颗粒33的密闭金属盒；为了保证最优的阻尼减振效果，密闭金属盒填灌阻尼颗粒33的填充率介于10％-90％之间；对于阻尼颗粒33的材质、粒径等参数，鉴于其均为现有技术，在此不进行赘述。

所述底板4、保护件5之间形成装配空间，所述减振件3设置在装配空间中；优选的，所述复合吸振器12包括一个底板4，两个保护件5，两个减振件3，底板4与轨底2的底面贴合，保护件5在钢轨10的两侧各设置一个，减振件3在钢轨10的两侧各设置一个。

其中关于底板4、保护件5、减振件3之间的设置，本发明提出几种实施方式：

方式一、所述底板4上设置凹槽8，所述保护件5与凹槽8插接，从而有利于进一步确保底板4、保护件5、减振件3之间装配的牢靠性；

其中，如附图6、附图9为例，所述底板4上设置至少一个凹槽8，所述保护件5包括第一板体52，第二板体53，第三板体54，第四板体55，所述第二板体53、第三板体54、第四板体55依次连接，且第一板体52同时与第二板体53、第三板体54、第四板体55的上端面连接；所述第二板体53，第三板体54，第四板体55均与凹槽8插接；所述第一板体52与减振件3的上表面贴合，所述第二板体53与减振件3远离钢轨10的一侧面贴合；在沿着钢轨10的延伸方向，所述第三板体54与减振件3的一端面贴合，所述第四板体55与减振件3的另一端面贴合，从而保护件5对减振件3进行完全包裹，以减少外界环境对减振件3的侵蚀或损坏，有利于减缓减振件3的老化程度或损伤，有利于提高复合吸振器12的使用寿命；此外，所述第一板体52上设置第二孔51，以实现底板4、保护件5、减振件3之间的螺栓固定连接；

此外，以附图7、附图10为例，提出另一种形式，所述底板4上设置至少两个凹槽8，所述保护件5包括第一板体52，第二板体53，所述第一板体52与第二板体53连接；所述第二板体53与凹槽8插接；所述第一板体52与减振件3的上表面贴合，所述第二板体53与减振件3远离钢轨10的一侧面贴合；此外，所述第一板体52上设置第二孔51，以实现底板4、保护件5、减振件3之间的螺栓固定连接。

方式二、如附图8、附图11所示，所述底板4上无凹槽8这一结构，所述保护件5仅包括第一板体52，所述第一板体52与减振件3的上表面贴合，所述第一板体52上设置第二孔51，以实现底板4、保护件5、减振件3之间的螺栓固定连接。

为了进一步提高所述复合吸振器12的减振减噪性能，对于所述保护件5而言，至少第一板体52为约束阻尼板；亦或者包括第一板体52在内的至少部分保护件5为约束阻尼板；从而在减振件3提供减振减噪作用的基础上，同时提高保护件5的阻尼性能，有利于进一步提高复合吸振器12的减振减噪性能，能够有效地对钢轨10的振动，以及所产生的辐射噪声进行抑制以及衰减。

在对复合吸振器12进行实际安装过程，首先底板4与轨底2的底面贴合，然后将减振件3放置在底板4上，同时将减振件3与钢轨10贴合并粘接在一起，之后将保护件5与减振件3进行装配，在该过程中将减振件3与底板4固定连接，将保护件5与减振件3固定连接，即可完成复合吸振器12在钢轨10上的安装；为了便于安装，将预留通孔35、第一孔41、第二孔51进行同心设置，从而只用直接穿入螺栓6，并用螺母7固定，即可同时实现减振件3、底板4、保护件5之间的固定连接，并将复合吸振器12固定在钢轨10上，有利于降低安装难度，便于安装操作的进行。

此外，由于两个轨枕11之间的钢轨10较长，从而复合吸振器12在实际生产过程中也可以制作成合适的长度，增加复合吸振器12与钢轨10的接触面积或接触长度，同时为了便于固定安装，如附图12所示，所述减振件3上可以设置多个预留通孔35，底板4上设置多个第一孔41，保护件5上设置多个第二孔51，且预留通孔35、第一孔41、第二孔51一一对应，从而通过多个位置的连接固定，来加固复合吸振器12与钢轨10之间的连接；

另外，如附图13所示，任意两个轨枕11之间的钢轨10上也可设置多个复合吸振器12，例如：对于两个轨枕11之间的钢轨10而言，可以在其总长度的四分之一位置处设置一个复合吸振器12，同时在其总长度的四分之三的位置处设置另一个复合吸振器12。

实施例2

在实施例1中，所述复合吸振器12通过谐振棒31的动力协调吸振作用、阻尼盒32的颗粒阻尼减振作用、以及基体34的阻尼减振作用，但这几种减振结构往往在玻璃化转变温度区域内或振动频率在一定范围内，所产生的谐振作用或阻尼效果才最大，这时复合吸振器12内部因谐振原理产生的内耗才最大，减振效果才最明显，从而使得复合吸振器12在实际使用过程中，存在一定的局限性。

因此，为了能够满足某些特殊路段或关键工程中对轨道减振的需求，进一步提高复合吸振器12的减振效果；本实施例在实施例1的基础上，提出另一种钢轨动力阻尼复合吸振器，在与实施例1基本相同的基础上，所不同的是，所述基体34包括弹性相、经过表面处理的压电陶瓷粉末PZT、导电相；

其中，所述弹性相包括橡胶、聚氨酯中的至少一种，所述橡胶包括氯丁橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶中的至少一种；从而能够确保减振件3的基体34能够具有较为良好的减振效果；所述导电相为炭黑。

除此之外，在现有技术中往往通过在弹性相中直接加入压电陶瓷粉末，在发生振动时，利用压电陶瓷的压电效应，将振动机械能转化为电能，并通过导电相将电能转化为热能消耗掉，从而实现了减振作用；但在实际的生产应用中，由于压电陶瓷为无机粉末，弹性相为有机材质，在弹性相的加工生产过程中，压电陶瓷粉末的分散性能较差，在弹性相内部容易发生团聚，使得压电效应过于集中，同时热能的产生也较为集中，从而不仅不利于提高基体34的减振效果，而且过于集中的热能，会加速并导致弹性相基材内部的分子链断裂，不利于提高基体34的耐老化性，影响复合吸振器12的使用寿命。

因此，为了解决这一问题，本实施例中所述基体34包括弹性相、经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末、导电相；具体的，以质量份数计，所述弹性相为100份，经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末为10-15份，导电相为0.1-1.5份。

所述压电陶瓷PZT经过研磨筛分，获得筛分合格的压电陶瓷PZT粉末；然后在极性有机溶剂中，将筛分合格的压电陶瓷PZT粉末和过量的氨丙基三甲氧基硅烷混合，充分搅拌4-6h后，过滤，对滤饼进行干燥、粉碎后即得经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末。为了确保压电陶瓷PZT与弹性相基材之间进行充分接触，所述筛分合格的压电陶瓷PZT粉末的粒径为60-80nm。

此外，利用氨丙基三甲氧基硅烷对压电陶瓷PZT粉末进行表面改性处理，使得压电陶瓷PZT粉末由亲水性变为亲油性，从而增强了压电陶瓷PZT粉末在弹性相中的分散性能，使得压电陶瓷PZT粉末在基体34中能够均匀分布，避免了压电陶瓷PZT粉末发生团聚所导致的压电效应过于集中的问题，有利于压电效应以及压电效应所产生的热能较为均匀地分布在基体34内，有利于提高基体34的减振效果；另外在弹性相的生产过程中，尤其是在橡胶的生产过程中，作为改性剂的氨丙基三甲氧基硅烷，还能提供一定的硫化促进作用，不仅增强了橡胶的交联程度，提高了压电陶瓷PZT粉末与橡胶基材的结合力，有利于提高基体34的耐老化性，确保复合吸振器12的使用寿命，而且减少了橡胶生产过程中焦烧情况的发生，提高了基体34的生产效率。

在此基础上，为了便于对复合吸振器12进行生产制造，本实施例提出一种钢轨动力阻尼复合吸振器的制造方法，其中对于复合吸振器12中的底板4、保护件5而言，鉴于底板4、保护件5为金属板件，往往通过铸造、冲压、切削等常规加工工艺即可制得，但减振件3的结构及质地较为复杂；因此，以橡胶作为弹性相为例，本实施例所提出的一种钢轨动力阻尼复合吸振器的制造方法，着重对所述减振件3的生产方法进行介绍，其包括如下步骤：

S1、取压电陶瓷PZT，进行研磨筛分，获得粒径为60-80nm的压电陶瓷PZT粉末；

S2、在极性有机溶剂中，将步骤S1制得的压电陶瓷PZT粉末和过量的氨丙基三甲氧基硅烷混合，充分搅拌4-6h后，过滤，对滤饼进行干燥、粉碎后，得到经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末；

其中，所述极性有机溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的至少一种，所采用的极性有机溶剂由于具有较强的极性，不仅有利于对压电陶瓷PZT粉末进行分散，使得压电陶瓷PZT粉末在有机溶剂中分布的更为均匀，有利于对压电陶瓷PZT粉末进行较为均匀的改性处理；而且采用的极性有机溶剂能在压电陶瓷PZT粉末的表层形成溶剂化的电子，增强氨丙基三甲氧基硅烷与压电陶瓷PZT粉末之间的结合作用，进一步改善了压电陶瓷PZT粉末的分散性能。

S3、按照重量份，将100份橡胶基材放入炼胶机中进行塑炼；

S4、向炼胶机中加入经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末为10-15份，导电相为0.1-1.5份，进行混炼，形成复合材料；

S5、在硫化机的模具中，预先放置谐振棒31、阻尼盒32、预留杆，然后将混炼后的复合材料放入硫化机中，进行硫化；

S6、经过硫化、冷却、取模后，即制得减振件3。

其中，谐振棒31、阻尼盒32被预埋在复合材料内，经过取模后，所述减振件3在预留杆所对应的位置处形成预留通孔35。

其中，需要说明的是，在步骤S3-S6中，对于橡胶的塑炼、混炼、硫化过程，需要根据不同的橡胶组分进行工艺调整，同时鉴于其均为现有技术，在此不进行赘述。

以下就本发明实施例1及实施例2的相关内容，结合具体实施例，对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围内；具体是对减振件3的生产过程做进一步的描述。

实施例3

所述减振件3的生产过程包括如下步骤：

S1、取压电陶瓷PZT，进行研磨筛分，获得粒径为60nm的压电陶瓷PZT粉末；

S2、在二甲基甲酰胺溶剂中，将步骤S1制得的压电陶瓷PZT粉末和过量的氨丙基三甲氧基硅烷混合，充分搅拌4.5h后，过滤，对滤饼进行干燥、粉碎后，得到经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末；

S3、按照重量份，将100份橡胶基材放入炼胶机中进行塑炼，所述橡胶基材为质量比为1:1的氯丁橡胶和天然橡胶；

S4、向炼胶机中加入经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末为10份，导电相为1.5份，进行混炼，形成复合材料；

S5、在硫化机的模具中，预先放置谐振棒31、阻尼盒32、预留杆，然后将混炼后的复合材料放入硫化机中，进行硫化；

S6、经过硫化、冷却、取模后，即制得减振件3。

实施例4

所述减振件3的生产过程包括如下步骤：

S1、取压电陶瓷PZT，进行研磨筛分，获得粒径为80nm的压电陶瓷PZT粉末；

S2、在二甲基乙酰胺溶剂中，将步骤S1制得的压电陶瓷PZT粉末和过量的氨丙基三甲氧基硅烷混合，充分搅拌6h后，过滤，对滤饼进行干燥、粉碎后，得到经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末；

S3、按照重量份，将100份橡胶基材放入炼胶机中进行塑炼，所述橡胶基材为丁基橡胶；

S4、向炼胶机中加入经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末为15份，导电相为0.1份，进行混炼，形成复合材料；

S5、在硫化机的模具中，预先放置谐振棒31、阻尼盒32、预留杆，然后将混炼后的复合材料放入硫化机中，进行硫化；

S6、经过硫化、冷却、取模后，即制得减振件3。

实施例5

所述减振件3的生产过程包括如下步骤：

S1、取压电陶瓷PZT，进行研磨筛分，获得粒径为75nm的压电陶瓷PZT粉末；

S2、在二甲基甲酰胺溶剂中，将步骤S1制得的压电陶瓷PZT粉末和过量的氨丙基三甲氧基硅烷混合，充分搅拌4h后，过滤，对滤饼进行干燥、粉碎后，得到经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末；

S3、按照重量份，将100份橡胶基材放入炼胶机中进行塑炼，所述橡胶基材为丁苯橡胶；

S4、向炼胶机中加入经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末为14份，导电相为0.5份，进行混炼，形成复合材料；

S5、在硫化机的模具中，预先放置谐振棒31、阻尼盒32、预留杆，然后将混炼后的复合材料放入硫化机中，进行硫化；

S6、经过硫化、冷却、取模后，即制得减振件3。

实施例6

所述减振件3的生产过程包括如下步骤：

S1、取压电陶瓷PZT，进行研磨筛分，获得粒径为72nm的压电陶瓷PZT粉末；

S2、在二甲基甲酰胺溶剂中，将步骤S1制得的压电陶瓷PZT粉末和过量的氨丙基三甲氧基硅烷混合，充分搅拌5h后，过滤，对滤饼进行干燥、粉碎后，得到经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末；

S3、按照重量份，将100份橡胶基材放入炼胶机中进行塑炼，所述橡胶基材为质量比为1.5:1的顺丁橡胶和天然橡胶；

S4、向炼胶机中加入经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末为12份，导电相为1.0份，进行混炼，形成复合材料；

S5、在硫化机的模具中，预先放置谐振棒31、阻尼盒32、预留杆，然后将混炼后的复合材料放入硫化机中，进行硫化；

S6、经过硫化、冷却、取模后，即制得减振件3。

对比例1

以专利申请CN104592647A的实施例1为对比例1，具体方法如下：

步骤1、压电陶瓷粉的制备：将PbZrxTi1-xO₃(PZT)的粉末原料以3℃/min的速率升高到550℃保温60min，再以5℃/min的速率升高到1270℃保温150min，随炉冷后取出PZT陶瓷粉，研磨2h，得到100～300nm的粉末；

步骤2、三元乙丙橡胶基压电阻尼复合材料的制备：

A.塑炼：将三元乙丙橡胶基体100份放入开放式炼胶机中进行塑炼，双辊温度40℃，按照要求将橡胶划成块状，再卷绕成卷子，塑炼5分钟。

B.混炼：将上述卷子放入开炼机中混炼；

再在所述开炼机中放入小料混炼；所述小料包括：SA(硬脂酸)1份、ZnO(氧化锌)5份、防老剂4010NA(N-苯基-N'-基对苯二胺)1份、补强剂N330炭黑54份、导电乙炔黑6份；

放入干燥好的PZT陶瓷粉20份混炼；保持双辊温度50℃，混炼10分钟；

再放入剩余的小料及交联剂；所述小料包括：促进剂CZ(N-环己基-2-并噻唑次磺酰)2份、TT(二硫化二苯并噻唑)1.5份；交联剂包括DCP(过氧化二异丙苯)3.5份、S(硫磺)0.5份。保持双辊温度60℃，混炼5分钟，使橡胶助剂及压电陶瓷粉末在橡胶中混合均匀，薄通5次后下片。

C.硫化：将上述胶片停放24小时后，将平板硫化机预热至160～170℃，将混炼胶片放入平板硫化机的磨具中，加压至15～20MPa，保温保压20分钟，从平板硫化机中取出硫化好的压电复合材料，随后放置于温度23℃、湿度50％的环境中。单位为重量份。

经过上述步骤，得到所述的用于轨道交通减振的橡胶基压电阻尼复合材料。

对比例2

以实施例6为基础，所不同的是，对比例2不使用压电陶瓷材料及导电相，仅使用质量比为1.5:1的顺丁橡胶和天然橡胶作为基料，经过塑炼、混炼、硫化、取模等常规的橡胶加工工艺后，制得减振件3。

对比例3

以实施例6为基础，所不同的是，对比例3中对压电陶瓷PZT粉末不进行表面处理，即不进行步骤S2，仅进行步骤S1、步骤S3-S6后，制得减振件3。

以下分别对实施例3-6、对比例2、对比例3制得的减振件3，以及对比例1制得的复合材料进行阻尼性能、耐老化性能的检测，具体如表1所示。

表1实施例3-6、对比例1-3的阻尼性能、耐老化性能

其中，阻尼性能的检测按照国家标准GB/T 13937-1992《分级用硫化橡胶动态性能的测定强迫正弦剪切应变法》进行检测；

耐老化性能的检测在70℃、168h的检测条件下，按照国家标准GB/T 3512-2014《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》进行，同时在耐老化性能检测过程中，各项指标数据的获取过程按照国家标准GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》、GB/T 531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法(邵尔硬度)》进行。

从表1中可以看出，本申请利用氨丙基三甲氧基硅烷对压电陶瓷PZT粉末进行表面处理，增强了压电陶瓷PZT粉末与弹性相的相容性，一方面改善了压电陶瓷PZT粉末在弹性相中的分散性能，避免了压电陶瓷PZT粉末发生团聚所导致的压电效应过于集中的问题，使得压电陶瓷PZT粉末在弹性相中分散得更均匀，同时产生的压电效应也能均匀分布，有利于提高减振件3的阻尼性能；另一方面作为改性剂的氨丙基三甲氧基硅烷，还能提供一定的硫化促进作用，不仅增强了橡胶的交联程度，提高了压电陶瓷PZT粉末与橡胶基材的结合力，有利于提高减振件3的耐老化性。即根据表1中的数据所示，无论在阻尼性能上，还是在耐老化性能上，本申请是制造的减振件3均要明显优于对比例1-3任一项所制造的产品，且其数据具有统计学意义(p＜0.01)。

同时，由于本发明制得的减振件3不仅具有压电效应，而且同时具有动力协调吸振作用以及阻尼减振作用，这三种减振效果叠加在一起，极大地提高了减振件3的阻尼性能；即根据表1中的数据所示，在阻尼性能上，无论是实施例3-6，还是对比例3，均明显优于对比例1、对比例2，且其数据具有统计学意义(p＜0.05)。

此外，对于减振件3的生产过程的步骤S2中有机溶剂的使用情况，通过以下实施例进行具体描述：

实施例7-10、对比例4-8的实施方式与实施例6大致相同，所不同的是在步骤S2中使用的有机溶剂不同，具体检测情况如表2所示。

表2

其中，耐老化性能的检测在70℃、168h的检测条件下，按照国家标准GB/T 3512-2014《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》进行，同时在耐老化性能检测过程中，各项指标数据的获取过程按照国家标准GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》、GB/T 531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法(邵尔硬度)》进行。

对于减振件3的生产过程，本发明在步骤S2中使用的有机溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的至少一种，相比与其他常规有机溶剂，本发明在步骤S2所使用的有机溶剂由于具有较强的极性，一方面有利于对压电陶瓷PZT粉末进行分散，使得压电陶瓷PZT粉末在有机溶剂中分布的更为均匀，有利于对压电陶瓷PZT粉末进行较为均匀的改性处理；另一方面本发明所使用的极性有机溶剂能在压电陶瓷PZT粉末表层形成溶剂化的电子，增强氨丙基三甲氧基硅烷与压电陶瓷PZT粉末之间的结合作用，进一步提高了压电陶瓷PZT粉末的分散性能，有利于增强减振件3的耐老化性能。

因此通过表2中的数据可以看出本发明在步骤S2中将二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的至少一种作为有机溶剂来使用，相较于其他有机溶剂而言，最终制得的减振件3均具有更好的耐老化性能，且其数据具有统计学意义(p＜0.01)。

另外，在暂时不明确具体机理的情况下，本申请的研究人员通过大量的实验过程意外地发现，在二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺组合使用时，尤其是将二甲基甲酰胺与二甲基乙酰胺按照体积比2:1进行混合使用时，相较于使用任意单一溶剂，最终所制得的减振件3具有较好的耐老化性能，且其数据具有统计学意义(p＜0.05)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种钢轨动力阻尼复合吸振器，所述复合吸振器(12)与钢轨(10)连接，其特征在于，所述复合吸振器(12)设置在任意相邻的两个轨枕(11)之间，所述复合吸振器(12)包括减振件(3)和固定装置，所述减振件(3)设置在固定装置中，且所述减振件(3)与固定装置之间形成容纳空间(9)，所述钢轨(10)的轨底(2)以及至少部分轨腰(1)被设置在容纳空间(9)中；所述减振件(3)包括动力吸振器和颗粒阻尼器。

2.根据权利要求1所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器，其特征在于，所述减振件(3)与钢轨(10)的至少部分轨底(2)以及至少部分轨腰(1)贴合。

3.根据权利要求1所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器，其特征在于，所述固定装置包括底板(4)、保护件(5)，所述减振件(3)的下表面与底板(4)连接；所述保护件(5)与减振件(3)连接，所述保护件(5)至少与减振件(3)的上表面贴合。

4.根据权利要求3所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器，其特征在于，所述底板(4)与减振件(3)通过螺栓连接，所述保护件(5)与减振件(3)通过螺栓连接。

5.根据权利要求4所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器，其特征在于，所述减振件(3)上设置预留通孔(35)，所述底板(4)上设置第一孔(41)，所述保护件(5)上设置第二孔(51)，所述第一孔(41)、预留通孔(35)、第二孔(51)配合。

6.根据权利要求3所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器，其特征在于，所述保护件(5)至少包括第一板体(52)，所述第一板体(52)与减振件(3)的上表面贴合，所述第一板体(52)上设置第二孔(51)。

7.根据权利要求3所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器，其特征在于，所述底板(4)上设置凹槽(8)，所述保护件(5)与凹槽(8)插接。

8.根据权利要求1所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器，其特征在于，所述减振件(3)包括谐振棒(31)、阻尼盒(32)、基体(34)，所述谐振棒(31)、阻尼盒(32)被镶嵌在基体(34)内部。

9.根据权利要求8所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器，其特征在于，所述谐振棒(31)为动力吸振器，所述谐振棒(31)设置在基体(34)靠近钢轨(10)的一端。

10.根据权利要求8所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器，其特征在于，所述阻尼盒(32)为颗粒阻尼器，所述阻尼盒(32)设置在基体(34)远离钢轨(10)的一端。

11.根据权利要求8所述的一种钢轨动力阻尼复合吸振器，其特征在于，所述基体(34)包括弹性相、经过表面处理的压电陶瓷PZT粉末、导电相。

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