CN112575628A - 一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统，主要包括锚固螺栓(2)、U型预压导套(5)、第一层垫板(6)、中间弹性板(7)、第二层垫板(8)、耦合板(9)，所述的第一层垫板(6)设置在轨下垫板(10)和中间弹性板(7)之间，且板上设置U型凸台(601)，所述的第二层垫板(8)设置在中间弹性板(7)和耦合板(9)之间，且板上设置U型凸台(801)，所述的U型凸台(601)与U型凸台(801)之间设置U型预压导套(5)。与现有技术相比，本发明中设置U型预压导套(5)控制第一层垫板(6)和第二层垫板(8)的横向位移，从而使得减振扣件可设置较低垂向刚度，系统减振效果好，降低了轨道交通振动噪声污染。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统。
背景技术
目前，在城市轨道交通快速发展，给人们提供了快捷、安全的出行方式的同时，其产生的噪声和振动问题也严重影响了周边居民的生活质量，危及线路周边建筑安全。在轨道上采用减振扣减是减缓周边环境和噪声的最简单的有效措施之一。而现有技术中各种减振扣件的垂向及横向刚度无法兼顾控制，导致减振效果都不理想。
常用的双层减振扣件是依靠两层弹性垫板来缓冲轮轨耦合的振动，实现轨道系统减振效果，尽管双层减振扣件弹性垫设置了低垂向刚度，但是和弹性垫板配合的铁垫板无法实现高的横向刚度，不仅导致轮轨接触时钢头出现大的横向扭转量，钢轨表面衍生出波浪型磨耗，同时扣件的减振效果也不佳。
中国专利ZL201921887900.7公开了一种轨道减振扣件，包括上垫板、下垫板、中间弹性垫板和轨下弹性垫板，所述中间弹性垫板设置于上垫板和下垫板之间，所述轨下弹性垫板设置于上垫板上；所述下垫板上设有凸台，所述上垫板套设在所述凸台外；所述上垫板上设有纵向的第一横向限位面，所述下垫板上设有向上延伸的横向挡肩，所述横向挡肩的上端设有朝向所述第一横向限位面延伸的纵向挡肩；能够实现轨道减振扣件较高的横向刚度和较低的垂向刚度的统一，尽管上垫板的两端部受到下垫板纵向卡槽限位，但所用限位材料为非金属材质，为柔性限位，加之上垫板和下垫板凸台接触面积仅为垫板的厚度，导致在曲线段钢轨横向扭转时扣件横向变形很大，轮轨之间横向黏着力及蠕滑进一步增大，将产生钢轨波磨，如果减振扣件设置低的垂向刚度时，无法兼顾其横向刚度时，扣件的减振及安全可靠效果将大打折扣，同时由于此扣件上垫板和下垫板之间连接通过中间尼龙材质结构的预压旋转卡位，如果中间弹性板老化失效，导致现场无法拆除，线路的运维效率将低。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种垂向刚度低、高抗扭横向刚性的抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统，其特征在于，包括锚固螺栓、防松垫片、轨距调整齿块、U型预压导套、第一层垫板、中间弹性板、第二层垫板、耦合板、轨下垫板及弹条，所述的第一层垫板设置在轨下垫板和中间弹性板之间，且板上设置第一U型凸台；所述的第二层垫板设置在中间弹性板和耦合板之间，且板上设置第二U型凸台，所述的第一U型凸台与第二U型凸台之间设置U型预压导套，所述的耦合板放置于道床轨枕上，通过设置在第一层垫板上的弹条使得减振扣件系统与钢轨连接。
所述的第二层垫板上设置的第二U型凸台上设有U型凸台齿条，所述的轨距调整齿块底部设有与U型凸台齿条啮合的上齿条，限制第二层垫板的垂向及横向位移，通过调整两者的啮合位置大幅度调整轨距，同时也可以通过设置不同规格轨距块的厚度微调轨距。
所述的U型预压导套套设置于第一U型凸台与第二U型凸台之间。
所述的U型预压导套设置有套缘，套缘与第一U型凸台上表面配合，所述的U型预压导套总高度等于第一U型凸台(601)高度、第一层垫板(6)厚度及扣件安装到位后中间弹性板(7)的厚度等三者高度之和。
所述的锚固螺栓和U型预压导套分别限制了第一层垫板及第二层垫板的垂向及横向位移，使得中间弹性板的厚度(弹性材料厚度高，弹性好，但刚度越大)设置很高来满足轨道系统的减振量。
所述的第一U型凸台内壁与与U型预压导套外壁为间隙配合，第二U型预压导套内壁与U型凸台外壁为间隙配合，三者在横向相互间隙配合限制第一层垫板的横向位移和扭转，提高扣件系统的横向抗扭及剪切刚度。
所述的锚固螺栓顺次压缩套轨距调整齿块及U型预压导套，所述的U型预压导套的套缘上表面设置齿条，与轨距调整齿块的上齿条啮合。
所述的第一层垫板之间上设置弹条座，弹条一端插入弹条座内，另一端压合在钢轨上，使得减振扣件系统与钢轨连接。
弹条的形状为e型、w型或SFC开关型。
所述的锚固螺栓的位置为错位式布置，或者直列式布置，数量为2-4根。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.垫板双凸台及预压套管设置加强了扣件的整体横向刚度：常规减振扣件设计中为了加大扣件的减振效果，把垂向刚度设置很低(6～20kN/mm)，对横向刚度未做很好的考虑，造成钢轨的扭转刚度低，钢轨的波磨发展严重。而本发明的减振扣件中第二层垫板通过锚固螺栓和其凸台的配合直接限制垂向和横向位移，而第一层垫板凸台与预压套管配合使得第一层垫板在钢轨作用下的扭转角变小，抗扭转刚度加大(k＝M/θ)，因此在控制好横向刚度后，可以在垂向刚度(非金属材料具有厚度越高，刚度越低的特性)上进行高等减振设计，通过设置加厚的中间弹性垫实现高等减振效果，本发明的中间弹性垫高度范围12～47mm(现有双非扣件总高度为56mm，中间弹性垫厚度为12mm)，不仅提高了扣件的减振效果，同时可增强钢轨在曲线段的横向抗扭转性能，降低了钢轨的波磨。
2.具有高抗扭高剪切横向刚度：第二层垫板通过锚固螺栓与凸台配合完全固定，扣件系统的横向力通过U型预压导套传递到第二层垫板凸台，最后传递到锚固螺栓，使得在同样轮轨横向力作用下的锚固螺栓接触面积加大，减小了锚固螺栓的横向剪切应力，提高了减振扣件的寿命。
附图说明
图1为本发明实施案例1的整体视图；
图2为本发明实施案例1的爆炸图；
图3为本发明实施案例1的第一层垫板结构示意图；
图4为本发明实施案例1的中间弹性垫结构示意图；
图5为本发明实施案例1的第二层垫板结构示意图；
图6为本发明实施案例1的耦合板结构示意图；
图7为本发明实施案例1的轨距调整齿块结构示意图；
图8为本发明实施案例1的轨距调整齿块反面结构示意图；
图9为本发明实施案例1的U型预压导套结构示意图；
图10为本发明实施案例2的结构示意图；
图11为本发明实施案例3的结构示意图；
图12为本发明实施案例4的结构示意图。
图中标号：钢轨1、锚固螺栓2、防松垫片3、轨距调整齿块4、上齿条401、U型预压导套5、套缘501、台阶下柱502、第一层垫板6、第一U型凸台601、U型凸台上表面602、中间弹性垫7、第二层垫板8、第二U型凸台801、U型凸台齿条802、耦合板9、U型孔槽901、轨下垫板10、轨距块11、弹条12。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1，一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统，包括钢轨1、锚固螺栓2、防松垫片3、轨距调整齿块4、U型预压导套5、第一层垫板6、中间弹性板7、第二层垫板8、耦合板9、轨下垫板10、轨距块11及弹条12。所述的减振扣件垂向装配从下往上依次耦合板9、第二层垫板8、中间弹性板7、第一层垫板6、U型预压导套5、轨距调整齿块4、穿过防松垫片3，此时放入锚固螺栓2拧紧入道床轨枕。放置轨下垫板10于第一层铁垫板6上，放钢轨1置于轨下垫板10上，并卡入轨距块11，用专用工具推送弹条12一端于第一层垫板6的弹条座中，弹条12的另一端压于轨距块11上，保证钢轨1与扣件系统完整配合。
其中，第一层垫板6结构如图3所述，第一层垫板6上设有两个弹条座和两个第一U型凸台601；中间弹性板7结构如图4所示，板上设有多个弹性凸起台，和装配用孔；第二层垫板8结构如图5所示，包括第二U型凸台801，第二U型凸台801上设有U型凸台齿条802；耦合板9结构如图6所述，其上设有装配用U型孔槽901；轨距调整齿块4结构如图7-8所述，中心设有供锚固螺栓2穿过的中心孔，底部设有上齿条401，上齿条401中心设有一条凸起的水平筋；U型预压导套5结构如图9所示，包括套阶下柱502和其上设置的U型套缘501，套缘501与第一U型凸台上表面602配合。
装配时，如图2结合图1所示，所述的U型预压导套5套在第二层垫板8的第二U型凸台801上，位于第二U型凸台801与第一U型凸台601之间。所述的第一U型凸台601内壁与与U型预压导套5外壁为间隙配合，U型预压导套5内壁与第二U型凸台801外壁为间隙配合，三者在横向相互配合的微小间隙来限制第一层垫板6的横向位移和扭转角，提高扣件横向抗扭性能。U型预压导套5的总高度小于或等于第二U型凸台801高度，且U型预压导套5的台阶下柱502高度小于第一垫板6与中间弹性板7高度之和。上齿条401与第二U型凸台齿条802以及套缘501均进行啮合，其中U型凸台齿条802位于内圈，套缘501位于外圈，其中第二U型凸台齿条802以及套缘501中心设有与上齿条401中心水平筋匹配的凹槽。
所述的锚固螺栓2的位置为错位式布置，数量为2根。
如图2，根据线路的减振要求，扣件系统的减振量是可调节设置的。减振扣件的垂向刚度设计是通过中间弹性垫板7及轨下垫板10的刚度(厚度)来实现刚度设置，中间弹性板7和轨下垫板10为非金属材料，刚度和厚度成反比，且两者装配关系为串联，振动角度认为扣件系统为串联关系，即系统刚度k＝(k1k2)/(k1+k2)，其中k1为轨下垫刚度，k2为中间弹性垫刚度，系统是越串扣件系统刚度越小。当设置好中间弹性垫板7及轨下垫板10的刚度后，通过设置第一U型凸台601、第二U型凸台801及U型预压导套5等三者的高度来调整中间弹性垫板7预压缩量来实现垂向的隔振及减振效果，高度数值设计上U型预压导套5总高度等于第一U型凸台601高度、第一层垫板6厚度及扣件安装到位后中间弹性板7的厚度等三者高度之和。
当进行减振扣件的横向刚度控制时，由螺栓U型孔中间横向依次有锚固螺栓2、第二U型凸台801、U型预压导套5及第一U型凸台601等之间的相互配合，由于第二层垫板8被锚固螺栓2配合轨距调整齿块4固定了垂向和横向，当轮轨耦合通过曲线段是产生及传递来的横向力及横向剪切位移通过第一层垫板6传至U型预压导套5，由于第一层垫板6的凸台和U型预压导套5之间为微小间隙配合，第一U型凸台601使得两者之间的接触面积加大，扭转角减小，抵抗了钢轨的发生横向扭转及翻转。
如图3-9，现场线路安装存在轨距调整，此发明的减振扣件根据现场需求可进行一定轨距的调整，通过轨距调整齿块4上的齿条401与U型凸台齿条802及套缘501的啮合位置可调整轨距，同时也可以配合设置不同规格轨距块11的厚度微调轨距。
本实施例减振扣减系统，通过设置U型预压导套5套设置于第二U型凸台801与第一U型凸台601之间，且导套5与第二U型凸台801及第一U型凸台601接触面厚度为常规减振扣件厚度2～3倍(常见减振扣件第一层垫板厚度18mm)，钢轨的横向扭转角及偏转刚度将提高2～3倍，扣件的横向载荷由原来只能承受横向载荷4-20kN，增加到可承受横向载荷12-60kN)。
实施例2
实施例2基本与实施例1结构及要求相同基本相同，不同之处在于，如图10所示，锚固螺栓2的位置由错位式改为直列式。特别适应于新建线路及改造线路钉孔位置要求。
实施例3
实施例3基本与实施例1、2结构及要求相同基本相同，不同之处在于，如图11所示，第一层垫板6的弹条座由e型改为SFC型，且配合的弹条12的类型也做对应的SFC型，同时绝缘轨距块11需要进行调整和设计。SFC型减振扣件系统的安装及调高方式需要根据弹条弹程及扣压力进行适当调整。
实施例4
实施例4基本与实施例1、2结构及要求相同基本相同，不同之处在于，如图12所示，第一层垫板6的弹条座由e型改为w型，且配合的弹条12的类型也做对应w型。w型减振扣件系统的安装及调高方式需要根据弹条弹程及扣压力进行适当调整。
上实施例仅用于说明本发明技术方案，并非是对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做的改变、替代、修饰、简化均为等效的变换，都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。
Claims (10)
1.一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统，其特征在于，包括锚固螺栓(2)、防松垫片(3)、轨距调整齿块(4)、U型预压导套(5)、第一层垫板(6)、中间弹性板(7)、第二层垫板(8)、耦合板(9)、轨下垫板(10)及弹条(12)；所述的第一层垫板(6)设置在轨下垫板(10)和中间弹性板(7)之间，且板上设置第一U型凸台(601)；所述的第二层垫板(8)设置在中间弹性板(7)和耦合板(9)之间，且板上设置第二U型凸台(801)，所述的第一U型凸台(601)与第二U型凸台(801)之间设置U型预压导套(5)，所述的耦合板(9)放置于道床轨枕上，通过设置在第一层垫板(6)上的弹条(12)使得减振扣件系统与钢轨(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统，其特征在于，所述的第二层垫板(8)上设置的第二U型凸台(801)上设有U型凸台齿条(802)，所述的轨距调整齿块(4)底部设有与U型凸台齿条(802)啮合的上齿条(401)，限制第二层垫板(8)的垂向及横向位移，通过调整两者的啮合位置大幅度调整轨距，或者通过设置不同规格轨距块(11)的厚度微调轨距。
3.根据权利要求2所述的一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统，其特征在于，所述的U型预压导套(5)套设置于第二U型凸台(801)与第一U型凸台(601)之间。
4.根据权利要求3所述的一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统，其特征在于，所述的U型预压导套(5)设置有套缘(501)，套缘(501)与第一U型凸台上表面(602)配合，所述的U型预压导套(5)总高度等于第一U型凸台(601)高度、第一层垫板(6)厚度及扣件安装到位后中间弹性板(7)的厚度三者高度之和。
5.根据权利要求1所述的一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统，其特征在于，所述的锚固螺栓(2)和U型预压导套(5)分别限制了第一层垫板(6)及第二层垫板(8)的垂向及横向位移，通过调整中间弹性板(7)的厚度设置来满足轨道系统的减振量。
6.根据权利要求3所述的一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统，其特征在于，所述的第一U型凸台(601)内壁与与U型预压导套(5)外壁为间隙配合，U型预压导套(5)内壁与第二U型凸台(801)外壁为间隙配合，三者在横向相互间隙配合限制第一层垫板(6)的横向位移和扭转，提高扣件系统的横向抗扭及剪切刚度。
7.根据权利要求1所述的一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统，其特征在于，所述的锚固螺栓(2)顺次压缩套轨距调整齿块(4)及U型预压导套(5)，所述的U型预压导套(5)的套缘(501)上表面设置齿条，与轨距调整齿块(4)的上齿条(401)啮合。
8.根据权利要求1所述的一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统，其特征在于，所述的第一层垫板之间(6)上设置弹条座，弹条(12)一端插入弹条座内，另一端压合在钢轨(1)上，使得减振扣件系统与钢轨(1)连接。
9.根据权利要求1或8所述的一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统，其特征在于，所述的弹条(12)的形状为e型、w型或SFC开关型。
10.根据权利要求1所述的一种抗钢轨横向扭转低垂向刚度的减振扣件系统，其特征在于，所述的锚固螺栓(2)的位置为错位式布置，或者直列式布置，数量为2-4根。
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