CN112681031A

CN112681031A - 一种新型钢轨复合耗能减振降噪装置

Info

Publication number: CN112681031A
Application number: CN202011534493.9A
Authority: CN
Inventors: 黄永虎; 吕梦圆; 张红丽; 罗文俊; 耿大新
Original assignee: East China Jiaotong University
Current assignee: East China Jiaotong University
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2021-04-20

Abstract

本发明公开一种新型钢轨复合耗能减振降噪装置，涉及钢轨降噪设备技术领域，包括设置在钢轨两侧的若干共振腔，两侧的若干共振腔均自上而下排列，每个共振腔的外侧均设置有一阻尼腔，共振腔与阻尼腔通过弹性薄膜隔开，每个阻尼腔中设置有磁极相对的两永磁体及其位于两永磁体之间的金属件，金属件的一端与弹性薄膜连接，另一端通过弹性件固定在阻尼腔的侧壁上；本发明通过设置阻尼腔，当共振腔中的弹性薄膜振动时，与弹性薄膜连接的金属件与弹性薄膜同步振动，导致穿过金属件的磁通量发生变化，进而由于电磁感应对金属件产生磁场力，不断消耗弹性薄膜的振动能量，最终能够达到良好的吸声降噪效果。

Description

一种新型钢轨复合耗能减振降噪装置

技术领域

本发明涉及钢轨降噪设备技术领域，特别是涉及一种新型钢轨复合耗能减振降噪装置。

背景技术

随着国民经济水平不断提高，高速铁路也随之快速发展。为了节省乘客旅途的时间成本，对列车进行多次提速后，产生的巨大噪声加重了对周围的环境干扰程度。为了降低列车行驶途中的产生的轮轨噪声污染，需要对钢轨的振动进行有效控制，来降低对沿线环境的影响。

现有的钢轨减振措施多是在钢轨下侧铺上橡胶垫或者是在钢轨腹板上粘贴约束阻尼层，结构和减振手段单一，而且橡胶的厚度和刚度以及约束阻尼层的粘结性会限制钢轨的减振效果。申请号为“201910455120.3”，名称为“一种复合耗能减振降噪装置”的发明专利公开了一种利用亥姆霍兹共振腔与具有重物块的薄膜型声学超材料结构共同实现吸声降噪的装置，但是其形成的薄膜型声学超材料结构的主要作用机理依然是共振吸声，而不能对声能做进一步地消耗，为了提升钢轨在大振动以及宽频范围内的减振降噪效果，有必要在原有的措施上进行改进，研发新的减振降噪装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型钢轨复合耗能减振降噪装置，以解决现有技术存在的问题，利用阻尼组件阻碍弹性薄膜的振动，不断消耗弹性薄膜的振动能量，能够达到良好的吸声降噪效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种新型钢轨复合耗能减振降噪装置，包括设置在钢轨两侧的若干共振腔，两侧的若干所述共振腔均自上而下排列，每个所述共振腔的外侧均设置有一阻尼腔，所述共振腔与所述阻尼腔通过弹性薄膜隔开，每个所述阻尼腔中设置有磁极相对的两永磁体及其位于两永磁体之间的金属件，所述金属件的一端与所述弹性薄膜连接，另一端通过弹性件固定在所述阻尼腔的侧壁上；所述金属件往复移动时，穿过所述金属件的磁通量发生变化。

优选的，包括设置在钢轨两侧的U形槽，所述U形槽的槽口正对钢轨，所述槽口处设置有一薄板，所述薄板与所述U形槽的底板之间设置所述弹性薄膜；所述薄板与所述弹性薄膜之间的区域通过内隔板分隔成若干所述共振腔，且所述薄板上自上而下设置有若干通孔，所述通孔与所述共振腔一一对应；所述弹性薄膜与所述U形槽的底板之间的区域通过外隔板分隔成若干所述阻尼腔。

优选的，所述永磁体固定在所述内隔板以及所述U形槽的壁面上。

优选的，所述金属件水平位于所述阻尼腔的中部，距离所述永磁体2mm～5mm。

优选的，所述薄板与铁轨之间具有夹气层，所述夹气层中为空气或者阻燃气体。

优选的，所述U形槽的顶部与底部分别通过连接物与钢轨的顶部、底部连接固定。

优选的，所述连接物为橡胶、环氧树脂或者硅胶。

优选的，所述金属件为金属框或者金属管；所述弹性件为弹簧或者橡胶垫。

优选的，所述金属件与所述弹性薄膜之间通过橡胶块进行连接。

优选的，所述弹性薄膜的材质为硅橡胶或者聚酰亚胺。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明通过设置阻尼腔，当共振腔中的弹性薄膜振动时，与弹性薄膜连接的金属件与弹性薄膜同步振动，并在振动的过程中切割两永磁体所产生的磁场，导致穿过金属件的磁通量发生变化，进而由于电磁感应对金属件产生磁场力，并阻碍弹性薄膜的振动，不断消耗弹性薄膜的振动能量，最终能够达到良好的吸声降噪效果；

2、本发明中设置金属件、永磁体、弹簧形成的阻尼组件结构简单，即便是加工成小体积零件也比较方便，成本较低，避免了使用常规液压阻尼器需要考虑的密封问题以及制造并使用小体积液压阻尼器成本高的问题；

3、本发明中的弹性件一方面可以允许金属件往复振动，避免金属件与阻尼腔的壁面产生任何刚性的接触，保证本装置的稳定性与可行性，另一方面，可以保证金属件振动时大致方向是水平的，避免由于金属件末端悬空导致其上下摆动的情况出现，进而保证阻尼效率；

4、本发明中共振腔由薄板、内隔板、弹性薄膜多种材料结构组成，若干共振腔可设置成不同的结构参数，使其具备多个自振频率，能够拓宽可吸收声波的频率范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

其中，1、钢轨；2、薄板；201、通孔；3、内隔板；4、弹性薄膜；5、橡胶块；6、外隔板；7、金属件；8、永磁体；9、弹性件；10、U形槽；11、连接物。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明的目的是提供一种新型钢轨复合耗能减振降噪装置，以解决现有技术存在的问题，利用阻尼组件不断消耗弹性薄膜的振动能量，能够达到良好的吸声降噪效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例提供一种新型钢轨复合耗能减振降噪装置，包括设置在钢轨1两侧的若干共振腔，两侧的若干共振腔均自上而下排列，每个共振腔的外侧均设置有一阻尼腔，共振腔与阻尼腔通过弹性薄膜4隔开，每个阻尼腔中设置有磁极相对的两永磁体8及其位于两永磁体8之间的金属件7，金属件7的一端与弹性薄膜4连接，另一端通过弹性件9固定在阻尼腔的侧壁上；金属件7往复移动时，穿过金属件7的磁通量发生变化。

列车在行进过程中，列车荷载引起的振动通过车轮传递到钢轨1中，钢轨1的振动通过空气传递到共振腔结构时，发生共振吸声，衰减了传递过程中的部分振动能量，由于共振引起的弹性薄膜4振动时，与弹性薄膜4连接的金属件7与弹性薄膜4同步振动，并在振动的过程中切割两永磁体8所产生的磁场，导致穿过金属件7的磁通量发生变化，进而由于电磁感应对金属件7产生磁场力，将阻碍弹性薄膜4的振动，不断消耗弹性薄膜4的振动能量，最终能够达到良好的吸声降噪效果；并且本实施例中设置金属件7、永磁体8、弹性件9形成的阻尼组件结构简单，即便是加工成小体积零件也比较方便，成本较低，避免了使用常规液压阻尼器需要考虑的密封问题以及制造并使用小体积液压阻尼器成本高的问题。

本实施例中的弹性件9一方面可以允许金属件7往复振动，避免金属件7与阻尼腔的壁面产生任何刚性的接触，保证本装置的稳定性与可行性，另一方面，可以保证金属件7振动时的方向大致是水平的，避免由于金属件7末端悬空导致其上下摆动的情况出现，进而保证阻尼效率；优选的，弹性件9可以为弹簧或者橡胶垫。

具体的，金属件7与弹性薄膜4之间通过橡胶块5进行连接，金属件7可以为金属框或者金属管；当金属件7为金属框时，通过金属框的磁通量产生变化，根据楞次定律可知，当磁通量逐渐增加或减少时，磁场对金属框的力始终会阻碍磁通量的变化趋势，即无论金属框向左还是向右运动，其受到的磁场力始终与其运动方向相反，都会对弹性薄膜4起到阻尼作用，逐渐消耗弹性薄膜4的振动能量，起到降噪的目的；当金属件7为铜管7时，金属管在运动过程中会切割永磁体8所产生的磁场，进而产生涡流阻尼抑制弹性薄膜4传递的振动。

为了保证金属框或者金属管在振动时内部的磁通量发生变化，稳定时，金属框或者金属管部分位于相对的两永磁体8的磁极外侧。

为了便于形成共振腔与阻尼腔，本实施例中包括设置在钢轨1两侧的U形槽10，U形槽10的槽口正对钢轨1，槽口处设置有一薄板2，薄板2与U形槽10的底板之间设置弹性薄膜4；薄板2与弹性薄膜4之间的区域通过内隔板3分隔成若干共振腔，且薄板2上自上而下设置有若干通孔201，通孔201与共振腔一一对应，且通孔201位于共振腔壁面的中部；弹性薄膜4与U形槽10的底板之间的区域通过外隔板6分隔成若干阻尼腔，并且对应的共振腔与阻尼腔中的内隔板3与外隔板6的设置高度相同。具体的，薄板2与内隔板3的材料为复合材料金属板或者木塑制板，外隔板6和U形槽10的材料为非磁性金属板。

需要说明的是，本实施例中的共振腔实际上为亥姆霍兹共振腔，声波由通孔201进入共振腔中，当声波的频率与共振腔的自振频率一致时发生共振，声波激发共振吸声结构产生振动，并使振幅达到最大，由于声波能量被完全限制在共振腔的腔体内产生局域共振，引发声波与腔壁摩擦和弹性薄膜4的振动，从而消耗声能，达到吸声的目的，然后振动通过弹性薄膜4传递到阻尼腔进一步耗散能量；由于本实施例中共振腔由薄板2、内隔板3、弹性薄膜4多种材料结构组成，各结构可设置成不同的结构参数，使若干共振腔其具备不同的自振频率，能够拓宽可吸收声波的频率范围。

图1中，各个共振腔或者阻尼腔的体积均是相同的，本领域技术人员应当理解，也可以将共振腔的体积设置为不同，从而使每个共振腔的自振频率各不相同以扩大吸声的频率范围，但是此种结构可能会降低对某一频率范围内噪声的吸声效果，因此，本领域技术人员可以根据实际情况来改变共振腔的大小以达到最佳的降噪效果。

由于声波传递需要介质，本实施例中在钢轨1与弹性薄膜4之间具有夹气层，夹气层中含有空气或者阻燃气体。

进一步的，U形槽10的顶部与底部分别通过连接物11与钢轨1的顶部、底部连接固定，连接物11为橡胶、环氧树脂或者硅胶，以进一步降低钢轨1本身的振动；弹性薄膜4的材质为硅橡胶或者聚酰亚胺。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims

1.一种新型钢轨复合耗能减振降噪装置，其特征在于，包括设置在钢轨两侧的若干共振腔，两侧的若干所述共振腔均自上而下排列，每个所述共振腔的外侧均设置有一阻尼腔，所述共振腔与所述阻尼腔通过弹性薄膜隔开，每个所述阻尼腔中设置有磁极相对的两永磁体及其位于两永磁体之间的金属件，所述金属件的一端与所述弹性薄膜连接，另一端通过弹性件固定在所述阻尼腔的侧壁上；所述金属件往复移动时，穿过所述金属件的磁通量发生变化。

2.根据权利要求1所述的新型钢轨复合耗能减振降噪装置，其特征在于，包括设置在钢轨两侧的U形槽，所述U形槽的槽口正对钢轨，所述槽口处设置有一薄板，所述薄板与所述U形槽的底板之间设置所述弹性薄膜；所述薄板与所述弹性薄膜之间的区域通过内隔板分隔成若干所述共振腔，且所述薄板上自上而下设置有若干通孔，所述通孔与所述共振腔一一对应；所述弹性薄膜与所述U形槽的底板之间的区域通过外隔板分隔成若干所述阻尼腔。

3.根据权利要求2所述的新型钢轨复合耗能减振降噪装置，其特征在于，所述永磁体固定在所述内隔板以及所述U形槽的壁面上。

4.根据权利要求2所述的新型钢轨复合耗能减振降噪装置，其特征在于，所述金属件水平位于所述阻尼腔的中部，距离所述永磁体2mm～5mm。

5.根据权利要求2所述的新型钢轨复合耗能减振降噪装置，其特征在于，所述薄板与铁轨之间具有夹气层，所述夹气层中为空气或者阻燃气体。

6.根据权利要求2所述的新型钢轨复合耗能减振降噪装置，其特征在于，所述U形槽的顶部与底部分别通过连接物与钢轨的顶部、底部连接固定。

7.根据权利要求6所述的新型钢轨复合耗能减振降噪装置，其特征在于，所述连接物为橡胶、环氧树脂或者硅胶。

8.根据权利要求1所述的新型钢轨复合耗能减振降噪装置，其特征在于，所述金属件为金属框或者金属管；所述弹性件为弹簧或者橡胶垫。

9.根据权利要求8所述的新型钢轨复合耗能减振降噪装置，其特征在于，所述金属件与所述弹性薄膜之间通过橡胶块进行连接。

10.根据权利要求1所述的新型钢轨复合耗能减振降噪装置，其特征在于，所述弹性薄膜的材质为硅橡胶或者聚酰亚胺。