CN113201980A - 城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件，所述扣件包括弹条、T型螺栓、偏心定位器、锚固螺栓和铁垫板；铁垫板位于钢轨下方，弹条位于钢轨两侧，前后错开扣压钢轨并通过T型螺栓将弹条向下固定；偏心定位器位于钢轨两侧，横向与弹条对应，通过锚固螺栓向下固定。本发明的扣件结构，相对普通分开式扣件最大可提升减振效果10dB及以上，使轨道的施工安装方便快捷，使轨道运营期扣件可方便维修、零件可更换，且使高等减振地段轨道造价显著降低。

Description

城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件

技术领域

本发明涉及城市轨道交通扣件技术领域，具体涉及一种城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件。

背景技术

城市轨道交通的快速发展给人们出行带来极大方便，但同时轮轨振动也会给周边建筑带来振动和噪声污染问题。

目前普遍采用的减振措施有：1.中等减振地段：采用中等减振扣件，可减振6dB左右；2.中高等减振地段：可采用先锋减振扣件及浮轨扣件，可减振8dB；或采用道床板下减振胶垫，可减振10dB左右；轻型钢弹簧浮置板，可减振10dB以上。

中等减振扣件中，具有代表性的扣件有双层铁垫板压缩性扣件，分上锁式和下锁式结构，出厂时需进行预组装，扣件零部件多，结构复杂，组装拆卸及维护较困难，扣件稳定性较差，造价高。

中高等减振措施中，先锋扣件及浮轨扣件属于剪切型悬轨固定扣件，该类型将弹性体设置于钢轨两侧，扣件从钢轨两侧夹紧托举，虽具有较高的减振效果，但结构复杂，零部件多，组装拆卸困难，维修困难、造价高，且由于扣件对钢轨反向阻尼及限位不足引起钢轨波磨现象。

板下减振胶垫浮置板一旦铺设，后期则很难维修更换；而轻型钢弹簧浮置板则施工工艺复杂，施工困难，工期长，造价很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件，克服现有普通分开式扣件的技术缺陷，弥补城市轨道减振领域的不足和提升减振扣件的技术水平。

本发明所采用的技术方案为：

城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件，其特征在于：

所述扣件包括弹条、T型螺栓、偏心定位器、锚固螺栓和铁垫板；

铁垫板位于钢轨下方，弹条位于钢轨两侧，前后错开扣压钢轨并通过T型螺栓将弹条向下固定；

偏心定位器位于钢轨两侧，横向与弹条对应，通过锚固螺栓向下固定。

偏心定位器横截面呈方形，中轴设置有上下贯通的螺栓孔，用于穿过锚固螺栓；

偏心定位器上部设置环状盖型凹槽，环状盖型凹槽内设置有反向阻尼弹簧；

锚固螺栓下部环套有预埋套管，锚固螺栓顶部与偏心定位器之间设置有弹簧垫圈。

铁垫板对应偏心定位器的位置设置有方形的固定孔，固定孔上方设置有防水平台，下方设置有孔周凸缘；

固定孔上沿设置有缺口，固定孔内设置有环套在偏心定位器外的侧向缓冲垫圈，侧向缓冲垫圈顶部和底部均设置有环台，顶部环台位于缺口内，底部环台位于孔周凸缘下方。

铁垫板对应弹条的位置设置有弹条安装台座，弹条安装台座具有孔和挡轨墙构造。

弹条为ω型弹条或e型弹条。

钢轨底部与铁垫板之间还设置有轨下胶垫。

弹条内侧扣压在钢轨上，与钢轨之间设置有绝缘轨距块；

绝缘轨距块呈L形，侧面位于钢轨外侧，顶部位于钢轨脚面与弹条之间。

铁垫板下方还设置有低刚度弹性垫板和耦合垫板，低刚度弹性垫板位于耦合垫板上方。

所述低刚度弹性垫板为具有盆柱型弹性单元的垫板，每个盆柱型弹性单元上下反向互连形成空间结构；

垫板对应偏心定位器的位置设置有弹性固定孔，对应弹条的位置外侧以及弹性固定孔外侧设置有稳定块。

所述低刚度弹性垫板为微孔弹性材料的垫板，对应偏心定位器的位置设置有弹性固定孔，对应弹条的位置外侧设置有稳定块，两侧稳定块之间设置有斜向的止振棒。

本发明具有以下优点：

本发明的扣件结构，相对普通分开式扣件提升减振效果10dB及以上，使轨道的施工安装方便快捷，使轨道运营期扣件可维修、零件可更换、且方便维修，且使高等减振地段轨道造价显著降低。

附图说明

图1是本发明剖面结构示意图。

图2是本扣件系统俯视图（ω型弹条）。

图3是本扣件系统俯视图（e型弹条）。

图4是ω型弹条铁垫板立面示意图。

图5是ω型弹条铁垫板平面示意图。

图6是e型弹条铁垫板平面示意图。

图7是偏心定位器立面示意图。

图8是偏心定位器平面示意图。

图9是反向阻尼弹簧剖面示意图。

图10是反向阻尼弹簧平面示意图。

图11是侧向缓冲垫圈剖面示意图。

图12是侧向缓冲垫圈平面示意图。

图13是具有盆柱型弹性单元的低刚度弹性垫板A-A断面图。

图14是具有盆柱型弹性单元的低刚度弹性垫板B-B断面图。

图15是具有盆柱型弹性单元的低刚度弹性垫板平面示意图。

图16是微孔弹性材料的低刚度弹性垫板A-A断面图。

图17是微孔弹性材料的低刚度弹性垫板B-B断面图。

图18是微孔弹性材料的低刚度弹性垫板平面示意图。

图19是锚固螺栓节点处剖面图。

图中标识为：

铁垫板1，低刚度弹性垫板2，耦合垫板3，偏心定位器4，反向阻尼弹簧5，侧向缓冲垫圈6，弹条7，轨下胶垫8，锚固螺栓9，绝缘轨距块10，预埋套管11，T型螺栓12，弹簧垫圈13；

固定孔1-1，防水平台1-2，孔周凸缘1-3，缺口1-4，弹条安装台座1-5，标志1-6；

盆柱型弹性单元2-1，弹性固定孔2-2，稳定块2-3，止振棒2-4；

螺栓孔4-1，环状盖型凹槽4-2，数字标志4-3。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件，所述扣件包括弹条7、T型螺栓12、偏心定位器4、锚固螺栓9和铁垫板1；铁垫板1位于钢轨下方，弹条7位于钢轨两侧，前后错开扣压钢轨并通过T型螺栓12将弹条7向下固定；弹条7为ω型弹条或e型弹条，当采用e型弹条时，采用常用的插孔台座固定弹条而扣压钢轨。偏心定位器4位于钢轨两侧，横向与弹条7对应，通过锚固螺栓9向下固定，偏心定位器4下部抵达耦合垫板3的上表面。

偏心定位器4横截面呈方形，中轴设置有上下贯通的螺栓孔4-1，用于穿过锚固螺栓9；偏心定位器4上部设置环状盖型凹槽4-2，环状盖型凹槽4-2内设置有反向阻尼弹簧5。锚固螺栓9下部环套有预埋套管11，锚固螺栓9顶部与偏心定位器4之间设置有弹簧垫圈13。

铁垫板1对应偏心定位器4的位置设置有方形的固定孔1-1，固定孔1-1上方设置有防水平台1-2，下方设置有孔周凸缘1-3；固定孔1-1上沿设置有缺口1-4，固定孔1-1内设置有环套在偏心定位器4外的侧向缓冲垫圈6，侧向缓冲垫圈6顶部和底部均设置有环台，顶部环台位于缺口1-4内，底部环台位于孔周凸缘1-3下方。铁垫板1对应弹条7的位置设置有弹条安装台座1-5，弹条安装台座1-5具有孔和挡轨墙构造。

钢轨底部与铁垫板1之间还设置有轨下胶垫8。弹条7内侧扣压在钢轨上，与钢轨之间设置有绝缘轨距块10；绝缘轨距块10呈L形，侧面位于钢轨外侧，顶部位于钢轨脚面与弹条7之间。

铁垫板1下方还设置有低刚度弹性垫板2和耦合垫板3，低刚度弹性垫板2位于耦合垫板3上方。所述低刚度弹性垫板2为具有盆柱型弹性单元2-1的垫板，每个盆柱型弹性单元2-1上下反向互连形成空间结构；垫板对应偏心定位器4的位置设置有弹性固定孔2-2，对应弹条7的位置外侧以及弹性固定孔2-2外侧设置有稳定块2-3。所述低刚度弹性垫板2也可为微孔弹性材料的垫板，对应偏心定位器4的位置设置有弹性固定孔2-2，对应弹条7的位置外侧设置有稳定块2-3，两侧稳定块2-3之间设置有斜向的止振棒2-4。

以下结合附图对本发明进行进一步详细说明：

如图1、图2 和图3所示，本发明扣件由ω型弹条或e型弹条将钢轨、轨下胶垫8及卡在钢轨下翼缘两侧的绝缘轨距块10扣压在铁垫板1上；而铁垫板1及铁垫板下低刚度弹性垫板2、耦合垫板3则由锚固螺栓9通过由上及下的弹簧垫圈13、偏心定位器4、反向阻尼弹簧5、侧向缓冲垫圈6与预埋套管11固定在轨枕上。

如图4、图5和图6所示，铁垫板1设置有2个方形的固定孔1-1及其上方的防水平台1-2和下方的孔周凸缘1-3；此孔周凸缘1-3使得铁垫板固定孔向下延伸，增加了锚固螺栓9和偏心定位器4通过锚固螺栓固定铁垫板的稳定性；在固定孔上沿设置了缺口1-4，用以在孔内壁放置侧向缓冲垫圈6；在弹条安装部位设置弹条安装台座1-5、孔及挡轨墙构造；在防水平台1-2上方设置▼及板右侧设置→标志1-6，用于铁垫板装配和调整轨道方向。

如图6所示，铁垫板1需要安装e型弹条时，设置适用该弹条的安装台座、孔及挡轨墙构造，其它设置与图5所示的ω型弹条铁垫板1相同。

如图7和图8所示，偏心定位器4中部设置上下贯通的螺栓孔4-1，使锚固螺栓9从中穿过；上部设置环状盖型凹槽4-2，使反向阻尼弹簧5被套在盖型凹槽4-2之内；上表面设置用于装配和调整轨道方向的数字标志4-3。

如图9和图10所示，反向阻尼弹簧5为环形，可设计为2个并列相连的弹簧圈，或双层弹簧，或波形的弹片簧。

如图11和12所示，侧向缓冲垫圈6放置在铁垫板固定孔1-1与偏心定位器4之间，形成铁垫板由于车辆轮载冲击钢轨的竖向动位移与偏心定位器4之间的滑动摩擦副，同时承受轨道横向力并弹性缓冲轨道横向力。

当偏心定位器4固定铁垫板后，阻尼弹簧5被预压缩适当的距离，当列车轮载被施加在钢轨上并形成对扣件的点支撑压力传递至铁垫板后，由于铁垫板下弹性垫板被压缩使得铁垫板产生向下位移，这时阻尼弹簧5的预压缩被释放，而铁垫板下低刚度弹性垫板2被压缩时吸收了车轮的振动能量；当轮载离开后，铁垫板产生向上动位移，这时阻尼弹簧5又被压缩到预压缩状态，从而形成反向弹性阻尼以吸收铁垫板的振动波。

如图13-15所示，低刚度弹性垫板2设置2个弹性固定孔2-2，垫板实体则由若干盆柱型弹性单元2-1、及4处稳定块2-3组成。每个盆柱型弹性单元2-1上下反向互连形成空间结构；当铁垫板1下方的孔周凸缘1-3形成的方形套管穿过固定孔2-2时，即将此低刚度弹性垫板2固定在铁垫板下方。如图16-18所示，低刚度弹性垫板2也可为微孔弹性材料的垫板，仍设置2个方形固定孔2-2及2个独立的稳定块2-3，另在垫板中部的中层部位设置数个止振棒2-4，该止振棒两端与稳定块2-3相连以保持其位于垫板的中层部位。止振棒与铁垫板相比具有较高的自振频率，在传递振动波时，具有与铁垫板不同的振动频率而抵消部分振动，从而起到减振作用。

当列车通过使得铁垫板发生动位移达到预定值时，稳定块2-3将在一定程度上限制铁垫板的下移，从而稳定铁垫板和防止由于轨道横向力使铁垫板倾斜造成钢轨的侧翻。

本发明低刚度垫板在增加厚度降低刚度情况下，具有使弹性材料剪切压缩相结合结构特点，有利于保持垫板在长期动荷载作用下不致发生较大的残余变形。

本发明涉及的扣件的作用原理是，通过本发明扣件衰减轨道列车通过环境敏感地段时轮轨振动传播对环境产生的不利影响。具体的目标是使隧道壁的振动相比普通扣件减振8~10dB及以上。

主要特征有：

主要特征有：

（1）当减振10dB左右时，采用轨下胶垫、铁垫板下低刚度弹性垫板、反向阻尼弹簧、耦合垫板及等五种弹性阻尼措施全方位衰减和吸收轨道振动。当减振8dB及以下时，可取消反向阻尼弹簧及侧向缓冲垫圈2种措施，同时改变相关部件尺寸使扣件组装时各部件相互配合。

（2）扣件系统一旦按规定组装并按规定扭矩紧固锚固螺栓后，即可保证扣件系统的弹性工作状态以及稳定性和安全性。

（3）由于铁垫板设置孔周凸缘1-3，加长了铁垫板竖向固定孔，降低了铁垫板抵抗轨道横向力作用点，改变了传统减振扣件铁垫板的高位置约束状态，使得锚固螺栓由高位受弯变为低位受剪，大大增加了扣件系统的稳定性。

（4）仅采用一层铁垫板以尽量低的制造成本取得最好的减振效果，从而填补目前减振措施的空白和不足。

（5）运营中由偏心定位器4和绝缘轨距块10配合，方便调整钢轨方向和轨距。采用增加耦合垫板的厚度或在轨枕面增加调高垫板可方便调整扣件的高度。

（6）扣件系统任何零部件如在运营中发生意外的损伤，方便更换维修。

主要减振措施是：

（1）加厚铁垫板下的弹性垫板2，降低垫板的静刚度。

（2）在铁垫板增设侧向缓冲垫圈6。

（3）在铁垫板上部增加反向阻尼弹簧5。

（4）在低刚度弹性垫板中必要时增设减振棒2-4。

通过以上措施使得由钢轨传递到铁垫板上的振动得到全方位的衰减和吸收。

保证扣件稳定性和功能发挥主要措施是：

（1）限制锚固螺栓9的紧固压力对铁垫板及其板下低刚度弹性垫板压缩力，从而大大减少了弹性垫板静刚度损失，保证其处于低刚度工作状态并充分发挥弹性垫板的减振效果；

（2）降低铁垫板固定孔位置，使锚固螺栓由受弯状态改变为仅受剪状态，减少了螺栓的应力和变形，保证了扣件的横向稳定性；

（3）在低刚度弹性垫板中增设防倾斜稳定块2-3，当弹性垫板收到极限压缩时，稳定块可平衡铁垫板的动态位移，使其避免影响钢轨倾翻的倾斜位移。

本发明扣件的组装过程为：

（1）在轨枕承轨面上依次铺设缓冲垫板和铁垫板下低刚度弹性垫板2，并将板上2个固定孔各自对正预埋套管11的螺孔；

（2）将2个侧向缓冲垫圈6放入铁垫板1的2个固定孔1-1内，然后将铁垫板1放在铁垫板下低刚度弹性垫板2之上，并将铁垫板1下方的2个孔周凸缘1-3分别伸入低刚度弹性垫板2的2个固定孔2-2之内；

（3）将2个反向阻尼弹簧5分别套在2个偏心定位器4的环状盖型凹槽4-2内，然后将2个偏心定位器4分别放入铁垫板1的2个固定孔1-1内；

（4）将锚固螺栓9套上弹簧垫圈13后，穿过偏心定位器4的螺栓孔4-1并旋入预埋套管11内；

（5）将轨下胶垫8铺设在铁垫板1上面及由2个弹条安装台座1-5形成的承轨槽内，然后使钢轨落槽；在钢轨两侧下翼缘各安放1个绝缘轨距块10，之后按相关规程安放弹条7；

（6）调整好钢轨方向和轨距后，按规定扭矩紧固锚固螺栓9，且使偏心定位器4的下端抵达耦合垫板，此时即完成本发明扣件的全部组装工作。

当将锚固螺栓9初步旋入预埋套管11内并未锁紧时，偏心定位器4下端距离耦合垫板预留设计锁定间隙，当完成按规定扭矩紧固锚固螺栓9时，即使偏心定位器4的下端抵达耦合垫板并紧固在轨枕面上，此时设计锁定间隙消除。这时，铁垫板1下的低刚度弹性垫板被压缩一个割线刚度初始变形量，同时铁垫板固定孔1-1之上的反向阻尼弹簧5也被偏心定位器4上盖压缩一个钢轨动位移回弹值。在扣件安装和运营维修中，如果锚固螺栓9更加紧固，由于偏心定位器4已经顶紧轨枕，铁垫板也不会进一步压缩铁垫板1而损失或影响铁垫板下低刚度弹性垫板2和反向阻尼弹簧5的工作刚度和工作状态，从而能保证扣件的减振效果。

运营中钢轨扣件系统符合弹性阻尼吸振地基梁的力学模型，其动作行为表现是：当列车轮载沿钢轨纵向快速滚动通过时，钢轨产生振动噪声，同时由于轨下扣件系统的低刚度使钢轨瞬间产生垂直弯沉和回复，这种弯沉和回复随着车轮前移。在此运行状态下，轮轨之下的附近前后数个扣件的铁垫板产生不同程度的竖向动态位移。当钢轨下移时，压缩轨下胶垫和铁垫板下低刚度弹性垫板，在此过程中对钢轨振动波形成2级减振和吸收振动能量，减振效果与参与振动的质量成正比，与扣件动态刚度大小成反比；同理当钢轨回复上移时，则铁垫板向上压缩反向阻尼弹簧，则该弹簧拟制了扣件系统的振动。

列车的蛇形运动和通过曲线时轨道存在欠超高和过超高，钢轨被施加一定的横向力，横向力通过扣件系统的柔性支撑使钢轨头部产生一定的倾斜和横向弯曲，钢轨将轮缘接触点的横向力分布到附近的数个扣件系统，即缓解了单组扣件的受力；在此过程中，由于在定位器和铁垫板之间设置了侧向缓冲垫圈，减缓了这种由钢轨传来的横向冲击力，同时侧向缓冲垫圈吸收和衰减了冲击振动波和振动能量，使得通过锚固螺栓传递到道床的振动波减缓。

总之，本高等减振扣件的减振特征是采取比传统压缩型减振扣件更低的刚度、更多重和多方位的减振措施，从而达到设计的减振目标。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件，其特征在于：

所述扣件包括弹条（7）、T型螺栓（12）、偏心定位器（4）、锚固螺栓（9）和铁垫板（1）；

铁垫板（1）位于钢轨下方，弹条（7）位于钢轨两侧，前后错开扣压钢轨并通过T型螺栓（12）将弹条（7）向下固定；

偏心定位器（4）位于钢轨两侧，横向与弹条（7）对应，通过锚固螺栓（9）向下固定。

2.根据权利要求1所述的城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件，其特征在于：

偏心定位器（4）横截面呈方形，中轴设置有上下贯通的螺栓孔（4-1），用于穿过锚固螺栓（9）；

偏心定位器（4）上部设置环状盖型凹槽（4-2），环状盖型凹槽（4-2）内设置有反向阻尼弹簧（5）；

锚固螺栓（9）下部环套有预埋套管（11），锚固螺栓（9）顶部与偏心定位器（4）之间设置有弹簧垫圈（13）。

3.根据权利要求2所述的城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件，其特征在于：

铁垫板（1）对应偏心定位器（4）的位置设置有方形的固定孔（1-1），固定孔（1-1）上方设置有防水平台（1-2），下方设置有孔周凸缘（1-3）；

固定孔（1-1）上沿设置有缺口（1-4），固定孔（1-1）内设置有环套在偏心定位器（4）外的侧向缓冲垫圈（6），侧向缓冲垫圈（6）顶部和底部均设置有环台，顶部环台位于缺口（1-4）内，底部环台位于孔周凸缘（1-3）下方。

4.根据权利要求3所述的城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件，其特征在于：

铁垫板（1）对应弹条（7）的位置设置有弹条安装台座（1-5），弹条安装台座（1-5）具有孔和挡轨墙构造。

5.根据权利要求4所述的城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件，其特征在于：

弹条（7）为ω型弹条或e型弹条。

6.根据权利要求5所述的城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件，其特征在于：

钢轨底部与铁垫板（1）之间还设置有轨下胶垫（8）。

7.根据权利要求6所述的城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件，其特征在于：

弹条（7）内侧扣压在钢轨上，与钢轨之间设置有绝缘轨距块（10）；

绝缘轨距块（10）呈L形，侧面位于钢轨外侧，顶部位于钢轨脚面与弹条（7）之间。

8.根据权利要求7所述的城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件，其特征在于：

铁垫板（1）下方还设置有低刚度弹性垫板（2）和耦合垫板（3），低刚度弹性垫板（2）位于耦合垫板（3）上方。

9.根据权利要求8所述的城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件，其特征在于：

所述低刚度弹性垫板（2）为具有盆柱型弹性单元（2-1）的垫板，每个盆柱型弹性单元（2-1）上下反向互连形成空间结构；

垫板对应偏心定位器（4）的位置设置有弹性固定孔（2-2），对应弹条（7）的位置外侧以及弹性固定孔（2-2）外侧设置有稳定块（2-3）。

10.根据权利要求9所述的城市轨道交通用弹性阻尼压缩型高等减振分开式扣件，其特征在于：

所述低刚度弹性垫板（2）为微孔弹性材料的垫板，对应偏心定位器（4）的位置设置有弹性固定孔（2-2），对应弹条（7）的位置外侧设置有稳定块（2-3），两侧稳定块（2-3）之间设置有斜向的止振棒（2-4）。

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