CN114481718A - 一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道减振降噪领域，具体为一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器。其包括隔振组件，隔振组件包括回转形结构的连接器、内环橡胶层、外环橡胶层和钢振子外壳以及填充在钢振子外壳内的多个阻尼颗粒，连接器具有容纳槽，内环橡胶层位于容纳槽内，且内环橡胶层与铝合金连接器连接，外环橡胶层同轴套设在连接器外周面上，钢振子外壳套设在外环橡胶层外周面上；隔振组件沿轴向设置有多组，相邻隔振组件中的两个连接器连接。本发明能满足刚度和低频带隙要求，且在对轨道进行减振降噪时避免共振峰激增。

Description

一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器

技术领域

本发明涉及轨道减振降噪领域，特别是涉及一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器。

背景技术

轨道交通常常存在过度的环境振动问题，根据控制对象的不同可以分为振源处控制、传播途径控制、受振体控制。振源处的控制措施通常包括减振扣件、弹性轨枕、浮置板轨道；传播途径中控制通常包括隔振沟、隔振桩；受振体控制通常有隔振支座等。在振源处控制振动直接削弱了振动能量的产生和传播，在实际应用中也最为便利。目前在振源的控制措施中应用最广泛的是基于质量-弹簧系统隔振机制的软弹性轨道结构部件，例如浮置板轨道、减振型扣件、弹性轨枕、橡胶隔振垫等。其中浮置板轨道具有低频减振效果突出，相对较少引起钢轨波磨，使用寿命长等优点。

现有的声子晶体隔振器大多利用局域共振机理或Bragg散射机理进行设计，通过理论分析和有限元分析，对于多层元胞而言，中间层橡胶开槽能够增加带隙，但会引起刚度的降低；增加两侧钢板厚度能够增大带隙宽度，截止频率会有明显提高，起始频率也会略有增加，对于刚度几乎没有影响，但是整体结构垂向尺寸有限，厚度增加受限；增加中间层橡胶弹性模量，能够提高整体刚度，但也会提高弹性波波速，从而导致带隙减小甚至消失。简言之，现有声子晶体隔振器仅用钢、橡胶、铸铁想要得到满足刚度和低频带隙要求的弹性叠层是十分困难的。此外，受限于材料和结构空间，带隙频段内共振峰的激增也一直没有很好的解决办法。

发明内容

本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种能满足刚度和低频带隙要求，且在对轨道进行减振降噪时避免共振峰激增的颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器。

本发明的技术方案，一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器，包括隔振组件，隔振组件包括回转形结构的连接器、内环橡胶层、外环橡胶层和钢振子外壳以及填充在钢振子外壳内的多个阻尼颗粒，连接器具有容纳槽，内环橡胶层位于容纳槽内，且内环橡胶层与连接器连接，外环橡胶层同轴套设在连接器外周面上，钢振子外壳套设在外环橡胶层外周面上；隔振组件沿轴向设置有多组，相邻隔振组件中的两个连接器连接。

优选的，连接器采用铝合金材料制成。

优选的，连接器包括内连接件和外连接件，内连接件外凸外连接件，相邻两组连接器中，一组连接器中的内连接件与另一组连接器中的外连接件连接。

优选的，外连接件具有倾斜的内周壁，内连接件具有倾斜的外周壁，内环橡胶层内外两侧周面分别与内连接件外周壁和外连接件内周壁连接。

优选的，外连接件与外环橡胶层胶粘连接，钢振子外壳与外环橡胶层胶粘连接；相邻两组连接器中，一组连接器中的内连接件端面与另一组连接器中的外连接件端面胶粘连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

本发明中，外环橡胶层具有振动方向的弹性，能为钢振子外壳提供弹性势能，保证钢振子外壳和内部的阻尼颗粒能够在惯性下发生振动。当振源振动产生的弹性波的频率在隔振器的带隙范围内时，弹性波与钢振子外壳和阻尼颗粒反向共振耦合，阻尼颗粒通过相互摩擦和碰撞形成复合作用的体系来耗散能量。内环橡胶层与连接器构成了局域共振型声子晶体的基本结构，整个隔振组件还便于替换现有技术中的弹簧隔振器。通过内环橡胶层、外环橡胶层和阻尼颗粒能有效消耗震动能量，进行复合式减振降噪，能满足刚度和低频带隙要求，且在对轨道进行减振降噪时避免共振峰激增。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图；

图2为图1的结构剖视图；

图3为隔振组件的几何尺寸结构示意图；

图4为80km/h车速下桥面振动加速度级的三分之一倍频程图；

图5为100km/h车速下桥面振动加速度级的三分之一倍频程图；

图6为120km/h车速下桥面振动加速度级的三分之一倍频程图；

图7为140km/h车速下桥面振动加速度级的三分之一倍频程图；

图8为160km/h车速下桥面振动加速度级的三分之一倍频程图；

图9为0-50Hz下各速度级的总振级图；

图10为50-150Hz(带隙频段)下各速度级的总振级图；

图11为150-200Hz下各速度级的总振级图；

图12为本发明实施例布置时的横断面图；

图13为本发明实施例布置时的俯视图。

附图标记：1、连接器；11、内连接件；12、外连接件；2、内环橡胶层；3、外环橡胶层；4、钢振子外壳；5、阻尼颗粒。

具体实施方式

实施例一

如图1-2所示，本发明提出的一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器，包括隔振组件，隔振组件包括回转形结构的连接器1、内环橡胶层2、外环橡胶层3和钢振子外壳4以及填充在钢振子外壳4内的多个阻尼颗粒5，连接器1具有容纳槽，具有减重作用，方便内环橡胶层2连接。内环橡胶层2位于容纳槽内，且内环橡胶层2与连接器1连接，外环橡胶层3同轴套设在连接器1外周面上，钢振子外壳4套设在外环橡胶层3外周面上，钢振子外壳4被沿穿过中心轴的平面所截的截面轮廓为矩形，方便多个阻尼颗粒5均衡运动；隔振组件沿轴向设置有多组，相邻隔振组件中的两个连接器1连接。

本实施例中，外环橡胶层3具有振动方向的弹性，能为钢振子外壳4提供弹性势能，保证钢振子外壳4和内部的阻尼颗粒5能够在惯性下发生振动。当振源振动产生的弹性波的频率在隔振器的带隙范围内时，弹性波与钢振子外壳4和阻尼颗粒5反向共振耦合，阻尼颗粒5通过相互摩擦和碰撞形成复合作用的体系来耗散能量。内环橡胶层2与连接器1构成了局域共振型声子晶体的基本结构，整个隔振组件还便于替换现有技术中的弹簧隔振器。通过内环橡胶层2、外环橡胶层3和阻尼颗粒5能有效消耗震动能量，进行复合式减振降噪，能满足刚度和低频带隙要求，且在对轨道进行减振降噪时避免共振峰激增。

实施例二

本发明提出的一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器，相较于实施例一，本实施例中，连接器1采用铝合金材料制成，不易生锈，使用寿命长。

实施例三

如图2所示，本发明提出的一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器，相较于实施例一，本实施例中，连接器1包括内连接件11和外连接件12，内连接件11外凸外连接件12，相邻两组连接器1中，一组连接器1中的内连接件11与另一组连接器1中的外连接件12连接。每组隔振组件能通过连接器1进行模块化连接，能根据安装空间的大小来选择合适的组装数量。

实施例四

如图2所示，本发明提出的一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器，相较于实施例三，本实施例中，外连接件12具有倾斜的内周壁，内连接件11具有倾斜的外周壁，内环橡胶层2内外两侧周面分别与内连接件11外周壁和外连接件12内周壁连接。内环橡胶层2不易脱落。

实施例五

如图1-2所示，本发明提出的一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器，相较于实施例四，本实施例中，外连接件12与外环橡胶层3胶粘连接，钢振子外壳4与外环橡胶层3胶粘连接；相邻两组连接器1中，一组连接器1中的内连接件11端面与另一组连接器1中的外连接件12端面胶粘连接。胶粘连接方式简单方便，使得结构更加紧凑，占用空间小。

如图3所示，隔振组件中的几何参数设置见表1：

表1几何参数设置

本发明实施例中各结构的材料参数设置见表2：

表2材料参数设置

本发明利用声子晶体隔振器的设计思路，设计出控制固定频段的钢轨振动的隔振器，随后在原有隔振器基础上，引入颗粒碰撞阻尼的概念，优化阻尼结构。将原本声子晶体的外环阵子中填入密度更大的材料制成的颗粒，由隔振器的振动带动质量块内部颗粒的振动，从而使颗粒间的摩擦以及碰撞作为新型阻尼形式对结构动能进行耗散，耗能方式比隔振器更加多样，且能利用颗粒碰撞类似于混沌体系的特点，避免结构的二次振动及新共振峰的出现。

如图12和图13所示，声子晶体隔振器尺寸与钢弹簧隔振器相差不大，可匹配现有浮置板钢弹簧隔振器的空间设计，将其置于浮置板与基底之间。声子晶体隔振器作为功能部件，可产生低频宽带的带隙，抑制带隙频率范围内的弹性波从浮置板道床向基地的传播；作为结构部件，可为浮置板提供垂向刚度，形成固有频率较低的质量-弹簧系统，保留传统浮置板道床的减振效果。

为了进一步说明本发明的隔振减振能力，建立了车辆-浮置板轨道-桥体耦合动力学模型。图4-图8给出了列车实际运营过程中可能出现的不同速度分布情况下桥面垂向振动加速度级的三分之一倍频程图，从图中可以明显地观察到在频段50Hz-150Hz的范围内的各个时速下，颗粒阻尼声子晶体隔振器的隔振性能更为优越，这也对应于设计带隙频段。为更加直观地表示这种优越性，将三种隔振措施在0-50Hz、50-150Hz(带隙频段)、150-200Hz下各速度级的总振级依次表示在图9-图11中。从图9可以看出，一方面，在带隙频段内(50-150Hz)，颗粒阻尼声子晶体隔振器下桥面垂向加速度总振级相比于钢弹簧和传统声子晶体隔振器有明显的降低，对比钢弹簧最多降低了15.3dB，对比传统声子晶体隔振器最多降低了5.6dB。另一方面，车速越低颗粒阻尼声子晶体隔振器的减振效果越好，说明高速情况下颗粒阻尼声子晶体隔振器减振还需进一步地优化，这也为后续研究提供了方向。图10和图11给出了带隙频段外三种隔振措施的减振效果差异，在低于50Hz以下的减振效果相差不大，在150-200Hz，两种声子晶体隔振器的减振效果要比钢弹簧优越，但两者之间相差不大。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下还可以作出各种变化。

Claims (5)

1.一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器，其特征在于，包括隔振组件，隔振组件包括回转形结构的连接器(1)、内环橡胶层(2)、外环橡胶层(3)和钢振子外壳(4)以及填充在钢振子外壳(4)内的多个阻尼颗粒(5)，连接器(1)具有容纳槽，内环橡胶层(2)位于容纳槽内，且内环橡胶层(2)与连接器(1)连接，外环橡胶层(3)同轴套设在连接器(1)外周面上，钢振子外壳(4)套设在外环橡胶层(3)外周面上；隔振组件沿轴向设置有多组，相邻隔振组件中的两个连接器(1)连接。

2.根据权利要求1所述的一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器，其特征在于，连接器(1)采用铝合金材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器，其特征在于，连接器(1)包括内连接件(11)和外连接件(12)，内连接件(11)外凸外连接件(12)，相邻两组连接器(1)中，一组连接器(1)中的内连接件(11)与另一组连接器(1)中的外连接件(12)连接。

4.根据权利要求3所述的一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器，其特征在于，外连接件(12)具有倾斜的内周壁，内连接件(11)具有倾斜的外周壁，内环橡胶层(2)内外两侧周面分别与内连接件(11)外周壁和外连接件(12)内周壁连接。

5.根据权利要求4所述的一种颗粒阻尼吸振和带隙阻振相融合的浮置板轨道隔振器，其特征在于，外连接件(12)与外环橡胶层(3)胶粘连接，钢振子外壳(4)与外环橡胶层(3)胶粘连接；相邻两组连接器(1)中，一组连接器(1)中的内连接件(11)端面与另一组连接器(1)中的外连接件(12)端面胶粘连接。

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