CN114657911B - 一种用于重载铁路的可开闭式主动调节风压的声屏障装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于重载铁路的可开闭式主动调节风压的声屏障装置，属于桥梁抗风减风压领域。包括声屏障支撑、声屏障基础、H型钢立柱、电动转轴、钢框架、风速仪风向传感器以及智能开关；声屏障支撑固定在重载铁路桥梁的梁翼缘和梁腹板上，其上设置有声屏障基础，声屏障基础顶面设置有矩形钢板一；H型钢立柱焊接在矩形钢板一上，内侧腹板中心处焊接有连接钢一；连接钢一上部焊接有连接钢二，在连接钢二上布置有电动转轴；两个H型钢立柱内的连接钢一之间布置有两块相对设置的钢框架，钢框架通过双向弹簧合页与连接钢一连接；钢框架内部镶嵌布置有吸声材料板；电动转轴分别通过水平向连接杆一、竖直向连接杆二以及矩形钢板二与钢框架连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于重载铁路的可开闭式主动调节风压的声屏障装置，属于桥梁抗风减风压领域。
背景技术
随着经济的不断发展，城市也不断向外扩张发展，原本城市郊区也逐渐成为了居民生活区，由此带来的是穿插于城市居民区的铁路数量的急剧增加。居民们长期生活在高速铁路列车的噪音下，生活受到了严重困扰。因此，有效降低噪音，提升人们生活质量与身心健康，必须要在居民区沿线路段设置声屏障。但是在高风压地区，声屏障受到长期风荷载或较大风荷载时，其稳定性与耐久性将会受到影响，轻则影响正常使用，无法屏蔽噪音，重则被风刮倒毁坏，侵入重载铁路轨道，严重危害交通安全。
发明内容
针对声屏障上述缺陷，本发明提出了一种用于重载铁路的可开闭式主动调节风压的声屏障装置，用以高风压地区风力强度较大时，减少声屏障的迎风面积，提高声屏障的使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种用于重载铁路的可开闭式主动调节风压的声屏障装置，包括声屏障支撑、声屏障基础、H型钢立柱、电动转轴、钢框架、风速仪风向传感器以及智能开关；
所述声屏障支撑固定在重载铁路桥梁的梁翼缘和梁腹板上，其上设置有所述声屏障基础，声屏障基础顶面设置有矩形钢板一；所述声屏障基础内设置有凹槽，凹槽中设有预埋钢板，并灌注有砂浆；预埋钢板与矩形钢板一螺栓连接在一起；
所述H型钢立柱焊接在矩形钢板一上，H型钢立柱内侧腹板中心处焊接有连接钢一；连接钢一上部焊接有连接钢二，在连接钢二上布置有电动转轴；重载铁路桥梁每侧的两个H型钢立柱内的连接钢一之间布置有两块相对设置的钢框架，所述钢框架通过双向弹簧合页与连接钢一连接；钢框架内部镶嵌布置有吸声材料板；所述电动转轴分别通过水平向连接杆一、竖直向连接杆二以及矩形钢板二与钢框架连接；水平向连接杆一一端连接电动转轴，另一端与竖直向的连接杆二上端焊接，连接杆二下端焊接在矩形钢板二上，矩形钢板二固定在钢框架顶端；当电动转轴工作发生转动时，可通过连接杆一、连接杆二带动钢框架发生旋转；
在两块钢框架相对侧，即在钢框架远离连接钢一的一侧，还布置有磁铁，在风速较小声屏障正常使用时，可依靠磁铁吸引力使两侧钢框架紧密连接，降低噪音；
所述风速仪、风向传感器、智能开关均布置于钢框架下端，并固定在声屏障基础上。
进一步地，所述声屏障支撑焊接在多个薄钢板上，并通过铆钉固定在梁翼缘与梁腹板上。
进一步地，在凹槽中还预埋有栓钉，栓钉穿过预埋钢板与矩形钢板一上的预留孔，栓钉超出矩形钢板一的部分，设置有防松动垫圈,并使用双螺母进行固定；所述矩形钢板一尺寸为25cm×25cm，连接钢一宽度与H型钢立柱翼缘长度平齐；所述电动转轴的半径为5cm，矩形钢板二的尺寸为5cm×5cm，矩形钢板二通过铆钉固定在钢框架顶端。
进一步地，每两块吸声材料板之间布置有垫片；所述垫片材料为聚四氟乙烯层，可减少摩擦，起到吸声材料板之间密封缓冲作用，提高使用寿命。
进一步地，所述H型钢立柱高度应根据实际需要确定，连接钢一与钢框架高度根据H型钢立柱高度决定，每侧的两个H型钢立柱间距根据铁轨宽度与检修道宽度实地考察进行确定，使H型钢立柱间的钢框架向内部转动时，能与铁轨保持一定的安全距离；连接钢二与连接杆二长度均较小，连接杆一长度略低于钢框架长度，便于转动；所述吸声材料板高度与数量可根据H型钢立柱与钢框架高度确定，所述垫片高度为吸声材料板高度的1/30。
进一步地，所述双向弹簧合页包括内页、外页以及中轴，内页与外页上预设有圆形孔道，内页与连接钢一使用铆钉通过内页上的预设孔道固定连接，外页与钢框架使用铆钉通过外页上的预设孔道固定连接；中轴内设扭簧；当外页发生旋转之后，撤掉外部力，通过扭簧的回复力会使外页回到初始位置。
进一步地，所述吸声材料板由离心玻璃毡声学填料以及其他隔声材料复合制成；吸声材料板数量可根据H型钢立柱高度和使用需求决定。
进一步地，所述风速仪、风向传感器、智能开关串联，通过电源线与两侧电动转轴以及预埋在声屏障基础内的电源连接。
进一步地，所述声屏障支撑、H型钢立柱、连接杆一、连接杆二、电动转轴、连接钢一、连接钢二、矩形钢板一、矩形钢板二、钢框架的材质均为不锈钢，耐腐蚀，不易变形，均选用先镀锌后浸塑的技术处置；声屏障装置安装结束后，因预埋和装置施工形成金属构件未浸塑而暴露部分，应进行喷塑防腐处置；所述电源为交流电,所述电源线为铜线，外侧包裹聚烯烃材质热收缩套管；所述铆钉为高强度材料35CrMoA所制，所能承受载荷较大，可以长期使用。
进一步地，声屏障基础与挡砟之间设置声屏障检修道，便于对声屏障进行维修养护。
工作原理为：
当布置在声屏障基础上的风速仪检测到风速超过各档位限值，接通电源，风向传感器检测来风方向，给电动转轴输出信号，确定电动转轴转动方向与转动角度，电动转轴开始转动，带动连接杆一、连接杆二、钢框架向顺风向转动，此时电源处于接通状态，电动转轴的转动力克服双向弹簧合页中扭簧的回复力，因此钢框架不会回转，风可从钢框架转动产生的空间穿过，声屏障迎风面积将大大减少，承受的风力荷载降低，有效防止自身被吹倒侵入铁轨线路，保障了交通运输安全；当风速回落，风速仪检测到风速值处于哪种档位，智能开关选择降低工作档位或断开开关；若风速回落但仍超过最低限值，风速仪输出信号，控制智能开关降低工作档位，电动转轴带动钢框架(21)回转至所对应档位位置，继续工作；若风速低于最低限值，智能开关断开，电动转轴(13)停止工作，双向弹簧合页中扭簧的回复力带动钢框架旋转至初始位置，此时两个钢框架外部磁铁受到彼此吸引力，紧密固定在初始位置，声屏障正常工作，降低噪音。
相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：
当风速仪检测风速超过各档限值时，风向传感器检测风向，输出信号，智能开关接收信号，控制选择电动转轴转动方向和角度。电动转轴转动，通过连接杆一与连接杆二带动钢框架顺风向转动，减少声屏障迎风面积。当风速回落，风速仪检测风速处于哪种档位输出信号，智能开关控制电源断开或降低档位。当风速低于第一档限值，电源完全断开，双向弹簧合页中轴内扭簧发挥作用，带动声屏障回转，回转至一定角度，钢框架外侧磁铁吸力也可以帮助钢框架回转至原始位置，并使声屏障稳定工作，降低噪音。当风速回落但仍超出第一档或第二档限值，智能开关降低档位，通过电动转轴控制钢框架回转至设定角度。
附图说明
图1是本发明正常使用时侧面结构示意图；
图2是本发明本发明正常使用时侧面结构局部示意图
图3是本发明正常使用时正面结构示意图；
图4是本发明正常使用时结构俯视示意图；
图5是本发明受到烈风荷载工作时侧面结构示意图；
图6是本发明受到烈风荷载工作时侧面结构局部示意图
图7是本发明受到烈风荷载工作时正面结构示意图；
图8是本发明受到烈风荷载工作时结构俯视示意图；
图9是双向弹簧合页工作状态结构分解示意图。
图中：1-主梁，2-声屏障支撑，3-薄钢板，4-声屏障基础，5-铆钉，6-矩形钢板一，7-H型钢立柱，8-连接钢一，9-吸声板材料，10-垫片，11-双向弹簧合页，12-连接钢二，13-电动转轴，14-连接杆一，15-连接杆二，16-矩形钢板二，17-检修道，18-电线，19-风速仪，20-风向传感器，21-钢框架，22-磁铁，23-内页，24-外页，25-预留孔道，26-中轴，27-挡砟，28-电源，29-智能开关，31-栓钉，32-防松动垫圈，33-双螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
如图1-9所示，本发明的一种用于重载铁路的可开闭式主动调节风压的声屏障装置，包括声屏障支撑2、声屏障基础4、H型钢立柱7、电动转轴13、钢框架21、风速仪19风向传感器20以及智能开关29。
如图4所示，声屏障支撑2固定在重载铁路桥梁主梁1的梁翼缘和梁腹板上，其上设置有声屏障基础4，声屏障基础4顶面设置有矩形钢板一6。声屏障基础4内设置有凹槽，凹槽中设有预埋钢板，并灌注有砂浆。预埋钢板与矩形钢板一6螺栓连接在一起。如图1所示，本实施例中，声屏障支撑2焊接在多个薄钢板3上，并通过铆钉5固定在梁翼缘与梁腹板上。在凹槽中还预埋有栓钉31，栓钉31穿过预埋钢板与矩形钢板一6上的预留孔，栓钉31超出矩形钢板一6的部分，设置有防松动垫圈32,并使用双螺母33进行固定。矩形钢板一6尺寸为25cm×25cm，连接钢一8宽度与H型钢立柱7翼缘长度平齐。电动转轴13的半径为5cm，矩形钢板二16的尺寸为5cm×5cm，矩形钢板二16通过铆钉5固定在钢框架21顶端。
如图1-4所示，H型钢立柱7焊接在矩形钢板一6上，H型钢立柱7内侧腹板中心处焊接有连接钢一8。连接钢一8上部焊接有连接钢二12，在连接钢二12上布置有电动转轴13。重载铁路桥梁每侧的两个H型钢立柱7内的连接钢一8之间布置有两块相对设置的钢框架21，钢框架21通过双向弹簧合页11与连接钢一8连接。
如图9所示，双向弹簧合页11包括内页23、外页24以及中轴26，内页23与外页24上预设有圆形孔道25，内页23与连接钢一8使用铆钉5通过内页23上的预设孔道25固定连接，外页24与钢框架21使用铆钉5通过外页24上的预设孔道25固定连接。中轴26内设扭簧。当外页24发生旋转之后，撤掉外部力，通过扭簧的回复力会使外页24回到初始位置。
钢框架21内部镶嵌布置有吸声材料板9。吸声材料板9由离心玻璃毡声学填料以及其他隔声材料复合制成。吸声材料板9数量可根据H型钢立柱7高度和使用需求决定。每两块吸声材料板9之间布置有垫片10。垫片10材料为聚四氟乙烯层，可减少摩擦，起到吸声材料板之间密封缓冲作用，提高使用寿命。电动转轴13分别通过水平向连接杆一14、竖直向连接杆二15以及矩形钢板二16与钢框架21连接。水平向连接杆一14一端连接电动转轴13，另一端与竖直向的连接杆二15上端焊接，连接杆二15下端焊接在矩形钢板二16上，矩形钢板二16固定在钢框架21顶端。当电动转轴13工作发生转动时，可通过连接杆一14、连接杆二15带动钢框架21发生旋转。在两块钢框架21相对侧，即在钢框架21远离连接钢一8的一侧，还布置有磁铁22，在风速较小声屏障正常使用时，可依靠磁铁22吸引力使两侧钢框架21紧密连接，降低噪音。风速仪19、风向传感器20、智能开关29均布置于钢框架21下端，并固定在声屏障基础4上。风速仪19、风向传感器20、智能开关29串联，通过电源线18与两侧电动转轴13以及预埋在声屏障基础4内的电源28连接。
本实施例中，H型钢立柱7高度应根据实际需要确定，连接钢一8与钢框架21高度根据H型钢立柱7高度决定，每侧的两个H型钢立柱7间距根据铁轨宽度与检修道宽度实地考察进行确定，使H型钢立柱7间的钢框架21向内部转动时，能与铁轨保持一定的安全距离。连接钢二12与连接杆二15长度均较小，连接杆一14长度略低于钢框架21长度，便于转动。吸声材料板高度与数量可根据H型钢立柱7与钢框架21高度确定，垫片10高度为吸声材料板9高度的1/30。声屏障支撑2、H型钢立柱7、连接杆一14、连接杆二15、电动转轴13、连接钢一8、连接钢二12、矩形钢板一6、矩形钢板二16、钢框架21的材质均为不锈钢，耐腐蚀，不易变形，均选用先镀锌后浸塑的技术处置。声屏障装置安装结束后，因预埋和装置施工形成金属构件未浸塑而暴露部分，应进行喷塑防腐处置。电源28为交流电,电源线18为铜线，外侧包裹聚烯烃材质热收缩套管。铆钉5为高强度材料35CrMoA所制，所能承受载荷较大，可以长期使用。
进一步地，声屏障基础与挡砟27之间设置声屏障检修道17，便于对声屏障进行维修养护。
工作原理为：
当布置在声屏障基础4上的风速仪19检测到风速超过各档位限值，接通电源28，风向传感器20检测来风方向，给电动转轴13输出信号，确定电动转轴13转动方向与转动角度，电动转轴13开始转动，带动连接杆一14、连接杆二15、钢框架21向顺风向转动，此时电源28处于接通状态，电动转轴13的转动力克服双向弹簧合页11中扭簧的回复力，因此钢框架21不会回转，风可从钢框架21转动产生的空间穿过，声屏障迎风面积将大大减少，承受的风力荷载降低，有效防止自身被吹倒侵入铁轨线路，保障了交通运输安全。当风速回落，风速仪19检测到风速值处于哪种档位，智能开关29选择降低工作档位或断开开关。若风速回落但仍超过最低限值，风速仪输出信号，控制智能开关降低工作档位，电动转轴带动钢框架21回转至所对应档位位置，继续工作。若风速低于最低限值，智能开关29断开，电动转轴13停止工作，双向弹簧合页11中扭簧的回复力带动钢框架21旋转至初始位置，此时两个钢框架21外部磁铁22受到彼此吸引力，紧密固定在初始位置，声屏障正常工作，降低噪音。
具体的，针对本实施例来说：
风速仪19为旋桨式风速仪，风速大小影响其内部通电加热金属丝的散热量，引起温度变化导致电阻变化，可读出风速值。风向传感器20为电阻式风向传感器，主体采用风向标的机械结构，当风向标产生转动的时候，其内部滑动变阻器的滑杆会随着顶部的风向标一起转动，而产生的不同的电压变化，即可计算出风向的角度或者方向。智能开关29为双向多选择开关，布置三个档位。当风速仪19检测到风速超限、风向传感器20检测到风向，向智能开关29输出信号，智能开关29控制两侧H型钢立柱7上电动转轴转动方向与转动角度。
风速仪19所检测风速限值可根据如下公式计算，并完成三档限值设定。
式中：wp表示风压，单位为kN/m2，v表示风速,单位为m/s；
钢框架21承受风载FN
FN＝wp×l×h
式中：l表示钢框架长度，h表示钢框架高度。
当风速仪19检测风速低于10m/s，风速仪19输出信号，不闭合智能开关29，电动转轴13不工作，钢框架21紧闭，正常工作，减小噪音；当风速仪19检测风速为10-15m/s，风速仪19输出强风信号，风向传感器20输出风向信号，智能开关29根据来风风向控制电动转轴13转动，控制钢框架21顺风向转动30°，此时钢框架21所受荷载为
FN＝wp×l×h×cos30°
当风速仪19检测风速为15-20m/s，风速仪19输出大风信号，风向传感器20输出风向信号，智能开关29根据来风风向控制电动转轴13转动，控制钢框架21顺风向转动60°，此时声屏障钢框架所受荷载为
FN＝wp×l×h×cos60°
如图5-8所示，当风速仪19检测风速超过20m/s，风速仪19输出烈风信号，风向传感器20输出风向信号，智能开关29根据来风风向控制电动转轴13转动，控制钢框架21顺风向转动90°，此时钢框架所受荷载接近不存在。
上述实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本申请技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附权利要求书范围为准。
Claims (1)
1.一种用于重载铁路的可开闭式主动调节风压的声屏障装置，其特征在于：包括声屏障支撑(2)、声屏障基础(4)、H型钢立柱(7)、电动转轴(13)、钢框架(21)、风速仪(19)风向传感器(20)以及智能开关(29)；
所述声屏障支撑(2)固定在重载铁路桥梁的梁翼缘和梁腹板上，其上设置有所述声屏障基础(4)，声屏障基础(4)顶面设置有矩形钢板一(6)；所述声屏障基础(4)内设置有凹槽，凹槽中设有预埋钢板，并灌注有砂浆；预埋钢板与矩形钢板一(6)螺栓连接在一起；
所述H型钢立柱(7)焊接在矩形钢板一(6)上，H型钢立柱(7)内侧腹板中心处焊接有连接钢一(8)；连接钢一(8)上部焊接有连接钢二(12)，在连接钢二(12)上布置有电动转轴(13)；重载铁路桥梁每侧的两个H型钢立柱(7)内的连接钢一(8)之间布置有两块相对设置的钢框架(21)，所述钢框架(21)通过双向弹簧合页(11)与连接钢一(8)连接；钢框架(21)内部镶嵌布置有吸声材料板(9)；所述电动转轴(13)分别通过水平向连接杆一(14)、竖直向连接杆二(15)以及矩形钢板二(16)与钢框架(21)连接；水平向连接杆一(14)一端连接电动转轴(13)，另一端与竖直向的连接杆二(15)上端焊接，连接杆二(15)下端焊接在矩形钢板二(16)上，矩形钢板二(16)固定在钢框架(21)顶端；当电动转轴(13)工作发生转动时，可通过连接杆一(14)、连接杆二(15)带动钢框架(21)发生旋转；
在两块钢框架(21)相对侧，即在钢框架(21)远离连接钢一(8)的一侧，还布置有磁铁(22)，在风速较小声屏障正常使用时，可依靠磁铁(22)吸引力使两侧钢框架(21)紧密连接，降低噪音；
所述风速仪(19)、风向传感器(20)、智能开关(29)均布置于钢框架(21)下端，并固定在声屏障基础(4)上；
其中，所述声屏障支撑(2)焊接在多个薄钢板(3)上，并通过铆钉(5)固定在梁翼缘与梁腹板上；在凹槽中还预埋有栓钉(31)，栓钉(31)穿过预埋钢板与矩形钢板一(6)上的预留孔，栓钉(31)超出矩形钢板一(6)的部分，设置有防松动垫圈(32),并使用双螺母(33)进行固定；所述矩形钢板一(6)尺寸为25cm×25cm，连接钢一(8)宽度与H型钢立柱(7)翼缘长度平齐；所述电动转轴(13)的半径为5cm，矩形钢板二(16)的尺寸为5cm×5cm，矩形钢板二(16)通过铆钉(5)固定在钢框架(21)顶端；每两块吸声材料板(9)之间布置有垫片(10)；所述垫片(10)材料为聚四氟乙烯层，可减少摩擦，起到吸声材料板之间密封缓冲作用，提高使用寿命；所述H型钢立柱(7)高度应根据实际需要确定，连接钢一(8)与钢框架(21)高度根据H型钢立柱(7)高度决定，每侧的两个H型钢立柱(7)间距根据铁轨宽度与检修道宽度实地考察进行确定，使H型钢立柱(7)间的钢框架(21)向内部转动时，能与铁轨保持一定的安全距离；连接钢二(12)与连接杆二(15)长度均较小，连接杆一(14)长度略低于钢框架(21)长度，便于转动；所述吸声材料板高度与数量可根据H型钢立柱(7)与钢框架(21)高度确定，所述垫片(10)高度为吸声材料板(9)高度的1/30；所述双向弹簧合页(11)包括内页(23)、外页(24)以及中轴(26)，内页(23)与外页(24)上预设有圆形孔道(25)，内页(23)与连接钢一(8)使用铆钉(5)通过内页(23)上的预设孔道(25)固定连接，外页(24)与钢框架(21)使用铆钉(5)通过外页(24)上的预设孔道(25)固定连接；中轴(26)内设扭簧；当外页(24)发生旋转之后，撤掉外部力，通过扭簧的回复力会使外页(24)回到初始位置；所述吸声材料板(9)由离心玻璃毡声学填料以及其他隔声材料复合制成；吸声材料板(9)数量可根据H型钢立柱(7)高度和使用需求决定；所述风速仪(19)、风向传感器(20)、智能开关(29)串联，通过电源线(18)与两侧电动转轴(13)以及预埋在声屏障基础(4)内的电源(28)连接；所述声屏障支撑(2)、H型钢立柱(7)、连接杆一(14)、连接杆二(15)、电动转轴(13)、连接钢一(8)、连接钢二(12)、矩形钢板一(6)、矩形钢板二(16)、钢框架(21)的材质均为不锈钢，耐腐蚀，不易变形，均选用先镀锌后浸塑的技术处置；声屏障装置安装结束后，因预埋和装置施工形成金属构件未浸塑而暴露部分，应进行喷塑防腐处置；所述电源(28)为交流电,所述电源线(18)为铜线，外侧包裹聚烯烃材质热收缩套管；所述铆钉(5)为高强度材料35CrMoA所制，所能承受载荷较大，可以长期使用；
当布置在声屏障基础(4)上的风速仪(19)检测到风速超过各档位限值，接通电源(28)，风向传感器(20)检测来风方向，给电动转轴(13)输出信号，确定电动转轴(13)转动方向与转动角度，电动转轴(13)开始转动，带动连接杆一(14)、连接杆二(15)、钢框架(21)向顺风向转动，此时电源(28)处于接通状态，电动转轴(13)的转动力克服双向弹簧合页(11)中扭簧的回复力，因此钢框架(21)不会回转，风可从钢框架(21)转动产生的空间穿过，声屏障迎风面积将大大减少，承受的风力荷载降低，有效防止自身被吹倒侵入铁轨线路，保障了交通运输安全；当风速回落，风速仪(19)检测到风速值处于哪种档位，智能开关(29)选择降低工作档位或断开开关；若风速回落但仍超过最低限值，风速仪输出信号，控制智能开关降低工作档位，电动转轴带动钢框架(21)回转至所对应档位位置，继续工作；若风速低于最低限值，智能开关(29)断开，电动转轴(13)停止工作，双向弹簧合页(11)中扭簧的回复力带动钢框架(21)旋转至初始位置，此时两个钢框架(21)外部磁铁(22)受到彼此吸引力，紧密固定在初始位置，声屏障正常工作，降低噪音。
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