CN114737420A - 一种负刚度钢轨阻尼器及钢轨减震系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路交通运输领域，特别是指一种负刚度钢轨阻尼器及钢轨减震系统，包括碟簧，吸振器质量块、下底板、导轨、环形橡胶、螺旋弹簧、螺母、上底座、导轨、外壳及外壳侧挡板。所述负刚度钢轨阻尼器中的碟簧可以通过螺母进行调整预压厚度，进而调整阻尼频率范围，所述上底座通过螺旋弹簧进行刚性连接，为吸振器的安装创造一个平台。与现有技术相比较，本发明提出的一种负刚度钢轨阻尼器，有益效果在于结构简单、易于更换，工作可靠，且无需额外提供能源，导轨和螺旋弹簧可以并联使用。此外可满足不同吸振性能要求，合理设计螺旋弹簧刚度、吸振器质量、负刚度元件，实现有效吸振频带和吸振性能的可调性。

Description

一种负刚度钢轨阻尼器及钢轨减震系统

技术领域

本发明涉及铁路交通运输领域，特别是指一种负刚度钢轨阻尼器及钢轨减震系统。

背景技术

城市轨道交通在国内迅猛发展的同时，在运营过程中引起了主要为环境振动和噪声污染的问题，直接影响到了沿线居民的工作生活质量，其运营带来的振动噪声问题及环境移响日益受到社会关注。列车的噪声来源，包括轮轨表面互相激励引起的轮轨噪声，钢轨振动通过轨道结构传递出去引起的外部结构的振动的噪声，以及列车的牵引噪声，空气动力学噪声等。其中轮轨噪声是城市轨道列车运营速度区间中主要的噪声来源。

对于轮轨噪声的降噪，有采用新型减振结构的轨道和车轮，使用弹性扣件，打磨钢轨等多种方式，其中适应性最广的方式为安装钢轨阻尼器。然而，现有市场产品主要针对固定频段，产品已经生产即确定动力特性。但在实际工况中，不同的轨道线路条件，不同的车速状态下，轨道的振动情况均会有所改变，固定频段的产品在普适性上无法满足不同工况下的需求。

有鉴于此，针特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负刚度钢轨阻尼器，以解决上述背景技术中提出的城市轨道交通在运营过程中引起了主要为环境振动和噪声污染的问题。

为实现上述目的之一，本发明提供如下技术方案：

一种负刚度钢轨阻尼器，包括碟形弹簧、吸振器质量块、上底座、下底板、第一螺旋弹簧、第二螺旋弹簧；

其中，所述上底座的下端连接第二螺旋弹簧的上端，所述第二螺旋弹簧的下端固定于所述下底板的上端；所述上底座的下端还连接所述碟形弹簧的上端，所述碟形弹簧的下端与所述吸振质量块的上端相连接，所述吸振质量块的下端连接所述第一螺旋弹簧的上端，所述第一螺旋弹簧的下端固定于所述下底板的上端。

优选地，还包括第一导轨和第二导轨，在所述上底座上设置通孔；

所述第一导轨分别穿过所述通孔、所述碟形弹簧、所述吸振质量块及所述第一螺旋弹簧与所述下底板的上端连接；

所述第二导轨穿过所述通孔及第二螺旋弹簧与所述下底板的上端连接。

优选地，还包括环形橡胶，所述环形橡胶的两端分别连接所述吸振质量块的上端及所述下底板的上端，所述环形橡胶位于所述第一螺旋弹簧内且包裹于所述第一导轨上。

优选地，在所述第一导轨和所述第二导轨远离所述下底板的一端设有端部螺纹，在所述端部螺纹处设有螺母将所述第一导轨和所述第二导轨固定于所述上底座。

优选地，所述第一导轨、所述第二导轨与所述吸振质量块均为不锈钢材料制备而成，所述下底板为铝合金材料制备而成。所述第一导轨、所述第二导轨起到安装和导向作用。

优选地，还包括外壳体，碟形弹簧、吸振器质量块、上底座、下底板、第一螺旋弹簧、第二螺旋弹簧、第一导轨、第二导轨及环形橡胶均设置于所述外壳体内。

优选地，所述下底板与所述外壳体两端的内侧壁滑动连接。

优选地，所述下底板的两侧设置有滑槽，在所述外壳体两端的内侧壁与所述下底板连接相对应的位置设置有滑道，所述滑槽滑动卡固与所述滑道内。

优选地，还包括外壳侧挡板，所述外壳侧挡板与所述外壳形成密闭的空间。

为实现上述目的之二，本发明提供如下技术方案：

一种钢轨减震系统，包含如前所述的一种负刚度钢轨阻尼器。该负刚度钢轨阻尼器，包括碟形弹簧、吸振器质量块、上底座、下底板、第一螺旋弹簧、第二螺旋弹簧；

其中，所述上底座的下端连接第二螺旋弹簧的上端，所述第二螺旋弹簧的下端固定于所述下底板的上端；所述上底座的下端还连接所述碟形弹簧的上端，所述碟形弹簧的下端与所述吸振质量块的上端相连接，所述吸振质量块的下端连接所述第一螺旋弹簧的上端，所述第一螺旋弹簧的下端固定于所述下底板的上端。

与现有技术相比较，本发明提出的一种负刚度钢轨阻尼器及钢轨减震系统，有益效果在于：

1、本发明提供的一种负刚度钢轨阻尼器及钢轨减震系统中，所述碟形弹簧为负刚度元件的一种形式，在其负刚度工作区间内，呈现随着端点位移增加，结构反力不断减小的负刚度特性；且负刚度元件碟形弹簧的实际类型、尺寸和材料可以根据需求进行具体设计和选材。因此当负刚度钢轨阻尼器下底板振动时，吸振器质量块发生移动，碟形弹簧由于受到载荷，进入负刚度工作区，第一螺旋弹簧和环形橡胶发生形变，振动能量在橡胶中损耗，实现对钢轨振动的阻尼。

2、本发明提供的一种负刚度钢轨阻尼器及钢轨减震系统中，结构简单、易于更换，工作可靠，且无需额外提供能源，导轨和螺旋弹簧可以n(n≥2)个并联使用。

3、本发明提供的一种负刚度钢轨阻尼器及钢轨减震系统中，可满足不同吸振性能要求，合理设计螺旋弹簧刚度、吸振器质量、负刚度元件，实现有效吸振频带和吸振性能的可调性。

4、本发明提供的一种负刚度钢轨阻尼器及钢轨减震系统中，第一导轨和第二导轨通过孔轴配合以及端部螺纹连接以及螺母将上底座和下底座连接，通过调节螺母可以调整碟形弹簧的预压厚度，进而调整频率范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一个实施例提供的一种负刚度钢轨阻尼器的正视图。

图2为本发明一个实施例提供的一种负刚度钢轨阻尼器的侧视图。

图3为本发明一个实施例提供的一种负刚度钢轨阻尼器及钢轨减震系统中碟形弹簧的侧视图的剖面图。

图4为本发明另一个实施例提供的一种负刚度钢轨阻尼器的侧视图。

图5为本发明另一个实施例提供的一种负刚度钢轨阻尼器的轴测图。

1、碟形弹簧；2、吸振器质量块；3、下底板；4、第一导轨；5、环形橡胶；6、第一螺旋弹簧；7、螺母；8、上底座；9、第二螺旋弹簧；10、第二导轨；11、外壳；12、外壳侧挡板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

城市轨道交通在国内迅猛发展的同时，在运营过程中引起了主要为环境振动和噪声污染的问题，直接影响到了沿线居民的工作生活质量，其运营带来的振动噪声问题及环境移响日益受到社会关注。列车的噪声来源，包括轮轨表面互相激励引起的轮轨噪声，钢轨振动通过轨道结构传递出去引起的外部结构的振动的噪声，以及列车的牵引噪声，空气动力学噪声等。其中轮轨噪声是城市轨道列车运营速度区间中主要的噪声来源。

对于轮轨噪声的降噪，有采用新型减振结构的轨道和车轮，使用弹性扣件，打磨钢轨等多种方式，其中适应性最广的方式为安装钢轨阻尼器。然而，现有市场产品主要针对固定频段，产品已经生产即确定动力特性。但在实际工况中，不同的轨道线路条件，不同的车速状态下，轨道的振动情况均会有所改变，固定频段的产品在普适性上无法满足不同工况下的需求。

针对上面问题，本申请提出一种负刚度钢轨阻尼器及钢轨减震系统，负刚度钢轨阻尼器下底板3振动时，吸振器质量块2发生移动，碟形弹簧1由于受到载荷，进入负刚度工作区，第一螺旋弹簧6和环形橡胶5发生形变，振动能量在橡胶中损耗，实现对钢轨振动的阻尼。

具体来说，如图1-3所示，本发明提供一个实施例包括一种负刚度钢轨阻尼器，包括碟形弹簧1、吸振器质量块2、上底座8、下底板3、第一螺旋弹簧6、第二螺旋弹簧9；

其中，所述上底座8的下端连接第二螺旋弹簧9的上端，所述第二螺旋弹簧9的下端固定于所述下底板3的上端；所述上底座8的下端还连接所述碟形弹簧1的上端，所述碟形弹簧1的下端与所述吸振质量块的上端相连接，所述吸振质量块的下端连接所述第一螺旋弹簧6的上端，所述第一螺旋弹簧6的下端固定于所述下底板3的上端。

本发明提供的该实施例中，还包括第一导轨4和第二导轨10，在所述上底座8上设置通孔；所述第一导轨4分别穿过所述通孔、所述碟形弹簧1、所述吸振质量块及所述第一螺旋弹簧6与所述下底板3的上端连接；所述第二导轨10穿过所述通孔及第二螺旋弹簧9与所述下底板3的上端连接。

本发明提供的该实施例中，还包括环形橡胶5，所述环形橡胶5的两端分别连接所述吸振质量块的上端及所述下底板3的上端，所述环形橡胶5位于所述第一螺旋弹簧6内且包裹于所述第一导轨4上。本发明提供的该实施例中，在所述第一导轨4和所述第二导轨10远离所述下底板3的一端设有端部螺纹，在所述端部螺纹处设有螺母7将所述第一导轨4和所述第二导轨10固定于所述上底座8。

本发明提供的该实施例中，所述第一导轨4、所述第二导轨10与所述吸振质量块均为不锈钢材料制备而成，所述下底板3为铝合金材料制备而成。

在本实施例中，所述碟形弹簧1为负刚度元件的一种形式，在其负刚度工作区间内，呈现随着端点位移增加，结构反力不断减小的负刚度特性；且负刚度元件碟形弹簧1的实际类型、尺寸和材料可以根据需求进行具体设计和选材。因此当负刚度钢轨阻尼器下底板3振动时，吸振器质量块2发生移动，碟形弹簧1由于受到载荷，进入负刚度工作区，第一螺旋弹簧6和环形橡胶5发生形变，振动能量在橡胶中损耗，实现对钢轨振动的阻尼。

此外，本发明提供的一种负刚度钢轨阻尼器中，第一导轨4和第二导轨10通过孔轴配合以及端部螺纹连接以及螺母7将上底座8和下底座连接，通过调节螺母7可以调整碟形弹簧1的预压厚度，进而调整频率范围。

更进一步，如图4所示，本发明的另一个实施例还提供一种负刚度钢轨阻尼器，还包括外壳11体，碟形弹簧1、吸振器质量块2、上底座8、下底板3、第一螺旋弹簧6、第二螺旋弹簧9、第一导轨4、第二导轨10及环形橡胶5均设置于所述外壳11体内。并且所述下底板3与所述外壳11体两端的内侧壁滑动连接。所述下底板3的两侧设置有滑槽，在所述外壳11体两端的内侧壁与所述下底板3连接相对应的位置设置有滑道，所述滑槽滑动卡固与所述滑道内。如图5所示，本发明的另一个实施例还提供一种负刚度钢轨阻尼器，还包括外壳侧挡板12，所述外壳侧挡板12与所述外壳11形成密闭的空间。

此外，本发明还提供一种钢轨减震系统，该钢轨减震系统包括一种负刚度钢轨阻尼器，包括碟形弹簧1、吸振器质量块2、上底座8、下底板3、第一螺旋弹簧6、第二螺旋弹簧9；

其中，所述上底座8的下端连接第二螺旋弹簧9的上端，所述第二螺旋弹簧9的下端固定于所述下底板3的上端；所述上底座8的下端还连接所述碟形弹簧1的上端，所述碟形弹簧1的下端与所述吸振质量块的上端相连接，所述吸振质量块的下端连接所述第一螺旋弹簧6的上端，所述第一螺旋弹簧6的下端固定于所述下底板3的上端。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种负刚度钢轨阻尼器，其特征在于，包括碟形弹簧、吸振器质量块、上底座、下底板、第一螺旋弹簧、第二螺旋弹簧；

其中，所述上底座的下端连接第二螺旋弹簧的上端，所述第二螺旋弹簧的下端固定于所述下底板的上端；所述上底座的下端还连接所述碟形弹簧的上端，所述碟形弹簧的下端与所述吸振质量块的上端相连接，所述吸振质量块的下端连接所述第一螺旋弹簧的上端，所述第一螺旋弹簧的下端固定于所述下底板的上端。

2.根据权利要求1所述的一种负刚度钢轨阻尼器，其特征在于，还包括第一导轨和第二导轨，在所述上底座上设置通孔；

所述第一导轨分别穿过所述通孔、所述碟形弹簧、所述吸振质量块及所述第一螺旋弹簧与所述下底板的上端连接；

所述第二导轨穿过所述通孔及第二螺旋弹簧与所述下底板的上端连接。

3.根据权利要求2所述的一种负刚度钢轨阻尼器，其特征在于，还包括环形橡胶，所述环形橡胶的两端分别连接所述吸振质量块的上端及所述下底板的上端，所述环形橡胶位于所述第一螺旋弹簧内且包裹于所述第一导轨上。

4.根据权利要求3所述的一种负刚度钢轨阻尼器，其特征在于，在所述第一导轨和所述第二导轨远离所述下底板的一端设有端部螺纹，在所述端部螺纹处设有螺母将所述第一导轨和所述第二导轨固定于所述上底座。

5.根据权利要求4所述的一种负刚度钢轨阻尼器，其特征在于，所述第一导轨、所述第二导轨与所述吸振质量块均为不锈钢材料制备而成，所述下底板为铝合金材料制备而成。

6.根据权利要求5所述的一种负刚度钢轨阻尼器，其特征在于，还包括外壳体，碟形弹簧、吸振器质量块、上底座、下底板、第一螺旋弹簧、第二螺旋弹簧、第一导轨、第二导轨及环形橡胶均设置于所述外壳体内。

7.根据权利要求6所述的一种负刚度钢轨阻尼器，其特征在于，所述下底板与所述外壳体两端的内侧壁滑动连接。

8.根据权利要求7所述的一种负刚度钢轨阻尼器，其特征在于，所述下底板的两侧设置有滑槽，在所述外壳体两端的内侧壁与所述下底板连接相对应的位置设置有滑道，所述滑槽滑动卡固与所述滑道内。

9.根据权利要求8所述的一种负刚度钢轨阻尼器，其特征在于，还包括外壳侧挡板，所述外壳侧挡板与所述外壳形成密闭的空间。

10.一种钢轨减震系统，其特征在于，包含如权利要求1、9任一所述的一种负刚度钢轨阻尼器。

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