CN114875726B - 一种钢轨道岔减振耗能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轨道工程振动控制与运营维护领域，具体涉及一种钢轨道岔减振耗能系统。包括缓冲器。缓冲器设置于道岔的有害空间，缓冲器至少具备垂直于轨面的缓冲方向。其结构简单，缓冲、减振性能优异，能够实现轮对与道岔之间冲击力的抑制，可有效避免岔心尖端薄弱处因受到过大的冲击而损伤，延长了辙叉整体的使用寿命，降低了维护成本，同时可改善道岔处外部环境受到的振动影响，同时还提高了车体通过时的平稳性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及轨道工程振动控制与运营维护领域，具体而言，涉及一种钢轨道岔减振耗能系统。
背景技术
在轨道交通中，道岔是铁路轨道连接的重要设备，其功能是承受和传递由铁道车辆运行引起的各种荷载以及引导车轮沿既定方向在轨道上行驶。
由于其自身的结构特点，使其具有量值非区间轨道所能比拟的纵断面几何不平顺、轨下基础非均匀弹性不平顺等问题，进而使得它与铁道车辆之间的动态相互作用较区间轨道更加复杂，进而导致其使用寿命短、维修工作量大。因此，道岔既是轨道中的薄弱环节，又是保证行车安全和控制列车过站速度的关键设备。
其中，车轮在通过辙叉时，从两根翼轨的最窄处到辙叉心的最尖端之间有一段空隙，这就是道岔的有害空间。车轮通过此处时，有可能因走错辙叉槽而引起脱轨。而设置护轨的目的也就在此，它要强制引导车轮的运行方向，避免脱轨。尽管如此，这个有害空间存在仍然限制了列车通过道岔的速度，对高速列车的运行十分不利。
理论上，解决上述问题最根本的方法就是消除有害空间，所以出现了可动岔心道岔，但由于其造价非常高，结构非常复杂，制作成本高，维护难度大，维护过程工作量大，致使其使用成本非常高。加上在轨道上可动岔心道岔的用量非常大，这就导致了成本的急剧增加。因此，在非必要的情况下，例如在速度较低的普通线路和城轨线路上，仍是固定辙叉道岔使用居多。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢轨道岔减振耗能系统，其结构简单，缓冲、减振性能优异，能够实现轮对与道岔之间冲击力的抑制，可有效避免岔心尖端薄弱处因受到过大的冲击而损伤，延长了辙叉整体的使用寿命，降低了维护成本，同时可改善道岔处外部环境受到的振动影响，同时还提高了车体通过时的平稳性和安全性。
本发明的实施例是这样实现的：
一种钢轨道岔减振耗能系统，其包括：缓冲器。
缓冲器设置于道岔的有害空间，缓冲器至少具备垂直于轨面的缓冲方向。
进一步地，缓冲器设于有害空间的中部。
进一步地，在车轮运行过程中，当轴重完全施加至缓冲器时，轮对的高度略低于正常轨道的设计高度。可选的，当轴重完全施加至缓冲器时，轮对的高度与正常轨道的设计高度的差值范围小于或等于2mm。
进一步地，缓冲器用于与车轮接触的接触面由其边缘朝中部高度递增，自然状态下，接触面的边缘与车轮的轮缘平齐。
进一步地，缓冲器包括碟簧和垫片，碟簧的底端连接于有害空间，碟簧的顶部与垫片的底部连接，接触面设于垫片的顶部。
进一步地，垫片包括：相对且平行设置的第一边缘和第二边缘、相对且平行设置的第三边缘和第四边缘。
第一边缘和第二边缘沿道岔的一轮缘槽的长度方向设置，第三边缘和第四边缘沿道岔的另一轮缘槽的长度方向设置。
进一步地，钢轨道岔减振耗能系统还包括：耗能器。
耗能器安装于道岔的岔心的端部空隙当中，和/或安装于开设于岔心的安装槽内。
可选地，耗能器包括调谐质量阻尼器和黏滞剪切阻尼器。
进一步地，调谐质量阻尼器包括：配重块、弹性支撑件和基座。基座固定设置，弹性支撑件设于基座的表面。配重块连接于弹性支撑件，以使配重块能够推动弹性支撑件沿横向进行弹性位移。
进一步地，黏滞剪切阻尼器包括：动片、阻尼剂、弹性支撑件和基座。基座固定设置，弹性支撑件设于基座的表面。弹性支撑件设置有用于容纳动片的容纳腔，阻尼剂填充于容纳腔当中。
进一步地，弹性支撑件包括弹簧和容纳件，容纳腔设于容纳件。容纳件由弹簧连接于基座，阻尼剂填充于容纳件当中。
本发明实施例的技术方案的有益效果包括：
本发明实施例提供的钢轨道岔减振耗能系统的缓冲器在源头上对振动的产生进行了抑制，同时减缓轮对与岔心的直接冲击，对尖端进行了有效保护。该系统的缓冲效果突出，采用的缓冲措施有效降低了冲击的引起的振动的源头，同时通过减小冲击力对岔心也起到了保护作用，降低了因为接触疲劳和冲击变形引起的岔心过早损坏，延长了岔心的使用寿命。
构成简单，安装方便，对于新建线路和已运行线路均可适应，安装施工不会影响线路的正常运行。
总体而言，本发明实施例提供的钢轨道岔减振耗能系统结构简单，缓冲、减振性能优异，能够实现轮对与道岔之间冲击力的抑制，可有效避免岔心尖端薄弱处因受到过大的冲击而损伤，延长了辙叉整体的使用寿命，降低了维护成本，同时可改善道岔处外部环境受到的振动影响，同时还提高了车体通过时的平稳性和安全性。
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为本发明实施例提供的钢轨道岔减振耗能系统的第一视角的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的钢轨道岔减振耗能系统的另一视角的结构示意图；
图3为图2的局部放大图；
图4为本发明实施例提供的钢轨道岔减振耗能系统的碟簧的安装示意图；
图5为本发明实施例提供的钢轨道岔减振耗能系统的垫片的第一视角的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的钢轨道岔减振耗能系统的垫片的设置示意图；
图7为本发明实施例提供的钢轨道岔减振耗能系统的垫片的另一视角的结构示意图。
附图标记说明：
钢轨道岔减振耗能系统1000；有害空间100；端部空隙200；缓冲器300；碟簧310；垫片320；第一边缘321；第二边缘322；第三边缘323；第四边缘324；接触面325；耗能器400；调谐质量阻尼器410；黏滞剪切阻尼器420；配重块411；动片421；容纳腔422；弹性支撑件510；基座520。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
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。
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“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。
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。
“大致”、“基本”等用语旨在说明相关内容并不是要求绝对的精确，而是可以有一定的偏差。例如：“大致等于”并不仅仅表示绝对的相等，由于实际生产、操作过程中，难以做到绝对的“相等”，一般都存在一定的偏差。因此，除了绝对相等之外，“大致等于”还包括上述的存在一定偏差的情况。以此为例，其他情况下，除非有特别说明，“大致”、“基本”等用语均为与上述类似的含义。
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。
实施例
请参照图1～图3，本实施例提供一种钢轨道岔减振耗能系统1000，钢轨道岔减振耗能系统1000包括：缓冲器300。
其中，缓冲器300设置于道岔的有害空间100，缓冲器300至少具备垂直于轨面的缓冲方向。
通过该设计，缓冲器300在源头上对振动的产生进行了抑制，同时减缓轮对与岔心的直接冲击，对尖端进行了有效保护。该系统的缓冲效果突出，采用的缓冲措施有效降低了冲击的引起的振动的源头，同时通过减小冲击力对岔心也起到了保护作用，降低了因为接触疲劳和冲击变形引起的岔心过早损坏，延长了岔心的使用寿命。
构成简单，安装方便，对于新建线路和已运行线路均可适应，安装施工不会影响线路的正常运行。
总体而言，钢轨道岔减振耗能系统1000结构简单，缓冲、减振性能优异，能够实现轮对与道岔之间冲击力的抑制，可有效避免岔心尖端薄弱处因受到过大的冲击而损伤，延长了辙叉整体的使用寿命，降低了维护成本，同时可改善道岔处外部环境受到的振动影响，同时还提高了车体通过时的平稳性和安全性。
进一步地，请结合图1～图7，在本实施例中，缓冲器300设于有害空间100的中部，以更好地发挥缓冲功能。
其中，在车轮运行过程中，当轴重完全施加至缓冲器300时，轮对的高度略低于正常轨道的设计高度。当轮对高度略低于轨道时，轮对仍处于轨道中间，受到四周轨道的保护，有效地避免了脱轨风险。需要说明的是，可选的，当轴重完全施加至所述缓冲器时，轮对的高度与正常轨道的设计高度的差值范围小于或等于2mm。
进一步地，缓冲器300用于与车轮接触的接触面325由其边缘朝中部高度递增。这样的话，更有助于实现在缓冲过程中轮对由尖轨到缓冲器300、缓冲器300到岔心的平稳过渡。利用缓冲器300自身的刚度与弹性实现轮对在有害空间100的平稳通过，避免轮对与岔心直接撞击。可选的，自然状态下，接触面325的边缘与车轮的轮缘平齐。需要说明的是，此处“自然状态下”指的是缓冲器300在不受到轮对的压力的情况。缓冲器300能够与车轮的轮缘接触实现缓冲。
缓冲器300的类型可以灵活选择，可以结合实际情况来进行挑选。本实施例也提供了一种可选的缓冲器300的结构，具体的，缓冲器300包括碟簧310和垫片320，碟簧310的底端连接于有害空间100，碟簧310的顶部与垫片320的底部连接，接触面325设于垫片320的顶部。
垫片320包括：相对且平行设置的第一边缘321和第二边缘322、相对且平行设置的第三边缘323和第四边缘324。其中，第一边缘321和第二边缘322沿道岔的轮缘槽a1的长度方向设置，第三边缘323和第四边缘324沿道岔的轮缘槽a2的长度方向设置。
通过该设计，垫片320的形状结构与道岔的构型更加匹配，有助于进一步提高轮对在通过有害空间100时的平稳性和流畅性，并进一步减弱了轮对和道岔之间的冲击。
可选的，第一边缘321与轮缘槽a1的一侧槽壁位于同一平面，第二边缘322与轮缘槽a1的另一侧槽壁位于同一平面；第三边缘323与轮缘槽a2的一侧槽壁位于同一平面，第四边缘324与轮缘槽a2的另一侧槽壁位于同一平面。但不限于此。
值得注意的是，缓冲器300的具体结构并不限于此，可以根据实际情况灵活选择具体的缓冲器300。
进一步地，钢轨道岔减振耗能系统1000还包括：耗能器400。
耗能器400安装于道岔的岔心的端部空隙200当中，和/或安装于开设于岔心的安装槽(图中未示出)内。
耗能器400在振动发生和发展的过程中对撞击的能量进行消耗，从而进一步减小轮对与岔心之间的相互作用，减小振动、保护岔心。耗能器400的使用进一步减少了发生后的振动，改善了轮轨间的相互作用关系，进一步保护了岔心的受力情况。
耗能器400与缓冲器300相结合，将缓冲和耗能相结合，实现了对轮对与道岔之间冲击力的抑制以及撞击后的能量耗散，可有效避免岔心尖端薄弱处因受到过大的冲击力而遭受损伤。
在本实施例中，耗能器400包括调谐质量阻尼器410和黏滞剪切阻尼器420。黏滞剪切阻尼器420的耗能与速度有关，便于小空间状态下的实施，比简单采用阻尼材料本身的变形耗能(位移型)可以获得更高的效率。本方案中的结构具有更多的设计变量，便于根据不同的实际减振需求进行组合调节。调谐质量阻尼器410和黏滞剪切阻尼器420相结合的方式具有三维减振耗能的特点，减振耗能效果更好。
具体的，调谐质量阻尼器410包括：配重块411、弹性支撑件510和基座520。基座520固定设置，弹性支撑件510设于基座520的表面。配重块411连接于弹性支撑件510，以使配重块411能够推动弹性支撑件510沿横向进行弹性位移，换句话说，配重块411受到横向作用力后，配重块411能够通过弹性压缩或拉伸弹性支撑件510实现在横向上的位移，从而对能量进行消耗，并实现减振。当所受的作用力消失后，弹性支撑件510弹性恢复，弹性支撑件510复原，配重块411也回到原始位置。即在弹性支撑件510的作用下，配重块411不会发生沿横向的永久变形。这样的话，调谐质量阻尼器410的稳定性大大提高。
黏滞剪切阻尼器420包括：动片421、阻尼剂、弹性支撑件510和基座520。基座520固定设置，弹性支撑件510设于基座520的表面。弹性支撑件510设置有用于容纳动片421的容纳腔422，阻尼剂填充于容纳腔422当中。
振动发生时，基座520带动弹性支撑件510引起配重块411的振动，同时也会带动动片421在阻尼剂中运动产生阻尼。
在本实施例中，调谐质量阻尼器410和黏滞剪切阻尼器420二者共用同一块基板，以提高减振耗能的协调性。
需要说明的是，配重块411和动片421的形状可以灵活调整，例如配重块411可以采用圆形、椭圆形或方形，动片421的结构可采用圆形或平板形，但不限于此。另外，配重块411和动片421的数量也可以灵活调整，以达到不同的减振和耗能需求。
另外，弹性支撑件510也可以灵活选择，本实施例也提供了一种可选的弹性支撑件510的具体结构，其中，弹性支撑件510包括弹簧和容纳件，容纳腔422设于容纳件。容纳件由弹簧连接于基座520，阻尼剂填充于容纳件当中。但不限于此。
缓冲器300和耗能器400可通过粘接的方式在相应位置进行安装，但不限于此。特别的，对于新制道岔而言，当可预留用于螺栓连接的孔洞，这样的话，缓冲器300和耗能器400就可采用螺栓进行安装。
需要说明的是，钢轨道岔减振耗能系统1000适用于不同类型的道岔，通用性好。
综上所述，本发明实施例提供的钢轨道岔减振耗能系统1000结构简单，缓冲、减振性能优异，能够实现轮对与道岔之间冲击力的抑制，可有效避免岔心尖端薄弱处因受到过大的冲击而损伤，延长了辙叉整体的使用寿命，降低了维护成本，同时可改善道岔处外部环境受到的振动影响，同时还提高了车体通过时的平稳性和安全性。
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。
Claims (9)
1.一种钢轨道岔减振耗能系统，其特征在于，包括：缓冲器；
所述缓冲器设置于道岔的有害空间，所述缓冲器至少具备垂直于轨面的缓冲方向；
所述缓冲器用于与车轮接触的接触面由其边缘朝中部高度递增，自然状态下，所述接触面的边缘与车轮的轮缘平齐；
所述缓冲器包括碟簧和垫片，所述碟簧的底端连接于所述有害空间，所述碟簧的顶部与所述垫片的底部连接，所述接触面设于所述垫片的顶部；
所述垫片包括：相对且平行设置的第一边缘和第二边缘、相对且平行设置的第三边缘和第四边缘；
所述第一边缘和所述第二边缘沿所述道岔的一轮缘槽的长度方向设置，所述第三边缘和所述第四边缘沿所述道岔的另一轮缘槽的长度方向设置。
2.根据权利要求1所述的钢轨道岔减振耗能系统，其特征在于，所述缓冲器设于所述有害空间的中部。
3.根据权利要求1所述的钢轨道岔减振耗能系统，其特征在于，在车轮运行过程中，当轴重完全施加至所述缓冲器时，轮对的高度略低于正常轨道的设计高度。
4.根据权利要求3所述的钢轨道岔减振耗能系统，其特征在于，当轴重完全施加至所述缓冲器时，轮对的高度与正常轨道的设计高度的差值范围小于或等于2mm。
5.根据权利要求1所述的钢轨道岔减振耗能系统，其特征在于，所述钢轨道岔减振耗能系统还包括：耗能器；
所述耗能器安装于所述道岔的岔心的端部空隙当中，和/或安装于开设于所述岔心的安装槽内。
6.根据权利要求5所述的钢轨道岔减振耗能系统，其特征在于，所述耗能器包括调谐质量阻尼器和黏滞剪切阻尼器。
7.根据权利要求6所述的钢轨道岔减振耗能系统，其特征在于，所述调谐质量阻尼器包括：配重块、弹性支撑件和基座；所述基座固定设置，所述弹性支撑件设于所述基座的表面；所述配重块连接于所述弹性支撑件，以使所述配重块能够推动所述弹性支撑件沿横向进行弹性位移。
8.根据权利要求6所述的钢轨道岔减振耗能系统，其特征在于，所述黏滞剪切阻尼器包括：动片、阻尼剂、弹性支撑件和基座；所述基座固定设置，所述弹性支撑件设于所述基座的表面；所述弹性支撑件设置有用于容纳所述动片的容纳腔，所述阻尼剂填充于所述容纳腔当中。
9.根据权利要求8所述的钢轨道岔减振耗能系统，其特征在于，所述弹性支撑件包括弹簧和容纳件，所述容纳腔设于所述容纳件；所述容纳件由所述弹簧连接于所述基座，所述阻尼剂填充于所述容纳件当中。
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