CN116254726A - 一种利用空气隔振的轨道交通浮置板系统 - Google Patents

Abstract

一种利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，具有基底、浮置板、风源系统、附加空气室、输气管道、阻尼管道和空气隔振器。每个空气隔振器具有应急支撑体、橡胶气囊、上盖板、限高挡板和上密封板；应急支撑体具有凸台、上缘板、底座和骨架；上盖板由曲面板、平板和盆体构成，橡胶气囊的开口的上端环形边缘、橡胶气囊的开口的下端环形边缘分别与所述平板、上缘板相连接并形成自密封结构，附加空气室通过空气通道与橡胶气囊的内腔相连通。本发明具有缓冲减振作用，在控制轨道垂向动态位移的前提下，能降低原有轨道系统的固有频率，扩大了减振频率范围和提高隔振效果，解决了车辆通过时产生的低频振动难以隔绝以及车辆振动对地面建筑产生破坏等问题。

Description

一种利用空气隔振的轨道交通浮置板系统

技术领域

本发明涉及一种用于轨道交通的隔振装置，特别是一种利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，属于铁路轨道附件。

背景技术

以地铁为主的城市轨道交通车辆是我国城市中不可或缺的设施之一，其线路复杂多样主要特点是以城市中心为主向四周呈扩散状分布，长时间高频率地运行中产生的振动经由轨道穿过土层最终对地表的建筑设施造成破坏，如何有效的隔绝车辆产生的振动，衰减振动的强度对防止地面古建筑受损、实验室高精仪器受损失灵极为关键。

鉴于此，针对某些特殊路段设计的空气隔振弹簧浮置板系统，能够较好地隔绝诸如空载车辆、满载车辆等不同情况下产生的振动，能够延长周遭设施的服役年限并减少对地面建筑的破坏，可为浮置板轨道系统的发展提供设计思路和参考依据。

长期以来，为满足地铁车辆运行过程中对减振的需求的浮置板类型主要是内置式钢弹簧浮置板轨道系统，其基本原理是将具有一定质量和刚度的混凝道床板浮置在橡胶或者弹簧隔振器上，利用浮置板质量惯性来平衡列车运行引起的动荷载，仅有没有被平衡的动荷载和静荷载才通过钢弹簧元件传到路基或者隧道结构上达到减振的目的。但因其刚度较大，进而导致整个线性系统的固有频率较大，导致的结果表现为对中、高频振动的隔绝能力较强，对低频振动（20HZ以下）的隔振效果较差。

相关专利文献：CN211202735U公开了一种浮置板轨道应用的具有非线性结构的隔振器系统，包括螺栓、隔振圈、橡胶、方型圆弹簧、上盖、钢弹簧以及底座；螺栓与隔振圈配合设置在上盖上端，隔振圈可上下滑动的设置在上盖内；橡胶浇筑在方型圆弹簧上；方型圆弹簧设置在上盖上端沉孔内，方型圆弹簧上端与隔振圈底部相抵持，下端与上盖相抵持；螺栓穿过隔振圈、方型圆弹簧以及上盖与底座螺接固定；钢弹簧上端与上盖相抵持，钢弹簧下端与底座相抵持；上盖下端面与底座上端面留有间隙。CN105672063A公开了一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器，包括底座、锥形橡胶堆、上支撑座、调高垫板和锁定螺钉，底座的顶面与锥形橡胶堆的内锥面相贴合，上支撑座的底面与锥形橡胶堆的外锥面相贴合，其特征是：锥形橡胶堆包括同轴的内锥形钢盘、外内锥形钢盘，以及位于内锥形钢盘、外内锥形钢盘之间且与之固定连接的至少一层锥形橡胶体，锥形橡胶体由沿内锥形钢盘、外内锥形钢盘锥面相间隔的锥形橡胶环单元构成，各锥形橡胶环单元具有通向与隔振器外的排气通道。CN214656034U公开了一种双刚度阻尼隔振器，顶盖位于套筒上方且与套筒上端通过密封件密封活动连接；一级钢弹簧套设在套筒内壁与阻尼筒的大直径部的外壁之间的轴向空间且分别与顶盖及底座的端面抵接；二级钢弹簧穿设在一级钢弹簧内侧，且一端端部抵接在大直径部与小直径部连接处的阶梯端面上，另一端与顶盖具有下压间距；阻尼活塞一端与顶盖固定，另一端位于阻尼筒小直径部内部。CN109098046A公开了一种适应浮置道床系统的非线性组合式弹性隔振器，包括上壳体、下壳体和弹性元件，弹性元件置于下壳体与下壳体之间，弹性元件包括静载支承弹簧和联合支承弹簧，静载支承弹簧和联合支承弹簧分别至少包括一个螺旋钢弹簧，静载支承弹簧与联合支承弹簧并列设置或者联合支承弹簧套设在静载支承弹簧外部，并且静载支承弹簧的顶面高于联合支承弹簧的顶面，静载支承弹簧支撑着上壳体，联合支承弹簧至少局部表面设置固体阻尼结构，或者下壳体内设有阻尼材料，联合支承弹簧至少局部置于阻尼材料中。CN114635318A公开了一种轨道浮置板隔振器，包括固定组件、活动连接于固定组件内侧的高度调节组件和套设于高度调节组件下部的减振组件；减振组件包括支撑单元和位于支撑单元上方的承载单元，支撑单元和承载单元之间设有隔振单元、阻尼单元和由橡胶金属复合结构形成的保护单元；当轨道承受小载荷时，由隔振单元和阻尼单元共同作用提供减振效能，当轨道承受大载荷时，保护单元参与承载并与隔振单元、阻尼单元共同作用提供刚度支撑并产生减振效能。

以上这些技术并未很好地解决车辆通过时产生的低频振动难以隔绝以及车辆振动对地面建筑产生破坏等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，它工作可靠，具有缓冲减振作用，在控制轨道垂向动态位移的前提下，能降低原有轨道系统的固有频率，扩大减振频率范围和提高隔振效果，以解决车辆通过时产生的低频振动难以隔绝以及车辆振动对地面建筑产生破坏等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种利用空气隔振的轨道交通浮置板系统（或者说是利用空气隔振的轨道交通浮置板轨道），具有基底、浮置板，其技术方案在于所述的利用空气隔振的轨道交通浮置板系统还具有风源系统、附加空气室、输气管道、多个阻尼管道和多个空气隔振器；每个所述空气隔振器具有应急支撑体（即应急橡胶弹簧组件）、橡胶气囊、上盖板、限高挡板和上密封板；应急支撑体具有凸台、位于凸台下方的水平向外伸展的上缘板、底座和骨架，骨架连接上缘板和底座。上述基底的上端与每个所述应急支撑体的底座固定连接，具体是基底上具有螺纹孔，基底各通过（四个）螺栓与每个所述应急支撑体的底座固定连接，这样，应急支撑体的底部设有定位装置与基底配合连接。所述上盖板由圆环形曲面板、圆环形平板和盆体构成，盆体即盆形凹陷，圆环形平板位于圆环形曲面板与盆体之间，具体是圆环形曲面板位于上盖板本体的外侧，圆环形平板位于上盖板本体的顶部，盆体位于上盖板本体的中部区域，盆体的底面带有中心孔，盆体的底面具有环形凹槽，所述环形凹槽位于中心孔的外侧。

所述橡胶气囊的开口的上端（顶端）环形边缘与上盖板的所述圆环形平板相连接并形成自密封结构，橡胶气囊的开口的下端（底端）环形边缘与上缘板相连接并形成自密封结构，具体是橡胶气囊的开口的上端环形边缘向上凸起且该凸起伸进所述圆环形平板底端的环形槽中，橡胶气囊的开口的下端环形边缘向下凸起，上缘板的环形边缘向上凸起，橡胶气囊的开口的下端的环形边缘即向下凸起与上缘板的环形边缘即向上凸起相互搭接而咬合。上述凸台从上盖板的所述中心孔伸出，凸台的上端面高出所述中心孔的顶端（或者说是顶端面，该顶端由盆体的底面和所述中心孔相交而形成），高出的距离可以是1毫米至2毫米。呈横向设置的限高挡板位于凸台的上端面并与凸台固定连接（限高挡板整体与应急支撑体同轴连接），附加空气室通过空气通道与橡胶气囊的内腔相连通。

上述技术方案中，优选的技术方案可以是，所述附加空气室通过空气通道与橡胶气囊的内腔相连通的结构最好是，限高挡板的底面与所述中心孔的顶端（或者说是顶端面）之间具有缝隙（环形缝隙），这样缝隙的大小也为1毫米至2毫米；限高挡板的外侧壁与盆体内侧壁之间具有间隙（环形间隙），间隙的大小最好为3毫米至5毫米。上密封板固定在上盖板的顶部，上密封板的顶部设有气孔；所述气孔、盆体的腔体上部、间隙、环形凹槽、缝隙、中心孔和橡胶气囊的开口形成空气通道，该空气通道将附加空气室与橡胶气囊的内腔相连通。

上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述风源系统最好设在基底的上面并位于浮置板的左右两侧，风源系统的数量可以为两个，输气管道的数量可以为两个，上述附加空气室为位于（嵌入）浮置板的内部的空腔体，输气管道、多个阻尼管道设于浮置板的内部，风源系统的排风口通过（各）输气管道与附加空气室相连通；浮置板的底部设有与所述空气隔振器一一相对应的多个腔体（腔体为圆柱体形），每个所述腔体的四周为空气隔振器预留出足够的横向膨胀空间。每个所述空气隔振器的一部分（上部）伸入相对应的一个腔体中且上密封板与该腔体顶部的圆柱体形限位孔相配合（相吻合）而将空气隔振器横向限位（实现上密封板与浮置板底部接触），上密封板的顶部的气孔与阻尼管道的一端相连通，阻尼管道的另一端与附加空气室相连通，即每个阻尼管道的两端分别与空气隔振器的上密封板和附加空气室的侧面相连通，每个阻尼管道呈倒着的L形（具有纵向和横向两个管道体）。多个空气隔振器呈两排结对设置在附加空气室两侧对称布置。多个阻尼管道与多个空气隔振器一一相对应，多个空气隔振器呈两排结对设置（呈对称结构），空气隔振器的数量可以为8个。上述应急支撑体的骨架最好为橡胶弹簧，橡胶弹簧由数个金属隔板和数个橡胶环构成，金属隔板和橡胶环呈间隔设置而成多层结构（金属隔板将橡胶横向分割成多层结构）。骨架还可以为圆钢制成的钢架。每个所述空气隔振器最好还具有橡胶垫片（橡胶缓冲垫），橡胶垫片为环形垫的一段（可以是四分之一段），橡胶垫片固定在限高挡板下方并与盆体的底面位置相对（橡胶垫片的一部分可落入环形凹槽中），能防止盆体的底面与限高挡板直接碰撞，起到缓冲保护作用。上述橡胶气囊与上盖板、上缘板在连接处最好分别增设有一层密封圈（橡胶密封圈），上密封板与上盖板之间最好设有密封圈（橡胶密封圈），由密封圈进行密封加固。每个所述阻尼管道的截面面积是可变的。上述环形凹槽最好为凹曲面形。上密封板最好为一圆形板，限高挡板最好为一圆形板，上缘板的外轮廓、底座的外轮廓最好皆呈圆形。

上述风源系统提供空气动力（提供高压气体），通过输气管道使附加空气室、各阻尼管道与空气隔振器之间进行气体交换，空气经各阻尼管道在空气隔振器与附加空气室之间流动，其中各阻尼管道的截面面积可变，整个装置的阻尼力大小可在一定范围内进行调节，以起到对振动的缓冲作用。当橡胶气囊的内部气体发生诸如漏气等意外情况导致整个空气隔振器垂向高度下降一定距离时，由应急支撑体（橡胶弹簧）提供浮置板所需要的支承刚度。限高挡板位于应急支撑体的顶部，在空气隔振器从受压状态到恢复原高度的过程中能够有效防止浮置板垂向位移。所述的风源系统可以实时检测（监测）附加空气室的压强状态，在多个空气隔振器与附加空气室多次气体交换、内部气体损耗导致的附加空气室压强下降时，对附加空气室进行充气，以稳定附加空气室内部压强。

本发明提供了一种利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，所述限高挡板位于应急支撑体的凸台的上端面并通过螺栓与凸台固定连接，限高挡板同应急支撑体为一体化设计，此设计降低了零部件制造成本以及维护难度。所述附加空气室位于浮置板内部，不会影响浮置板的承载能力，同时为空气隔振器提供能量，使得空气隔振器在一定压力范围内皆具有适配能力，其自身压强的变化由风源系统监控，不会出现失压的情况。所述空气隔振器通过与附加空气室的气体交换改变阻尼力的大小，以适配不同载荷，其中的应急支撑体（应急橡胶弹簧组件）可以在橡胶气囊失压后高度下降时为浮置板提供足够的支持力来保证车辆正常通过，限高挡板则可以在上密封板由最低点恢复原有高度的过程中保证浮置板在车辆通过前后高度不变。

本发明的浮置板系统的工作过程是，车辆通过浮置板导致浮置板高度下降，空气由橡胶气囊向附加空气室流动，空气隔振器支反力提高，运行过程中产生的振动被阻尼管道中的阻尼力吸收；车辆通过后浮置板上的载荷大幅度下降，限高挡板防止浮置板恢复到原有高度后继续升高，与此同时空气开始由附加空气室向橡胶气囊流动，空气隔振器支反力恢复，至此完成一个工作循环。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明的浮置板系统中的空气隔振器兼具较低的隔振起始频率和较高的动态承载能力，对车辆通过带来的振动起到了缓冲作用，通过空气隔振器内部空气受压产生阻尼力来衰减造成的浮置板振动，增加隔振频域宽度的同时，隔绝了振动向基底的传递，一定程度上减少了对地面建筑的破坏，延长了路面的使用寿命。

二、本发明的浮置板系统中的阻尼管道直径大小在一定范围内自由更改，使其能够提供的阻尼力的范围可变，能够更好地适应多种路段，减少建造成本的同时还能够加快建造速度。

三、本发明的浮置板系统中的应急支撑体（应急橡胶弹簧组件）采用层状弹簧结构，具有外径大、制造工艺简单、垂向刚度大，高度下降小等优点。当空气隔振器出现例如漏气等情况高度下降时，为浮置板提供足够大的刚度来保证车辆的正常运行。

四、本发明的浮置板系统中的风源系统能够实时监测附加空气室内部压强，保证其能够与空气隔振器进行多次的气体交换且不失压，进而避免了空气隔振器高度下降。

综上所述，本发明提供一种利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，属于刚度可变的空气浮置板隔振系统，具有隔绝低频率振动、提高空气隔振器隔振频率适配范围的能力。解决了车辆通过时产生的低频振动难以隔绝以及车辆振动对地面建筑产生破坏等问题。将其应用于轨道系统中，可为通过浮置板的车辆提供缓冲，降低轮轨接触产生的振动向地面的传递。与现有的钢弹簧浮置板系统仿真结果对比（试验过程参见本说明书的末尾部分），本发明的浮置板系统对车体（车辆）振动加速度降低了20%以上，对浮置板振动加速度降低了10%左右，浮置板位移响应比钢弹簧浮置板提高了约33%。

附图说明

图1为本发明所述利用空气隔振的轨道交通浮置板系统的结构示意图（主视图）。

图2为本发明中浮置板的结构示意图（立体图）。

图3为本发明中空气隔振器的结构示意图（纵向剖视图）。

图4为本发明中空气隔振器的空气通道的结构示意图（纵向剖视图）。

图5为本发明的空气隔振器中应急支撑体的结构示意图（立体图）。

图6为本发明中空气隔振器的外部结构示意图（立体图）。

图7为本发明与现有的钢弹簧浮置板系统仿真结果试验对比图（对比车体振动加速度）。

图8为本发明与现有的钢弹簧浮置板系统仿真结果试验对比图（对比浮置板振动加速度）。

图9为本发明与现有的钢弹簧浮置板系统仿真结果试验对比图（对比浮置板位移）。

具体实施方式

为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明的利用空气隔振的轨道交通浮置板系统具有基底6、浮置板1、风源系统5、附加空气室3、输气管道4、多个阻尼管道2和多个空气隔振器7。多个阻尼管道2与多个空气隔振器7一一相对应。多个空气隔振器7呈两排结对设置（呈对称结构），数量可以为8个。每个所述空气隔振器7具有应急支撑体8（应急支撑体即应急橡胶弹簧组件）、橡胶气囊9、上盖板10、限高挡板12和上密封板13。应急支撑体8具有凸台84、位于凸台84下方的水平向外伸展的上缘板81、底座83和骨架82，骨架82连接上缘板81和底座83，即骨架82将上缘板81和底座83连接为一体。上述基底6的上端与每个所述应急支撑体8的底座83固定连接，具体是基底6上具有螺纹孔，基底6各通过（四个）螺栓与每个所述应急支撑体8的底座83固定连接，这样，应急支撑体8的底部设有定位装置与基底6配合连接。所述上盖板10由圆环形曲面板103、圆环形平板102和盆体101构成，盆体101即盆形凹陷，圆环形平板102位于圆环形曲面板103与盆体101之间，具体是圆环形曲面板103位于上盖板10的本体的外侧，圆环形平板102位于上盖板10的本体的顶部，盆体101位于上盖板10的本体的中部区域。盆体101的底面带有中心孔107，盆体101的底面具有环形凹槽106，所述环形凹槽106位于中心孔107的外侧，环形凹槽106为凹曲面形。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，所述橡胶气囊9的开口的上端（顶端）环形边缘与上盖板10的所述圆环形平板102相连接并形成自密封结构，橡胶气囊9的开口的下端（底端）环形边缘与上缘板81相连接并形成自密封结构，具体是橡胶气囊9的开口的上端环形边缘向上凸起且该凸起伸进所述圆环形平板102底端的环形槽中，橡胶气囊9的开口的下端环形边缘向下凸起，上缘板81的环形边缘向上凸起，橡胶气囊9的开口的下端的环形边缘即向下凸起与上缘板81的环形边缘即向上凸起相互搭接而咬合。上述橡胶气囊9与上盖板10、上缘板81在连接处分别增设有一层密封圈（橡胶密封圈，也可以是橡胶密封垫）。上述凸台84从上盖板10的所述中心孔107伸出，凸台84的上端面高出所述中心孔107的顶端（高出的距离可以是1毫米至2毫米，可选用1.5毫米）。呈横向设置的限高挡板12位于凸台84的上端面并与凸台84固定连接（限高挡板12整体与应急支撑体8同轴连接）。附加空气室3通过空气通道14与橡胶气囊9的内腔相连通。所述附加空气室3通过空气通道14与橡胶气囊9的内腔相连通的结构是，限高挡板12的底面与所述中心孔107的顶端（顶端面）之间具有缝隙105，这样缝隙105的大小也为1毫米至2毫米（可选用1.5毫米）。限高挡板12的外侧壁与盆体101的内侧壁之间具有间隙104，间隙104为环形，间隙104的大小最好为3毫米至5毫米（可选用4毫米）。上密封板13固定在上盖板10的顶部，上密封板13的顶部设有气孔131，气孔131可为梯形螺纹孔。上密封板13与上盖板10之间设有密封圈（橡胶密封圈，也可以是橡胶密封垫），由密封圈（密封垫）进行密封加固。限高挡板12通过螺栓与凸台84固定连接，所述螺栓的头部顶端与上密封板13的底端的距离为5毫米至10毫米，而橡胶气囊9被压缩后上密封板13下降的距离≤3毫米，因此所述螺栓的头部顶端与上密封板13的底端不会发生干涉（碰撞）。所述气孔131、盆体101的腔体上部、间隙104、环形凹槽106、缝隙105、中心孔107和橡胶气囊9的开口形成空气通道14，该空气通道14将附加空气室3与橡胶气囊9的内腔相连通。上述缝隙105、间隙104采用上述数值，对车辆通过带来的振动起到了更好的缓冲作用。每个所述空气隔振器7还具有橡胶垫片11，橡胶垫片11为环形垫的一段（可以是四分之一段），橡胶垫片11固定在限高挡板12的下方并与盆体101的底面位置相对，橡胶垫片11的一部分可落入环形凹槽106中，设置橡胶垫片11能防止盆体101的底面与限高挡板12直接碰撞，起到缓冲保护作用。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，上述基底6的上端与每个所述应急支撑体8的底部固定连接，具体是基底6上具有螺纹孔，基底6各通过（四个）螺栓与每个所述应急支撑体8的底座83固定连接，风源系统5设在基底6的上面并位于浮置板1的左右两侧，风源系统5的数量为两个，输气管道4的数量为两个，附加空气室3为位于（嵌入）浮置板1的内部的空腔体，输气管道4、多个阻尼管道2设于浮置板1的内部，风源系统5的排风口通过（各）输气管道4与附加空气室3相连通。浮置板1的底部设有与所述空气隔振器7一一相对应的多个腔体100（腔体为圆柱体形），每个所述腔体100的四周为空气隔振器7预留出足够的横向膨胀空间。每个所述空气隔振器7的一部分（上部）伸入相对应的一个腔体100中且上密封板13与该腔体100顶部的圆柱体形限位孔相配合（相吻合）而将空气隔振器7横向限位（实现上密封板13与浮置板1的底部接触），上密封板13的顶部的气孔131与阻尼管道2的一端相连通，阻尼管道2的另一端与附加空气室3相连通。即每个阻尼管道2的两端分别与空气隔振器7的上密封板13和附加空气室3的侧面相连通，每个阻尼管道2呈倒着的L形（具有纵向和横向两个管道体），多个空气隔振器7呈两排结对设置在附加空气室3的两侧对称布置。这样，风源系统5通过输气管道4使附加空气室3、各阻尼管道2与空气隔振器7之间进行气体交换，空气经各阻尼管道2在空气隔振器7与附加空气室3之间流动，其中各阻尼管道2的截面面积可变，整个装置的阻尼力大小可在一定范围内进行调节，以起到对振动的缓冲作用。当橡胶气囊9的内部气体发生诸如漏气等意外情况导致整个空气隔振器7的垂向高度下降一定距离时，由应急支撑体8的橡胶弹簧提供浮置板1所需要的支承刚度。限高挡板12位于应急支撑体8的顶部，在空气隔振器7从受压状态到恢复原高度的过程中能够有效防止浮置板1的垂向位移。所述的风源系统5可以实时检测（监测）附加空气室3的压强状态，在多个空气隔振器7与附加空气室3多次气体交换、内部气体损耗导致的附加空气室3内压强下降时，对附加空气室3进行充气，以稳定附加空气室3的内部压强。

上述应急支撑体8的骨架82为橡胶弹簧，橡胶弹簧由数个金属隔板和数个橡胶环构成，金属隔板和橡胶环呈间隔设置而成多层结构（金属隔板将橡胶横向分割成多层结构）。上密封板13为一圆形板，限高挡板12为一圆形板，上缘板81的外轮廓、底座83的外轮廓皆呈圆形。上密封板13、限高挡板12、上缘板81、底座83皆可以由钢板制成。

本发明的以上实施例工作可靠，具有缓冲减振作用，在控制轨道垂向动态位移的前提下，能降低原有轨道系统的固有频率，扩大了减振频率范围和提高隔振效果，解决了车辆通过时产生的低频振动难以隔绝以及车辆振动对地面建筑产生破坏等问题。本发明中空气隔振器7的安装顺序依次为：第一，将应急支撑体8中的底座83固定在基底6上，二者通过螺栓连接；第二，将橡胶气囊9的开口的上端（顶端）环形边缘、橡胶气囊9的开口的下端（底端）环形边缘分别与上盖板10的所述圆环形平板102、上缘板81相连接，二者呈自锁结构，接触部分用橡胶圈密封，进一步防止内部气体泄漏；第三，将限高挡板12与应急支撑体8中的凸台84通过螺栓固定连接；第四，将上密封板13固定在上盖板10的顶部，两者中间添加密封圈（橡胶密封圈、垫）来保证密封性。本发明中轨道设于浮置板1上，当轨道承受压力时，造成空气隔振器7与附加空气室3的压力差，空气在附加空气室3与空气隔振器7之间（通过空气通道14）流动从而提供了减震效能，使传递到基座83的振动减少从而起到隔振的作用。通过本发明提供的技术方案，能够有效降低轨道系统的固有频率，扩展了浮置板系统有效隔振频域的宽度，使其具有了一定的低频隔振能力，同时可有效控制列车经过轨道系统时的垂向位移，隔绝了传递到地面的部分振动。

如图7、图8、图9所示，将本发明（浮置板系统）与现有的钢弹簧浮置板系统进行仿真结果对比，试验过程如下：

一、对空气隔振器7进行受力分析，浮置板1的压力均匀分布在上密封板13的顶部，通过公式得到空气隔振器7的压缩量与空气隔振器7的支撑刚度及其所能够提供支反力的大小，由此确定空气隔振器7的垂向高度、直径、内部气体体积、有效面积等参数。

二、根据步骤一所计算出来的尺寸参数，在有限元分析软件Abaqus中建立简化后的空气隔振器7的有限元模型（由于橡胶弹簧不参与气体交换过程且自身为刚性体，对分析结果的影响很小可忽略不计，故在有限元分析中省略该部分的建模）。其中橡胶气囊9的材料选择超弹性橡胶材料，采用五阶Ogden模型来表示其材料的本构关系，其余零部件均赋予属性为无变形的离散刚性体。

空气隔振器7的刚度特性主要取决于内部气体的压缩程度，在ABAQUS中，可通过流体腔进行建模，附加空气室3与橡胶气囊9的内部存在两个流体腔点，两点之间的内压变化可根据节流孔流量方程公式计算出气体质量流量，并通过流量与压差的特性曲线加载，从而实现二者之间的气体交换。

对橡胶气囊9内部充气直至内部压强达到额定值，而后向上密封板13施加正弦激励模拟来自浮置板1的下表面的压力，通过整理仿真结果，得到垂向工况下的载荷、位移变化数据，整理出最大载荷与最小载荷的数据计算相应的垂向刚度，将所得结果与数值解做对比并分析理论解与数值解之间差异的原因。

建立柔性浮置板有限元模型，浮置板1选取预制短板长宽高分别为4.8m、3.45m和0.34m，对浮置板1进行模态分析，得到其相应频率的模态阵型，最后将柔性浮置板导入多刚体动力学软件中进行分析。

三、在Simulink中分别建立橡胶气囊9、节流孔与附加空气室3三者的数学模型，其中输入为浮置板1的垂向位移，输出为空气隔振器7所能提供的支反力，将计算结果导入多刚体动力学软件中进行联合仿真。

四、在多刚体动力学软件UM中建立某地铁B型车模型，在“二”中的柔性浮置板底部分别建立线性的钢弹簧隔振器力元和非线性的空气隔振器力元，二者的不同表现为后者的支反力由“三”中的计算结果给出且支反力的大小随浮置板1所受压力的大小决定，测试在两种隔振器下车辆通过时的车体振动加速度、浮置板垂向位移、浮置板振动加速度等参数，比较两种结果的差异。

如图7、图8、图9所示，与现有的钢弹簧浮置板系统仿真结果对比，本发明的浮置板系统对车体（车辆）振动加速度降低了20%以上，对浮置板1的振动加速度降低了10%左右，浮置板位移响应比钢弹簧浮置板提高了约33%。

综上所述，本发明提供一种利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，属于刚度可变的空气浮置板隔振系统，具有隔绝低频率振动、提高空气隔振器隔振频率适配范围的能力。解决了车辆通过时产生的低频振动难以隔绝以及车辆振动对地面建筑产生破坏等问题。将其应用于轨道系统中，可为通过浮置板的车辆提供缓冲，降低轮轨接触产生的振动向地面的传递。

Claims (10)

1.一种利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，具有基底（6）、浮置板（1），其特征在于所述的利用空气隔振的轨道交通浮置板系统还具有风源系统（5）、附加空气室（3）、输气管道（4）、多个阻尼管道（2）和多个空气隔振器（7）；

每个所述空气隔振器（7）具有应急支撑体（8）、橡胶气囊（9）、上盖板（10）、限高挡板（12）和上密封板（13）；应急支撑体（8）具有凸台（84）、位于凸台（84）下方的水平向外伸展的上缘板（81）、底座（83）和骨架（82），骨架（82）连接上缘板（81）和底座（83）；上述基底（6）的上端与每个所述应急支撑体（8）的底座（83）固定连接；所述上盖板（10）由圆环形曲面板（103）、圆环形平板（102）和盆体（101）构成，圆环形平板（102）位于圆环形曲面板（103）与盆体（101）之间，盆体（101）的底面带有中心孔（107），盆体（101）的底面具有环形凹槽（106），所述环形凹槽（106）位于中心孔（107）的外侧；

所述橡胶气囊（9）的开口的上端环形边缘与上盖板（10）的所述圆环形平板（102）相连接并形成自密封结构，橡胶气囊（9）的开口的下端环形边缘与上缘板（81）相连接并形成自密封结构，上述凸台（84）从上盖板（10）的所述中心孔（107）伸出，凸台（84）的上端面高出所述中心孔（107）的顶端，呈横向设置的限高挡板（12）位于凸台（84）的上端面并与凸台（84）固定连接，附加空气室（3）通过空气通道（14）与橡胶气囊（9）的内腔相连通。

2.根据权利要求1所述的利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，其特征在于附加空气室（3）通过空气通道（14）与橡胶气囊（9）的内腔相连通的结构是，限高挡板（12）的底面与所述中心孔（107）的顶端之间具有缝隙（105），限高挡板（12）的外侧壁与盆体（101）的内侧壁之间具有间隙（104），上密封板（13）固定在上盖板（10）的顶部，上密封板（13）的顶部设有气孔（131）；所述气孔（131）、盆体（101）的腔体上部、间隙（104）、环形凹槽（106）、缝隙（105）、中心孔（107）和橡胶气囊（9）的开口形成空气通道（14），空气通道（14）将附加空气室（3）与橡胶气囊（9）的内腔相连通。

3.根据权利要求1所述的利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，其特征在于上述风源系统（5）设在基底（6）的上面并位于浮置板（1）的左右两侧，风源系统（5）的数量为两个，输气管道（4）的数量为两个。

4.根据权利要求2所述的利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，其特征在于上述附加空气室（3）为位于浮置板（1）的内部的空腔体，输气管道（4）、多个阻尼管道（2）设于浮置板（1）的内部，风源系统（5）的排风口通过输气管道（4）与附加空气室（3）相连通；浮置板（1）的底部设有与所述空气隔振器（7）一一相对应的多个腔体（100），每个所述空气隔振器（7）的一部分伸入相对应的一个腔体（100）中且上密封板（13）与该腔体（100）顶部的限位孔相配合而将空气隔振器（7）横向限位，上密封板（13）的顶部的气孔（131）与阻尼管道（2）的一端相连通，阻尼管道（2）的另一端与附加空气室（3）的侧面相连通，每个阻尼管道（2）呈倒着的L形。

5.根据权利要求1所述的利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，其特征在于多个阻尼管道（2）与多个空气隔振器（7）一一相对应，多个空气隔振器（7）呈两排结对设置，空气隔振器（7）的数量为8个。

6.根据权利要求1所述的利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，其特征在于上述应急支撑体（8）的骨架（82）为橡胶弹簧，橡胶弹簧由数个金属隔板和数个橡胶环构成，金属隔板和橡胶环呈间隔设置而成多层结构。

7.根据权利要求1所述的利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，其特征在于每个所述空气隔振器（7）还具有橡胶垫片（11），橡胶垫片（11）为环形垫的一段，橡胶垫片（11）固定在限高挡板（12）的下方并与盆体（101）的底面位置相对，橡胶垫片（11）的一部分落入环形凹槽（106）中。

8.根据权利要求2所述的利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，其特征在于上述限高挡板（12）的底面与所述中心孔（107）的顶端之间的缝隙（105）的大小为1毫米至2毫米，限高挡板（12）的外侧壁与盆体（101）的内侧壁之间的间隙（104）的大小为3毫米至5毫米。

9.根据权利要求1所述的利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，其特征在于上述橡胶气囊（9）与上盖板（10）、上缘板（81）在连接处分别增设有橡胶密封圈；上密封板（13）与上盖板（10）之间设有橡胶密封圈。

10.根据权利要求1所述的利用空气隔振的轨道交通浮置板系统，其特征在于每个所述阻尼管道（2）的截面面积是可变的；上述环形凹槽（106）为凹曲面形，上密封板（13）为一圆形板，限高挡板（12）为一圆形板，上缘板（81）的外轮廓、底座（83）的外轮廓皆呈圆形。

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