CN116289347A - 一种分体式双层非线性弹簧减振扣件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道交通减振降噪技术领域，具体公开了一种分体式双层非线性弹簧减振扣件，包括上层垫板、轨下橡胶垫板、中间垫板、下层垫板、弹条组件、锚固组件、弹簧组件和帽形橡胶柱，上层垫板具有放置凹槽，轨下橡胶垫板设置于上层垫板的上端，中间垫板设置于上层垫板的下端，下层垫板设置于中间垫板的下端，两个弹簧组件分别从上至下依次贯穿上层垫板、中间垫板和下层垫板，帽形橡胶柱均匀设置于轨下橡胶垫板的上端和中间垫板的上下两端。采用分体式设计，便于安装和后期维护时单一元件的维修更换，降低了运营成本；弹簧组件和帽形橡胶柱扩大了非线性刚度的调节范围，实现了动静刚度的解耦设计，提高了横向稳定性。

Description

一种分体式双层非线性弹簧减振扣件

技术领域

本发明涉及轨道交通减振降噪技术领域，尤其涉及一种分体式双层非线性弹簧减振扣件。

背景技术

目前，城市轨道交通快速发展带来交通便捷的同时也产生了振动噪声污染，减振扣件作为联结钢轨与轨枕的重要结构，是缓解振动噪声的有效措施之一；其中非线性减振扣件，可以通过刚度的非线性调节，形成小载荷小变形实现高减振，大载荷大变形实现对钢轨的过载保护，确保行车安全，具有良好的工程应用前景；非线性减振扣件主要有单层非线性减振扣件和双层非线性减振扣件。

在现有技术中，专利CN113005824A公开了一种减振扣件系统及其刚度调节方法，属于单层非线性减振扣件，通过橡胶体硫化连接在金属板下方与轨枕接触，中间支撑处的橡胶体设计为橡胶柱，随钢轨载荷的增加橡胶柱与轨枕的接触面积增大，成功实现了减振扣件的垂向刚度呈非线性调节。但是该现有技术存在以下问题：橡胶与金属板的硫化一体式设计，硫化工艺复杂，增加了制造成本，且不利于后期维修和单一元件更换；单层橡胶层的刚度可调节范围有限，且在安装时螺栓预紧力通过铁垫板传递至橡胶层，使得橡胶层弹性的进一步损失；扣件的横向刚度难以保证，横向稳定性较差，易使钢轨发生波磨。

专利CN113718565A公开了一种半分离式双层非线性减振扣件，采用自锁装置连接上层铁垫板、中间橡胶垫板和下层铁垫板，通过中间橡胶垫板上的圆柱形凸起调节垂向刚度。安装简单，维修维护成本低。但是其存在以下问题：中间橡胶垫板没有做几何非线性设计，圆柱形橡胶柱在收到压缩时，受力接触面积不变，垂向刚度非线性只来源于橡胶材料本身，限制了非线性刚度的设计窗口；扣件垂向刚度依赖于中间橡胶垫板，由于橡胶的材料特性，调节静刚度时动刚度也会随之发生变化，无法将扣件系统动静刚度进行解耦设计，难以满足轨道交通中扣件动静刚度比值小于1.4的标准化要求。

综上所述的现有技术中，减振扣件垂向刚度的调节依赖于橡胶材料，非线性刚度可调节范围有限，且无法将扣件系统的动静刚度进行解耦设计，过度追求垂向刚度获得良好的减振效果，而忽略横向刚度和横向稳定性，容易导致后期钢轨波磨等运营灾害问题频出，采用硫化一体式设计的扣件，存在硫化工艺复杂、制造成本增加以及不利于后期维修和单一元件更换等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分体式双层非线性弹簧减振扣件，旨在解决现有技术中的扣件垂向非线性刚度调节范围小，动静刚度解耦设计困难，横向稳定性差钢轨易发生波磨，后期维修和元件更换困难等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的一种分体式双层非线性弹簧减振扣件，包括上层垫板、轨下橡胶垫板、中间垫板、下层垫板、弹条组件、锚固组件、弹簧组件和帽形橡胶柱，所述上层垫板具有放置凹槽，所述轨下橡胶垫板设置于所述上层垫板的上端，并嵌于所述放置凹槽的内部，所述中间垫板设置于所述上层垫板的下端，所述下层垫板设置于所述中间垫板的下端，所述弹簧组件的数量为两个，两个所述弹簧组件分别从上至下依次贯穿所述上层垫板、所述中间垫板和所述下层垫板，所述帽形橡胶柱的数量为多个，所述帽形橡胶柱均匀设置于所述轨下橡胶垫板的上端和所述中间垫板的上下两端，每个所述帽形橡胶柱的下端为柱形，每个所述帽形橡胶柱的上端均呈圆台设置，且所述圆台的斜面为圆弧结构，所述弹条组件的数量为两个，两个所述弹条组件分别设置于所述上层垫板的上端，所述锚固组件的数量为两个，每个所述锚固组件分别贯穿对应的所述弹簧组件。

其中，每个所述弹簧组件包括上限位块、下限位块和弹簧，所述上层垫板还具有两个第一嵌槽，所述下层垫板具有两个第二嵌槽，所述上限位块设于所述上层垫板的上端，并嵌于对应的所述第一嵌槽之中，所述下限位块设置于所述下层垫板的下端，并嵌于对应的所述第二嵌槽的内部，所述弹簧的设置于所述上限位块和所述下限位块之间。

其中，每个所述上限位块包括矩形台和圆台，所述圆台与所述矩形台固定连接，并位于所述矩形台的一侧，所述矩形台靠近所述圆台的一侧均匀设有多条凸齿，且多条所述凸齿与所述第一嵌槽相互适配，所述上限位块与所述下限位块结构一致。

其中，所述中间垫板具有上凸台和下凸台，每个所述帽形橡胶柱分别设置于所述上凸台和所述下凸台的一侧，所述上层垫板的下端还具有上凹槽，且所述上凹槽与所述上凸台相互适配，所述下层垫板的上端还具有下凹槽，且所述下凹槽与所述下凸台相互适配。

本发明的一种分体式双层非线性弹簧减振扣件的有益效果为：

(1)所述分体式双层非线性弹簧减振扣件采用所述上层垫板、中间垫板和所述下层垫板的分体式结构，使得施工安装和后期维护更换部件时更加方便快捷，可以达到降低运营成本的目的。

(2)通过所述弹簧的引入，增加了所述分体式双层非线性弹簧减振扣件的垂向刚度，实现了所述分体式双层非线性弹簧减振扣件的解耦设计，由于所述弹簧动静刚度基本相同，而橡胶材料动静刚度是高度非线性的，通过所述帽形橡胶柱调节动刚度，所述弹簧调节静刚度，易于实现轨道交通中所述分体式双层非线性弹簧减振扣件的动静刚度比值的标准化要求。

(3)所述帽形橡胶柱实现了材料非线性、几何非线性和接触非线性的叠加，最大程度的扩大了刚度非线性的设计，可以在钢轨的压持下，随着压持的负荷增大，所述帽形橡胶柱受到挤压，增大了受力的接触面积和垂向刚度非线性，从而实现整体结构垂向刚度的非线性调控。

(4)所述圆台对所述弹簧进行限位，对所述弹簧的压缩起到垂向导向的作用，提高了弹簧的稳定性，所述凸齿的条带方向平行于钢轨的纵向，所述凸齿与嵌槽的适配可以限制所述分体式双层非线性弹簧减振扣件的横向移动，增大横向刚度，提高了横向的稳定性。

(5)通过所述上凸台和所述下凸台可以快速对所述上层垫板和所述下层垫板进行定位，同时在长时间使用过程中防止因振动，而导致所述上层垫板、所述中间垫板和所述下层垫板的移位，进而影响所述分体式双层非线性弹簧减振扣件整体的减振效果和动静刚度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明的一种分体式双层非线性弹簧减振扣件的安装示意图。

图2是本发明的一种分体式双层非线性弹簧减振扣件的分解示意图。

图3是本发明的轨下橡胶垫板的结构示意图。

图4是本发明的上层垫板的结构示意图。

图5是本发明的上层垫板的仰视图。

图6是本发明的中间垫板的结构示意图。

图7是本发明的中间垫板的截面示意图。

图8是本发明的下层垫板的结构示意图。

图9是本发明的限位块的结构示意图。

1-上层垫板、2-轨下橡胶垫板、3-中间垫板、4-下层垫板、5-上限位块、6-下限位块、7-弹簧、8-帽形橡胶柱、9-放置凹槽、10-第一嵌槽、11-第二嵌槽、12-矩形台、13-圆台、14-凸齿、15-上凸台、16-下凸台、17-上凹槽、18-下凹槽、19-锚固螺栓、20-弹簧垫片、21-圆垫片、22-T形螺栓、23-弹条、24-轨距块、25-下表面凸台。

具体实施方式

请参阅图1至图9，本发明提供了一种分体式双层非线性弹簧减振扣件，包括上层垫板1、轨下橡胶垫板2、中间垫板3、下层垫板4、弹条组件、锚固组件、弹簧组件和帽形橡胶柱8，所述上层垫板1具有放置凹槽9，所述轨下橡胶垫板2设置于所述上层垫板1的上端，并嵌于所述放置凹槽9的内部，所述中间垫板3设置于所述上层垫板1的下端，所述下层垫板4设置于所述中间垫板3的下端，所述弹簧组件的数量为两个，两个所述弹簧组件分别从上至下依次贯穿所述上层垫板1、所述中间垫板3和所述下层垫板4，所述帽形橡胶柱8的数量为多个，所述帽形橡胶柱8均匀设置于所述轨下橡胶垫板2的上端和所述中间垫板3的上下两端，每个所述帽形橡胶柱8的下端为柱形，每个所述帽形橡胶柱8的上端均呈圆台13设置，且所述圆台13的斜面为圆弧结构，所述弹条组件的数量为两个，两个所述弹条组件分别设置于所述上层垫板1的上端，所述锚固组件的数量为两个，每个所述锚固组件分别贯穿对应的所述弹簧组件。

进一步地，每个所述弹簧组件包括上限位块5、下限位块6和弹簧7，所述上层垫板1还具有两个第一嵌槽10，所述下层垫板4具有两个第二嵌槽11，所述上限位块5设于所述上层垫板1的上端，并嵌于对应的所述第一嵌槽10之中，所述下限位块6设置于所述下层垫板4的下端，并嵌于对应的所述第二嵌槽11的内部，所述弹簧7的设置于所述上限位块5和所述下限位块6之间。

进一步地，每个所述上限位块5包括矩形台12和圆台13，所述圆台13与所述矩形台12固定连接，并位于所述矩形台12的一侧，所述矩形台12靠近所述圆台13的一侧均匀设有多条凸齿14，且多条所述凸齿14与所述第一嵌槽10相互适配，所述上限位块5与所述下限位块6结构一致。

进一步地，所述中间垫板3具有上凸台14和下凸台16，每个所述帽形橡胶柱8分别设置于所述上凸台14和所述下凸台16的一侧，所述上层垫板1的下端还具有上凹槽17，且所述上凹槽17与所述上凸台14相互适配，所述下层垫板4的上端还具有下凹槽18，且所述下凹槽18与所述下凸台16相互适配。

进一步地，每个所述锚固组件包括锚固螺栓19、弹簧垫片20和圆垫片21，所述锚固螺栓19从上至下依次贯穿对应的所述上限位块5、所述弹簧7和所述下限位块6，所述圆垫片21套设于所述锚固螺栓19的外表壁，所述弹簧垫片20套设于所述锚固螺栓19的外表壁，并位于所述圆垫片21与所述锚固螺栓19之间。

进一步地，每个所述弹条组件包括T形螺栓22、弹条23、轨距块24和下表面凸台25，所述下表面凸台25与所述上层垫板1固定连接，并位于所述上层垫板1的上端，所述轨距块24设置于所述下表面凸台25的上端，所述弹条23设置于所述下表面凸台25的上端，所述T形螺栓22设置于所述下表面凸台25的上端。

在本发明的一种分体式双层非线性弹簧减振扣件中，通过所述上层垫板1、所述中间垫板3和所述下层垫板4的分离式结构，在后期运营维护时，更加方便，可以达到针对性维护保养的目的，通过引入所述弹簧7，不但增加了扣件垂向刚度的设计范围，更重要的是实现了扣件动静刚度的解耦设计，由于所述弹簧7动静刚度的基本相同，而橡胶材料动静刚度是高度非线性的，所述帽形橡胶柱8上端呈圆倒角设置，可以在钢轨的压持下，随着压持的负荷增大，所述帽形橡胶柱8受到挤压，增大了受力的接触面积和垂向刚度非线性，从而实现整体结构垂向刚度的非线性调控，通过所述帽形橡胶柱8调节动刚度，然后通过所述弹簧7调节静刚度，更容易实现轨道交通中扣件动静刚度比值的标准化要求，所述帽形橡胶柱8和所述轨下橡胶垫板2实现了材料非线性、几何非线性和接触非线性的叠加，最大程度扩大了刚度非线性的设计窗口，所述弹簧组件不但限制了垫板的横向移动，提高了横向稳定性，而且对所述弹簧7的压缩起到了垂向导向作用，避免其发生移动或扭转，采用分体式设计，便于安装和后期维护时单一元件的维修更换，降低了运营成本，对所述分体式双层非线性弹簧减振扣件进行解耦设计，可以满足轨道交通中动静比要求。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种分体式双层非线性弹簧减振扣件，其特征在于，

包括上层垫板、轨下橡胶垫板、中间垫板、下层垫板、弹条组件、锚固组件、弹簧组件和帽形橡胶柱，所述上层垫板具有放置凹槽，所述轨下橡胶垫板设置于所述上层垫板的上端，并嵌于所述放置凹槽的内部，所述中间垫板设置于所述上层垫板的下端，所述下层垫板设置于所述中间垫板的下端，所述弹簧组件的数量为两个，两个所述弹簧组件分别从上至下依次贯穿所述上层垫板、所述中间垫板和所述下层垫板，所述帽形橡胶柱的数量为多个，所述帽形橡胶柱均匀设置于所述轨下橡胶垫板的上端和所述中间垫板的上下两端，每个所述帽形橡胶柱的下端为柱形，每个所述帽形橡胶柱的上端均呈圆台设置，且所述圆台的斜面为圆弧结构，所述弹条组件的数量为两个，两个所述弹条组件分别设置于所述上层垫板的上端，所述锚固组件的数量为两个，每个所述锚固组件分别贯穿对应的所述弹簧组件。

2.如权利要求1所述的一种分体式双层非线性弹簧减振扣件，其特征在于，

每个所述弹簧组件包括上限位块、下限位块和弹簧，所述上层垫板还具有两个第一嵌槽，所述下层垫板具有两个第二嵌槽，所述上限位块设于所述上层垫板的上端，并嵌于对应的所述第一嵌槽之中，所述下限位块设置于所述下层垫板的下端，并嵌于对应的所述第二嵌槽的内部，所述弹簧的设置于所述上限位块和所述下限位块之间。

3.如权利要求2所述的一种分体式双层非线性弹簧减振扣件，其特征在于，

每个所述上限位块包括矩形台和圆台，所述圆台与所述矩形台固定连接，并位于所述矩形台的一侧，所述矩形台靠近所述圆台的一侧均匀设有多条凸齿，且多条所述凸齿与所述第一嵌槽相互适配，所述上限位块与所述下限位块结构一致。

4.如权利要求3所述的一种分体式双层非线性弹簧减振扣件，其特征在于，

所述中间垫板具有上凸台和下凸台，每个所述帽形橡胶柱分别设置于所述上凸台和所述下凸台的一侧，所述上层垫板的下端还具有上凹槽，且所述上凹槽与所述上凸台相互适配，所述下层垫板的上端还具有下凹槽，且所述下凹槽与所述下凸台相互适配。

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