CN1470706A - 轨道 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁路或电车道的轨道结构，它包括轨道本体，在轨道本体的非工作表面上设置由高阻尼材料构成的阻尼体，这种具有阻尼结构的轨道，列车运行时轨道所产生的振动及噪声，尤其是一次噪声，被阻尼体大量吸收，一次噪声的降低自然减少了二次噪声的产生，减轻了列车运行过程中对周围建筑物及居民的影响，同时延长了轨道的使用寿命。

Description

轨道

                         技术领域

本发明属于铁路轨道，尤其是涉及一种铁路或电车道的轨道结构，具体可以是铁路、地铁、城市铁路、高架轻轨、高速铁路等。

                         背景技术

随着交通技术的现代化发展，地铁和高架轻轨等城市轨道交通越来越多，在给城市居民带来方便的同时，也给沿线居民带来了不同程度的振动和噪声干扰。根据目前的理论和实践，振动主要通过轨道接触传递到道床，再通过道床传递到地基或隧道壁或桥梁至桥墩，再通过土壤传播到周围建筑中，在建筑物内产生振动和固体传声，形成干扰。噪声分为一次噪声和二次噪声。一次噪声包括车辆本身产生的噪声、轨道接触和轨道振动发出的噪声；二次噪声是指道床、隧道壁、桥梁结构等因振动沿固体传播而激发出的噪声。根据上述认识，世界各国陆续开发出了各式各样的减振降噪措施，例如用隔声屏来吸收隔离噪音，用各式各样弹性扣件和道床型式来控制振动和噪声，比较著名的例如科隆蛋、弹性套靴、浮置板等。申请号为93232580的中国实用新型专利所公开的即是这一类方案。然而，这种结构并不能降低声源的发声强度，只是被动地吸收和隔离车辆和轨道发出的一次噪声，隔声效果与方位和距离有关。

目前有在轨道上设置铅或橡胶的尝试，但仅对高频部分的振动和噪声起有限作用。这是因为铅是软金属，在大变形时具有很好的塑性，对大变形的构件如隔震橡胶支座，它有很好的塑性阻尼，但钢轨的振动变形对铅来说仍在弹性范围内，还没有进入塑性变形区，无法靠塑性提供阻尼，仅靠其弹性区内极小的金属类材料阻尼和与钢的弹性梯度对高频噪声衰减，效果及其有限，对中低频振动和中低频噪声作用及其有限。除了专门的高阻尼橡胶外，一般橡胶的天然阻尼也很小，材料阻尼比一般小于1-3％，对于刚度很大的轨道来说阻尼太小，算不上阻尼材料，因此仅对高频的振动和噪声有些阻尼作用，对钢轨的中低频部分的振动噪声能量不起作用，而钢轨的振动噪声能量大部分集中在中低频部分，这些能量恰是钢轨磨损和二次噪声的原因。

普通铁路和高速铁路除了在市区内存在同样的振动和噪声问题外，还由于其轴重大，车速高，轨道振动大，轨道的磨损问题非常严重。例如轨顶面的波纹状磨损，以及在曲线段的轮沿和轮侧磨损。这些磨损增大以后，就会影响列车运行舒适性和安全性，因此，必须进行修复，如磨轨、更换车轮或轮箍，因而增加了列车运行成本。

就目前的技术而言，还没有经济、有效的方法从振动的源头来解决轨道振动、轨道一次噪声和轨道磨损问题。根据结构力学，增大结构的阻尼能有效吸收结构振动能量，抑制结构振动。车轮和钢轨都是低阻尼结构，极易振动和发声。但车轮是高速滚动的部件，钢轨是很长的连续体，两者形状都相对复杂，附近可利用空间狭小，且强度和受力都很大，一般的弹性材料如普通橡胶和在弹性区工作的金属铅都不能提供足够的有效的阻尼。这种情况导致了轨道振动、轨道一次噪声和轨道磨损等技术问题长期困扰着本领域的技术人员而无法解决。

                         发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种显著增大轨道的阻尼，从而能够有效吸收轨道振动能量的轨道。

本发明是这样实现的，它包括轨道本体，其是由轨头、轨腰和轨底组成，在轨道本体至少部分非工作表面上设置由高阻尼材料构成的阻尼体。

本发明所说的高阻尼材料，即有别于一般的的弹性材料或低阻尼材料，如一般的橡胶，也有别于仅在大变形时有较大塑性阻尼的铅。它包括任何具有较高材料阻尼比、能够提供足够阻尼的材料，分固体阻尼材料和液体阻尼材料两大类，固体阻尼材料包括粘弹性和粘塑性的高分子材料，如高阻尼的橡胶、高阻尼聚氨酯、超塑性硅氧橡胶，沥青橡胶、及工作温度下呈固态的高阻尼改性沥青基材料等，这些阻尼材料具有较高的阻尼比，可达30-5 0％；液体阻尼材料包括高粘度的粘滞液体，例如硅油、以及工作温度下呈粘滞状态的改性沥青等。本发明的阻尼材料还包括以上述阻尼材料为基体、添加有其它填充物的材料，如添加短纤维、云母粉等可以增大阻尼材料内在阻尼，添加橡胶粉可以增加材料的弹性，添加金属纤维可以增加材料的导热性能。

本发明所说的一种阻尼体，是指沿轨道本体的长度方向连续或间隔设置的至少一层固体高阻尼材料；固体高阻尼材料可以通过化学粘结、热熔粘结、硫化、浇注、夹持、喷涂及涂覆等方式与轨道本体联结为一体。

本发明所说的另一种阻尼体，是指沿轨道本体的长度方向连续或间隔设置的阻尼结构体，该阻尼结构体由高阻尼材料和约束体构成，约束体首选刚度比阻尼材料大的材料；其中至少部分高阻尼材料设置在轨道本体与约束体之间。高阻尼材料可以为固体高阻尼材料或者液体阻尼材料；约束体呈板状，或者约束体内设有腔室，其腔室内填充有固体或者液体高阻尼材料。

这种阻尼体中的一种阻尼结构体，其由至少一层固体高阻尼材料和约束体组成，固体高阻尼材料设置在轨道本体和约束体之间。

这种阻尼体中的另一种阻尼结构体，其至少由液体高阻尼材料和约束体组成，液体高阻尼材料设置在约束体与轨道本体之间所形成的腔室内。

上述约束体与轨道本体之间所形成的腔室以及约束体内的腔室为全密封或者向上开口，腔室的密封通过密封体实现；或者通过约束体与轨道本体的局部直接联结实现。为了消除因液体阻尼材料的流动性所带来的腔室间距的不确定性，可以在腔室内间隔设置定距件，定距件为联结腔室两壁的块状物、网格状物、条状物，或者是约束体自身的凸起，从阻尼效果和密封安全角度来讲，能够分割并密封阻尼体所在腔室的网格状或条状定距件为优选方案。为不影响阻尼效果，密封件和定距件优先选用固体高阻尼材料，

阻尼结构体可以通过夹持件、紧固件或特种扣件与轨道的至少部分非工作面联结。

除上述阻尼结构体与轨道本体的联结方式外，也可以是固体高阻尼材料通过自粘、化学粘结、热熔粘结、硫化、浇注、夹持、喷涂及涂覆等方式与轨道本体或者约束体联结。

本发明的有益效果是：轨道采用上述阻尼结构后，列车运行时轨道的振动强迫阻尼体产生的以剪切为主的变形，阻尼体由于其阻尼特性产生与变形方向相反的阻力，将轨道的振动能量转化热能，有效地降低了轨道所产生的振动，由于振动为噪声之源，噪声也大幅降低，尤其是一般方法很难消除的一次噪声，减轻了列车运行过程中对周围建筑物及居民的影响。这种阻尼减振对于各种频率都有较好的减振效果，即宽频带减振效果。另外由于列车的振动能量被高阻尼材料有效吸收，提高了车轮和轨道的使用寿命及列车运行的舒适性。

                         附图说明

图1是本发明的结构示意图之一；

图2是本发明的结构示意图之二；

图3是本发明的结构示意图之三；

图4是本发明的结构示意图之四；

图5是图4的A-A剖视图；

图6是本发明的结构示意图之五；

图7是图6的B-B剖视图；

图8是本发明的结构示意图之六；

图中，1为轨道，11为轨头，111为轨头顶面，112为轨头工作侧面，113为轨头非工作侧面，114为轨颚；12为轨腰；13为轨底，131为轨底上面，132为轨底底面。

2为高阻尼材料，21为固体高阻尼材料，22为液体阻尼材料。

3为约束结构体，4为定距件，5为密封件，6为夹持件。

                       具体实施方式

实施例1

本发明的轨道，参见图1，它包括轨道本体，其是由轨头11、轨腰12和轨底13组成，在轨道本体除轨头顶面111和侧工作面112以外的其他非工作外表面上均设置一层固体高阻尼材料21。固体高阻尼材料具体以由常温下呈固态的高阻尼改性沥青为基体，添加橡胶粉、滑石粉、云母粉等制成的高阻尼材料，中间夹嵌一层高强纤维网制成阻尼卷材，下称改性沥青阻尼卷材。该固体高阻尼材料在常温下呈粘弹性固态，加热后呈为粘稠液体，可以通过自粘胶、热熔粘结或热涂覆的方式与轨道本体联结为一体。

这种结构的轨道，列车在运行时，轨道所产生的振动，强迫阻尼体产生的以剪切为主的变形，阻尼体由于其阻尼特性产生与变形方向相反的阻力，将轨道的振动能量转化热能，有效地降低了轨道所产生的振动，由于振动为噪声之源，噪声也大幅降低，尤其是一般方法很难控制的一次噪声，减轻了列车运行过程中对周围建筑物及居民的影响。这种阻尼减振对于各种频率都有较好的减振效果，即宽频带减振效果。另外由于列车的振动能量被高阻尼材料有效吸收，提高了车轮和轨道的使用寿命及列车运行的舒适性。

实施例2

参见图2，在约束结构体3的表面，通常为刚度较大的铝板或彩钢板，折弯或轧制成横截面与轨腰12、轨颚114及轨底上面131相近的型材，或工程塑料挤塑的型材，亦即约束板，热熔粘贴两层固体高阻尼材料21，仍然是改性沥青阻尼卷材，制成阻尼结构体，然后在轨道本体的非工作面轨腰12、轨颚114及轨底上面131与轨道本体直接热熔粘结。

实施例3

参见图3，与实施例2不同的是高阻尼材料为两层高阻尼橡胶，在工厂与约束板硫化为一体，制成阻尼结构体，通过设置在轨腰12两侧的夹持件6紧密地压紧在轨道本体的两侧。夹持件6为在钢轨枕木之间绕轨底的C型卡箍，也可以是钢轨扣件弹条向轨腰方向的延伸，或者是穿透轨腰的螺栓。

实施例1-3均可在工厂生产或现场实施，但实施例3相对而言更适合现场快速实施。如果在工厂生产，将约束板与轨道本体借助高阻尼橡胶直接硫化为一体，不用夹持件，减振效果更好。

实施例4

参见图4、图5，在轨道本体上连续设置包容轨底13和轨腰12的腔室，该腔室是由轨底13、轨腰12、约束结构体3和密封件5构成。约束结构体由2-3片轧制彩钢板拼焊为一体或整体轧制而成，在该腔室内注有液体阻尼材料22，本例为硅油；为了消除因液体阻尼材料的流动性所带来的腔室间距的不确定性，可以在包容液体阻尼材料的腔室内沿长度方向间隔设置定距件4，定距件4分别设置在轨底底面132、轨底上面131和轨腰12两侧，尤其需要设置在轨底对应扣件弹条的位置，因为弹条对该处的轨道本体和约束结构体施加固定轨道的所需压力，设置定距件可以保证腔室在该处间距的稳定性。定距件4为联结轨道本体和约束结构体的块状物。密封件5设置于轨腰向上的开口处和轨道接头处，见图4、图5。为不影响阻尼效果，密封件和定距件为固体高阻尼材料，密封件和定距件分别与轨道本体和约束结构体通过热熔粘接或化学粘结方式联接。

在实际使用中，定距件不局限为块状，可以是网格状物，或者条状物，或者是约束结构体自身的凸起。

固体高阻尼材料和液体阻尼材料相比较，同为阻尼材料，但是两者用于轨道的阻尼效果是有差异的，具体表现为：固体高阻尼材料与金属板之间可以通过粘贴、硫化等方式联结，但是随着使用时间的增长，阻尼材料有可能与轨道本体脱离，这样就降低了阻尼效果，而液体阻尼材料则不存在这一问题，只需做好密封，万一泄漏也是容易发现的。另外，液体阻尼材料与钢的弹性梯度更大，对振动传递的弹性阻抗更大，减振效果更好。

实施例5

参见图6、图7，在两轨道支承点之间间隔设置截面形状与轨腰12侧面和轨底上面131其平行的约束结构体3，该约束结构体3在轨腰两侧形成密封腔室，在腔室内注有液体阻尼材料22，本例为在常温下呈液态的高阻尼改性沥青，当约束体刚度大时，腔室内可不设置定距件，周边用密封件5密封，构成阻尼结构体，阻尼结构体在轨腰侧面和轨底上面通过固体高阻尼材料21与轨道本体粘贴联结。

相对于实施例4而言，本实施例已经比较适合对已运行的轨道进行改造。液体阻尼材料的灌注和密封以及固体阻尼材料与阻尼结构体的粘结可以在工厂进行，现场只需将阻尼结构体粘贴到轨道本体上，方便快捷。由于间隔布置，可以避开轨道本体的支承点，如轨道垫板。

在隔振效果方面，相对前述实施例，本例同时设置了内层的固体高阻尼材料和阻尼结构体夹层的液体阻尼材料，充分利用了两种阻尼材料的优势，提高了阻尼效果。

实施例6

参见图8，在轨底上面131和轨底底面132上连续热粘一层固体高阻尼材料21，如高阻尼改性沥青卷材，在该固体高阻尼材料21的外表面再热粘一金属约束板3，该约束板向上与轨腰平行延伸，构成平行于轨腰的腔室，腔室上端由密封件5密封，在端头由约束板与轨道本体焊接密封。该腔室内注有液体阻尼材料22，如硅油，腔室内设置保持间距的定距件。

对于一定长度的水平轨道，腔室也可以是三面密封，向上开口式。

相对实施5而言，本例适合工厂化生产，以及在轨道上连续设置阻尼结构体；相对实施4而言，本例在轨道的受力部轨底处设置固体高阻尼材料，以在轨道的非受力部轨腰处设置液体阻尼材料，充分结合了两者的优势，提高了阻尼效果。

Claims (10)

1.一种轨道，它包括轨道本体，其是由轨头、轨腰和轨底组成，其特征在于在轨道本体至少部分非工作表面上设置由高阻尼材料构成的阻尼体。

2.根据权利要求1所述的轨道，其特征在于阻尼体为沿轨道本体的长度方向连续或间隔设置至少一层固体高阻尼材料。

3.根据权利要求1所述的轨道，其特征在于阻尼体为沿轨道本体的长度方向连续或间隔设置阻尼结构体，该阻尼结构体由高阻尼材料和约束体构成；其中至少部分高阻尼材料设置在轨道本体与约束体之间。

4.根据权利要求3所述的轨道，其特征在于高阻尼材料可以为固体高阻尼材料或者液体阻尼材料；约束体呈板状，或者约束体内设有腔室，其腔室内填充有固体或者液体高阻尼材料。

5.根据权利要求4所述的轨道，其特征在于阻尼结构体由至少一层固体高阻尼材料和约束体组成，固体高阻尼材料设置在轨道本体和约束体之间。

6.根据权利要求4所述的轨道，其特征在于阻尼结构体至少由液体高阻尼材料和约束体组成，液体高阻尼材料设置在约束体与轨道本体之间所形成的腔室内。

7.根据权利要求4或5或6所述的轨道，其特征在于约束体与轨道本体之间所形成的腔室以及约束体内的腔室为全密封或者向上开口，腔室的密封通过密封体实现；或者通过约束体与轨道本体的局部直接联结实现。

8.根据权利要求7所述的轨道，其特征在于腔室内间隔设置定距件，定距件为联结腔室两壁的块状物、网格状物、条状物，或者是约束体自身的凸起，定距件与密封体可以采用固体高阻尼材料或者弹性材料。

9.根据权利要求8所述的轨道，其特征在于阻尼结构体通过夹持件、紧固件或特种扣件与轨道的至少部分非工作面联结。

10.根据权利要求8所述的轨道，其特征在于固体高阻尼材料通过自粘、化学粘结、热熔粘结、硫化、浇注、夹持、喷涂及涂覆等方式与轨道本体或者约束体联结。

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