CN216688840U - 一种沟槽式板下弹性垫板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及钢轨技术领域，特别是一种沟槽式板下弹性垫板。该弹性垫板，包括弹性板，弹性板的上表面开设有上沟槽单元，弹性板的下表面设置有下沟槽单元，弹性板的上部设有轨下垫板，上沟槽单元包括若干等距设置的上矩形凹槽，下沟槽单元包括若干等距设置的下矩形凹槽，弹性板的两端设有加强装置，加强装置用于辅助弹性板支撑压紧螺栓。采用本实用新型的上述结构，上沟槽单元包括若干等距设置的上矩形凹槽，下沟槽单元包括若干等距设置的下矩形凹槽，通过上矩形凹槽和下矩形凹槽的设置，增加了轨下垫板与弹性板和钢轨的摩擦力，同时减少用料，弹性好，在弹性板的两端设置的加强装置，能进一步的提升整个弹性板的工作强度和刚度。
Description
技术领域
本实用新型涉及钢轨技术领域，特别是一种沟槽式板下弹性垫板。
背景技术
近年来，城市轨道交通的快速发展为人们提供了一种方便、快捷、舒适的交通方式，然而也伴随着一些亟待解决的问题，其中较为突出的就是振动和噪声问题。通过轨道减振是减振降噪的一项重要技术措施，而轨道减振扣件是其中最为成功的轨道减振产品之一。目前，市场上已开发出不同结构形式的轨道减振扣件。轨道交通中轨道扣件中铁垫板下垫板装在铁垫板和混凝土轨枕之间主要提供轨道结构中所必须的缓冲、减振、绝缘等功能，常常采用橡胶或聚酯材质，弹性垫板是轨道结构中的重要部件之一，弹性垫板在降低轨道刚度、提高线路弹性、改善轮轨相互动力作用和降低动态效应方面起着重要的不可替代的作用。特别是对于无砟轨道，钢轨支承弹性几乎完全受弹性垫板刚度的支配，其弹性特性就更显得越来越重要。
我国铁路使用的橡胶垫层一般采用两面开槽或凸出小圆柱的形式，对刚度的需求还有待提升。现亟需对垫板的沟槽数量，深度以及数量进行优化设计，得到能满足刚度要求的弹性垫板。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于：针对现有技术存在板下弹性垫板刚度有待提升的问题，提供一种沟槽式板下弹性垫板。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种沟槽式板下弹性垫板，包括弹性板，所述弹性板的上表面开设有上沟槽单元，所述弹性板的下表面设置有下沟槽单元，所述弹性板的上部设有轨下垫板；
所述上沟槽单元包括若干等距设置的上矩形凹槽，所述下沟槽单元包括若干等距设置的下矩形凹槽，所述上矩形凹槽和下矩形凹槽在竖直方向上交错设置，所述上沟槽单元的总长度小于所述下沟槽单元的总长度，所述上沟槽单元在竖直方向的投影均在所述下沟槽单元的长度范围内，所述弹性板的两端设有加强装置，所述加强装置用于辅助弹性板支撑压紧螺栓。
采用本实用新型的上述结构，该类装置的整体结构包括弹性板和轨下垫板，铁轨一般安装在轨下垫板的上部，弹性板设置于轨下垫板的下部，通过弹性板和轨下垫板来对轨道进行减震和降噪等处理，在所述弹性板的上表面和下表面分别开设有上沟槽单元和下沟槽单元，上沟槽单元包括若干等距设置的上矩形凹槽，下沟槽单元包括若干等距设置的下矩形凹槽，通过上矩形凹槽和下矩形凹槽的设置，增加了轨下垫板与弹性板和钢轨的摩擦力，同时减少用料，弹性好，在弹性板的两端设置的加强装置，能进一步的提升整个弹性板的工作强度和刚度。
作为本实用新型的优选方案，所述加强装置包括若干十字槽和若干十字支撑件，所述十字交叉支撑件设置于所述十字交叉槽内，所述十字支撑件的四端均设有缓冲装置，所述缓冲装置用于对火车经过时的挤压进行缓冲。
作为本实用新型的优选方案，所述缓冲装置包括弹簧和套筒，所述弹簧设置于所述套筒内，所述弹簧的一端与所述十字支撑件接触，所述套筒的直径大于所述十字支撑件的端部直径。
作为本实用新型的优选方案，所述下沟槽单元的两侧设有若干圆形凸点，所述圆形凸点可拆卸安装于所述弹性板的底部。
作为本实用新型的优选方案，所述上矩形凹槽和下矩形凹槽的两端均贯穿整个弹性板的水平面。
作为本实用新型的优选方案，所述上矩形凹槽的宽度为7～8mm，相邻所述上矩形凹槽之间的距离为9～11mm，所述弹性板的全长为330～350mm。
作为本实用新型的优选方案，所述下矩形凹槽的宽度为7～8mm，相邻所述下矩形凹槽之间的距离为9～11mm，所述弹性板的厚度为10～14mm。
作为本实用新型的优选方案，所述上沟槽单元的两端距离所述弹性板宽边的边缘均为92～97mm，所述下沟槽单元的两端距离所述弹性板宽边的边缘均为85～90mm。
作为本实用新型的优选方案，所述弹性板的两端均的开设有通孔。
作为本实用新型的优选方案，所述通孔的直径为29～33mm，所述通孔的圆心距离所述弹性板最近的长边的边缘的距离为23.5～25.5mm。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
采用本实用新型的上述结构，该类装置的整体结构包括弹性板和轨下垫板，铁轨一般安装在轨下垫板的上部，弹性板设置于轨下垫板的下部，通过弹性板和轨下垫板来对轨道进行减震和降噪等处理，在所述弹性板的上表面和下表面分别开设有上沟槽单元和下沟槽单元，上沟槽单元包括若干等距设置的上矩形凹槽，下沟槽单元包括若干等距设置的下矩形凹槽，通过上矩形凹槽和下矩形凹槽的设置，增加了轨下垫板与弹性板和钢轨的摩擦力，同时减少用料，弹性好，在弹性板的两端设置的加强装置，能进一步的提升整个弹性板的工作强度和刚度。
附图说明
图1是本实用新型的安装结构示意图；
图2是本实用新型弹性板的结构示意图；
图3是本实用新型弹性板的右视图；
图4是本实用新型十字支撑件的结构示意图；
图5是本实用新型板弹性板的剖视图；
图6是本实用新型板下垫板位移荷载曲线；
图中标记：1弹性板，2轨下垫板，3压紧螺栓，4凹槽，5上矩形凹槽，6十字槽，7通孔，8套筒，9弹簧，10十字支撑件，11圆形凸点。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
参考图1-5所示，本实用新型提供的一种沟槽式板下弹性垫板，主要包括弹性板1，在弹性板1的上表面开设有上沟槽单元，弹性板1的下表面设置有下沟槽单元，具体的是，上沟槽单元和下沟槽单元对称设置于弹性板1的上下两面，在弹性板1的上部一般设有轨下垫板2，来进一步的提升整个装置的缓冲及刚度。
上沟槽单元可以由若干个上矩形凹槽5组成，若干个上矩形凹槽5之间可以设置为等距，在本实施例中优选了采用了十组上矩形凹槽4，下沟槽单元可以由若干个下矩形凹槽4组成，若干个下矩形凹槽4之间可以设置为等距，在本实施例中优选了采用了十一组上矩形凹槽4，上矩形凹槽5和下矩形凹槽4的截面优选为矩形。
上沟槽单元的总长度可以小于下沟槽单元的总长度，并且上沟槽单元可以全部竖直投影在下沟槽单元上，并不超出下沟槽单元的总长度，这样有利于整个弹性板1的受力。
在弹性板1的两端设有加强装置，由于压紧螺栓3安装在弹性板1的两端，火车在经过时，会产生巨大的压力通过压紧螺栓3传递到弹性板1上，在弹性板1的两端增设加强装置，加强装置用于辅助弹性板1支撑压紧螺栓3。
采用本实用新型的上述结构，该类装置的整体结构包括弹性板1和轨下垫板2，铁轨一般安装在轨下垫板2的上部，弹性板1设置于轨下垫板2的下部，通过弹性板1和轨下垫板2来对轨道进行减震和降噪等处理，在弹性板1的上表面和下表面分别开设有上沟槽单元和下沟槽单元，上沟槽单元包括若干等距设置的上矩形凹槽5，下沟槽单元包括若干等距设置的下矩形凹槽4，通过上矩形凹槽5和下矩形凹槽4的设置，增加了轨下垫板2与弹性板1和钢轨的摩擦力，同时减少用料，弹性好，在弹性板1的两端设置的加强装置，能进一步的提升整个弹性板的工作强度和刚度。
在本实施例中，加强装置的具体结构可以选用若干十字槽6和若干十字支撑件10，十字槽6开设于弹性板1的两端，具体可位于上沟槽单元和下沟槽单元的两侧，十字槽6的其中一端贯穿支撑件10，另一端截至于下沟槽单元，然后将十字支撑件10放入十字槽6内，在十字支撑件10与十字槽6接触的顶端分别设置有一个缓冲装置，共四个缓冲装置，缓冲装置用于对火车经过时的挤压进行缓冲。
在上述装置中，对于缓冲装置更具体的描述是，缓冲装置可以包括弹簧9和套筒8，套筒8为内部中空一端敞口设置的结构，套筒8的敞口端套设于十字支撑件10的其中一端，弹簧9即设置在套筒8与十字支撑件10的端部之间，优选的是套筒8的直径大于十字支撑件10的端部直径，让套筒8能过顺利的套入十字支撑件10的端部，需要注意的是十字支撑件10可以选用可变形的橡胶材料，因为弹性板1会发生不规则的形变，加上套筒对十字支撑件10的限制，若十字支撑件10为刚性部件，则会导致十字支撑件10无法在套筒8内移动，也就无法压缩弹簧9进行缓冲减震。
对上述装置需要说明的是，十字支撑件10与十字槽6的四个端部均斜向设置，即十字支撑件10的四个支撑端均不与水平面平行或者垂直，与水平面均保持一定的夹角，优选为45度的夹角，火车在行驶过程中，由于车轮与轨道之间有摩擦力，所有会使弹性板1向左下或者右下方向挤压，在挤压时，斜向放置的弹簧9能够更好的缓冲受力，通过弹簧9的压缩和十字支撑件10的支撑，使弹性板1两端有更好的强度，另一方面得到了更好的缓冲及减震。
为了防止弹性板1滑动，下沟槽单元的两侧设有若干圆形凸点11，圆形凸点11可以选择粘贴的方式，可拆卸安装于弹性板1的底部，便于更换，圆形凸点11可以选用弹性垫片。
在本实施例中，各类尺寸的优选数据如下，上矩形凹槽5和下矩形凹槽4的两端均贯穿整个弹性板1的水平面，上矩形凹槽5的宽度为7～8mm，相邻上矩形凹槽5之间的距离为9～11mm，弹性板1的全长为330～350mm，下矩形凹槽4的宽度为7～8mm，相邻下矩形凹槽4之间的距离为9～11mm，弹性板1的厚度为10～14mm，上沟槽单元的两端距离弹性板1宽边的边缘均为92～97mm，下沟槽单元的两端距离弹性板1宽边的边缘均为85～90mm，通孔的直径为29～33mm，通孔7的圆心距离弹性板1最近的长边的边缘的距离为23.5～25.5mm。
弹性板1的两端均的开设有通孔7，该通孔用于插入压紧螺栓3。
实施例2
参考图1-6所示，在实施例1的基础之上，选取了更为优选的尺寸数据，具体如下。
上矩形凹槽5的宽度为6mm，相邻上矩形凹槽5之间的距离为10mm，弹性板1的全长为340mm，下矩形凹槽4的宽度为6，相邻下矩形凹槽4之间的距离为10mm，弹性板1的厚度为12mm，上沟槽单元的两端距离弹性板1宽边的边缘均为95mm，下沟槽单元的两端距离弹性板1宽边的边缘均为87mm，通孔的直径为31mm，通孔7的圆心距离弹性板1最近的长边的边缘的距离为24.5mm。
弹性垫板材料作为一种典型的超弹性材料，具有良好的伸缩性和复原性。超弹性材料的非线性明显，体现非常大的应变(可达到百分之几百)；材料的应力应变呈高度的非线性关系；材料近似或完全不可压缩；很强的温度相关性。因此，对弹性体的非线性材料性质进行标定是很困难的。在有限元分析中应用最广泛的应变能密度函数首选Mooney-Rivlin模型，材料Mooney-Rivlin基本定律是能够表达接近不可压缩天然橡胶应力应变特性的较为合理的模型。本次计算对弹性垫板的弹性分析采用Mooney-Rivlin材料模型。
橡胶材料是几乎不可压缩的，其泊松比一般在0.480～0.500(不含0.500)之间，在计算中，把橡胶看作一般的近似不可压缩的各向同性的材料，其泊松比取μ＝0.499。为了得到橡胶材料的物理特性，通过试验确定材料参数。
由试验测得材料的应力应变关系，将所测得的数据通过ANSYS自带的超弹性分析程序进行材料特性的拟合计算，得出应变能函数所需要的Mooney-Rivlin常数，从而确定所用橡胶材料的材料属性。Mooney-Rivlin认为应变能密度是主应变不变量的一个多项式函数，当材料是不可压缩时，且受压形变在30％、受拉变形在100％以内，采用2参数模型较为合适。
W＝C10(I1-3)+C01(I2-3)
式中，W为应变能密度；I1，I2为第1、第2Green应变不变量；C10和C01为Rivlin系数，均为正定常数。根据试验数据拟合，可得2参数Mooney-Rivlin本构模型中的C10为0.736，C10为0.184。
边界条件的处理及荷载施加形式的确定：实际的弹性垫板是支撑在混凝土轨枕或者轨道板上的，但为了简化计算，不考虑胶垫与轨枕的接触摩擦，将模型底面各节点的自由度固定。作用于橡胶垫的荷载主要为顶面钢轨所传递的列车轴重荷载，由于橡胶变形属大变形问题，为此应对其结构逐步加载以求得更精确解。因此对橡胶垫施加顶面的列车轴重荷载采用分级加载方式，设置加载步为10，求解过程考虑橡胶材料的材料非线性和由于大变形引起的几何非线性。
板下弹性垫板的刚度计算公式如下，参照规范TB/T 2626，板下垫板加载区间为70-110kN。
S0＝40/△B-△A
式中：S0——垫板静刚度，kN/mm；
△A——垫板在加载70kN时的压缩量，mm；
△B——垫板在加载110kN时的压缩量，mm；
40——静载荷，kN。
板下垫板的刚度经计算为65.1kN/mm，符合要求，并得到了弹性特性更好的板下垫板，其位移荷载曲线如下图6所示。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种沟槽式板下弹性垫板，其特征在于，包括弹性板(1)，所述弹性板(1)的上表面开设有上沟槽单元，所述弹性板(1)的下表面设置有下沟槽单元，所述弹性板(1)的上部设有轨下垫板(2)；
所述上沟槽单元包括若干等距设置的上矩形凹槽(5)，所述下沟槽单元包括若干等距设置的下矩形凹槽(4)，所述上矩形凹槽(5)和下矩形凹槽(4)在竖直方向上交错设置，所述上沟槽单元的总长度小于所述下沟槽单元的总长度，所述上沟槽单元在竖直方向的投影均在所述下沟槽单元的长度范围内，所述弹性板(1)的两端设有加强装置，所述加强装置用于辅助弹性板(1)支撑压紧螺栓(3)。
2.根据权利要求1所述的一种沟槽式板下弹性垫板，其特征在于，所述加强装置包括若干十字槽(6)和若干十字支撑件(10)，所述十字槽(6)开设于所述弹性板(1)内，所述十字支撑件(10)设置于所述十字槽(6)内，所述十字支撑件(10)的四端均设有缓冲装置，所述缓冲装置用于对火车经过时的挤压进行缓冲。
3.根据权利要求2所述的一种沟槽式板下弹性垫板，其特征在于，所述缓冲装置包括弹簧(9)和套筒(8)，所述弹簧(9)设置于所述套筒(8)内，所述弹簧(9)的一端与所述十字支撑件(10)接触，所述套筒(8)的直径大于所述十字支撑件(10)的端部直径。
4.根据权利要求1所述的一种沟槽式板下弹性垫板，其特征在于，所述下沟槽单元的两侧设有若干圆形凸点(11)，所述圆形凸点(11)可拆卸安装于所述弹性板(1)的底部。
5.根据权利要求1所述的一种沟槽式板下弹性垫板，其特征在于，所述上矩形凹槽(5)和下矩形凹槽(4)的两端均贯穿整个弹性板(1)的水平面。
6.根据权利要求1所述的一种沟槽式板下弹性垫板，其特征在于，所述上矩形凹槽(5)的宽度为7～8mm，相邻所述上矩形凹槽(5)之间的距离为9～11mm，所述弹性板(1)的全长为330～350mm。
7.根据权利要求6所述的一种沟槽式板下弹性垫板，其特征在于，所述下矩形凹槽(4)的宽度为7～8mm，相邻所述下矩形凹槽(4)之间的距离为9～11mm，所述弹性板(1)的厚度为10～14mm。
8.根据权利要求7所述的一种沟槽式板下弹性垫板，其特征在于，所述上沟槽单元的两端距离所述弹性板(1)宽边的边缘均为92～97mm，所述下沟槽单元的两端距离所述弹性板(1)宽边的边缘均为85～90mm。
9.根据权利要求8所述的一种沟槽式板下弹性垫板，其特征在于，所述弹性板(1)的两端均的开设有通孔(7)。
10.根据权利要求9所述的一种沟槽式板下弹性垫板，其特征在于，所述通孔的直径为29～33mm，所述通孔(7)的圆心距离所述弹性板(1)最近的长边的边缘的距离为23.5～25.5mm。
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