CN219240151U - 宽频耗能型轨道扣件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种宽频耗能型轨道扣件，包括轨下复合夹层板簧组件和钢轨弹性约束组件，轨下复合夹层板簧组件和钢轨弹性约束组件均固定在轨枕上，轨下复合夹层板簧组件位于钢轨下方，钢轨弹性约束组件用于提供钢轨弹性约束。轨下复合夹层板簧组件由钢轨支座、黏弹性层、阻尼合金层、板簧支座、第一锚固螺栓和定位卡箍组成，板簧支座通过第一锚固螺栓固定于轨枕上；钢轨支座、黏弹性层、阻尼合金层、板簧支座由定位卡箍约束从而不产生大的相对滑移导致轨下复合夹层板簧组件整体结构偏心失效。本实用新型可以通过改变黏弹性层和阻尼合金层的厚度、宽度或层数以及阻尼合金层的材料来改变承载能力和有效行程，对于重载和轻载铁路都具有很好的适用性。

Description

宽频耗能型轨道扣件

技术领域

本实用新型属于钢轨扣件技术领域，尤其是涉及一种宽频耗能型轨道扣件。

背景技术

近年来，随着我国城市轨道交通向高速、重载、高密度方向发展，城市交通堵塞的紧张局面有所缓解，然而与此同时，产生的振动噪声污染也显著增多。虽然目前城市轨道交通振动噪声污染问题已经通过钢弹簧浮置板、钢轨阻尼器、声屏障和扣件等结构得到了卓有成效的控制，尤其是高等级隔振扣件的广泛应用，有效隔离了绝大部分的中高频振动能量，大幅改善了轨道沿线振动噪声问题；但是现有的隔振扣件绝大多数都以橡胶类黏弹性材料为主要弹性元件，整个扣件系统起到的是隔振作用，而并非以耗能为主。

从隔振角度而言，隔振频率区间的振动能量只有当材料阻尼有限时才能被更加有效地隔离，然而现有扣件的动静刚度比设有上限值，被有效隔离的振动能量无法被及时有效地耗散；而非隔振频率区间的低频振动能量则被放大传递至扣件节点以下乃至沿线振动环境中。

从耗能角度而言，为保证中高频隔振效果而设计有限的材料阻尼，本身就使扣件系统不具备高效的耗能效果。不仅如此，当高频成分较多的振动由轮轨耦合系统传递至扣件节点时，现有的扣件都会因频率相关的动刚度过大，而导致高频激励下仅产生较小的动态响应幅值，进而导致耗能效果不佳。

综上，现有的各类扣件都存在隔振有余而、耗能不足的缺陷，易于引发一系列轨下结构和沿线环境、以及轨上各子系统和车体等的振动噪声问题。轨道交通主要承载部件始终处于宽带强迫振动环境，低频为主、中高频成分较多，橡胶类弹性元件的静刚度、动刚度或回弹特性(即阻尼特性)的匹配设计已成为设计难点。因此，如何设计一种性能优异的宽频耗能型轨道扣件是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

基于现有技术中各类扣件都存在隔振有余而、耗能不足的缺陷，本实用新型提供一种宽频耗能型轨道扣件。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

本实用新型提供一种宽频耗能型轨道扣件，该扣件包括轨下复合夹层板簧组件和钢轨弹性约束组件，轨下复合夹层板簧组件和钢轨弹性约束组件均固定在轨枕上，所述轨下复合夹层板簧组件位于钢轨下方，所述钢轨弹性约束组件用于提供钢轨弹性约束。

在本实用新型的一些实施方式中，所述轨下复合夹层板簧组件由钢轨支座、黏弹性层、阻尼合金层、板簧支座、第一锚固螺栓和定位卡箍组成，板簧支座通过第一锚固螺栓固定于轨枕上；

所述钢轨支座、黏弹性层、阻尼合金层、板簧支座由定位卡箍约束从而不产生大的相对滑移导致轨下复合夹层板簧组件整体结构偏心失效。

在本实用新型的一些实施方式中，所述黏弹性层与阻尼合金层为层层间隔的形式设置，即“黏弹性层-阻尼合金层-黏弹性层-阻尼合金层…”形式，且每一组“黏弹性层-阻尼合金层”结构由上至下逐层长度递减。

在本实用新型的一些实施方式中，所述钢轨支座、板簧支座、定位卡箍的整体材质均为弹簧钢。

在本实用新型的一些实施方式中，所述黏弹性层的整体材质为高分子聚合物；每层黏弹性层和阻尼合金层具有很小的厚度比，且弯曲曲率均一致，都为向上弯曲的U型构型。

在本实用新型的一些实施方式中，所述阻尼合金层采用高锰基阻尼合金、复相型阻尼合金、位错型阻尼合金、铁磁性阻尼合金或Fe-Mn基阻尼合金等具有不同阻尼耗能机制的合金材料。根据列车不同的行驶工况进行阻尼合金层的材料、厚度、宽度或层数匹配设计，对于高速、重载、高密度、小半径曲线轨道等各种复杂工况下的有效承载、隔振与耗能都具有很好的适用性。

在本实用新型的一些实施方式中，所述钢轨支座、黏弹性层、阻尼合金层、板簧支座由若干对定位卡箍约束；每一对定位卡箍的接缝处都通过焊接连接。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第一锚固螺栓由第一螺栓、第一弹簧垫圈和第一平垫圈组成。

在本实用新型的一些实施方式中，所述钢轨弹性约束组件由弹条、约束支座、绝缘轨距块、第二锚固螺栓组成，约束支座通过第二锚固螺栓固定于轨枕上；

所述弹条与绝缘轨距块接触一端有初始的向上弹性形变，以保证列车经过时对钢轨有足够的扣压力。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第二锚固螺栓由第二螺栓、第二弹簧垫圈和第二平垫圈组成。

本实用新型提供的宽频耗能型轨道扣件，具有两种工况下的运作状态：

当无列车通过时，钢轨支座的两端处于受扣压力和钢轨重力影响的自然向下微小弯曲状态，与钢轨下表面接触；

当列车通过时，钢轨产生宽频振动，振动使轨下复合夹层板簧组件产生反复垂向弯曲运动，使阻尼合金层在交变载荷作用下反复弯曲变形从而耗散能量，尽管不同阻尼合金耗散能量的机理并不完全一致，如孪晶型、铁磁型、位错型、Fe-Mn基阻尼合金等，但普遍具有强度较大、回弹性好、弹性范围内损耗因子较高等优点；黏弹性层在交变载荷作用下反复压缩变形，由于材料的内摩擦效应而耗散能量；在交变载荷作用下黏弹性层和阻尼合金层之间会产生外摩擦效应从而耗散能量。在以上三种能量耗散方式的共同作用，使钢轨产生的宽频振动能够及时耗散。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

一、具有宽频耗能能力：由于使用了黏弹性层和阻尼合金层层层间隔的轨下复合夹层板簧组件，代替了传统扣件的轨下橡胶垫板(黏弹性材料)，在高频载荷或存在高频成分激励条件下，动刚度不随频率显著增大，解决了传统扣件回弹不及时的问题，从而提供更有效的宽频耗能作用。

二、兼具隔振和宽频耗能效果：通过黏弹性层材料和厚度的设计，以及整个复合夹层板簧组件的几何结构设计，使该种新型扣件具有相似的静态刚度，保证隔振等级；阻尼合金层及时耗散了包括钢轨、车体等在内的宽频范围内的振动能量，改善或解决了现有产品隔振有余、耗能不足的技术现状。

三、安全可靠：由于轨下复合夹层板簧组件刚度较大，且向下弯曲变形最大量远小于板簧的有效行程，保证了在极端环境下整个钢轨系统不失效。

四、适用范围广：可以通过改变黏弹性层和阻尼合金层的厚度、宽度或层数以及阻尼合金层的材料来改变承载能力和有效行程，对于重载和轻载铁路都具有很好的适用性。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中宽频耗能型轨道扣件的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1中轨下复合夹层板簧组件的结构示意图；

图3为本实用新型实施例1中轨下复合夹层板簧组件的正视结构示意图；

图4为本实用新型实施例1中轨下复合夹层板簧组件的安装示意图；

图5为本实用新型实施例1中钢轨弹性约束组件的结构示意图。

图中标号所示：

1、轨下复合夹层板簧组件，2、钢轨弹性约束组件；1-1、钢轨支座，1-2、黏弹性层，1-3、阻尼合金层，1-4、板簧支座，1-5、第一锚固螺栓，1-6、定位卡箍；1-5-1、第一螺栓，1-5-2、第一弹簧垫圈，1-5-3、第一平垫圈；2-1、弹条，2-2、约束支座，2-3、绝缘轨距块，2-4、第二螺栓，2-5、第二弹簧垫圈，2-6、第二平垫圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1

参考图1-图5，本实施例提供一种宽频耗能型轨道扣件，该扣件包括轨下复合夹层板簧组件1和钢轨弹性约束组件2，轨下复合夹层板簧组件1和钢轨弹性约束组件2均固定在轨枕上，所述轨下复合夹层板簧组件1位于钢轨下方，所述钢轨弹性约束组件2用于提供钢轨弹性约束。

本实施例中，所述轨下复合夹层板簧组件1由钢轨支座1-1、黏弹性层1-2、阻尼合金层1-3、板簧支座1-4、第一锚固螺栓1-5和定位卡箍1-6组成，板簧支座1-4通过第一锚固螺栓1-5固定于轨枕上；所述钢轨支座1-1、黏弹性层1-2、阻尼合金层1-3、板簧支座1-4由定位卡箍1-6约束从而不产生大的相对滑移导致轨下复合夹层板簧组件整体结构偏心失效。所述黏弹性层1-2与阻尼合金层1-3为层层间隔的形式设置，即“黏弹性层-阻尼合金层-黏弹性层-阻尼合金层…”形式，且每一组“黏弹性层-阻尼合金层”结构由上至下逐层长度递减。所述钢轨支座1-1、板簧支座1-4、定位卡箍1-6的整体材质均为弹簧钢。所述黏弹性层1-2的整体材质为高分子聚合物；每层黏弹性层1-2和阻尼合金层1-3具有很小的厚度比，且弯曲曲率均一致，都为向上弯曲的U型构型。

本实施例中，所述阻尼合金层1-3采用高锰基阻尼合金，在其他实施例中也可以选择复相型阻尼合金、位错型阻尼合金、铁磁性阻尼合金或Fe-Mn基阻尼合金等具有不同阻尼耗能机制的合金材料。根据列车不同的行驶工况进行阻尼合金层的材料、厚度、宽度或层数匹配设计，对于高速、重载、高密度、小半径曲线轨道等各种复杂工况下的有效承载、隔振与耗能都具有很好的适用性。

本实施例中，所述钢轨支座1-1、黏弹性层1-2、阻尼合金层1-3、板簧支座1-4由若干对定位卡箍1-6约束；每一对定位卡箍1-6的接缝处都通过焊接连接。所述第一锚固螺栓1-5由第一螺栓1-5-1、第一弹簧垫圈1-5-2和第一平垫圈1-5-3组成。

本实施例中，所述钢轨弹性约束组件2由弹条2-1、约束支座2-2、绝缘轨距块2-3、第二锚固螺栓组成，约束支座2-2通过第二锚固螺栓固定于轨枕上；所述弹条2-1与绝缘轨距块2-3接触一端有初始的向上弹性形变，以保证列车经过时对钢轨有足够的扣压力。所述第二锚固螺栓由第二螺栓2-4、第二弹簧垫圈2-5和第二平垫圈2-6组成。

轨下复合夹层板簧组件1的垂向变形有效行程远大于轨下复合夹层板簧组件向下弯曲变形最大量，钢轨支座1-1与钢轨下表面接触；当列车经过时，轨下复合夹层板簧组件1产生宽频振动，振动使轨下复合夹层板簧组件1产生反复垂向弯曲运动，使阻尼合金层在交变载荷作用下反复弯曲变形从而耗散能量，尽管不同阻尼合金耗散能量的机理并不完全一致，如孪晶型、铁磁型、位错型、Fe-Mn基阻尼合金等，但普遍具有强度较大、回弹性好、弹性范围内损耗因子较高等优点；黏弹性层在交变载荷作用下反复压缩变形，由于材料的内摩擦效应而耗散能量；在交变载荷作用下黏弹性层和阻尼合金层之间会产生外摩擦效应(接合面在相对运动过程中产生的库仑摩擦)，外摩擦使振动的机械能转化为热能而散发于介质中，因而耗散能量。由于以上三种能量耗散方式的共同作用，使钢轨产生的宽频振动能够及时耗散，保证列车平稳运行。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽频耗能型轨道扣件，其特征在于，该扣件包括轨下复合夹层板簧组件(1)和钢轨弹性约束组件(2)，轨下复合夹层板簧组件(1)和钢轨弹性约束组件(2)均固定在轨枕上，所述轨下复合夹层板簧组件(1)位于钢轨下方，所述钢轨弹性约束组件(2)用于提供钢轨弹性约束。

2.根据权利要求1所述的一种宽频耗能型轨道扣件，其特征在于，所述轨下复合夹层板簧组件(1)由钢轨支座(1-1)、黏弹性层(1-2)、阻尼合金层(1-3)、板簧支座(1-4)、第一锚固螺栓(1-5)和定位卡箍(1-6)组成，板簧支座(1-4)通过第一锚固螺栓(1-5)固定于轨枕上；

所述钢轨支座(1-1)、黏弹性层(1-2)、阻尼合金层(1-3)、板簧支座(1-4)由定位卡箍(1-6)约束从而不产生大的相对滑移导致轨下复合夹层板簧组件整体结构偏心失效。

3.根据权利要求2所述的一种宽频耗能型轨道扣件，其特征在于，所述黏弹性层(1-2)与阻尼合金层(1-3)为层层间隔的形式设置，且每一组“黏弹性层-阻尼合金层”结构由上至下逐层长度递减。

4.根据权利要求2所述的一种宽频耗能型轨道扣件，其特征在于，所述钢轨支座(1-1)、板簧支座(1-4)、定位卡箍(1-6)的整体材质均为弹簧钢。

5.根据权利要求2所述的一种宽频耗能型轨道扣件，其特征在于，所述黏弹性层(1-2)的整体材质为高分子聚合物；每层黏弹性层(1-2)和阻尼合金层(1-3)具有很小的厚度比，且弯曲曲率均一致，都为向上弯曲的U型构型。

6.根据权利要求2所述的一种宽频耗能型轨道扣件，其特征在于，所述阻尼合金层(1-3)采用高锰基阻尼合金、复相型阻尼合金、位错型阻尼合金、铁磁性阻尼合金或Fe-Mn基阻尼合金。

7.根据权利要求2所述的一种宽频耗能型轨道扣件，其特征在于，所述钢轨支座(1-1)、黏弹性层(1-2)、阻尼合金层(1-3)、板簧支座(1-4)由若干对定位卡箍(1-6)约束；每一对定位卡箍(1-6)的接缝处都通过焊接连接。

8.根据权利要求2所述的一种宽频耗能型轨道扣件，其特征在于，所述第一锚固螺栓(1-5)由第一螺栓(1-5-1)、第一弹簧垫圈(1-5-2)和第一平垫圈(1-5-3)组成。

9.根据权利要求1所述的一种宽频耗能型轨道扣件，其特征在于，所述钢轨弹性约束组件(2)由弹条(2-1)、约束支座(2-2)、绝缘轨距块(2-3)、第二锚固螺栓组成，约束支座(2-2)通过第二锚固螺栓固定于轨枕上；

所述弹条(2-1)与绝缘轨距块(2-3)接触一端有初始的向上弹性形变，以保证列车经过时对钢轨有足够的扣压力。

10.根据权利要求9所述的一种宽频耗能型轨道扣件，其特征在于，所述第二锚固螺栓由第二螺栓(2-4)、第二弹簧垫圈(2-5)和第二平垫圈(2-6)组成。

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