CN219670959U - 一种惯性增强型钢轨吸振器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种惯性增强型钢轨吸振器，包括吸振器本体，吸振器本体包括包覆层及吸振器核心组件，包覆层粘附在钢轨两侧，吸振器核心组件对称设置于钢轨两侧的包覆层内；吸振器核心组件包括外支承框架、连接组件、柱体及缓冲材料，柱体设置于外支承框架中部，连接组件为以柱体为中心分散设置的多组，该连接组件一端与所述柱体连接，另一端与外支承框架连接，缓冲材料填充于所述外支承框架内。本实用新型利用声学黑洞的能量聚集效应将振动聚集在尖端处，再外接高强度的传动连接杆，由于两者之间的反共振效应，进一步放大经由传动连接杆传递至橡胶弹性层的振动，进而提升动力吸振器的工作能力，增大其有效惯性质量，实现更佳的振动控制效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及减振降噪技术领域，尤其涉及一种惯性增强型钢轨吸振器。
背景技术
随着列车运行速度的提高，高速列车与轨道结构的动态相互作用显著加剧，轨道结构的振动问题日益突出，直接影响轨道结构的健康状况和使用寿命，以及列车运行的安全性及舒适性。此外，钢轨振动会向外辐射噪声，引发噪声污染问题，因而抑制钢轨的振动噪声辐射是降低轮轨滚动噪声以及提升轨道结构服役性能的一个关键步骤。
动力吸振器是结构振动控制常用的装置。因其具有可靠性、高效性和低成本等优点，被广泛应用于实际工程中。在铁道工程领域，动力吸振器也备受研究人员的青睐，已有大量的理论和实验研究证明了动力吸振器在控制钢轨波磨和减小钢轨辐射噪声方面的有效性。动力吸振器主要是由金属质量块和橡胶结构构成。通过调节结构的参数使其同主振动结构发生谐振从而降低主振动结构的振动。动力吸振器的工作能力与其惯性质量直接相关，增大动力吸振器的惯性质量有利于获得更好的工作性能，但过大的质量不仅不利于安装，且对钢轨自身的安全性也有着不利影响。因此找到一种在不影响安装及钢轨自身稳定性的前提下，有效提升动力吸振器有效惯性质量的方法或装置是亟需解决的问题。
动力吸振器通常布置在受控结构振幅较大的位置，以增强其有效惯性质量进而提升工作能力。但一般情况下，受控结构的振幅是有限值，若能通过一些方法或机构能有效增大动力吸振器连接位置处的振幅，动力吸振器的有效惯性质量将会得到增强，进而提升减振效果。这也给动力吸振器的设计提供了一个新的思路。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可有效抑制钢轨的垂向弯曲振动的惯性增强型钢轨吸振器。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种惯性增强型钢轨吸振器，包括吸振器本体，所述吸振器本体包括包覆层及吸振器核心组件，所述包覆层粘附在钢轨两侧，所述吸振器核心组件对称设置于钢轨两侧的包覆层内；所述吸振器核心组件包括外支承框架、连接组件、柱体及缓冲材料，所述柱体设置于外支承框架中部，所述连接组件为以柱体为中心分散设置的多组，该连接组件一端与所述柱体连接，另一端与所述外支承框架连接，所述缓冲材料填充于所述外支承框架内。
较佳地，所述连接组件包括传动连接杆及声学黑洞聚能件，所述传动连接杆的一端与柱体连接，该传动连接杆的另一端粘附声学黑洞聚能件；所述声学黑洞聚能件呈中部宽两端偏窄的环形状，该环形状的声学黑洞聚能件粘附于所述传动连接杆与所述外支承框架之间。
较佳地，所述声学黑洞聚能件的材料为钢材或铝材，黑洞半径为7-9mm，残余厚度为0.4-0.7mm，均质厚度为2-4mm。
较佳地，所述外支承框架呈圆柱形结构，所述传动连接杆的截面呈扇形结构，该扇形结构的弧面朝向外支承框架方向。
较佳地，所述外支承框架的材料为高强度二甲基硅橡胶，该外支承框架的外径为25-35mm，内径为20-30mm。
较佳地，所述包覆层为粘弹性阻尼材料包覆层。
较佳地，还包括橡胶弹性层，所述橡胶弹性层包覆在柱体的外侧。
较佳地，所述橡胶弹性层的厚度为1-3mm。
较佳地，所述柱体为实心钢柱，所述实心钢柱的直径为5mm。
较佳地，所述惯性增强型钢轨吸振器沿钢轨纵向或顺轨向进行布置，每隔0.6m布置一段。
本实用新型由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
本实用新型利用声学黑洞的能量聚集效应将振动聚集在尖端处，再外接高强度的传动连接杆，由于两者之间的反共振效应，进一步放大经由传动连接杆传递至橡胶弹性层的振动，进而提升动力吸振器的工作能力，增大其有效惯性质量，实现更佳的振动控制效果。
附图说明
图1是本实用新型的惯性增强型钢轨吸振器结构示意图；
图2是本实用新型吸振器核心组件的整体示意图；
图3是本实用新型吸振器核心组件的截面示意图；
图4是本实用新型声学黑洞聚能件的示意图；
图5是本实用新型的振动抑制效果示意图。
附图中，1-包覆层，2-吸振器核心组件，3-外支承框架，4-声学黑洞聚能件，5-传动连接杆，6-橡胶弹性层，7-柱体，8-缓冲材料，9-钢轨。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。
实施例1
如图1所示，一种惯性增强型钢轨吸振器，包括吸振器本体，所述吸振器本体包括包覆层1及吸振器核心组件2，所述包覆层1粘附在钢轨9两侧，所述吸振器核心组件2对称设置于钢轨9两侧的包覆层1内；如图2及图3所示，所述吸振器核心组件2包括外支承框架3、连接组件、柱体7及缓冲材料8，所述柱体7设置于外支承框架3中部，所述连接组件为以柱体7为中心分散设置的多组，该连接组件一端与所述柱体7连接，另一端与所述外支承框架3连接，所述缓冲材料8填充于所述外支承框架3内，缓冲材料8为泡沫塑料缓冲材料，起到二次缓冲振动作用；所述连接组件包括传动连接杆5及声学黑洞聚能件4，所述传动连接杆5的一端与柱体7连接，该传动连接杆5的另一端粘附声学黑洞聚能件4；所述声学黑洞聚能件4呈中部宽两端偏窄的环形状，该环形状的声学黑洞聚能件4粘附于所述传动连接杆5与所述外支承框架之间。
如图4所示，声学黑洞聚能件4的材料为钢材或铝材，黑洞半径为7-9mm，残余厚度为0.4-0.7mm，均质厚度为2-4mm；外支承框架3呈圆柱形结构，所述传动连接杆5的截面呈扇形结构，该扇形结构的弧面朝向外支承框架3方向。
外支承框架3的材料为高强度二甲基硅橡胶，该外支承框架3的外径为25-35mm，内径为20-30mm，包覆层1为粘弹性阻尼材料包覆层，粘弹性阻尼材料包覆层尺寸为50mm×36mm，其上加工有圆柱形孔槽，孔槽半径与圆环形外支承框架3外径相匹配。利用粘弹性阻尼材料自身的粘聚性，惯性增强型钢轨动力吸振器可经由粘弹性阻尼材料包覆层粘附在钢轨两侧。此外，当列车作用在钢轨上引起钢轨产生振动后，粘弹性阻尼材料包覆层能够实现初步的抑制振动的效果。所述柱体7实心钢柱，所述实心钢柱的直径为5mm。该惯性增强型钢轨吸振器沿钢轨纵向或顺轨向进行布置，每隔0.6m布置一段。
实施例2
如图2及图3所示，所述吸振器核心组件2包括外支承框架3、连接组件、柱体7、橡胶弹性层6及缓冲材料8，所述柱体7设置于外支承框架3中部，所述连接组件为以柱体7为中心分散设置的多组，该连接组件一端与所述柱体7连接，另一端与所述外支承框架3连接，所述缓冲材料8填充于所述外支承框架3内，缓冲材料8为泡沫塑料缓冲材料，起到二次缓冲振动作用；橡胶弹性层6包覆在柱体的外侧，橡胶弹性层6的厚度为1-3mm，橡胶弹性层6包覆在钢柱7外表面，组成一个基本的动力吸振器系统，橡胶弹性层6充当弹性元件和阻尼元件的作用，钢柱7充当振子的作用；所述连接组件包括传动连接杆5及声学黑洞聚能件4，所述传动连接杆5的一端与柱体7连接，该传动连接杆5的另一端粘附声学黑洞聚能件4；所述声学黑洞聚能件4呈中部宽两端偏窄的环形状，该环形状的声学黑洞聚能件4粘附于所述传动连接杆5与所述外支承框架3之间。
声学黑洞聚能件4和橡胶弹性层6之间通过传动连接杆5进行连接，在两端接头位置刚固连接。传动连接杆5选用高强度的碳纤维材料，由于声学黑洞结构的能量聚集效应，在与传动连接杆5连接位置的尖端处振动剧烈，会与高强度的传动连接杆5共同产生反共振效应，进而传递至橡胶弹性层6处的振动将会被放大。由于动力吸振器的工作能力依赖于受控结构的振动水平，此时，由橡胶弹性层6和钢柱7组成的动力吸振系统的工作能力将会得到提升，即其有效惯性质量将会增大。
惯性增强效应由惯性增强角θ控制，对本实施例的惯性增强型钢轨吸振器进行减振效果分析验证，惯性增强角θ设计为80°，结果如图5所示。
由图5可以看出，本实用新型设计的惯性增强型钢轨动力吸振器振动抑制效果明显，在1250Hz处振动衰减幅度最大，达到18.2dB。图5的结果也进一步证明了本实用新型设计的惯性增强型动力吸振器在钢轨振动抑制上的可行性。惯性增强效应由惯性增强角θ控制，为获取最佳减振效果，分析了不同惯性增强角θ对应的振动控制效果，结果如表1所示。可以看出，随着惯性增强角的增大，本实用新型设计的惯性增强型钢轨动力吸振器的振动抑制效果逐渐增强，在80°—85°之间达到了最佳的控制效果，在实际工程中可以优先考虑选用这个角度范围内的惯性增强角。
表1不同惯性增强角θ对应振动控制效果
本实用新型的工作原理为：高速列车在轨道上运行时，由于轮轨不平顺激励会产生振动，当车轮处振动传入钢轨时，会引起钢轨产生振动，振动经由粘弹性阻尼材料传递至惯性增强型动力吸振器核心组件，并经粘弹性阻尼材料缓冲层进行了初步的振动抑制；由于环形声学黑洞装置的能量聚集效应将振动聚集在尖端处，通过与外接的高强度的传动连接杆之间的反共振效应，进一步放大经由传动连接杆传递至橡胶弹性层的振动，进而提升动力吸振器的工作能力，增大其有效惯性质量，实现更佳的振动控制效果。此外，通过泡沫塑料填充层的设计能够进一步地提高钢轨振动抑制效率。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种惯性增强型钢轨吸振器，其特征在于：包括吸振器本体，所述吸振器本体包括包覆层及吸振器核心组件，所述包覆层粘附在钢轨两侧，所述吸振器核心组件对称设置于钢轨两侧的包覆层内；所述吸振器核心组件包括外支承框架、连接组件、柱体及缓冲材料，所述柱体设置于外支承框架中部，所述连接组件为以柱体为中心分散设置的多组，该连接组件一端与所述柱体连接，另一端与所述外支承框架连接，所述缓冲材料填充于所述外支承框架内。
2.根据权利要求1所述的惯性增强型钢轨吸振器，其特征在于：所述连接组件包括传动连接杆及声学黑洞聚能件，所述传动连接杆的一端与柱体连接，该传动连接杆的另一端粘附声学黑洞聚能件；所述声学黑洞聚能件呈中部宽两端偏窄的环形状，该环形状的声学黑洞聚能件粘附于所述传动连接杆与所述外支承框架之间。
3.根据权利要求2所述的惯性增强型钢轨吸振器，其特征在于：所述声学黑洞聚能件的材料为钢材或铝材，黑洞半径为7-9mm，残余厚度为0.4-0.7mm，均质厚度为2-4mm。
4.根据权利要求2所述的惯性增强型钢轨吸振器，其特征在于：所述外支承框架呈圆柱形结构，所述传动连接杆的截面呈扇形结构，该扇形结构的弧面朝向外支承框架方向。
5.根据权利要求4所述的惯性增强型钢轨吸振器，其特征在于：所述外支承框架的材料为高强度二甲基硅橡胶，该外支承框架的外径为25-35mm，内径为20-30mm。
6.根据权利要求1所述的惯性增强型钢轨吸振器，其特征在于：所述包覆层为粘弹性阻尼材料包覆层。
7.根据权利要求1所述的惯性增强型钢轨吸振器，其特征在于：还包括橡胶弹性层，所述橡胶弹性层包覆在柱体的外侧。
8.根据权利要求7所述的惯性增强型钢轨吸振器，其特征在于：所述橡胶弹性层的厚度为1-3mm。
9.根据权利要求1所述的惯性增强型钢轨吸振器，其特征在于：所述柱体为实心钢柱，所述实心钢柱的直径为5mm。
10.根据权利要求1-9任一项所述的惯性增强型钢轨吸振器，其特征在于：所述惯性增强型钢轨吸振器沿钢轨纵向或顺轨向进行布置，每隔0.6m布置一段。
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