CN111877057A - 一种具有减振和能量采集特性的轨枕 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有减振和能量采集特性的轨枕，包括轨枕主体以及设置在轨枕主体内的减振集能组件，减振集能组件包括钢制箱室以及设置在钢制箱室内的钢管、质量块、弹簧、阻尼器和压电单元；钢管呈竖直布置，其上下两端分别与钢制箱室的顶板和底板刚性连接；质量块与钢管滑动连接，弹簧的上端与质量块的下表面刚性连接，弹簧的下端与钢制箱室的底板刚性连接；阻尼器对称地设有两个，阻尼器的上端与质量块的下表面刚性连接，阻尼器的下端与钢制箱室的底板刚性连接；压电单元设置在质量块的上表面，且与轨枕外部的整流器电连接。采用本发明，既能实现对传至轨枕振动的控制，使下传至道床的振动得到很好的衰减，还能实现振动能量回收利用。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，更具体地说，涉及一种具有减振和能量采集特性的轨枕。
背景技术
随着我国轨道交通的迅猛发展，列车行进时所诱发的振动与噪声问题愈发突出。当列车以较高的速度运行时，会诱发轨道产生很大的振动与噪声，与此同时，轨道振动又会反作用于车辆上，引起车辆发生振动。振动是噪声之源，减小结构振动能达到降低噪声的目的。
现阶段的轨道结构减振技术有轨枕、减振扣件和减振道砟垫等，他们的工作机理主要围绕改变轨道结构的刚度起到减振的效果，但是这些装置存在造价高昂或加剧车体的振动的问题，所以有待提出一种新型的轨道减振结构。
发明内容
针对现行轨道***，列车行进过程中传至轨枕振动较为强烈的现状，本发明提供了一种具有减振和能量采集特性的轨枕，既能实现对传至轨枕振动的控制，有效使下传至道床的振动得到很好的衰减，还能实现振动能量回收利用。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种具有减振和能量采集特性的轨枕，其包括轨枕主体以及设置在所述轨枕主体内的减振集能组件，所述减振集能组件包括钢制箱室以及设置在所述钢制箱室内的钢管、质量块、弹簧、阻尼器和压电单元；所述钢管呈竖直布置，其上下两端分别与所述钢制箱室的顶板和底板刚性连接；所述质量块与所述钢管滑动连接，所述弹簧的上端与所述质量块的下表面刚性连接，所述弹簧的下端与所述钢制箱室的底板刚性连接；所述阻尼器的上端与所述质量块的下表面刚性连接，所述阻尼器的下端与所述钢制箱室的底板刚性连接；所述压电单元设置在所述质量块的上表面，且与轨枕外部的整流器电连接。
作为本发明的优选方案，所述减振集能组件设有多组且沿所述轨枕主体的长度方向等距间隔设置。
作为本发明的优选方案，所述压电单元包括位于上、下两侧的极板和位于中间的压电材料板，所述极板与轨枕外部的整流器电连接。
作为本发明的优选方案，所述压电材料板由高压电系数材料制成。
作为本发明的优选方案，所述阻尼器设有两个，两个所述阻尼器对称地设置于所述弹簧的左右两侧。
作为本发明的优选方案，所述阻尼器为磁流变阻尼器。
作为本发明的优选方案，所述质量块的中心处设有导向孔，所述导向孔与所述钢管滑动连接。
作为本发明的优选方案，所述弹簧套设在所述钢管上。
作为本发明的优选方案，所述质量块由高密度金属材料制成。
作为本发明的优选方案，所述轨枕主体内设有多根预应力钢筋，多根所述预应力钢筋以所述轨枕主体的长度方向为直线延伸方向贯穿整个所述轨枕主体，且围设在所述钢制箱室的外侧，多根所述预应力钢筋由箍筋连接形成一体。
实施本发明提供的一种具有减振和能量采集特性的轨枕，与现有技术相比较，具有如下有益效果：
本发明通过在轨枕主体内设置减振集能组件，相当于增加了轨枕振动时的阻尼，能够有效消耗钢轨传递至轨枕的振动能量，进而使下传至道床的振动得到很好的衰减；同时通过压电单元的设置，能够实现振动能量向电能的转化，电能经整流器处理后进行存储，用于铁路沿途的照明等设施；而且由于振动具有高频衰减快、低频衰减慢的特点，而该轨枕能够有效吸收0-200Hz较低频率的振动；此外，该轨枕将减振集能组件集成为一体，其结构具有结构简单且耐久性好的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是本发明提供的一种具有减振和能量采集特性的轨枕的结构示意图；
图2是减振集能组件的结构示意图；
图3是压电单元的结构示意图；
图4是预应力钢筋与箍筋的连接示意图。
图中标记，1、轨枕主体，2、减振集能组件，3、钢制箱室，4、钢管，5、质量块，6、弹簧，7、阻尼器，8、压电单元，81、极板，82、压电材料板，9、整流器，10、预应力钢筋，11、箍筋。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，本发明的优选实施例，一种具有减振和能量采集特性的轨枕，其包括轨枕主体1以及设置在所述轨枕主体1内的减振集能组件2，所述减振集能组件2包括钢制箱室3以及设置在所述钢制箱室3内的钢管4、质量块5、弹簧6、阻尼器7和压电单元8；所述钢管4呈竖直布置，其上下两端分别与所述钢制箱室3的顶板和底板刚性连接；所述质量块5与所述钢管4滑动连接，所述弹簧6的上端与所述质量块5的下表面刚性连接，所述弹簧6的下端与所述钢制箱室3的底板刚性连接；所述阻尼器7的上端与所述质量块5的下表面刚性连接，所述阻尼器7的下端与所述钢制箱室3的底板刚性连接；所述压电单元8设置在所述质量块5的上表面，且与轨枕外部的整流器9电连接。其中，钢管4一方面能够作为质量块5的垂向振动导向结构，另一方面能够提高钢制箱室3的竖向刚度，以弥补该部分混凝土缺失而引起的刚度降低；在列车通过时，弹簧6提供质量块5上下振动的恢复力，在静止状态时，弹簧6支撑着质量块5的重量；阻尼器7能够增加质量块5发生共振时的阻尼；压电单元8能够使振动能量转化为电能。由此，当车致振动传递至轨枕时，轨枕的振动会带动其内置的减振集能组件2的振动，质量块5在弹簧6作用下沿钢管4上下产生位移时，一部分振动能量会消耗在阻尼器7中，还有一部分振动能量导入压电单元8中实现振动能量向电能的转化。
可见，根据本发明实施例提供的轨枕，通过在轨枕主体1内设置减振集能组件2，相当于增加了轨枕振动时的阻尼，能够有效消耗钢轨传递至轨枕的振动能量，进而使下传至道床的振动得到很好的衰减；同时能够实现振动能量向电能的转化，电能经整流器9处理后进行存储，用于铁路沿途的照明等设施；而且由于振动具有高频衰减快、低频衰减慢的特点，而该轨枕能够有效吸收0-200Hz较低频率的振动；此外，该轨枕将减振集能组件2集成为一体，其结构具有结构简单且耐久性好的特点。
示例性的，为了更好地吸收整个轨枕的振动能量，所述减振集能组件2设有多组且沿所述轨枕主体1的长度方向等距间隔设置。
示例性的，如图3所示，所述压电单元8包括位于上、下两侧的极板81和位于中间的压电材料板82，所述极板81与轨枕外部的整流器9电连接。由此，压电材料板82会在与质量块5发生共振的情况下，沿振动方向发生变形，压电材料板82在形变作用下使两侧的极板81产生等量异号电荷，实现机械能向电能的转换，然后通过整流器9处理后进行存储。
示例性的，所述压电材料板82由高压电系数材料制成，所述高压电系数材料优选为压电陶瓷或石英晶体。
示例性的，所述质量块5的中心处设有导向孔，所述导向孔与所述钢管4滑动连接，所述弹簧6套设在所述钢管4上，所述阻尼器7设有两个，两个所述阻尼器7对称地设置于所述弹簧6的左右两侧。这样的设计，能够提高质量块5上下移动的稳定性，使弹簧6和阻尼器7更好地吸收质量块5的振动能量。
示例性的，所述阻尼器7优选为磁流变阻尼器，以方面调节阻尼器7的阻尼系数。
示例性的，所述质量块5由高密度金属材料制成，所述高密度金属材料优选为铅或铁，有利于节省空间。
示例性的，如图4所示，为提高轨枕主体1的结构强度，所述轨枕主体1内设有多根预应力钢筋10，多根所述预应力钢筋10以所述轨枕主体1的长度方向为直线延伸方向贯穿整个所述轨枕主体1，且围设在所述钢制箱室3的外侧，多根所述预应力钢筋10由箍筋11连接形成一体。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种具有减振和能量采集特性的轨枕，其特征在于，包括轨枕主体以及设置在所述轨枕主体内的减振集能组件，所述减振集能组件包括钢制箱室以及设置在所述钢制箱室内的钢管、质量块、弹簧、阻尼器和压电单元；所述钢管呈竖直布置，其上下两端分别与所述钢制箱室的顶板和底板刚性连接；所述质量块与所述钢管滑动连接，所述弹簧的上端与所述质量块的下表面刚性连接，所述弹簧的下端与所述钢制箱室的底板刚性连接；所述阻尼器的上端与所述质量块的下表面刚性连接，所述阻尼器的下端与所述钢制箱室的底板刚性连接；所述压电单元设置在所述质量块的上表面，且与轨枕外部的整流器电连接。
2.如权利要求1所述的具有减振和能量采集特性的轨枕，其特征在于，所述减振集能组件设有多组且沿所述轨枕主体的长度方向等距间隔设置。
3.如权利要求1或2所述的具有减振和能量采集特性的轨枕，其特征在于，所述压电单元包括位于上、下两侧的极板和位于中间的压电材料板，所述极板与轨枕外部的整流器电连接。
4.如权利要求3所述的具有减振和能量采集特性的轨枕，其特征在于，所述压电材料板由高压电系数材料制成。
5.如权利要求1或2所述的具有减振和能量采集特性的轨枕，其特征在于，所述阻尼器设有两个，两个所述阻尼器对称地设置于所述弹簧的左右两侧。
6.如权利要求1或2所述的具有减振和能量采集特性的轨枕，其特征在于，所述阻尼器为磁流变阻尼器。
7.如权利要求1或2所述的具有减振和能量采集特性的轨枕，其特征在于，所述质量块的中心处设有导向孔，所述导向孔与所述钢管滑动连接。
8.如权利要求1或2所述的具有减振和能量采集特性的轨枕，其特征在于，所述弹簧套设在所述钢管上。
9.如权利要求1或2所述的具有减振和能量采集特性的轨枕，其特征在于，所述质量块由高密度金属材料制成。
10.如权利要求1或2所述的具有减振和能量采集特性的轨枕，其特征在于，所述轨枕主体内设有多根预应力钢筋，多根所述预应力钢筋以所述轨枕主体的长度方向为直线延伸方向贯穿整个所述轨枕主体，且围设在所述钢制箱室的外侧，多根所述预应力钢筋由箍筋连接形成一体。
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