CN206143537U - 轨道结构的吸能减振装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是在轨道结构上设计一种具有能量吸附功能的辅助装置，在轨道道床上两根钢轨之间，设置吸能减振装置，所述吸能减振装置包括质量块物体,刚度物体和阻尼器，所述吸能减振装置的固有诣振频率，与轨道上的轮轨振动频率相同。

Description

轨道结构的吸能减振装置

技术领域

本实用新型涉及轨道交通中的轨道结构，特别是有关于轨道结构的吸

能减振装置。

背景技术

在目前振动传播的控制方法中，大多采用调整***刚度、阻尼和质量参数来实现，其中阻尼主要的功能是将振动能量转换为热能，其转换能力除了和材料有关之外，还与转换时间关联，阻尼越大，它的转换周期也越慢，转换越多由于其材料发热，使用寿命也会受到影响；质量的功能是通过运动消耗动能来实现振动控制，在相同的运动条件下，质量越大，消耗的动能也越大，由于***阻尼和质量参数调整受到了诸多因素影响，应用范围有较大的局限性，因此通过采用降低受振部件的结构连接刚度来减小振动能量向外传递应用最为普遍，例如在地铁中普遍采用通过减小轨道结构轨下刚度来控制由于列车运行所产生的振动对周边影响。但是采用减小振动源的支承结构刚度虽然可以较好地减小了振动能量向外传播，由于能量并没有被转换消耗，而是集中在被隔振体的前端，通常造成该部分结构振动加剧，并产生不利的影响。例如在地铁中普遍采用了刚度较小的扣件往往会对钢轨磨耗甚至车辆部件的使用寿命带来不利影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是在轨道结构上设计一种具有能量吸附功能的辅助装置，通过该装置，可以把轮轨振动产生的振动能量吸收到该装置中，目的使轨道结构中的其它部件振动都得到相应降低，由于辅助装置不承担轨道结构中的其它受力作用，因此不会对轨道结构***带来不利影响。

本实用新型的是这样实现的：

在轨道道床上两根钢轨之间，设置吸能减振装置，所述吸能减振装置包括质量块物体,刚度物体和阻尼器，所述吸能减振装置的固有诣振频率，与轨道上的轮轨振动频率相同。

所述质量块物体,为轨道结构道床***质量的10%至5%，所述刚度物体和阻尼器参数按下式算得：

F为动态作用力静态基数。

本实用新型的优点是，目前采用的减振方法是，列车运行通过轨道结构时，车轮碾压钢轨，由于轮轨相互作用产生振动通过钢轨、扣件***、轨枕、整体道床向四周传播，传统方法是将扣件刚度降低，或者是在整体道床底部设置弹簧降低整体道床的支承刚度，或者是增加道床的质量，即所谓浮置板轨道***，其结果是虽然整体道床的振动得到了降低，在整体道床中的振动能量得到了减少，但是，整体道床减少的能量大多聚集在钢轨和车辆中，对钢轨和车辆带来了不利影响。而本实用新型核心是将轮轨相互作用产生振动能量吸附在辅助子***中，使其产生较大的振动，其效果是在减小整体道床中的振动能量的同时，不会对钢轨乃至车辆产生不利影响。

附图说明

图１是一个主***和子***的振动***示意图

图２是阻尼***示意图

图３是圆形断面地铁轨道结构示意图

图中标号说明：

１－质量块物体；２－刚度物体（一般是弹簧）；３－阻尼器；４－轨道道床；５－钢轨。

具体实施方式

本实用新型在轨道道床４上两根钢轨５之间，设置吸能减振装置，所述吸能减振装置包括质量块物体１,刚度物体２和阻尼器３，所述吸能减振装置的固有诣振频率，与轨道上的轮轨振动频率相同。

所述质量块物体,为轨道结构道床***质量的10%至5%，所述刚度物体和阻尼器参数按下式算得：

F为动态作用力静态基数。

一个稳定***在激励作用下产生振动，其能量通常是一定守恒的，例如列车运行通过轨道，对线路产生的振动能量也是一定的，采用减振轨道后，轮轨作用力产生的振动能量传到轨道基础结构得到了减小，但是由于能量被积聚在钢轨扣件以上部分，因此在钢轨和车辆等部件上的振动加剧。本实用新型是在轨道结构上设置一个具有吸附振动能量的装置，达到在减小轨道结构基础振动的同时，也会使钢轨和车辆等部件上的振动减小。

请参阅附图１所示，本实用新型的原理是，如果一个包含主***和子***的振动***，如图1所示，其动力学响应可以表达为以下公式：

从公式中可以看出，在***中虽然***的外荷载没有变化，如果子***振动加剧必然会导致主***的振动下降，当子***中参数：

即子***的振动频率逼近其共振频率时，子***的振幅急剧增加，这时主***的振幅会明显减小，甚至达到振幅为零。其原理是在一个***中，如果外力对***的作用没有发生改变，即***中动能在总量上没有发生改变，如果其中一个子***中所承受的能量增加了，必然在其它***中的能量会发生减小。如果我们在原有的***中增加一个辅助子***，并对辅助子***的参数进行调整，使得子***的参数在我们需要的范围之内，使其`产生较大的振动，导致子***产生了较大的动能，这样在整个***振动时，我们就可以在所需要的频率范围内对主***的其它部分进行振动控制，达到了我们对***的减振目的。根据以上分析，辅助子***通常是由质量、刚度和阻尼构成。根据这一原理，我们在轨道结构中，在道床的适当部位，以不侵入车辆限界为要求，安置一个或若干个弹簧质量子***，作为轨道结构的辅助***，并按照要求设计，达到列车通过时，该子***产生最大振动为目标，达到使原***振动能量最大限度地被转移到辅助子***中，使原***振动减小的目的。

请参阅图２所示，对于一个如图2所示有阻尼的***，我们也可以通过对以下公式进行优化达到相应效果：

F为动态作用力静态基数。

本实用新型根据列车运行通过轨道结构时在轨道结构中产生的主振频率，该数值可以通过现场测试或进行仿真计算得到，根据该参数进行辅助子***的设计，它是由质量、刚度和阻尼参数组成，辅助***的质量一般不超过轨道结构道床主***质量的10%，以5%为宜，以免由于重量增加对***产生不利影响。

刚度、阻尼参数，可以根据公式（2）来计算求得，辅助子***中的质量块一般采用金属或混凝土等材料构成，刚度元件可以由钢弹簧构成，阻尼元件通常是电磁阻尼器，辅助***的安装位置一般在轨道中部的道床上部。

这样当列车运行通过轨道结构时，车轮运行通过钢轨使轨道结构中的道床４产生振动，同时也使辅助***（吸能减振装置）产生振动，通过以上设计，可以使列车运行通过轨道结构时，辅助***振动加剧，产生较大的振动能量，由于辅助子***本身没有振动能量产生，因此在整个***中，总的振动能量没有增加，辅助子***的振动能量增加后，道床４的振动相对减小，从而达到了对道床４的振动控制目的，由于辅助***吸收了振动能量，因此不会造成轨道和车辆其它部分的振动加剧。

本实用新型是通过在轨道结构上设置一个能够有效吸收振动能量的辅助子***（吸能减振装置），它主要由质量元件１、刚度元件２和阻尼元件３构成，辅助***放置在钢轨５之间或钢轨两侧的轨道板上，安装位置和空间不能影响列车车辆限界，辅助***的相关元件参数应根据轨道结构参数、列车参数来确定。在安装了吸能辅助***的轨道结构，列车运行通过时，由轮轨相互作用产生的振动传递到轨道结构中，导致轨道结构产生振动，其中辅助子***的振动大大高于轨道结构本身的振动，吸收了可观的振动能量，从而导致了轨道结构的主部件振动明显降低，也不会对车辆等其它部件的振动产生明显影响，达到了对轨道结构减振的目的。由于辅助子***在***中并不承担其它的受力或承载功能，因此其振动不会对整个轨道结构***的承载功能带来任何不利影响，其主要作用就是吸收由轮轨相互作用产生的振动能量，减少轨道结构其它部分所承受和传播的振动能量比例。

在轨道结构中设置吸能子***可以根据振动响应频率分布的具体情况设置1个或多个组成的多重辅助吸能子***，辅助***的设置数量应根据列车运行通过轨道结构时在轨道结构中产生的主振频率的范围和个数，通常是一个辅助***对应于一个振动共振峰，如果列车运行通过轨道结构时在轨道结构中产生的主振频率有多个，应相应设置多个辅助振动***较为合理。

下面结合图3叙述一下本实用新型的实施例。图3是直径为6600mm圆形断面地铁轨道结构，轨道***中轨枕间距600mm，辅助吸能子***设置在轨道整体道床４顶面，两根钢轨５之间，在实施例中，600mm长度的整体道床质量为10000kg，经过现场测试，列车通过地铁轨道***产生的振动主频率约为150Hz，选择辅助吸能子***质量参数为5%的主***质量，为500kg，刚度元件参数根据公式计算为22kN/mm，阻尼单元参数为0.023。列车运行通过该区间时，可以将辅助吸能子***振动明显激励起来，从而使包括车辆、轨道和隧道衬砌等其它部位振动显著降低，通过计算，设置上述辅助***后，在150Hz范围内，道床振动加速度减小了30%，钢轨减小15%。通过以上实用新型措施，在达到对轨道结构减振的同时又不会对钢轨和车辆产生不利影响的结果。

Claims (2)

1.一种轨道结构的吸能减振装置，其特征在于，在轨道道床上两根钢轨之间，设置吸能减振装置，所述吸能减振装置包括质量块物体,刚度物体和阻尼器，所述吸能减振装置的固有诣振频率，与轨道上的轮轨振动频率相同。

2.按权利要求１所述的轨道结构的吸能减振装置，其特征在于，所述质量块物体,为轨道结构道床***质量的10%至5%，所述刚度物体和阻尼器参数按下式算得：

F为动态作用力静态基数。