[發明專利]一種軌下墊板結構和制作方法

在審

• 申請號: 201510566966.6
• 申請日: 2015-09-09
• 公開（公告）號: CN105113341A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發明（設計）人: 劉艷;印海平;劉可達;羅雁云
• 申請（專利權）人: 同濟大學;上海鐵院軌道交通科技有限公司
• 主分類號: E01B9/68
• 分類號: E01B9/68;E01B19/00
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司 31208
• 代理人: 陳樹德;朱悅

技術領域

本發明涉及軌道交通領域，特別涉及一種軌下墊板的結構和制作方法。

技術背景

近年來軌道交通因其運量大、速度快、安全性高等優點得到了迅猛發展，帶來便利的同時也產生了負面影響，尤為顯著的是城市軌道交通列車運行過程中振動噪聲對附近居民生活的影響。超標的振動噪聲會影響居民的日常生活和休息，危害身心健康。

在軌道交通領域尤其是無砟軌道結構中，軌下彈性墊板位于鋼軌與軌枕之間，用于均勻承載、絕緣和減振降噪等。早期的軌下墊板垂直剛度約為40-70kN/mm，振動和噪聲控制效果并不理想。在城市軌道交通和人們生活質量高度發達的今天，人們對乘坐安全和舒適性提出了更高的要求，城市軌道交通系統面臨著的減振降噪方面十分嚴峻的考驗。大量工程實踐告訴我們，隨著使用時間的增加部分地段鋪設的軌下墊板彈性呈大幅度衰減。經調查研究發現，軌道減振元件彈性衰減的主要原因是橡膠材料性能不穩定，長期承載于輪軌動態力作用下材料發生硬化現象，彈性隨之衰減。而此時最行之有效的解決方法即為更換軌下墊板。為了改善并長久有效地維持良好的減振效果，同時考慮軌道結構全壽命周期經濟成本，針對降低軌下墊板剛度、提高軌下墊板彈性和使用壽命的研究大量可見。有些研究偏重軌下墊板材料的改良，從而提高性能，如將傳統的氯丁橡膠材料以彈性聚氨酯材料、熱塑性聚酯彈性體材料，或高分子材料等代替。通過以上材料的合理選用和優化以達到軌下墊板的高韌性、高回彈性、優良的耐磨性、抗疲勞性和耐老化性。有些從軌下墊板幾何結構優化的角度進行改良研究，從最初的平面板式結構，到墊板承載面設計凸起或下凹結構，上凸及凹槽結構可根據目標剛度合理設計為圓柱狀、條狀、塊狀、臺狀等結構形式。凸起或凹槽亦可為均勻分布或交錯分布。有時采用上、下承載面對稱設計上凸或下凹結構形式，而有時僅為單面凸起或下凹。通過以上的改型設計以達到降低剛度、提高彈性、節省材料等目的。

軌下墊板的改型研究具有重要的現實意義，采用經濟有效的方法優化軌下墊板的幾何特征，降低剛度提高回彈性能不僅有助于提高減振降噪效率，還可以延長軌下墊板的使用壽命，降低軌道系統全壽命期內局部大修次數，壓縮維修成本，減少安全隱患，提高經濟效益。市場需要一種新穎且優良的軌下墊板設計和制作方法，提高墊板的耐久性能和彈性性能。

圖1、圖2分別例舉了一種具有凸起幾何結構和凹槽結構的軌下墊板，二者均采用上、下承載面對稱設計的幾何形式，即圖中第一主表面1和第二主表面2沿虛線所在平面對稱。其中，虛線表示上、下彈性主體的光滑表面硫化處理后的粘結面。圖1中，以虛線表示的硫化面為邊界，上、下彈性主體的承載面（即第一主表面1和第二主表面2）均設計有圓柱形凸起結構，且兩組凸起沿著硫化表面鏡面對稱。圖2中，上、下主體的第一主表面1’和第二主表面2’均設計有條形凹槽結構，兩表面沿硫化面鏡像對稱，凹槽結構橫斷面為小半徑半圓形。以上述兩種結構形式為代表的軌下墊板是現行使用的最常見形式，但軌下墊板產品的具體形式多樣，不限于此。本專利將公開一種新式軌下墊板的設計和制作方法，利用該方法設計制作的軌下墊板在彈性特性和耐磨性能等方面優于傳統結構形式的軌下墊板。

發明內容

本發明目的在于提供一種軌下墊板結構和制作方法，采用該方法制作的彈性墊板在額定輪載作用下內部應力分布合理，剛度低，預計可在不增加經濟成本的前提下使減振降噪效果優于現有的傳統軌下墊板結構形式，并使承載表面的耐磨性能得到改善，提高彈性墊板的使用壽命。根據本發明提出的設計方法制作的軌下墊板可用于城市軌道交通系統，并根據工程實際的彈性需求做不同程度的調整。

本發明的基本思路是，從結構優化角度，以現行使用的傳統軌下墊板為原型，將上、下彈性主體承載表面設計有凸起（或凹槽）單元而底部平滑面對貼硫化為整體的結構形式修改為第一、第二主表面對貼硫化而平滑表面承載的幾何結構。具體而言，本發明提供的軌下墊板的設計方法，以兩塊承載表面設計有凸起或凹槽結構的彈性元件為主體。現行使用的大多數軌下墊板，均采用將兩塊彈性主體的平滑表面進行化學處理，而上、下承載面的凸起或凹槽結構與鋼軌和軌枕或扣件上鐵板直接接觸。彈性墊板上、下主表面的基本單元可為矩形、橢圓形或其它任意形狀的凸起或凹槽。凡是上、下兩彈性主體第一及第二主表面的凸起或凹槽單元保持一致且排列方式對稱的軌下墊板，均適用于本發明提出的改良的設計方法。對于上、下彈性主體第一和第二承載表面不一致的彈性墊板不適用于本發明的改良方法；對于上、下彈性主體第一和第二主表面幾何單元完全一致且組合形式鏡像對稱，而除此以外的其他幾何特征有所不同的軌下墊板適用于本發明。

本發明的具體技術方案為：