[發明專利]一種浮置板軌道用定頻非線性橡膠隔振器的設計方法

有效

• 申請號: 201610152999.0
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105672063B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 李忠繼;林紅松;顏華;李弘基;白在鎬;楊吉忠;蔡文鋒;徐浩;王天舸
• 申請（專利權）人: 中鐵二院工程集團有限責任公司;四川瑞明斯商貿有限公司
• 主分類號: E01B1/00
• 分類號: E01B1/00;E01B19/00
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所(普通合伙)51215
• 代理人: 王建國

技術領域

本發明涉及鐵路軌道，特別涉及一種適用于地鐵、輕軌、城際鐵路、高速鐵路等浮置板軌道的定頻非線性橡膠隔振器的設計方法。

背景技術

浮置板軌道是解決軌道交通引起的環境振動問題的一種有效方法。浮置板軌道通過在軌道板下設置彈性隔振器,將軌道板的振動與基礎隔離，達到減小軌道交通引起的環境振動的目的。浮置板軌道本質上是一個質量 -彈簧-阻尼隔振系統。目前浮置板主要采用鋼彈簧隔振器和普通的橡膠隔振器。這兩種隔振器的剛度特性都是線性剛度或接近于線性剛度。然而在浮置板軌道-車輛這個質量彈簧隔振系統中質量的大小會因為列車載重不同發生顯著變化。這使得基于單自由度系統固有頻率方法設計的浮置板軌道系統在不同載重工況下的固有頻率差異很大，造成空車重車狀態系統性能不一致,空車狀態隔振性能差、重車狀態軌道垂向位移過大等問題。

國內外很多研究機構都對浮置板軌道用橡膠隔振器開展了研究設計，形成了多種浮置板軌道用橡膠隔振器專利。

中國專利ZL200410035441.1公開了一種鐵路用浮置板道床，道床包括浮置板和彈簧隔振器，浮置板彈性地支承與彈簧隔振器上。另外為了克服專利ZL200410035441.1中浮置道床在施工、維護和維修上的缺點，又發明了一種易于維護的浮置道床(ZL200910013963.4)、一種側置式浮置道床及其應用(ZL200910019531.4)、新型預制板拼裝式浮置道床 (ZL201210452046.8)、搭接型浮置道床(ZL201420835219.9)等專利。

中國專利ZL200810034584.9公開了一種用于軌道交通的浮置板隔振器，隔振器包含下支座、橡膠減振圈和調高裝置組成。隔振器能夠更好的滿足道床高度調整的要求。

中國專利ZL201220294143.4公開了一種用于浮置板軌道的板式橡膠阻尼隔振器。該隔振器由橡膠與上下兩塊鋼板硫化成一個板狀隔振器。在隔振器內的鏤空螺紋孔中填充了阻尼劑以提高隔振器阻尼。

中國專利ZL201320385451.2公開了一種用于軌道交通浮置板的橡膠隔振器，隔振器將一圓環型橡膠減振墊至于底盆中，可實現豎直方向的隔振功能。

以上專利的橡膠隔振器方案，在垂向上均可以實現基本的隔振和抑振。但對不同載重工況的列車適應性較差，不能提供一致的隔振性能，因受限于重車通過時過大的軌道垂向位移，因此無法進一步改善浮置板隔振性能?，F有彈簧隔振器都存在空車狀態隔振性能差、重車狀態軌道垂向位移過大的缺陷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種浮置板軌道用定頻非線性橡膠隔振器的設計方法，確保浮置板道床在空車狀態具有與重車狀態同樣的隔振性能和不變的固有頻率，且重車狀態軌道垂向位移得到有效抑制，確保系統的安全性。

本發明解決上述技術問題所采取的技術方案如下：

本發明的一種浮置板軌道用定頻非線性橡膠隔振器的設計方法，定頻非線性橡膠隔振器包括底座、錐形橡膠堆、上支撐座、調高墊板和鎖定螺釘，底座的頂面與錐形橡膠堆的內錐面相貼合，上支撐座的底面與錐形橡膠堆的外錐面相貼合，錐形橡膠堆包括同軸的內錐形鋼盤、外內錐形鋼盤，以及位于內錐形鋼盤、外內錐形鋼盤之間且與之固定連接的至少一層錐形橡膠體，錐形橡膠體由沿內錐形鋼盤、外內錐形鋼盤錐面相間隔的錐形橡膠環單元構成，各錐形橡膠環單元具有通向與隔振器外的排氣通道，錐形橡膠體為多層，層間設置中間錐形鋼盤，設計方法包括如下步驟：

(1)根據所設計的隔振器基準剛度k₀，浮置板靜態垂向基準位移x₀及剛度函數K(x)，繪制隔振器剛度曲線和隔振器載荷曲線；

(2)根據軌道所承受最大載荷，在隔振器載荷曲線中查取隔振器的工作區間和最大工作位移，確定錐形橡膠堆厚度和錐角，選取橡膠堆非線性幾何結構形式及橡膠材料的初步設計方案；

(3)根據初步設計方案建立定頻非線性剛度橡膠堆參數化的有限元模型，其中材料模型采用非線性橡膠模型，考慮幾何非線性結構在橡膠變形過程中的接觸關系；

(4)設定固有頻率誤差和固有頻率穩定性作為隔振器參數設計的優化設計指標，固有頻率誤差為隔振器在工作范圍內固有頻率均值與設計值之間的誤差；固有頻率穩定性為隔振器在工作范圍內固有頻率的波動幅度；

(5)根據所述優化設計指標，對所述有限元模型利用有限元方法進行力學性能計算，得到所述有限元模型所對應的優化設計指標值；