[發明專利]鋼軌用動力吸振器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010741331.6
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111910475A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 佘才高;張伯林;陳鵬;孫大新;辛濤;張用兵;張宏亮;張杰;李強;王森
• 申請（專利權）人: 北京城建設計發展集團股份有限公司;南京地鐵集團有限公司;洛陽雙瑞橡塑科技有限公司
• 主分類號: E01B19/00
• 分類號: E01B19/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

一種鋼軌用動力吸振器及其制備方法，吸振器包括設置在鋼軌兩側的動力吸振器，所述動力吸振器包括第一質量單元、第二質量單元和第三質量單元，所述第一質量單元和第二質量單元位于所述第三質量單元的上方，所述第一質量單元位于遠離軌腰的一側，所述第二質量單元位于靠近軌腰的一側，所述第三質量單元位于靠近軌底的一側，所述第一質量單元、第二質量單元和第三質量單元通過粘彈性單元硫化為一體；由此，本發明通過各質量單元和粘彈性單元之間的結構設置和參數優化設計，優化了共振頻率，提高了振動能量由鋼軌向動力吸振器的轉移率，增強了能量耗散能力，同時還具有制備和安裝過程簡單的優點。

技術領域

本發明涉及軌道交通的技術領域，尤其涉及一種鋼軌用動力吸振器及其制備方法。

背景技術

振動在媒質中是以波的形式進行傳播的，如結構振動時，在結構的自由表面會產生振幅隨離表面深度而衰減的表面波，但在表面振動的波形有一定的規律性，宏觀表現為幾何參數一定的曲面起伏狀特性，即振動波在與結構表面垂直的方向上起伏并向前傳遞的特性。

在軌道減振降噪措施中，有效地減少列車對沿線建筑物的振動影響的傳統辦法是將軌道結構的固有頻率降低，其中，增加軌道質量或者降低剛度均可以降低軌道結構的固有頻率。但是，增加軌道結構的質量會受到隧道空間以及建設成本的限制；降低剛度能使軌道結構的固有頻率變得很低，同時會大幅增加的鋼軌位移，極大地增加了列車運行的安全性危害。因此，無法通過這兩種形式有效地降低軌道系統振動。在軌道系統中，振動是通過鋼軌依次向扣件、道床及基礎向外傳遞的，因此對鋼軌采取相應的減振措施是十分有利也是相當有效的方式。由輪軌耦合導致的鋼軌振動彈性波成分復雜，是一種包含多自由度的復雜的振動系統，但由于鋼軌獨特的工字梁結構，其在軌腰和軌底的表面相對較大且表面均為相對較平的平面狀，其不同頻率成分的表面波特征基本一致。

采用動力吸振器對鋼軌進行減振處理是具有積極意義的。動力吸振器是指利用共振系統吸收物體的振動能量以減小物體振動的設備，動力吸振器一般由“質量-彈簧-阻尼”單元構成，其原理是由“質量-彈簧”構成的系統共振頻率與所需治理頻率一致時，這種附加系統在共振時產生的反作用力可使振動物體的振動減小，“阻尼”單元則將吸收的振動能量轉化為熱能。因此增加吸振器的自由度和提高阻尼性能將具有重要意義。由于動力吸振器共振頻率因此通過設置不同的質量單元和彈性單元即可具有不同的共振頻率，但是采用過大的質量將增大生產費用，由于質量帶來的調頻不及剛度帶來的經濟效益高。阻尼方面，增加阻尼的方法主要有提高粘彈性材料自身阻尼特性和增大粘彈性材料與質量單元的復合界面等方法。

目前，國內外在軌道工程領域已經有很多關于動力吸振器的相關研究。對于動力吸振器，從組合方式劃分，有一體式結構(即硫化成一體)和多體式結構(多結構體組合)；從自由度因素劃分，可分為單自由度動力吸振器、多自由度動力吸振器；從阻尼材料角度劃分，可分為“質量-粘彈性材料”動力吸振器、“質量-顆粒阻尼材料”動力吸振器等，一般而言，市場上最常見的是多自由度“質量-粘彈性材料”動力吸振器。

對于多自由度“質量-粘彈性材料”動力吸振器，其常見的問題主要有：

1)非一體式結構中的零部件多，安裝施工復雜。一體式結構內部各單元之間的組成關系單調，僅為質量單元的簡單疊加或其它拼湊等方式，且部分動力吸振器中的各質量單元形狀單一，吸振效果不佳；

2)一體式結構中粘彈性材料的彈性單元單一，一定程度上限制了不同頻段下各質量單元在共振過程中的振動特性；沒能充分利用由各粘彈性材料之間的不同粘彈特性以增加系統阻尼，從而進一步降低鋼軌振動聲輻射；

3)未曾考慮鋼軌的軌腰和軌底上表面波的傳播特性，以便針對該特性進行相應特征參數匹配設計，從而將鋼軌振動大量轉移至動力吸振器中；

4)對于部分低頻段的共振峰值，常規的方法是增大動力吸振器的質量，但過大的質量又導致成本的增大和制造安裝過程中的復雜。現有的動力吸振器沒有采用二級剛度的方式將共振頻率調整到低頻；