[發(fā)明專利]一種鋼軌動力吸振器及其應用

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• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112553977A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 楊新文;趙治鈞;馬骙骙;張昭
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E01B19/00
• 分類號: E01B19/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

一種鋼軌動力吸振器，包括裝配式聲子晶體結構，所述裝配式聲子晶體結構由若干裝配式元件組成，每個裝配式元件在其基體結構中分布排列聲子晶體單元以組成聲子晶體周期性結構；所述基體結構組成聲子晶體單元分布排列的骨架基礎，所述聲子晶體周期性結構利用其帶隙特性吸收一定頻帶的振動和噪聲。所述鋼軌吸振器產(chǎn)生50～3000Hz頻帶范圍內(nèi)的帶隙，能夠覆蓋各類振動的主頻，使鋼軌的振動快速衰減。本發(fā)明可以提高吸振器的安裝或拆卸效率，并通過改變周期性結構的參數(shù)調(diào)整減振降噪效果；利用聲子晶體結構的帶隙特性，增強減振降噪作用。本發(fā)明可以廣泛應用于城市軌道交通、高速鐵路、重載鐵路、普通鐵路和城際鐵路的有砟和無砟軌道線路。

技術領域

本發(fā)明屬于軌道交通技術領域，涉及一種鋼軌動力吸振器及其應用。

背景技術

隨著軌道交通技術的不斷發(fā)展，當前軌道交通的環(huán)境保護問題受到越來越多的關注，特別是其產(chǎn)生的噪聲與振動問題。在軌道交通線路上采取減振降噪措施，對于軌道交通發(fā)展具有重要意義。

軌道交通的減振降噪措施主要從三方面入手：在振源/聲源上控制、在傳播途徑上控制和在受振體/受聲體上控制。在振源/聲源上直接控制振動和噪聲是最直接有效的方式；而鋼軌是輪軌噪聲主要的輻射源，在鋼軌上采取減振降噪措施是主要的軌道交通減振降噪方法。

目前可用的鋼軌減振降噪措施有：鋼軌重載化、無縫化和型面優(yōu)化，阻尼鋼軌，鋼軌動力吸振器等。其中鋼軌動力吸振器是采用動力吸振技術原理、安裝于鋼軌軌腰或軌底的一種減振降噪裝置，具有結構簡單、安裝養(yǎng)護方便、可隨時拆卸調(diào)整、適用性強、可與其它減振降噪設施共同搭配、可針對特定頻帶減振降噪等優(yōu)點，可以廣泛應用于城市軌道交通、高速鐵路、重載鐵路、普通鐵路和城際鐵路的有砟和無砟軌道線路。但是許多鋼軌動力吸振器的設計思路基于整體結構，吸振器結構不方便調(diào)整。且大部分的傳統(tǒng)鋼軌動力吸振器為二自由度或者三自由度的“阻尼彈簧-質(zhì)量”單元動力吸振器，僅能降低較窄的頻段范圍內(nèi)的鋼軌振動和噪聲，限制了其減振降噪效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中的不足，目的是提供一種新型的鋼軌動力吸振器，具有聲子晶體結構和裝配式結構兩個技術特征。

聲子晶體結構即物體的基本組成單元按照相同的方式組合的一種結構形式。近年來，人們在天然晶體電子能帶理論的啟發(fā)下，發(fā)現(xiàn)聲子晶體構中存在能夠禁止某種經(jīng)典波傳播的頻率范圍，這種頻率范圍稱為帶隙。頻率在帶隙之內(nèi)的彈性波通過此種結構時其傳播會大大衰減，而在帶隙之外的彈性波則能夠順利通過該結構。根據(jù)聲子晶體在空間存在周期性的維數(shù)，可分為一維、二維、三維聲子晶體，不同的聲子晶體結構表現(xiàn)出了不同的帶隙特性。

裝配式結構是以預制構件為主要受力構件，經(jīng)裝配、連接而成的結構。在工廠預制結構部件，在現(xiàn)場進行裝配和拼接，有助于施工計劃和運輸組織安排，提高生產(chǎn)效率節(jié)約能源。對于鋼軌動力吸振器來說，裝配式結構的優(yōu)勢還在于因地制宜，可以采用“通用部件+特殊部件”的結構組成，提高鋼軌動力吸振器的適應性，也有利于發(fā)揮其針對特定頻帶減振的特點。

基于聲子晶體結構帶隙特性和裝配式結構設計方法，本發(fā)明提出一種裝配式聲子晶體結構的鋼軌動力吸振器，其通過對吸振器內(nèi)置聲子晶體結構層的合理的幾何參數(shù)和材料參數(shù)的設計，能夠產(chǎn)生50～3000Hz頻帶范圍內(nèi)的帶隙，并且能夠覆蓋各類振動的主頻，可以使鋼軌的振動極大衰減，進一步減少傳遞到軌下結構和周邊建筑物的振動能量，保護相關結構；還可以根據(jù)不同的線路要求采用不同的配件結構因地制宜地針對性減振，或者在安裝完成后方便地根據(jù)需要改進吸振效果。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案為：

一種鋼軌動力吸振器，包括裝配式聲子晶體結構，所述裝配式聲子晶體結構由若干裝配式元件組成，每個裝配式元件在其基體結構中分布排列聲子晶體單元以組成聲子晶體周期性結構；所述基體結構組成聲子晶體單元分布排列的骨架基礎，所述聲子晶體周期性結構利用其帶隙特性吸收一定頻帶的振動和噪聲。