阅读说明：本技术 一种刚性连接的宽频带复合型钢轨动力吸振装置 (Rigidly-connected broadband composite steel rail dynamic vibration absorption device ) 是由 高晓刚 王安斌 徐忠辉 鞠龙华 刘浪 李炜 于 2020-04-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种刚性连接的宽频带复合型钢轨动力吸振装置,包括钢轨(1)、吸振器本体(2)及刚性固定架(3),所述的吸振器本体(2)包括中心长轴(201)、以及位于中心长轴的两端的端部夹持块、位于中心长轴中间间隔错开排布的多个中间弹性单元(204)与中间质量块(205),其中第一端部夹持块(203)和第二端部夹持块(206)与钢轨轨腰吻合接触,并通过刚性固定架(3)固定于钢轨上。与现有技术相比,本发明刚性连接宽频带复合的可调频率设置,不仅提高了钢轨振动传播的衰减率,同时有效的控制了轮轨磨耗,降低了轨道交通振动噪声污染。(The invention relates to a rigidly-connected broadband composite type steel rail dynamic vibration absorber which comprises a steel rail (1), a vibration absorber body (2) and a rigid fixing frame (3), wherein the vibration absorber body (2) comprises a central long shaft (201), end clamping blocks positioned at two ends of the central long shaft, a plurality of middle elastic units (204) and middle mass blocks (205) which are positioned in the middle of the central long shaft and distributed at intervals in a staggered mode, wherein a first end clamping block (203) and a second end clamping block (206) are in fit contact with the rail web of the steel rail and are fixed on the steel rail through the rigid fixing frame (3). Compared with the prior art, the rigid connection broadband composite adjustable frequency setting improves the attenuation rate of the vibration propagation of the steel rail, effectively controls the abrasion of the wheel rail and reduces the vibration noise pollution of the rail transit.)

一种刚性连接的宽频带复合型钢轨动力吸振装置

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种刚性连接的宽频带复合型钢轨 动力吸振装置特别用于轨道车辆运行过程中钢轨受迫而产生的振动及噪声的吸振 控制。

背景技术

目前，在城市轨道交通快速发展，给人们提供了快捷、安全的出行方式的同时， 其产生的噪声和振动问题也严重影响了周边居民的生活质量，危及线路周边建筑安 全，并使得轨道本身的稳定性、安全性和使用寿命也受到影响。研究表明，当列车 速度低于100km/h的轨道交通线路，轮轨之间形成的滚动噪声是轨道交通噪声和 振动的主要组成部分，其中钢轨振动辐射的中、高频噪声对最终噪声总量的贡献尤 其明显。振动噪声控制的最有效的方法是从振源上采取措施或阻断振动噪声的传播 途径。因此，进行钢轨振动及噪声的治理对城市轨道交通减振降噪具有重要意义。

为了控制钢轨的振动及噪声，工程人员研发了多种类型的减振降噪产品，其中 调谐减振器较为常见，其利用质量—弹簧构成的调谐装置在钢轨振动时产生反作用 力做功耗能使得钢轨的振动减小，例如专利CN202530345U公开的钢轨减振器， 此类产品具有一定的减振降噪效果。但在工程应用中发现，此类产品质量块与弹性 体包覆而成，弹性体暴露在隧道潮湿或高架暴晒环境中，弹性体受到环境老化影响 严重；同时，钢轨减振器的安装方式通过卡扣直接与弹性体上表面接触，随着周期 性轮轨冲击，与卡扣接触的弹性体接触表面出现环境腐蚀及接触磨耗产生裂纹严重 将脱落掉块，金属卡扣也出现周期性疲劳产生夹紧力不足等缺点，直接影响减振降 噪效果。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种使用寿命长、吸音降噪效果好的刚性连接的宽频带复合型钢轨动力吸振装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种刚性连接的宽频带复合型钢轨动力吸振装置，包括钢轨(1)、吸振器本体(2)及刚性固定架(3)，通过刚性 固定架把吸振器本体对称布置在轨腰两侧。

所述的吸振器本体(2)包括中心长轴(201)、以及位于中心长轴的两端的端 部夹持块、位于中心长轴中间间隔错开排布的多个中间弹性单元(204)与中间质 量块(205)，其中第一端部夹持块(203)和第二端部夹持块(206)与钢轨轨腰吻 合接触，并通过刚性固定架(3)固定于钢轨上。

所述的中间弹性单元(204)与中间质量块(205)不与钢轨接触。

吸振器本体的中心长轴与端部夹持块、中间质量块接触配合位置设置中间弹性材料，通过调整中间弹性单元(204)与中间质量块(205)的形状、大小、数量及 相互位置关系，形成多组挤压、剪切的弹性质量谐振系统，至少可控制两个及以上 振动频率，组成了宽频带复合的动力吸振装置。

所述的中心长轴(201)上套有弹性轴套(209)，多个中间弹性单元(204) 与中间质量块(205)依次错位穿在中心长轴(201)弹性轴套(209)外表面上。

中间质量块(205)与弹性轴套(209)构成第一弹簧质量谐振系统，第一弹簧 质量谐振系统的谐振方式是垂向或横向(垂直于轨腰方向)；

中间弹性单元(204)与中间质量块(205)构成第二弹簧质量谐振系统，第二 弹簧质量谐振系统的振子方向是垂向、横向或沿钢轨长度的纵向，同时具有沿中心 长轴(201)的径向挤压及沿钢轨长度方向的纵向剪切复合效应。通过改变中间弹 性单元(204)与中间质量块(205)的形状、大小或数量可实现宽频带的调整系统 固有频率。所述的中间弹性单元(204)与中间质量块(205)外形是圆形、方形或 菱形。

所述的吸振器本体(2)的端部夹持块穿设在中心长轴(201)，并在端部夹持 块与中心长轴(201)之间依次设有内嵌弹性体(208)和内嵌金属块(207)，其中， 内嵌弹性体(208)与端部夹持块的内腔之间构成凹凸匹配结构，内嵌弹性体(208) 的内腔与内嵌金属块(207)之间构成凹凸匹配结构；

中心长轴(201)与端部夹持块之间通过内嵌弹性体(208)构成中心长轴的弹 簧质量谐振系统，振子方向是垂向、横向或沿钢轨长度的纵向；

内嵌金属块(207)与内嵌弹性体(208)形成一个辅助弹簧质量系统，谐振方 向是横向或垂向。

所述的吸振器本体(2)的中心长轴(201)的端部分别设置螺纹，外螺纹的长 度即保证夹紧吸振器本体(2)，又可保证中间弹性单元(204)有压缩量，外螺纹 与螺母(202)进行配合并锁紧；中心长轴(201)的截面形状是圆形、方形、阶梯 型或其它形状。

所述的刚性固定架(3)由连接底板(301)、本体压板(302)及螺栓组成，连 接底板(301)穿过钢轨轨底并接触，本体压板(302)一端与端部夹持块配合连接， 另一端与轨下连接底板(301)刚性连接，将吸振装置刚性固定在钢轨(1)上。通 过中间质量块和中间弹性单元的数量决定吸振装置本体所需刚性固定架的数量。

所述的端部夹持块包括上设有凸台柱，所述的本体压板(302)上设有与端部 夹持块的凸台柱刚性配合的通孔(303)。

由于轨道结构及运行车辆的不同工况，轨道系统的振动及其噪声有宽频段、多 频段的特征，本发明采用具有刚性连接的宽频带复合型钢轨吸振器是从轨道入手从 源头上解决/降低轨道系统的振动噪声问题的方法之一。动力吸振器的使用能够大 大减低钢轨的振动幅值从而降低振动引起的噪声振动辐射。

与现有技术相比，本发明从产生问题的源头入手，达到控制或降低轨道系统的 振动噪声，本发明提供了一种刚性连接的宽频带复合型钢轨动力吸振装置，该吸振 装置通过中心长轴连接多个独立的弹簧质量系统组成多阶谐振组合体，谐振质量块 则沿钢轨的长度方向排列形成波动动力阻尼吸振器。本发明区别现有专利的最大优 点：中间谐振质量和弹性块与钢轨不接触，加上中心轴的表面包覆弹性层，使得质 量弹簧单元沿轨道系统形成了多自由度的挤压和剪切型弹簧质量系统，涉及的频率 是一个宽频带范围；吸振器本体通过刚性固定架与钢轨连接，避免了现有吸振器的 弹性连接衰减及吸振器脱落问题，在针对轨道交通曲线段的横向和垂向振动的同 时，通过提高吸振器本体的中心，进一步提高了钢轨横向振动能量的消耗，同时抑 制振动能量沿轨道方向的传递。

附图说明

图1为本发明实施案例1的整体视图；

图2为本发明实施案例1的左视图；

图3为本发明实施案例1的吸振器本体的主视图；

图4为本发明实施案例1的吸振器本体的剖视图；

图5为本发明实施案例1的端部夹持块示意图；

图6为本发明实施案例1的端部夹持块内腔内嵌弹性体结构示意图；

图7为本发明实施案例1的端部夹持块内腔内嵌金属结构示意图；

图8为本发明实施案例1的中间弹性单元示意图；

图9为本发明实施案例1的中间质量块示意图；

图10为本发明实施案例1的中心长轴示意图；

图11为本发明实施案例1的刚性固定架示意图；

图中标号所示：钢轨1、吸振器本体2、中心长轴201、螺母202、第一端部 夹持块203、中间弹性单元204、中间质量块205、第二端部夹持块206、内嵌金属 块207、内嵌弹性体208、弹性轴套209、刚性固定架3、连接底板301、本体压板 302、压板通孔303。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1-2，一种刚性连接的宽频带复合型钢轨动力吸振装置，包括钢轨1、吸 振器本体2及刚性固定架3，吸振器本体2的端部夹块203与钢轨1的轨腰接触， 并通过刚性固定架3把吸振器本体2对称布置在轨腰两侧。所述的吸振器装置本体 2由中心长轴201、以及依次穿过中心长轴的端部螺母202、第一端部夹持块203、 中间弹性单元204与中间质量块205间隔错开排布、第二端部夹持块206等组成； 所述的吸振器本体端部夹持块与钢轨轨腰吻合接触，而中间质量块205及中间弹性 单元204不与钢轨接触；所述吸振器本体2的中心长轴201与端部夹持块、中间质 量块接触配合位置设置中间弹性材料，通过调整中间质量块及弹性体的形状、大小、 数量及相互位置关系等因素，吸振器装置可形成多组挤压、剪切等弹性质量谐振系 统，至少可控制两个及以上振动频率，组成了宽频带复合的动力吸振装置；所述的 刚性固定架与吸振器本体是刚性连接，并通过螺栓把吸振器本体刚性固定于钢轨 上。

如图3、4、8、9，5，所述吸振器本体2的中间弹性单元204与中间质量块205 通过粘结依次错位穿在中心长轴201的弹性轴套209外表面上，两者安装后不与钢 轨接触；中间质量块205与中心弹性轴套209形成垂向、横向(垂直于轨腰方向) 弹簧质量谐振系统；中间质量块205与中间弹性单元204也形成第二个弹簧质量谐 振系统，振子方向可以是垂向、横向或沿钢轨长度的纵向，同时具有沿中心长轴 201的径向挤压及沿钢轨长度方向的纵向剪切等复合效应。通过改变中间弹性单元 204和中间质量块205的形状、大小或数量可实现宽频带的调整系统固有频率。中 间质量块205与中间弹性单元204外形可以是圆形，也可以是方形及菱形等形状。

如图5-7，所述吸振器本体2的第一端部夹持块203的内腔与内嵌弹性体208 凸台匹配，第一端部夹持块203内腔配合面也可以是凹槽；内嵌弹性体208的内腔 与内嵌金属块207凹凸结构匹配，弹性体内腔配合面也可以是凹槽，或凸台；内嵌 金属块207与内嵌弹性体208形成另一个辅助弹簧质量系统，谐振方向可以是横向 或垂向。

如图10，所述的吸振器本体2中心长轴201的端部分别设置螺纹，与螺母202 进行配合并夹紧；中心长轴201的形状可以圆形，也可是方形、阶梯型或其它截面 形状；吸振器本体2中心长轴201与第一端部夹持块203、第二端部夹持块206之 间通过弹性体208也形成中心长轴的弹簧质量谐振系统，振子方向可以是垂向、横 向或沿钢轨长度的纵向。

如图2、11，所述刚性固定架3由连接底板301、本体压板302及螺栓组成， 连接底板301穿过钢轨轨底并接触，本体压板302一端部通孔303与端部夹持块 203、206凸台柱刚性配合，本体压板302另一端部与轨下连接底板301通过螺栓 螺母分别刚性连接并拧紧，将吸振装置刚性固定在钢轨1上。通过中间质量块205 和中间弹性单元204的数量决定吸振装置本体2所需刚性固定架3的数量。

实施例2

实施例2基本与实施例1结构及要求相同，不同之处在于，实施例2提升了中 心长轴201的中心高度，同时提高了吸振装备本体重心位置。设计钢轨吸振装置主 要目的是降低钢轨本身的振动，由于轨道交通线路有直线段也有曲线段，实施案例 1在直线段效果很好，实施例2主要考虑当列车通过曲线段时，钢轨的横向振动大 于垂向，同时钢轨轨头的振动也明显大于轨角的振动，发明装置为了起到更好的吸 振效果，必须尽可能贴合在轨头并来降低轨头的振动，因此，实施例2设计上把中 心长轴201的重心提高，同时抬高了质量弹簧系统位置，可进一步降低钢轨轨头的 横向及扭转振动，提高钢轨的扭转刚度。

实施例3

实施例3基本与实施例1、2结构及要求相同，不同之处在于，实施例3改变 了刚性固定架3的支撑结构，刚性固定架3分为本体压板上部结构302提升吸振器 本***置，并尽可能靠近并轨头位置并加以固定，刚性固定架3的本体压板302 下部结构固定于钢轨轨角处。设计的主要目的仍是考虑列车通过曲线段时，采用提 高吸振装置位置，来降低钢轨轨头的振动。

本发明上述结构与现有减振体相比优势在于：

1.现有吸振器的弹性体完全暴露在潮湿或暴晒环境中，弹性体受到环境老化 影响严重；而本发明面积最大的中心弹性轴套209被包覆在内部，不受环境影响， 而唯一暴露在外部的中间弹性单元204与中间质量块205是错位布置，其宽度仅为 相邻中间质量块宽度的(1～2)/10，即使老化也很容易更换；

2.现有钢轨减振器的安装方式是弹性卡扣直接与弹性体上表面接触，随着周 期性轮轨冲击振动，弹性体接触表面出现环境腐蚀及接触磨损而产生裂纹，严重时 将脱落掉块，同时金属弹性卡扣出现周期性疲劳导致夹紧力不足等缺点，直接影响 减振降噪效果；而本发明固定结构是固定架3与端部夹块上金属块的凸台进行连 接，端部夹块与钢轨完全接触，且连接过程都是刚性的，因此，不会出现环境腐蚀 产生裂纹严重并脱落掉块的现象。吸振本体通过刚性固定架与钢轨连接，避免了现 有吸振器的弹性连接衰减导致吸振器脱落等问题。

3.本发明经管本发明吸振装置仅有端部夹持块与钢轨接触，作为振子的中间质量块205不仅与弹性块204形成挤压性，而且与中间长轴弹性轴套209形成剪切型 等复合型吸振功能。从单自由振动系统可知，由于本发明的质量块相对现 有减振器大，吸振器本体整体质量放大，在控制频率方面将延伸到中低频，同时与 质量振子组合的弹性单元变薄(中间弹性块单元及长轴上弹性轴套)使得其刚度也 在增加，因此复合型吸振器设计可使得本发明的控制频率范围在200-1500Hz(横 向及垂向)，预期钢轨的振动水平降低15-25dB，相应轮轨耦合引起的噪声辐射水 平降低5-10dB(A)。

以上实施例仅用于说明本发明技术方案，并非是对本发明的限制，本技术领域 的普通技术人员在本发明的实质范围内所做的改变、替代、修饰、简化均为等效的 变换，都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。