阅读说明：本技术 一种用于轨道减振的动力吸振器及其应用 (Dynamic vibration absorber for vibration reduction of track and application thereof ) 是由 胡琴 袁瑞杰 朱宏平 陈晗 沈易军 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明属于减振降噪领域,并具体公开了一种用于轨道减振的动力吸振器及其应用。该动力吸振器包括螺旋弹簧、质量块、底座板和阻尼器,其中：螺旋弹簧的上端与质量块连接,其下端与底座板连接,阻尼器设置在质量块和底座板之间,用于调节动力吸振器的谐振频率,工作时利用质量块与钢轨之间相对运动产生的惯性力对钢轨产生反作用控制力,从而使钢轨的振动反应衰减,以此达到减振降噪作用。本发明能够在钢轨承受动力作用而剧烈振动时,利用质量块与钢轨之间相对运动时产生的惯性力对钢轨发生反作用控制力,并通过阻尼器发挥耗能作用,通过弹簧-阻尼调谐作用,使得钢轨的振动反应明显衰减,以达到减振降噪作用。(The invention belongs to the field of vibration and noise reduction, and particularly discloses a dynamic vibration absorber for track vibration reduction and application thereof. The dynamic vibration absorber comprises a spiral spring, a mass block, a base plate and a damper, wherein: the upper end of the spiral spring is connected with the mass block, the lower end of the spiral spring is connected with the base plate, the damper is arranged between the mass block and the base plate and used for adjusting the resonant frequency of the dynamic vibration absorber, and during operation, the inertial force generated by relative motion between the mass block and the steel rail is utilized to generate reaction control force on the steel rail, so that the vibration reaction of the steel rail is attenuated, and the vibration reduction and noise reduction effects are achieved. The invention can utilize the inertia force generated when the mass block and the steel rail move relatively to generate reaction control force on the steel rail when the steel rail bears the dynamic action and vibrates violently, and the damper plays a role of energy consumption, and the vibration reaction of the steel rail is obviously attenuated through the tuning action of the spring and the damping, so as to achieve the effects of vibration reduction and noise reduction.)

一种用于轨道减振的动力吸振器及其应用

技术领域

本发明属于减振降噪领域，更具体地，涉及一种用于轨道减振的动力吸振器及其应用。

背景技术

随着我国城市化的发展，轨道交通行车密度的增加，越来越多的线路穿越城市中人口密集的地区，并且自从铁路交通发展以来，火车运行速度不断提高所带来的振动与噪声污染问题也日益突出。与此同时，无砟轨道以其高平顺性、高稳定性及少维修等优点在我国新建高速铁路中得到了广泛的应用。但由于无砟轨道的刚度较大，其吸振及降噪效果不佳，高速列车运行所帯来的巨大振动噪声难以得到衰减，不仅极大降低了车内乘客的乘车舒适度，更对沿线环境及车厢内部造成了一定的噪声污染，甚至还可能直接影响到新建铁路的规划与修建。

传统的减振降噪方法是将橡胶垫置于轨枕下，但该方法减振降噪效果不佳，且有橡胶易老化寿命短、更换不便的问题。而约束阻尼降噪技术对轨道环境的适应性差，且减振效果的好坏对敷设位置要求很高。随着科学技术的不断发展，高铁速度越来越快，其产生的振动和噪音也越来越大，橡胶垫与约束阻尼已经无法满足目前的减振要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于轨道减振的动力吸振器及其应用，其中该动力吸振器通过设置与螺旋弹簧连接的质量块，以及设置在质量块下方的阻尼器，能够通过弹簧-阻尼调谐作用消耗振动的能量，从而达到减振降噪作用，因而尤其适用于轨道减振的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种用于轨道减振的动力吸振器，该动力吸振器包括螺旋弹簧、质量块、底座板和阻尼器，其中：所述螺旋弹簧的上端与所述质量块连接，其下端与所述底座板连接，所述阻尼器设置在所述质量块和底座板之间，用于调节所述动力吸振器的谐振频率，工作时利用所述质量块与钢轨之间相对运动产生的惯性力对所述钢轨产生反作用控制力，从而使所述钢轨的振动反应衰减，以此达到减振降噪作用。

作为进一步优选地，所述阻尼器为悬臂梁式阻尼器，其包括固定块和悬臂梁，所述固定块与所述底座板连接，所述悬臂梁的一端与所述固定块连接，其另一端与所述质量块连接，工作时通过改变所述悬臂梁的长度调节所述动力吸振器的谐振频率。

作为进一步优选地，所述质量块的质量比为0.005～0.05。

按照本发明的另一方面，提出了一种上述用于轨道减振的动力吸振器在铁路中的应用。

作为进一步优选地，所述动力吸振器的底座板与贴附在钢轨上的弹性体和阻尼体连接。

作为进一步优选地，所述动力吸振器设置在所述钢轨的单侧或双侧。

作为进一步优选地，所述动力吸振器的安装间距为40cm～120cm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明提供的用于轨道减振的动力吸振器，能够在钢轨承受动力作用而剧烈振动时，利用质量块与钢轨之间相对运动时产生的惯性力对钢轨发生反作用控制力，并通过阻尼器发挥耗能作用，通过弹簧-阻尼调谐作用，使得钢轨的振动反应明显衰减，以达到减振降噪作用，从而降低车轮与轨道传递的能量，阻止振动和噪音的产生，以此提高车轮和轨道的使用寿命，降低铁路使用成本，减少噪声污染；

2.尤其是，本发明采用悬臂梁式阻尼器，可以通过调节悬臂梁的长度改变动力吸振器的谐振频率，从而满足不同轨道结构、不同荷载工况的减振需要；

3.此外，本发明通过对质量块的质量比进行优化，能够调整自身的振动频率与幅度，并使质量块的运动轨迹控制在一定范围内；

4.同时，将本发明提供的用于轨道减振的动力吸振器在应用过程中，具有安装、更换方便，可操作性和可调节性强的优势，并且无需考虑界限问题，也不会对线路通讯、钢轨探伤和列车行驶造成干扰，具备在高速铁路线路中大范围推广的条件；

5.在应用过程中通过对动力吸振器的安装间距进行优化，能够根据实际的荷载工况与减振需求灵活地进行调控。

附图说明

图1是将本发明提供的用于轨道减振的动力吸振器安装在轨道双边的安装示意图；

图2是将本发明提供的用于轨道减振的动力吸振器安装在轨道单边的安装示意图；

图3是将本发明提供的用于轨道减振的动力吸振器安装在轨道的侧视图；

图4按照本发明优选实施例构建的用于轨道减振的动力吸振器的结构示意图；

图5是图4中圈出部分的放大图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-钢轨，2-弹性体，3-质量块，4-螺旋弹簧，5-底座板，6-阻尼体，7-固定块，8-螺钉，9-悬臂梁，10-阻尼器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～5所示，本发明实施例提供了一种用于轨道减振的动力吸振器，该动力吸振器包括螺旋弹簧4、质量块3、底座板5和阻尼器10，其中：螺旋弹簧4的上端与质量块3连接，其下端与底座板5连接，并且位于质量块3和底座板5的四角，阻尼器10设置在质量块3和底座板5之间，用于调节动力吸振器的谐振频率，工作时利用质量块3与钢轨1之间相对运动产生的惯性力对钢轨1产生反作用控制力，从而使钢轨1的振动反应衰减，以此达到减振降噪作用。

进一步，阻尼器10为悬臂梁式阻尼器，其包括固定块7和悬臂梁9，固定块7与底座板5连接，悬臂梁9的一端与固定块7连接，其另一端通过螺钉8与质量块3连接，可以通过改变悬臂梁9的长度调节动力吸振器的谐振频率，并且悬臂梁9的截面为圆形或矩形，可同时控制多个方向的振动，具有可调节的优势，能够满足不同轨道结构的减振需要。

用于轨道减振的动力吸振器的刚度主要由两部分承担，螺旋弹簧5的支撑刚度为固定刚度，用于平衡质量块3的重量，悬臂梁9的弯曲刚度为可调刚度，用于调节阻尼器10的谐振频率。

进一步，质量块3可以为混凝土块，装铅的钢箱或环绕在结构外部的装有铅块的钢圈，质量块3的大小由质量比确定，质量块3的质量比为0.005～0.05，用于调整自身的振动频率与幅度，使其符合轨道振动的频率，达到减振效果，同时还能够将质量块3的运动轨迹控制在一定范围内，避免位移过大与钢轨1发生碰撞。

如图1～3所示，按照本发明的另一方面，提出了一种上述用于轨道减振的动力吸振器在铁路上的应用，钢轨1上贴附有弹性体2，阻尼体6贴附在弹性体2上，将动力吸振器的底座板5与阻尼体6连接进行固定。阻尼体6的形状根据不同的钢轨1截面进行贴合填平，以保证动力吸振器的底座板5位于一个整平面上。弹性体2以聚氨酯为主要材料，并选择橡胶颗粒、橡胶粉、木屑、矿物材料等材料中的一种或多种作为填充材料，所述阻尼体6为塑料高分子柔性材料，并且弹性体2和阻尼体6均为绝缘材料。

本实施例选用的钢轨型号为U71MN 60kg/m，动力吸振器耗能装置的结构及布置方法同样适用于其他型号钢轨。动力吸振器可设置在钢轨1的单侧或双侧，且保证动力吸振器距离钢轨1的顶面与轨腰有足够的空间富余。动力吸振器在进行自振耗能时，质量块3的最外缘在自振时抬高、降低、或向内行动的距离，不超过质量块3到钢轨1顶面或轨腰的距离，即质量块3在工作时不会触碰到钢轨1。

进一步，动力吸振器沿钢轨1的列车行驶方向布置，数量及间距可根据减振耗能要求而相应调整，其中动力吸振器的安装间距优选为40cm～120cm，从而能够根据实际的载荷工况与减振需求灵活地进行调控，避免间距过大造成减振效果不佳，同时避免间距过小造成减振精度过低的问题。

综上所述，上述结构的技术原理为当钢轨1承受动力作用而剧烈振动时，振动经过弹性体2与阻尼体6初步消耗后继续传递，动力吸振器中的质量块3随之运动，利用质量块3与钢轨1之间相对运动时产生的惯性力对钢轨1发生反作用控制力，其阻尼器10也发挥耗能作用，从而使钢轨1的振动反应明显衰减，以达到减振降噪作用。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。