一种带双横向限位低垂向刚度的减振扣件
阅读说明：本技术 一种带双横向限位低垂向刚度的减振扣件 (Vibration reduction fastener with double transverse limiting and low vertical rigidity ) 是由 高晓刚 王安斌 徐忠辉 杨伟挺 刘浪 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种带双横向限位低垂向刚度的减振扣件,包括双头螺柱(2)以及双头螺柱(2)从上到下依次穿过的上螺母(3)、压缩弹簧(4)、第一层垫板(6)、第一层弹性板(7)、第二层垫板(8)、第二层弹性板(9)、耦合板(10),所述的第二层弹性板(9)和耦合板(10)依次铺设于道床轨枕上,所述的第二层垫板(8)上设有凸台(801)和钢套座(802),所述的钢套座(802)上预压防剪钢套(11),所述的凸台(801)穿过依次其上方的第二层弹性板(7)和第一层垫板(6),所述的第一层垫板(6)通过弹条(13)与钢轨(1)连接。与现有技术相比,本发明具有较低的垂向刚度,同时设置了双向横限位结构,提高了扣件的减振效果。(The invention relates to a vibration reduction fastener with double transverse limiting low vertical stiffness, which comprises a stud (2), an upper nut (3), a compression spring (4), a first layer of base plate (6), a first layer of elastic plate (7), a second layer of base plate (8), a second layer of elastic plate (9) and a coupling plate (10), wherein the stud (2) sequentially penetrates through the upper nut (3), the compression spring (4), the first layer of base plate (6), the first layer of elastic plate (7), the second layer of base plate (8), the second layer of elastic plate (9) and the coupling plate (10) are sequentially laid on a sleeper of a ballast bed, a boss (801) and a steel sleeve seat (802) are arranged on the steel sleeve seat (802), an anti-shear steel sleeve (11) is pre-pressed on the boss (801), the boss (801) sequentially penetrates through the second layer of elastic plate (7) and the first layer of base plate (6. Compared with the prior art, the invention has lower vertical rigidity, and meanwhile, the bidirectional transverse limiting structure is arranged, so that the vibration reduction effect of the fastener is improved.)
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种带双横向限位低垂向刚度的减振扣件。
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。在轨道上采用减振扣减是减缓周边环境和噪声的最简单的有效措施之一。而现有技术中各种减振扣件的垂向及横向刚度无法兼顾控制，导致减振效果都不理想。
常见的双层减振扣件是依靠两层弹性垫板来缓冲轮轨耦合的振动，实现轨道系统减振效果，尽管双层减振扣件设置了夹心的弹性层，无法保证低的垂向刚度，且扣件的横向位移无法限位，不仅导致轮轨接触时钢头出现大的横向扭转量，钢轨表面衍生出波浪型磨耗，同时扣件的减振效果也不佳。
专利CN 108360309A为一种加强型轨道减振扣件，设计了三层垫板及两层弹性板(含轨下垫板)，不足之处第一：两层弹性垫板不足以提供低刚度的减振效果，仅作为中等减振扣件(4-6dB)；第二：最下面两层垫板的横向限位一个是通过双头螺栓，另一个是通过浮置铁垫板底面的锲形挡肩。由于设计上铁垫板为浮置式，垂向刚度通过螺柱上的压缩弹簧调节，一定程度造成浮置铁垫板有上下左右的多向自由度，导致了扣件系统的整体横向刚度降低，增加了螺栓的横向剪切力。
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带双横向限位低垂向刚度的减振扣件。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种带双横向限位低垂向刚度的减振扣件，包括双头螺柱以及双头螺柱从上到下依次穿过的上螺母、压缩弹簧、第一层垫板、第一层弹性板、第二层垫板、第二层弹性板、耦合板，所述的第二层弹性板和耦合板依次铺设于道床轨枕上，所述的第二层垫板上设有凸台和钢套座，所述的钢套座上预压防剪钢套，所述的凸台穿过依次其上方的第二层弹性板和第一层垫板，所述的第一层垫板通过弹条与钢轨连接。
所述的钢轨下设有轨下胶板，轨下胶板与第一层弹性板、第二层弹性板组成三重弹性板，通过调节三重弹性板的厚度或刚度来调节轨道系统的减振量。轨道的隔振或减振特性由轨下胶板、第一层弹性板及第二层弹性板串联组成，根据线路的不同设计要求，设置三种弹性板的厚度或刚度来调节轨道系统的减振量。
所述的双头螺柱中间设有螺柱凸台，通过螺柱凸台垂向预压防剪钢套，将第二层垫板固定于轨枕上。
所述的防剪钢套包括两个直径不同的圆环柱限位上台阶和限位下台阶，其截面呈台阶状，其中限位下台阶穿过第二层垫板的钢套座，插入第二层弹性板上的限位孔内，第二层垫板的垂向通过防剪钢套及螺柱凸台预压固定，横向通过防剪钢套的限位下台阶横向限位。防剪钢套对第二层垫板有垂向预压但保证弹性不完全失去，同时预压防剪钢套可限位第二层垫板的横向位移，保护了双头螺柱受第二层垫板的横向大力剪切。
所述的第二层垫板的凸台上设置绝缘耐磨套，从下往上依次穿过第一层弹性板及第一层垫板，保证第一层垫板和第一层弹性板与绝缘耐磨套接触时垂向导向自由，且限制第一层垫板的横向位移，保护了双头螺柱免受第一层垫板的横向大剪切力。
所述的第一层垫板上设有装配双头螺柱的装配孔、与凸台配合的凸台孔，以及与弹条配合的弹条座。
所述的第一层垫板垂向通过双头螺柱下压螺母及压缩弹簧进行限位，横向通过第二层垫板的凸台限位，通过调节螺母和压缩弹簧的压缩量调节整套扣件的刚度，且可保证列车通过前后各层垫板之间不分离。
所述的弹条的形状为e型、w型或SFC开关型。
所述的双头螺柱的位置为错位式布置，或者直列式布置，数量为2-4根。
通过调节耦合板的高度调节减振扣件的高度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明通过设置三层弹性垫实现低的垂向刚度，若三层弹性垫的刚度分别为k1、k2、k3，对扣减系统来讲弹性层之间是串联关系，即扣件系统串联刚度k＝(k1k2k3)/(k2k3+k1k3+k1k2)，也就是说越串多系统刚度就越小，本发明扣件系统可以使扣件的垂向刚度约为双层非线性减振扣件1/2，刚度值范围约为6～9kN/mm，提高了扣件的减振效果；
2.具有较高的横向刚度：通过设置第二层凸台可以限位第一层垫板的扭转位移或扭转角度，设置的锚固螺栓及防剪钢套组合结构限制了第二层垫板横向扭转位移或角度，提高了扣件系统的横向刚度，同时提高了钢轨横向扭刚度(k＝M/θ，角度越小刚度越大)，也就是说在扣件系统垂向刚度设置很低时，又能兼顾保证扣件横向扭转刚度统一，结合摩擦功磨耗模型公式W＝C*q*v*ξ*Δl/l(其中W为磨耗分布，C为材料磨耗系数，q为横切力，v为行车速度，ξ为纵向蠕滑率，Δl为轮轨的纵向滑移位移)减振扣件系统将可降低钢轨的磨耗(钢轨波磨主要由扣件系统横向刚度决定，扣件系统的横向刚度越大，钢轨的横向扭转角或位移减小，轮轨的黏着及蠕滑率越小。
3.具有高的横向刚度：本发明扣件对于轨道线路上不同要求，可以通过压缩弹簧(k4＝F/x，当弹簧刚度k4一定时，通过调节x可得到不同的负载力F)，通过负载力F(或认为是车辆的轴重)大小来调节扣件系统在承受不同轴载变化时的刚度变化。
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的爆炸图；
图3为本发明实施案例1的第一层垫板结构示意图；
图4为本发明实施案例1的第一层弹性板结构示意图；
图5为本发明实施案例1的第二层垫板结构示意图；
图6为本发明实施案例1的绝缘耐磨套结构示意图；
图7本发明实施案例1的双头螺柱的结构示意图；
图8为本发明实施案例1的防剪钢套结构示意图；
图9为本发明实施案例1的第二层弹性板结构示意图；
图10为本发明实施案例2的结构示意图；
图11为本发明实施案例3的结构示意图；
图12为本发明实施案例4的结构示意图。
图中标号：钢轨1、双头螺柱2、螺柱凸台201、螺母3、压缩弹簧4、绝缘耐磨套5、第一层垫板6、弹条座601、凸台孔602、第一层弹性板7、第二层垫板8、凸台801、钢套座802、第二层弹性板9、限位孔901、耦合板10、防剪钢套11、限位下台阶110、轨下胶板12、弹条13、轨距块14。
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1，一种带横向限位低垂向刚度的减振扣件，包括钢轨1、双头螺柱2、螺母3、压缩弹簧4、绝缘耐磨套5、第一层垫板6、第一层弹性板7、第二层垫板8、第二层弹性板9、耦合板10、防剪钢套11、轨下胶板12、弹条13及轨距块14。所述的耦合板10与第二层弹性板9依次从下而上铺设于道床轨枕上。第二层垫板8上设有凸台801和钢套座802，防剪钢套11与第二层垫板8的钢套座802配合，此时开始放入双头螺柱2并拧入轨枕尼龙套管中，双头螺柱2中间设有螺柱凸台201，待双头螺柱2的凸台201完全贴合防剪钢套11上表面完全停止。依次放置第一层弹性板7置于第二层垫板8上，依次穿过双头螺柱2及凸台801，继续放置第一层垫板6于第一层弹性板7之上，依次穿过螺柱2及凸台801。开始放置压缩弹簧4及螺母3于双头螺柱2上，并拧紧螺母3到设计位置。安装轨下胶垫12于第一层垫板6之上，并放置钢轨1于轨下胶垫12之上。放置轨距块14与钢轨1轨脚与弹条座601之间，安装好弹条13于轨脚上。
其中，第一层垫板6结构如图3所示，上设有装配双头螺柱2的装配孔、与凸台801配合的凸台孔602，以及与弹条13配合的弹条座601。
第一层弹性板7结构如图4所示，上设有装配双头螺柱2的装配孔以及与凸台801配合的凸台孔；
第二层垫板8结构如图5所示，上设有凸台801和钢套座802，所述的钢套座802上预压防剪钢套11，所述的凸台801上设置绝缘耐磨套5，从下往上依次穿过第一层弹性板7及第一层垫板6，保证第一层垫板6和第一层弹性板7与绝缘耐磨套5接触时垂向导向自由，且限制第一层垫板6的横向位移。绝缘耐磨套5如图6所示。双头螺柱2结构如图7所示，中间设有螺柱凸台201。
防剪钢套11结构如图8所示，包括两个直径不同的圆环柱限位上台阶111和限位下台阶110，其截面呈台阶状，其中限位下台阶110穿过第二层垫板8的钢套座802，插入第二层弹性板9上的限位孔901内，第二层垫板8的垂向通过防剪钢套11及螺柱凸台201预压固定，横向通过防剪钢套11的限位下台阶110横向限位。双头螺柱2的螺柱凸台201压住限位下台阶110的上表面。
第二层弹性板9结构如图9所示，上设有限位孔901，用于供双头螺柱2穿过后将其固定在轨枕上。
如图2，根据线路的减振要求，减振扣件的垂向和横向刚度可调可控。垂直方向，扣件系统含有三层弹性垫板：轨下胶垫12、第一层弹性板7及第二层弹性板9，三者是串联起来可设置很低的出现刚度(若三层弹性垫的刚度分别为k1、k2、k3，对扣减系统来讲弹性层之间是串联关系，即扣件系统串联刚度k＝(k1k2k3)/(k2k3+k1k3+k1k2)；横向，第二层垫板8通过设置的防剪钢套11来加大横向刚度，第一层垫板6的横向位移通过凸台801来限位，可限制列车通过时的轨头横向扭转角，特别是小半径曲线段钢轨翻转越小(θ＝M/k,其中k为扣件系统刚度，扭矩M＝T*h，T为轮轨力，h为钢轨的高度)。
如图3-9，根据线路的减振要求，扣件系统的刚度是可调节设置的。首先保证双头螺柱2的凸台201完全贴合防剪钢套11上表面即可，同时调节螺母3并拧紧压缩弹簧3于第一层垫板6上距离来调节扣件的刚度。当列车轮轨接触时，钢轨1传递力与轨下胶垫12及第一层垫板6，压缩弹簧3伸长。同时当列车离开时，压缩弹簧4的弹性伸缩可保证扣件各层垫板之间保持无缝隙贴合。
本实施例减振扣减，钢轨横向扭转刚度取决于扣件系统的横向刚度，本发明中利用第二层凸台可以限位第一层垫板的扭转位移或扭转角度，借助于公式k＝M/θ，得到钢轨横向扭刚度越大，钢轨横向变形或滑移位移Δl减小，结合摩擦功磨耗模型公式W＝C*q*v*ξ*Δl/l(其中W为磨耗分布，C为材料磨耗系数，q为横切力，v为行车速度，ξ为纵向蠕滑率，Δl为轮轨的纵向滑移位移)，当行车速度一定时，轮轨垂向力确定时，钢轨横向变形或滑移位移Δl减小时，轮轨的磨耗及蠕滑率越小(轮轨力一定)，从而将可降低钢轨的磨耗；通过三层弹性垫的刚度k1、k2、k3，扣件系统串联刚度k＝(k1k2k3)/(k2k3+k1k3+k1k2)，约降为双层非线性减振扣件的1/2(双层非线性扣件设计刚度为12～18kN/mm)，本发明扣件系统垂向刚度值范围约为6～9kN/mm，大大的提高了扣件减振效果。
实施例2
实施例2基本与实施例1相同，不同之处在于，如图10所示，第一层垫板上的弹条座为SFC型，系统考虑了此套结构在行车条件下的扣件组件动态频响及服役寿命。在轨道交通车辆速度的不断提高及运能的增加条件下，SFC扣件系统更具适应性。
实施例3
实施例3基本与实施例1相同，如图11所示，双头螺柱2的布置为由实施例1的错位式改为直列式，结构设计更加紧凑及稳定，充分考虑了此套结构在既有改造线路及新建线路中的适应性及性价比。
实施例4
实施例4基本与实施例1相同，如图12所示，双头螺柱2的数量为四根，主要为了适应高等减振地段或小半径曲线段横向力大的区段，四根螺柱设计加大扣件的横向刚度，减小螺柱所受剪切力，结构设计更加稳定，主要适用于新建线路中的高等减振需求地段或线路。
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。
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