專利背景
傳統的鐵路或城市鐵路軌道結構,當線路與地面建築物的距離較近時,會對其產生較大的振動和噪聲影響。振動和和噪聲主要由於輪軌的不平順和相對運動產生,其中噪聲通過空氣介質傳播到建築物中(稱為一次噪聲)而振動則通過軌道一道床一隧道壁一地基,或者軌道一道床一橋樑一橋墩地基傳到建築物上,再通過建築結構本身的耦合放大而激發出樓板的低頻振動,振動源中沒有衰減掉的高頻成分則通過牆壁、地板和天花板發出的二次噪聲。這種振動和噪聲都會對人構成不良影響。
根據上述認識,世界各國陸續開發出了各式各樣的減振降噪措施,例如用隔聲屏來吸收隔離一次噪音,用各式各樣彈性扣件和道床型式來控制振動和二次噪聲,比較著名的例如有科隆蛋和彈性套靴科隆蛋和彈性套靴可以滿足5-8分貝的低檔減振要求(指插入損失,下同),但科隆蛋的橫向剛度較低,不適於曲線段;如橡膠工藝或材質不好還會成橡膠圈脫落,影吻行車安全;彈性套靴容易進水和灰塵,不易檢修更換。
橡膠浮置板可以滿足8-15分貝的中檔減振要求,一般由浮置板和橡膠支承塊或疊層鋼板橡膠支承塊組成,浮置板通常由混凝土預製而成,長度較短。橡膠浮置板具有如下缺點:橡膠支承塊或疊層鋼板橡膠支承塊各向剛度相互制約,橫向剛度低,不能滿足道床的橫向穩定性要求,因此除垂向支承的橡膠支承塊外,還需橫向支承的橡膠支承塊,結構複雜;橡膠支承塊隱藏於浮置板下面,很難調平、檢修和更換,尤其是無法從浮置道床例面或頂面檢修;浮置板長度有限,容易發生共振,加上橡膠本身阻尼太小,不能吸收浮置板的振動能量,致使浮置板振動加大,橡膠浮置板隔振地段車內振動和噪聲明顯提高,鋼軌摩擦加劇;橡膠對材籵和工藝要求高,易老化,壽命有限,更換橡膠支承塊對列車運營和市民的出行影響較大。對於更高的減振要求,即減振效果15分貝-40分貝之間的高檔減振要求,椽膠浮置板或技術上難以實現,或經濟性較差。
發明內容
專利目的
為了克服上述缺陷,滿足中高檔的減振要求,該發明提出了一種新的浮置道床系統。
技術方案
《浮置道床》的浮置道床系統包括浮置板和彈簧隔振器,浮置板彈性地支承於彈簧隔振器上,彈簧隔振器由彈簧和彈簧殼體枸成,彈簧置於彈簧殼體之中,彈簧的至少部分表面設有約束阻尼,或者彈簧至少局部嵌入阻尼材料之中。
具體實現方式為:
其一,彈簧隔振器的彈簧殼體帶有密封結構,殼體內設有液體阻尼材料,彈簧下部浸在液體阻尼材料中;
其二,彈簧的至部分表面上設有約束阻尼,或者彈簧至少局部嵌入固體阻尼材料之中。
浮置板本身呈板狀、框架形或梯子形,彈簧隔振器大致均勻地分布在浮置板兩側。彈簧隔振器與浮置板的位置關係至少可以有兩種:一種是彈簧隔振器設定在浮置板的下方,支承在浮置板的外側底面上,可稱之為外置式;另一種是彈簧隔振器設定在浮置板的預留通孔內,通孔的內壁上設定支承擋塊,浮置板通過支承擋塊支承於彈簧隔振器上,可稱之為內置式。
支承擋塊可以是浮置板預留通孔內壁上的混凝土構造,也可以是嵌入混凝土的金屬預埋件,或者浮置板的通孔內嵌有聯結套筒,再在聯結套筒內壁上設定支承擋塊,其中支承擋塊可以預先與聯結套筒焊接在一起,然後聯結套筒與浮置板澆注成一體;支承擋塊也可以是一個整體的擋環。
為了能夠從浮置板上方頂升浮置板並調整浮置板的高度和水平度,在預留通孔內壁或聯接套筒內壁上設定頂升擋塊,並在彈簧隔振器與支承擋塊之間設定墊片,墊片的中央留有頂升通孔,通過調整墊片的總厚度可以調節浮置板的高度和傾斜度;支承擋塊也可以是一個整體的書環。
墊片結構簡單,傳力大,牢固可靠,但不能無級調高,為此該發明提供了另一種可以無級調高的調節機構、即在彈簧隔振器與支承擋塊之間設定調節螺栓和調節支承板,浮置板通過支承擋塊、調節支承板和調節螺栓支承於彈簧隔振器上。其中又分為螺母上置式和螺母下置式兩種形式:螺母上置式即螺母設定或固定於調節支承板上,螺母下置式即螺母設定或固定於於彈簧隔振器上。
支承擋塊開口及形狀與彈簧隔振器的彈簧売體上頂面、墊片或調節支承板的大小相容,並可錯位交疊,即從開口上方將彈簧隔振器、墊片或調節支承板放入支承擋塊下方後,將隔振器、墊片或調節支承板繞蟶軸旋轉定角度,支承擋塊與彈簧売體上頂面、墊片或調節支承板錯位交疊,
每塊浮置板的長度一般為10-60米,通常由混凝土現澆或預製而成,也可以由混凝土和鋼結構結合而成;當浮置板為預製時,可以由多塊預製的子板縱向聯接構成一塊較長的浮置板,子板的端面為粗糙平面或設有凹凸配合,子板與子板之間用阻尼材料、彈性材籵或混凝土填充並形成聯接子板與子板可以在縱斷面凹凸配合,也可以俯視斷面上設凹凸配合,也可以同時在兩個方向設凹凸配合。
更長的浮置道床可以由多塊浮置板縱向對接而成;為了允許浮置板熱脹冷縮,板與板之間留有熱脹冷縮間隙;為了板與板之間能夠在垂向和橫向協同受力,相鄰浮置板通過連線器連線;所述連線器包括連線桿和滑動套筒,它們之間形成軸向滑動配合,徑向相互約束,連線桿和滑動套筒分別固定於相鄰浮置板上或預埋於相鄰浮置板中。
1、為了保證浮置道床段與相鄰道床(如固定道床)之間的平穩過渡,與其它道床相鄰的浮置板在單位長度的平均剛度至少在垂直方向逐漸過渡到與相鄰道床相近的剛度,其可以由同等剛度但不同排列密度的彈簧隔振器實現,或者由不同剛度但同等排列密度的彈簧隔振器實現。
2、為了防止隔振器水平移位,在彈簧隔振器的上下表面設有聯接裝置該裝置與浮置板和基礎分別連結,其為螺栓,或者凹凸結構
3、為了增強道床系統或浮置板本身的阻尼,抑制共振,減少浮置板本身的振動和噪聲,在浮置板上設定阻尼元件或約束阻尼結構。
根據結構動力學和隔振原理,在振動傳播鏈中間某一環節加入彈性元件,降低系統固有頻率,就可以隔離系統固有頻率1.4倍以上的干擾頻率,千擾頻率與固有頻率之比越高,干擾振動就被隔離得越徹底,振動沒有了固體聲也就不會產生;阻尼的作用則是抑制系統共振和結構本身的共振,使系統受干擾後很快趨於穩定。
因此隔振系統固有頻率越低,隔振效果越高,這就要求系統質量越大越好,彈簧彈性越高越好。但實踐中系統質量和彈簧彈性在不同的節點都有制約范國,不能隨意擴大或減小,如對於軌下墊板、科隆蛋和彈性套靴,鋼軌和輪對參振質量已定,只能增大支承彈性,但彈性過大會導致鋼軌變形過大,橫向剛度偏低,影響行車安全;2014年7月以來的橡膠浮置板,其垂向彈性、橫向剛度和質量相互制約,無法設計出既結構簡單、經濟可行,又能滿足中高檔減振要求的系統。
改善效果
《浮置道床》採用的彈簧隔振器,浮置道床具有很好的各向穩定性和彈性,無需橫向支承,結構簡單;彈簧隔振器從浮置板側面或頊面就可調平、檢修和更換,十分方便;浮置板長度可以根據需要設計,可以避開共振頻率;浮置板採用阻尼結構,能提高浮置板本身的結構阻尼,抑制浮置板本身的結構振動和噪聲;浮置板上設定阻尼元件或彈簧隔振器內集成阻尼結構,能吸收浮置板的結構振動能量和剛體振動能量,提高浮置道床的系統穩定性,提高行車安全和道床的抗震安全。所述彈簧具有很高的彈性及很寬的彈性範圍供設計選擇,既可以設計出結構簡單、滿足中檔減振要求的浮置道床替代橡膠浮置板,也可以設計出滿足高檔減振要求的的浮置道床。
附圖說明
圖1是《浮置道床》實施例11的結構示意圖;
圖2是圖1的橫斷面圖;
圖3是圖2的局部放大示意圖;
圖4是圖3密封防塵蓋打開時的俯視圖;
圖5是該發明實施例2的結構示意圖;
圖6是圖5的橫斷面圖;
圖7是圖5的A-A剖面局部放大示意圖;
圖8是該發明實施例3的結構示意圖;
圖9是圖8的橫斷面圖;
圖10是圖9的局部放大示意圖之一;
圖11是圖9的局部放大示意圖之ニ;
圖12是實施例4的結構示意圖;
圖13是圖12的局部橫斷面圖;
圖14是實施例5的結構示意圖;
圖15是圖14的A-A剖面圖;
圖16是實施例6的結構示意圖;
圖17是圖16的俯視圖;
圖18是實施例7的結構示意圖;
圖19是圖18的俯視圖;
圖20是實施例8的結構示意圖;
圖21是圖20的縱斷面圖。
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技術領域
《浮置道床》屬於鐵路道床,尤其是涉及一種鐵路的軌道結構,具體可以是鐵路、捷運、城市鐵路、高架輕軌、高速鐵路等。
權利要求
1、《浮置道床》包括浮置板和彈簧隔振器,浮置板彈性地支承於彈簧隔振器上,彈簧隔振器由彈簧和彈簧殼體構成,彈簧置於彈簧殼體之中,其特徵在於彈簧的至少部分表面設有約束阻尼,或者彈簧至少局部嵌入阻尼材料之中。
2、根據權利要求1所述的浮置道床,其特徵在於彈簧至少局部嵌入固體阻尼材料之中。
3、根據權利要求1所述的浮置道床,其特徵在於彈簧殼體上設定密封結構,彈簧殼體中設定液體阻尼材料,彈簧下部浸在液體阻尼材料。
4、根據權利要求1所述的浮置道床,其特徵在於彈簧隔振器設定在浮置板的預留通孔內,通孔的內壁上設定支承擋塊,或者通孔內嵌有聯結套筒,支承擋塊再固定在聯結套筒內壁上,浮置板通過支承擋塊支承於彈簧隔振器上。
5、根據權利要求4所述的浮置道床,其特徵在於在預留通孔內壁或連線套筒內壁上設定頂升擋塊,並在彈簧隔振器與支承擋塊之間設定墊片,墊片的中央留有頂升通孔。
6、根據權利要求4所述的浮置道床,其特徵在於在彈簧隔振器與支承擋塊之間設定可以調節兩者之間間距的調節螺栓和調節支承板。
7、根據權利要求5或6所述的浮置道床,其特徵在於支承檔塊和頂升擋塊的開口及形狀與彈簧殼體上頂面、墊片或調節支承板的大小相容,並可錯位交疊。
8、根據權利要求1所述的浮置道床,其特徵在於浮置板為板狀、框架形或梯子形,彈簧隔振器均勻分布於浮置板兩側,彈簧隔振器設定在浮置板的下方,支承在浮置板的外側底面。
9、根據權利要求8所述的浮置道床,其特徵在於其由多塊浮置板縱向對接而成,板與板之間留有熱脹伸縮間隙,並通過連線器連線。
10、根據權利要求9所述的浮置道床,其特徵在於所述連線器包括連線桿和滑動套筒,它們之間形成軸向滑動配合,徑向相互約束,連線桿和滑動套簡分別固定於相鄰浮置板上或預埋於相鄰浮置板中。
11、根據權利要求8所述的浮置道床,其特徵在於所述浮置板由多塊預製的子板構成,其端面為粗糙表面或設有凹凸配合,子板與子板之可的間隙用阻尼材料、彈性材籵或混凝土填充並形成聯接。
12、根據權利要求8所述的浮置道床,其特徵在於與其它道床相鄰的浮置板內的彈簧隔振器,其剛度相同但排列密度不同,向端部方向密度逐漸增大或減小;或者剛度不同但排列密度相同,向端部方向剛度逐漸增大或減小。
13、根據權利要求1所述的浮置道床,其特徵彈簧隔振器的上下表面設有防止其水平移位的聯接裝置,該聯接裝置上下分別與浮置板和基礎聯結,聯接裝置為螺栓,或者凹凸結構。
14、根據權利要求1所述的浮置道床,其特徵在於浮置板上設有阻尼元件或約束阻尼結構。
實施方式
實施例1
如圖1、圖2、圖3、圖4所示,浮置板1a為板狀,由混凝土現場澆注而成,在浮置板對應鋼軌外側位置均勻地分布兩排通孔;通孔內預埋有聯結套筒3,其內壁上焊接有支承擋塊4,浮置板1a通過支承擋塊4彈性地支承於彈簧隔振器2上,構成內置式浮置道床。
聯結套簡3和彈簧隔振器2的內部結構如圖3所示,包括螺旋彈簧6a和彈簧売體5,彈簧殼體5由上下兩個彈簧套筒組成,其中上套筒設有一可傳遞彈簧支承力的上頂板5a,下套簡設有下底板5b,兩者均為鋼焊接件,由一柔性密封圈5c密封並聯接為一體;彈簧套筒內設有液體阻尼7a,此處為高粘度的甲基矽油,螺旋彈簧6a固定於彈簧套筒內,彈簧的下部浸入液體阻尼7a內;下底板5b的底面設有摩擦係數很高的防滑墊板5d,防止彈簧隔振器水平方向移位。
為了能夠從浮置板上方頂升浮置板並調整浮置板的高度和水平度,在聯接套筒內壁上設定頂升擋塊3a,並在彈簧隔振器的上頂板5a與支承擋塊4之間設定墊片8,墊片的中央留有頂升通孔,通過調整墊片的總厚度可以調節浮置板的高度和傾斜度。聯接套筒還設有密封防塵蓋,其固定於頂升擋塊3a上
參見圖4,支承擋塊4開口形狀與彈簧隔振器的上頂板5a和墊片8的形狀均為正方形,且大小相容,從開口上方將彈簧隔振器和墊片依次放入支承擋塊下方後,將隔振器和墊片繞豎軸旋轉一定角度,支承擋塊與彈簧隔振器的上頂板5a、墊片8錯位交疊。
為了抑制浮置板本身的結構振動和噪聲,在浮置板的上下表面部分地設有約束阻尼結構10,其由一層1-3毫米厚的高阻尼粘彈性聚氨酯阻尼層和一2-5毫米厚的鋼板相互粘結構成。當浮置板受軌道的振動激發產生振動變形時,由於約束鋼板與浮置板變形不一致,強迫阻尼材料層發生以剪下為主的變形,因所述阻尼材料的具有很高的損耗因子,可將大部分振動能量轉化為熱量消耗吸收,從而能提高浮置板的結構阻尼,抑制結栒共振體阻尼7a內;下底板5b的底面設有摩擦係數很高的防滑墊板5d,防止彈簧隔振器水平方向移位。
為了能夠從浮置板上方頂升浮置板並調整浮置板的高度和水平度,在聯接套筒內壁上設定頂升擋塊3a,並在彈簧隔振器的上頂板5a與支承擋塊4之間設定墊片8,墊片的中央留有頂升通孔,通過調整墊片的總厚度可以調節浮置板的高度和傾斜度。聯接套筒還設有密封防塵蓋,其固定於頂升擋塊3a上,參見圖4,支承擋塊4開口形狀與彈簧隔振器的上頂板5a和墊片8的形狀均為正方形,且大小相容,從開口上方將彈簧隔振器和墊片依次放入支承擋塊下方後,將隔振器和墊片繞豎軸旋轉一定角度,支承擋塊與彈簧隔振器的上頂板5a、墊片8錯位交疊為了抑制浮置板本身的結構振動和噪聲,在浮置板的上下表面部分地設有約束阻尼結構10,其由一層1-3毫米厚的高阻尼粘彈性聚氨酯阻尼層和一2-5毫米厚的鋼板相互粘結構成。
當浮置板受軌道的振動激發產生振動變形時,由於約束鋼板與浮置板變形不一致,強迫阻尼材料層發生以剪下為主的變形,因所述阻尼材料的具有很高的損耗因子,可將大部分振動能量轉化為熱量消耗吸收,從而能提高浮置板的結構阻尼,抑制結栒共振性,提高行車安全和道床的抗震安全,還抑制了彈簧本身的固有振動。
實施例2
如圖5、圖6、圖7所示,與實施例1的差異在於,浮置板1b的下表面設有凸台,彈簧隔振器2支承於該凸台外側凹處,形成外置式浮置板彈簧隔振器基本與實施例1相近,彈簧殼體外形為長方體,由上下套簡組成並用橡膠密封聯接,其內放置有兩個螺旋彈簧6a,螺旋彈簧的上下端分別嵌入固體阻尼材料7b中,如澆注後可固化的高阻尼粘彈性聚氨酯,既為彈簧隔振器提供了阻尼,又起到了連線上下套筒的作用,所述固體阻尼與液體阻尼相比,不怕進水,僅從防水角度而言可以不設密封,甚至不設彈簧套筒。
這種多彈簧的隔振器比單個彈簧的隔振器承載能力更大,性價比好,但體積也相應大,比較適用於外置式浮置板隔振器的頂部也設有墊片,用於調整浮置板的高度和水平。在使用時隔振器上下頂板分別與浮置板和基礎用防滑墊板聯接,防止彈簧隔振器水平方向移位。外置式浮置板也無須額外的側向支承,可以從側面進行調平、檢修和更換,十分方便
實施例3
如圖8、圖9、圖10、圖11所示,與實施例1相比,浮置板1c為梯子形,彈簧隔振器為外置式,由兩條平行的現澆混凝土梁板和多個平行的橫聯桿11組成,此處為鋼管,在混凝土梁板內的橫聯桿表面設有錨固筋,與混凝土梁板形成牢固聯接,在混凝土梁板的上下表面及外側面設有約束阻尼層10,其由-2-3毫米厚的高阻尼改性瀝青層和一2-5毫米厚的鋼板相互粘結構成。當混凝土梁板受軌道的振動激發產生振動變形時,由於約束鋼板與混凝土梁板變形不一致,強迫阻尼材料層發生以剪下為主的變形因所述阻尼材料的具有很高的損耗因子,可將大部分振動能量轉化為熱量消耗吸收,從而提高了混凝土梁板的結枸阻尼。
彈簧隔振器與實施例1基本相近,隔振器中的彈簧為碟簧6b,由固體阻尼材料7b(此處為高阻尼橡膠)將碟簧和彈簧売體聯為一體,其上頂板5與浮置板螺栓聯接,下底板5b設有一定位孔,在安裝使用時,基礎上設有一錨固螺栓15,如膨脹螺栓,定位孔套在錨固螺栓的栓帽上,防止隔振器橫向移位,道床安全穩定。由於碟簧具有足夠的橫向剛度,因此無需額外的橫向支承;高阻尼橡膠和碟簧提供阻尼,吸收振動能量;高阻尼椽膠和碟簧共同承載,承載能力高;碟簧由高阻尼橡膠包裏,不怕進水,僅從防水角度而言可以不設密封,甚至不設彈簧套筒,結構簡單、成本低。
隔振器中的彈簧也可以是櫲膠金屬複合彈簧,本例為金屬夾層橡膠彈簧,見圖11,它由多層橡膠14和多層金屬板13交替疊置硫化聯接而成其形狀可為多面柱體或圓柱體,其中心設有固體阻尼材料(如高阻尼聚復酯)組成的阻尼芯7c;金屬板13的橫斷面為折線狀,當金屬夾層橡膠彈簧水平方向受力時,橡膠層既受剪下又受壓縮,剛度比受純剪下時大,通過合理的角度設計,以及金屬板和橡膠層的厚度比設計,金屬夾層橡膠彈簧可具有足夠橫向剛度,無需額外的橫向支承,結構簡單;橡膠和阻尼芯可以提供阻尼,抑制共振。
該實施例中金屬夾層橡膠彈簧也適用於其它實施例,而且櫲膠也可以用彈性聚氪酯等高分子材料替代。
實施例4
如圖12、圖13、所示,該實施例與實施例1基本相同,區別在於:浮置板1d為框架形,調高機構為調節螺栓9;調節螺栓為螺母上置式,由螺柱9a和調節支承板9b構成,兩者之間螺紋配合,浮置板1d通過支承擋塊4、調節支承板9b和調節螺栓9a支承於彈簧隔振器的上頂板5a上。調節浮置板1d的高度和水平度時,旋轉螺柱9a即可做到無級調高。
為了防止螺柱鬆動,螺柱上還可設防松螺母與實施例1的另一區別是省去聯接套筒,在浮置板預留通孔內壁上直接預埋嵌入支承擋塊4,支承擋塊4可以是一個整體的擋環,也可以是兩個以上基本中心對稱布置的桿狀金屬體,本結構簡單,成本低彈簧隔振器中的彈簧絲表面設有約束阻尼套7d,既抑制了彈簧本身的固有振動,又為彈簧隔振器提供了阻尼,提高了浮置道床的系統阻尼比,提高了道床穩定性和行車安全
實施例5
如圖14、圖15所示,浮置板由多塊混凝土預製的子板拼接而成,其縱向端面設有凹凸配合,並且對接表面為粗糙表面,子板與子板之間用固體且尼材料7b(如高阻尼改性瀝青)填充並形成聯接。該子板的形狀可以是板狀,也可以是框架形或梯子形。
該實施例由於採用預製子板,施工速度快,適合大規模採用;其縱向端面設有凹凸配合,板與板安裝時容易對齊;由於子板與子板之間的間隙用且尼材料填充並形成聯接,使得相鄰子板之間能協同受力,子板間的振動能量傳遞被阻尼材料阻隔,振動能量被阻尼材料吸收,因此拼接而成的浮置板具有很好的阻尼特性,浮置板本身的振動和噪聲將大幅衰減。如果彈簧隔振器內同時設有阻尼結構,浮置道床將具有較高的系統阻尼比,可以保證道床穩定性和行車安全。
實施例6
如圖16、圖17所示,該發明一般由多塊浮置板縱向排列對接組成,板與板之間留有熱脹伸縮間隙,並通過連線器連線,一個接頭處一般設個連線器。該實施例展示了浮置板與浮置板的接頭和連線器;連線器包括連線桿12a和滑動套筒12b,連線桿由抗彎抗剪的鋼棒製成,分為固定段和滑動段,連線桿滑動段與滑動套筒之間形成軸向滑動配合,但徑向相互約束。連線桿固定段和滑動套筒外表面分別設錨固筋,並預埋於相鄰浮置板的端部。
採用連線器後,當列車由上一浮置板向下一浮置板過渡時,由於連線器在垂向有很高的連線剛度,兩浮置板之間的相對位移很小,避免了浮置板錯位對鋼軌16的彎曲和剪下,提高了列車的運行的平穩性和安全性
實施例7
如圖18、圖19所示,該實施例展示了另外一種結構的連線器12,該連線器的連線桿12a的固定段和滑動套筒12b分別固定於各自的底座12c,底座與相鄰浮置板分別螺栓固定聯接。與上一實施例相比,該連線器置於浮置板之上,檢修或更換方便。
實施例8
參見圖20、圖21,該實施例展示了浮置道床段與相鄰道床的接頭處,相鄰道床為固定道床,為了浮置道床與固定道床間的平穩過渡,採用同等剛度的彈簧隔振器,但在縱向單位長度的排列密度的逐淅加大,直至浮置道床在單位長度的平均剛度在垂直方向與相鄰的固定道床相近。
這樣當列車駛離浮置道床段時,其垂向剛度是漸變,不是突變,浮置板與相鄰道床間的相對位移很小,避免了對鋼軌16的彎曲和剪下,提高了列車的運行的平穩性和安全性浮置道床段與相鄰道床過渡的另一種處理方式,是彈簧隔振器等密度列,但彈簧隔振器的垂向剛度逐漸變化。為此彈簧隔振器的彈簧可選碟簧由碟簧的不同數量和疊合方式,可以方便地組合出具有不同的垂向剛度的彈簧隔振器。
榮譽表彰
2017年12月,《浮置道床》獲得第十九屆中國專利優秀獎。