一种钢轨的减振降噪动力吸振器结构制造技术

一种钢轨的减振降噪动力吸振器结构，布置在两个相邻扣件之间的钢轨轨腰两侧，包括弹性阻尼体和金属质量体；弹性阻尼体紧贴固定在钢轨上，包括层叠固定为一体的第一弹性阻尼体和第二弹性阻尼体，并且第一弹性阻尼体的硬度大于第二弹性阻尼体硬度；金属质量体为多片蜿蜒的波浪形金属板，间隔嵌套于弹性阻尼体内部；本结构在满足阻尼材料足够强度的前提下，利用蜿蜒式增大阻尼有效工作面积，提高振动传播衰减率，并且阻尼材料设置两种不同硬度以满足不同频率范围内的减振需求，能够从噪声源处有效降低轨道交通的运行噪声，并且其使用不影响轨道交通原基础设施和轨道的维护保养。

A Dynamic Vibration Absorber Structure for Rail Vibration and Noise Reduction

A dynamic vibration absorber structure for reducing vibration and noise of rail is arranged on both sides of rail waist between two adjacent fasteners, including elastic dampers and metal mass bodies; elastic dampers are fixed tightly on the rail, including the first elastic damper and the second elastic damper, which are laminated and fixed together, and the hardness of the first elastic damper is greater than that of the second elastic damper. The mass body is a multi-winding wavy metal plate with spacers nested in the elastic damper body. On the premise of satisfying the sufficient strength of the damper material, the structure uses winding type to increase the effective working area of the damper, to increase the attenuation rate of vibration propagation, and to set two different hardnesses of the damper material to meet the needs of vibration reduction in different frequency ranges, so that the rail can be effectively reduced from the noise source. The operation noise of road traffic does not affect the maintenance of the original infrastructure and track of rail transit.

【技术实现步骤摘要】
一种钢轨的减振降噪动力吸振器结构
本技术涉及轨道交通减振降噪领域，尤其涉及一种内置式金属振子减振降噪装置。
技术介绍
铁路被视为环保交通工具，提供清洁高效的交通方式。但由于铁路运营造成的噪音已经成为轨道沿线区域不容忽视的声音污染源，给沿线居民的工作和生活造成了不小的困扰。与此同时，噪声问题也是限制轨道车辆运行速度及载客量的主要因素之一。轨道交通的主要噪音是由轮轨滚动接触造成的，车轮和轨道上的粗糙度形成激励并引起轮轨振动。当振动在车轮和轨道上传播时，结构会辐射噪音。为了减小轮轨之间的滚动作用力进而减小振动，许多学者提出了解决车轮表面不平顺的措施，例如使用弹性车轮或者采用车轮阻尼降噪装置等，但是在高频范围内钢轨是噪声的主要辐射体，这些措施所起的作用并不理想，因此抑制钢轨振动并减小钢轨声辐射对轨道交通线路的降噪尤为重要。直接在轨道上安装减振装置可以做到从声源处有效降低车辆行驶过程中产生的噪声，目前的减振降噪措施主要有约束阻尼板和动力吸振器两类，但依然存在诸多不足：专利申请号为200480009892.6的钢轨减震器，其不足之处有以下两点：一是谐振材料只采用一种弹性材料，在使用过程中只能抑制一种或很小一段范围内的频率；二是减振装置只安装在钢轨下端部位，未考虑到整个钢轨的轨腰部位，无法达到最佳减振效果。专利申请号为201621424869.X的约束阻尼减振降噪板，其不足之处有以下两点：一是减振降噪板与钢轨贴合的部分材料不具有阻尼特性，在减振过程中易引发二次振动；二是配重部位处于减振降噪板的外侧，整体结构重心偏移，减振过程中易发生装置松散甚至脱落现象。另外，现有的钢轨减振装置在整条线路的安装使用上，未考虑直线段与曲线段的不同路况，单一的减振装置设计无法做到在整条线路上都能较好减振降噪的效果。钢轨动力吸振器是从源头上减少振动噪声的有效方法之一，现阶段钢轨噪声控制措施，均难以有效地降低钢轨振动和噪声辐射。因此需要一种更加高效的钢轨吸振器，使钢轨的减振降噪效果更加高效。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于提供一种钢轨的减振降噪动力吸振器结构，能够克服上述不足，增大阻尼工作面积、更加有效地降低钢轨的振动和辐射噪声。本技术是通过以下技术方案实现的：一种钢轨的减振降噪动力吸振器结构，其特征在于：所述内置式金属振子减振降噪动力吸振器结构布置在两个相邻扣件之间的钢轨的轨腰两侧，包括弹性阻尼体和金属质量体；弹性阻尼体紧贴固定在钢轨上，包括层叠固定为一体的第一弹性阻尼体和第二弹性阻尼体，并且第一弹性阻尼体的硬度大于第二弹性阻尼体硬度；所述内置式金属振子减振降噪动力吸振器结构包括两种不同的布置形式：在钢轨直线段处，弹性阻尼体上端紧贴轨头底部，中段内侧紧贴轨腰，下端紧贴轨腰轨底过渡转角朝向轨底外侧折弯，大体呈立式“L”形对称配置在钢轨两侧，并且，水平方向上，弹性阻尼体上端外露面不超过轨头外缘，下端端面不超过轨底外缘；第一弹性阻尼体和第二弹性阻尼体均为“L”形，第一弹性阻尼体位于第二弹性阻尼体内侧；多层金属质量体在弹性阻尼体内由上至下先纵向再横向沿弹性阻尼体的“L”形折弯反复蜿蜒，将弹性阻尼体由内至外分为多层，形成弹性阻尼层与金属质量层主体沿水平方向的交替叠加结构；在钢轨曲线段处，弹性阻尼体顶部与轨头底部不接触，中段内侧紧贴轨腰，底部紧贴轨底顶部，大体呈立式矩形对称配置在钢轨两侧，并且，水平方向上，弹性阻尼体外露面位于轨头外缘和轨底外缘之间；第一弹性阻尼体和第二弹性阻尼体均大体呈立式矩形，第一弹性阻尼体位于第二弹性阻尼体下侧；多层金属质量体在弹性阻尼体内横向蜿蜒，每层金属质量体呈倾倒的“S”型、将弹性阻尼体由上至下分为多层，形成弹性阻尼层与金属质量层沿竖直方向的交替叠加结构。本动力吸振器结构将蜿蜒式金属质量体作为振子嵌入在弹性阻尼体内部，使振子表面均被弹性阻尼材料包裹。此结构明显的优势有以下几点：一是蜿蜒的金属质量体不仅可以在相同尺寸的弹性阻尼体内增加金属体质量，而且还增加了阻尼块与金属体的接触表面积，提高了振动传播的衰减率，进而增大钢轨振动能量的消耗，更加高效地降低了钢轨的振动。二是在动力吸振器的设计中，与钢轨表面轮廓直接接触的均为弹性阻尼材料，钢轨的振动均传递至弹性阻尼材料中，在钢轨振动传播的过程中不会引起金属材料间的撞击，进而不会造成二次声辐射。三是金属质量体作为振子完全嵌入在弹性阻尼材料内部，在减振过程中，振子不管哪个方向的振动均传递至阻尼材料中，振动能量均由阻尼材料消耗吸收，同样避免了造成二次声辐射。四是嵌入式设计，使吸振器整体的质量均匀分布，在减振过程中不会出现装置重心偏移现象，提高了使用安全性。五是钢轨动力吸振器结构简单，使用方便，适用性较强。考虑到无论哪种钢轨，轨腰部位振动最强，声辐射均较为严重，所以保证轨腰部分覆盖是首要选择，所以无论哪种钢轨，都应当尽可能使弹性阻尼体覆盖轨腰及轨底，从而能够较好地阻隔和吸收掉钢轨部分辐射噪声。另外，考虑到在钢轨直线段处，车辆运行时轮轨之间的作用力以垂向力为主，而钢轨曲线段处，轮轨之间在产生垂向力的同时，也会产生较大的横向作用力。因此，针对钢轨直线段，除紧贴轨腰外，弹性阻尼体还保持与轨头底部、轨底顶部的紧贴接触，以尽可能的吸收钢轨垂向上的振动，由于轨头宽度有限，弹性阻尼体只要保证充分接触轨头即可，所以其宽度大致与轨头宽度相当即可，弹性阻尼体向下折弯是为了充分覆盖轨底，轨底也是噪声辐射区域，加上其金属质量体也主要为竖直方向的蜿蜒形结构，从而能够在垂向上增加振动衰减率，减小钢轨振动。针对钢轨曲线段，其弹性阻尼体比直线段的弹性阻尼体宽，这是因为，在不影响钢轨正常的养护维修的情况下(即弹性阻尼体外露面位于轨底外缘内侧)，弹性阻尼体在水平方向上应当尽可能的宽(即弹性阻尼体外露面位于轨头外缘外侧)，加上金属质量体为水平方向的蜿蜒结构，从而能够增加水平方向上的振动衰减率，进而减小振动。又及，硬度不同的双层弹性阻尼体的作用在于，由于直线段钢轨处位于内侧的第一弹性阻尼体硬度大于外侧的第二弹性阻尼体硬度，曲线段钢轨处位于下侧的第一弹性阻尼体硬度大于上侧的第二弹性阻尼体硬度，根据下述公式中谐振频率Ω与弹性阻尼层的等效刚度k与质量层的等效质量m关系可知钢轨吸振器具有两个或以上谐振频率：最优同调公式：最优阻尼公式：式中：μ为吸振器与主振动系统质量比，ωn为吸振器固有频率，Ωn为主振动系统固有频率。进而推导出：式中：k为吸振器刚度，c为吸振器阻尼，m为吸振器质量，M为主振动系统质量。由上述公式可知，直线段钢轨处位于内侧和曲线段钢轨处位于下侧的第一弹性阻尼体的金属质量层谐振频率较高，用于吸收钢轨的振动，并同时产生低频振动；而直线段钢轨处位于外侧和曲线段钢轨处位于上侧的第二弹性阻尼体的金属质量层谐振频率较低，用于进一步吸收直线段钢轨处位于内侧和曲线段钢轨处位于下侧的第一弹性阻尼体的金属质量层产生的二次低频振动。由于低频振动与噪声不是线性相关，且针对钢轨直线段处的动力吸振器的内侧金属质量层及针对钢轨曲线段处下侧的金属质量层振动衰减大，因此钢轨直线段处的动力吸振器的外侧质量层及钢轨曲线段处上侧的金属质量层引起二次噪声贡献量很小。所以，本技术能很大程度地降低钢轨振动，而不引发新的噪声辐射，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢轨的减振降噪动力吸振器结构，其特征在于：所述减振降噪动力吸振器结构布置在两个相邻扣件之间的钢轨的轨腰(2)两侧，包括弹性阻尼体(5)和金属质量体(6)；弹性阻尼体(5)紧贴固定在钢轨上，包括层叠固定为一体的第一弹性阻尼体(501)和第二弹性阻尼体(502)，并且第一弹性阻尼体(501)的硬度大于第二弹性阻尼体(502)硬度；金属质量体(6)为多片蜿蜒的波浪形金属板，间隔嵌套于弹性阻尼体(5)内部；所述减振降噪动力吸振器结构包括两种不同的布置形式：在钢轨直线段处，弹性阻尼体(5)上端紧贴轨头(1)底部，中段内侧紧贴轨腰(2)，下端紧贴轨腰(2)和轨底(3)之间的过渡转角朝向轨底(3)外侧折弯，大体呈立式“L”形对称配置在钢轨两侧，并且，水平方向上，弹性阻尼体(5)上端外露面不超过轨头(1)外缘，下端端面不超过轨底(3)外缘；第一弹性阻尼体(501)和第二弹性阻尼体(502)均为“L”形，第一弹性阻尼体(501)位于第二弹性阻尼体(502)内侧；多层金属质量体(6)在弹性阻尼体(5)内由上至下先纵向再横向沿弹性阻尼体(5)的“L”形折弯反复蜿蜒，将弹性阻尼体(5)由内至外分为多层，形成弹性阻尼层与金属质量层主体沿水平方向的交替叠加结构；在钢轨曲线段处，弹性阻尼体(5)顶部与轨头(1)底部不接触，中段内侧紧贴轨腰(2)，底部紧贴轨底(3)顶部，大体呈立式矩形对称配置在钢轨两侧，并且，水平方向上，弹性阻尼体(5)外露面位于轨头(1)外缘和轨底(3)外缘之间；第一弹性阻尼体(501)和第二弹性阻尼体(502)均大体呈立式矩形，第一弹性阻尼体(501)位于第二弹性阻尼体(502)下侧；多层金属质量体(6)在弹性阻尼体(5)内横向蜿蜒，每层金属质量体(6)呈倾倒的“S”型、将弹性阻尼体(5)由上至下分为多层，形成弹性阻尼层与金属质量层沿竖直方向的交替叠加结构。...

【技术特征摘要】
1.一种钢轨的减振降噪动力吸振器结构，其特征在于：所述减振降噪动力吸振器结构布置在两个相邻扣件之间的钢轨的轨腰(2)两侧，包括弹性阻尼体(5)和金属质量体(6)；弹性阻尼体(5)紧贴固定在钢轨上，包括层叠固定为一体的第一弹性阻尼体(501)和第二弹性阻尼体(502)，并且第一弹性阻尼体(501)的硬度大于第二弹性阻尼体(502)硬度；金属质量体(6)为多片蜿蜒的波浪形金属板，间隔嵌套于弹性阻尼体(5)内部；所述减振降噪动力吸振器结构包括两种不同的布置形式：在钢轨直线段处，弹性阻尼体(5)上端紧贴轨头(1)底部，中段内侧紧贴轨腰(2)，下端紧贴轨腰(2)和轨底(3)之间的过渡转角朝向轨底(3)外侧折弯，大体呈立式“L”形对称配置在钢轨两侧，并且，水平方向上，弹性阻尼体(5)上端外露面不超过轨头(1)外缘，下端端面不超过轨底(3)外缘；第一弹性阻尼体(501)和第二弹性阻尼体(502)均为“L”形，第一弹性阻尼体(501)位于第二弹性阻尼体(502)内侧；多层金属质量体(6)在弹性阻尼体(5)内由上至下先纵向再横向沿弹性阻尼体(5)的“L”形折弯反复蜿蜒，将弹性阻尼体(5)由内至外分为多层，形成弹性阻尼层与金属质量层主体沿水平方向的交替叠加结构；在钢轨曲线段处，弹性阻尼体(5)顶部与轨头(1)底部不接触，中段内侧紧贴轨腰(2)，底部紧贴轨底(3)顶部，大体呈立式矩形对称配置在钢轨两侧，并且，水平方向上，弹性阻尼体(5)外露面位于轨头(1)外缘和轨底(3)外缘之间；第一弹性阻尼体(501)和第二弹性阻尼体(502)均大体呈立式矩形，第一弹性阻尼体(501)位于第二弹性阻尼体(502)下侧；多层金属质量体(6)在弹性阻尼体(5)内横向蜿蜒，每层金属质量体(6)呈倾倒的“S”型、将弹性阻尼体(5)由上至下分为多层，形成弹性阻尼层与金属质量层沿竖直方向的交替叠加结构。2.根据权利要求1所述的钢轨的减振降噪动力吸振器结构，其特征在于：所述第一弹性阻尼体(501)和第二弹性阻尼体(502)上预先留设开孔，开孔截面积小于金属质量体截面积，第一弹性阻尼体(501)和第二弹性阻尼体(502)硫化成型固定为一体后，金属质量体(6)从弹性阻尼体(5)的端部嵌入开孔内。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹钰，文永蓬，祁慧，纪忠辉，孙倩，郭林生，宗志祥，尹波润，郑晓明，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：新型
国别省市：上海,31