一种利用扣件间距失谐实现低频减振的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种利用扣件间距失谐实现低频减振的系统和方法，所述系统包括：钢轨以及在钢轨设置的多个扣件，扣件之间的间距满足一定的失谐长度。采用本申请的方案，操作简单，扣件间距失谐的设置无需通过在标准扣件间距间焊入一段长钢轨，只需通过控制扣件设置的位置从而达到控制扣件间距的目的；只需要在扣件间距失谐位置的钢轨安装阻尼层等其它能够耗散能量的材料，不需要再轨道结构全段安装，节省了成本的同时，也有效地实现了控制低频振动的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种利用扣件间距失谐实现低频减振的系统和方法
本专利技术属于轨道交通
，具体涉及一种利用扣件间距失谐实现低频减振的系统和方法。
技术介绍
随着现代铁路的速度和运营密度的大幅提高，车辆/轨道的相互作用变得更加强烈。振动以弹性波的形式在轨道结构中传播，对轨道结构构件造成严重损伤，这些损伤将严重影响列车的安全性和轨道结构的使用寿命。此外，当高速铁路穿越居民区和城区时，轨道结构的振动会由于声波的辐射造成严重的噪声污染，对沿线临近居民的工作与生活健康、临近建筑物和精密仪器的正常使用等造成了不利影响，成为最具代表性的环境问题。衰减慢、穿透力强、传播距离远的轮轨噪声对人体心血管和神经系统、视觉系统、听觉系统及内分泌系统等的生理功能均有一定的危害，某些频段的低频噪声甚至会与人的胸腔和脑腔产生共振，从而引发心脏病、高血压等症状。因此，控制列车运行下引起的环境振动问题显得尤为重要。目前以控制环境振动为主要目标的减振型轨道结构主要由各种减振型弹性扣件如先锋扣件、轨下基础减振如弹性轨枕、浮置板轨道等。在高速铁路工程中，考虑到安全等因素，高速铁路轨道结构振动控制主要措施考虑优化弹性扣件、减振型板式轨道、阻尼钢轨、钢轨吸振器等。但现有的减振措施在针对轨道结构低频振动的控制效果并不理想。
技术实现思路
本专利技术的在于提出一种解决上述问题的钢轨吸振系统及方法。具体而言本申请提供一种利用扣件间距失谐实现低频减振的系统，所述系统包括：钢轨以及在钢轨设置的多个扣件，其特征在于：扣件之间的间距满足一定的失谐长度。根据权利要求1所述的一种利用扣件间距失谐实现低频减振的系统，其特征在于：所述的失谐长度与标准扣件间距和缺陷态频率满足如下关系式中，f表示缺陷态频率；Δl表示扣件间距失谐长度。进一步地，其特征在于：在间距失谐位置的钢轨设置有振动能量耗散的结构。进一步地，其特征在于：所述振动能量耗散的结构为阻尼层。进一步地，其特征在于：所述振动能量耗散的结构为动力吸振器。本申请还提供一种利用扣件间距失谐实现低频减振的方法，其特征在于采用上述任一项的系统实现，所述方法包括：测量间距并确定失谐长度关系式；确定工程低频振动频率进而确定扣件间距失谐长度；根据扣件间距失谐长度，相对应地调整扣件间距。进一步地，其特征在于：还包括在间距失谐位置的钢轨安装振动耗散能量的材料。进一步地，其特征在于：所述失谐长度关系式为失谐长度与标准扣件间距和缺陷态频率的关系，具体为：标准扣件间距关系式0.59mf＝-17.405×Δl+117.7560.6mf＝-22.437×Δl+119.6850.625mf＝-16.705×Δl+127.5540.65mf＝-25.705×Δl+137.4750.7mf＝-19.705×Δl+122.756式中，f表示缺陷态频率；Δl表示扣件间距失谐长度。本专利技术的方法，操作简单，扣件间距失谐的设置无需通过在标准扣件间距间焊入一段长钢轨，只需通过控制扣件设置的位置从而达到控制扣件间距的目的；只需要在扣件间距失谐位置的钢轨安装阻尼层等其它能够耗散能量的材料，不需要再轨道结构全段安装，节省了成本的同时，也有效地实现了控制低频振动的效果。附图说明图1是扣件间距失谐对频散特性的影响图，其中A为扣件间距未失谐情况；B为扣件间距失谐情况；图2是扣件间距失谐对传输特性的影响图，其中A为扣件间距未失谐情况；B为扣件间距失谐情况；图3是扣件间距对应的轨道结构位移响应分布图，其中A为扣件间距未失谐情况；B为扣件间距失谐情况；图4是扣件间距失谐条件下轨道结构功率流分布图；图5是缺陷态对应模态的分析图；其中A为缺陷态频率对应模态图；B为局部放大图；图6是本申请扣件间距失谐长度与缺陷态频率的关系；图7是本申请系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的基本原理为：在实际工程中，整体道床具有结构简单，施工方便等优点，对于整体道床轨道，道床由混凝土整体浇筑而成，下部结构刚度较大，因此假设下部为刚性基础，故不考虑轨道板等下部结构的影响，将周期无砟轨道结构简化为无限长单层弹性点支承梁模型，其中，钢轨简化为Eular梁模型，扣件简化为支承弹簧。根据初等梁理论，利用平面波展开法将钢轨梁自由振动平衡方程展开为：式中，M1(G3-G1)、M2(G3-G1)、K(G3-G1)分别表示钢轨弹性模量与惯性矩乘积的Fourier系数、钢轨密度与横截面积乘积的Fourier系数和扣件垂向刚度的Fourier系数；Uk(G1)表示钢轨梁垂向位移的Fourier系数；G1、G3表示倒格矢空间。如果将无限级数用N个倒格矢求和来近似，则式(1)转化为N×N的矩阵特征值问题，求解进而就得到周期无砟轨道结构垂向振动的带隙。在实际工程结构中，无论是生产还是安装会使得轨道结构并不会呈现出完美的周期性，会出现扣件间距不一致等问题，这会进一步导致周期轨道结构产生失谐，即可能会产生声子晶体理论中的缺陷态。下面进一步分析这种特性是否存在。首先分析扣件间距不一致对周期无砟轨道结构频散特性的影响，如图1所示。在对频散特性分析中，标准扣件间距取的是我国无砟轨道结构扣件间距值0.7m，通过在标准扣件间距中间插入一段0.9m的长钢轨引入失谐。由图1A可以看出，0-200Hz频率范围内，周期无砟轨道结构垂向振动产生了一阶带隙(0-122.17Hz)，通过对比1A、1B可以发现，引入失谐后，原本的带隙位置并未出现大的变化，同时，在带隙范围内产生了一条平直带(图1B中A对应)，频率未118.38Hz，即为声子晶体理论所述的缺陷态。下面进一步分析扣件间距失谐对振动传输特性的影响。图2给出了扣件间距失谐/不失谐对应的振动传输特性曲线，分析中，扣件间距失谐长度与频散分析中保持一致，仍为0.9m。由图2可以看出，在0-200Hz频率范围内，钢轨振动传输特性曲线产生了一个明显的振动衰减区域(图2中左侧部分)，即对应图1中所得的带隙。同时，通过对比图2A、2B可以看出，当轨道结构内出现扣件间距失谐时，振动传输特性曲线中的振动衰减区域内会出现一个振动峰值(图2B中B点)，对应频率为118.38Hz，同样也与图1B中平直带A对应的频率一致。通过上述分析扣件间距失谐对周期无砟轨道结构频散特性和传输特性的影响分析证明了，当轨道结构出现扣件间距不一致时，会在轨道结构中产生缺陷态。由声子晶体缺陷态理论可知，当一维声子晶体产生缺陷态时，弹性波将会被局限在缺陷处，从而使得缺陷处出现振动局域化特性，振动能量也局限在缺陷处。而周期轨道结构作为一种新型的一维声子晶体结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用扣件间距失谐实现低频减振的系统，所述系统包括：钢轨以及在钢轨设置的多个扣件，其特征在于：扣件之间的间距满足一定的失谐长度。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用扣件间距失谐实现低频减振的系统，所述系统包括：钢轨以及在钢轨设置的多个扣件，其特征在于：扣件之间的间距满足一定的失谐长度。


2.根据权利要求1所述的一种利用扣件间距失谐实现低频减振的系统，其特征在于：所述的失谐长度与标准扣件间距和缺陷态频率满足如下关系








标准扣件间距
关系式


0.59m
f＝-17.405×Δl+117.756


0.6m
f＝-22.437×Δl+119.685


0.625m
f＝-16.705×Δl+127.554


0.65m
f＝-25.705×Δl+137.475


0.7m
f＝-19.705×Δl+122.756






式中，f表示缺陷态频率；Δl表示扣件间距失谐长度。


3.根据权利要求2所述的一种利用扣件间距失谐实现低频减振的系统，其特征在于：在间距失...

【专利技术属性】
技术研发人员：史海欧，农兴中，刘文武，罗信伟，贺利工，吴嘉，王仲林，冯青松，孙元广，孙菁，袁江，刘堂辉，潘鹏，杨舟，刘庆杰，李平，尹华拓，涂勤明，欧熙，韦安祺，
申请(专利权)人：广州地铁设计研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44