一种减振垫的制作方法

本实用新型属于减振技术领域，涉及适用于城市轨道交通、高速铁路、重载铁路、普通铁路、建筑物结构、机器设备及桥梁结构等方面的减振垫结构及其使用方法。

背景技术：

随着轨道交通技术的不断发展，当前轨道交通的环境保护问题受到越来越多的关注，特别是其产生的噪声与振动问题。

目前轨道交通的减振降噪措施主要从三方面入手：在振源/声源上控制(钢轨打磨等措施)、在传播途径上控制(通过采用弹性扣件和浮置板轨道等)和在受振体/受声体上控制。轮轨系统产生的振动通常采用弹性扣件来实现隔振，从而实现轨下基础振动的降低。对于扣件减振措施，资料表明，轨道减振器扣件和先锋型扣件等弹性扣件在我国地铁中的应用并不理想，诱发了严重的钢轨异常波磨，而波磨加剧反而会引起轮轨的高频振动，导致车辆的共振。主要原因是弹性扣件由于胶垫刚度太软致使轮轨振动能量与轨下结构隔离而滞留在钢轨，对钢轨和扣件弹条的损伤较大，甚至胶垫刚度太软会导致钢轨垂向动位移增大，使列车面临脱轨危险。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足与缺陷，提出一种轨道交通具有层状周期结构的钢轨减振垫，其结构简单，且与弹性扣件和浮置板轨道等降低通过降低下部结构刚度的方法来减振的思路不同，本实用新型通过将周期结构引入钢轨减振垫，在保证轨道结构的刚度足够高的同时，采用固体物理学中周期性结构对弹性波的带隙原理实现减振目的，有助于城市轨道交通、高速铁路和重载铁路减振降噪控制、促进社会和谐发展，特别是适用于城市轨道交通、高速铁路、重载铁路和普通铁路。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种减振垫，具有层状周期结构，所采用的几何参数和材料参数得以产生一定宽度的带隙，并且能够覆盖各类振动的主频，从而使被保护或环境影响结构的整体振动极大衰减，其特征在于：所述减振垫在厚度方向由至少两个层状周期单元组成，每个层状周期单元由至少两层周期子结构相互叠合而成，相邻的周期子结构的组成材料不同；

所述周期子结构内在长度与宽度方向设置若干周期从结构；所述周期子结构的厚度介于轨底宽度的二十分之一与十分之一之间；所述周期从结构与周期子结构组合形式为共有或是挖切关系。

所述各个层状周期单元的厚度尺寸相同，各周期单元内相对应的周期子结构的尺寸与材料相同。

所述层状周期单元内各层周期子结构的厚度尺寸与所关注振动波长一致以提高减振效果。

所述周期子结构的形状为长方体，其厚度小于长度与宽度。

所述周期子结构的组成材料分为刚性材料和弹性材料。

所述刚性材料为合金材料或金属材料，所述弹性材料为橡胶材料或树脂材料。

所述周期从结构的形状、尺寸和材料相同，在周期子结构长度和宽度方向呈现等间隔周期布置。

所述周期从结构为柱状体或锥状体。

周期性结构即物体的基本组成单元按照相同的方式堆积的一种结构形式，周期性结构中存在能够禁止某种经典波传播的频率范围，这种频率范围称为带隙。频率在带隙之内的弹性波通过此种结构时其传播会大大衰减，而在带隙之外的弹性波则能顺利通过结构。

本实用新型提出的一种轨道交通具有层状周期结构的钢轨减振垫，通过合理设计几何参数和材料参数，能产生一定宽度的带隙，并且能够覆盖各类振动的主频，从而使被保护或环境影响结构的整体振动极大衰减。相比其它减振形式，本实用新型的钢轨减振垫具有以下优势:

(1)利用周期结构本身的带隙特性减振，不改变结构刚度。

(2)周期结构带隙具有一定的宽度，而不是单一的频率。因此，周期结构能隔离一定频率范围内的振动，具备较高的综合减振性能。

(3)钢轨减振垫的周期结构使用刚性层和柔性层的组合，提高了钢轨减振垫的刚度，提升了结构的安全性。

具体而言，一种具有层状周期结构特征的钢轨减振垫，所述钢轨减振垫厚度方向由若干个层状周期单元组成，所述层状周期单元包括若干层周期性子结构相互叠合而成，相邻的周期性子结构的组成材料不同；所述周期子结构也可在长度与宽度方向设置若干周期性从结构。

所述层状周期单元的厚度尺寸应相同，单个层状周期单元根据其组成的周期子结构可形成2周期单元、3周期单元或多周期单元，周期单元内相对应的周期子结构的尺寸与材料应该相同。

所述周期单元内各层周期子结构的厚度尺寸与所关注振动波长一致以提高减振效果。所述周期子结构的宽度与长度与钢轨轨下铁垫板承轨部位尺寸相匹配；所述周期子结构的形状为长方体，其厚度远小于长度与宽度；所述周期子结构的组成材料料分为刚性材料和弹性材料，作为优选，刚性材料可为合金材料或金属材料，弹性材料可为橡胶材料或树脂材料。

所述周期从结构的形状、尺寸和材料应相同，在周期子结构长度和宽度方向呈现一定等间隔周期布置。所述周期从结构的几何形状可为任何立体形状，作为优选，可为柱状体或锥状体；所述周期从结构与周期子结构组合形式可以是共有关系或是挖切关系；所述挖切关系是指由周期子结构中抠除周期从结构从而形成孔洞；所述共有关系是在周期子结构中的孔洞中填入相关周期从结构。

一种具有层状周期结构特征的钢轨减振垫的使用方法，所述钢轨减振垫置于混凝土轨枕或轨道板承轨台与轨底之间，通过扣件系统将其固定；所述钢轨减振垫与轨枕或轨道板承轨台之间也可设置铁垫板，提高其支承强度。

所述的具有层状周期结构特征的钢轨减振垫在城市轨道交通、高速铁路、重载铁路和普通铁路中的应用，也可用于其它机械和建筑物基础减振。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：

①通过改变钢轨胶垫的形式，利用周期性结构的带隙特性，在保证轨道下部结构的刚度以及不附加其它结构的条件下，达到了减振效果；

②采用结构减振的思路，降低了传统减振思路中存在的列车运行安全性和平稳性的隐患；

③这种具有层状周期结构的钢轨胶垫能隔离一定频率范围内的振动，具备较高的综合减振性能；

④层状周期结构的钢轨胶垫结构形式简单和维护方便灵活。

附图说明

图1为本实用新型一种具有层状周期结构特征的钢轨减振垫的结构和使用方法示意图，其周期子结构为2周期单元。

图2为本实用新型周期子结构为2周期单元的具有层状周期结构特征的钢轨减振垫与纯橡胶材质减振垫的减振效果对比图。

图3为本实用新型周期子结构为4周期单元的具有层状周期结构特征的钢轨减振垫的结构示意图。

图4为本实用新型周期子结构分别为2周期单元和4周期单元的具有层状周期结构特征的钢轨减振垫减振效果对比图。

图5为本实用新型具有周期从结构的具有层状周期结构特征的钢轨减振垫结构示意图，其周期子结构为2周期单元。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。

请参阅图1，一种具有层状周期结构特征的钢轨减振垫的使用方法，所述钢轨减振垫1 置于混凝土轨枕5或轨道板承轨台与钢轨3底部之间，通过扣件系统2将其固定；所述钢轨减振垫与轨枕或轨道板承轨台之间也可设置铁垫板，提高其支承强度。

实施例1：钢轨减振垫1厚度方向由若干个层状周期单元组成，所述层状周期单元由若干层周期子结构相互叠合而成，相邻的周期子结构的组成材料不同；所述周期子结构的组成材料分为弹性材料7和刚性材料8，作为优选，弹性材料7可为橡胶材料或树脂材料，刚性材料可为合金材料或金属材料8。如图1所示。

钢轨减振垫1的周期单元内各层周期子结构的厚度尺寸与所关注振动波长一致以提高减振效果，且其宽度和长度与钢轨下铁垫板承轨部位尺寸相匹配。

钢轨减振垫1的周期子结构的形状为长方体，其厚度介于轨底宽度的二十分之一至十分之一之间。

钢轨减振垫1的周期单元的厚度尺寸应相同，根据隔振需要，单个层状周期单元根据其组成的周期子结构可形成2周期单元、3周期单元或多周期单元，周期单元内相对应的周期子结构的尺寸与材料应该相同。

2周期单元的结构如图1所示，其减振效果见图2。可见与纯橡胶结构相比，周期结构的减振效果在低频段内非常出色；4周期单元的结构如图3所示，其减振效果见图4，可见单元周期数越大减振效果越好。但实际运用时仍要考虑轨底与混凝土轨枕间空间的厚度，减振垫周期单元内各层子结构的厚度介于轨底宽度的二十分之一至十分之一之间。

实施例2：所述钢轨减振垫1的周期子结构也可在长度与宽度方向设置若干周期从结构，所述的这些周期从结构包括孔洞9和填充体10，所述的这些孔洞必须是相同结构尺寸、相同规律分布，各个方向上等间距；在这些孔洞9中可设置若干柱状体或锥状体以及其它形状的填充体10，之后与周期性轨道板1叠合成一个整体，在长度纵向和宽度横向上呈现一定等间隔周期布置，如图5所示。作为优选，除了柱状周期从结构9的形式之外，还可以采用锥状周期从结构，其减振效果好，施工难度低。

所述钢轨减振垫1的周期从结构的孔洞9和填充体10在长度和宽度范围内的结构个数都应该大于3，其结构尺寸小于钢轨减振垫1的1/10，其减振效果显著；为了施工和养护维修方便，周期从结构厚度应与钢轨减振垫1平齐。

轨道需要减振的波的波长越短，所述的钢轨减振垫1周期从结构的孔洞9和填充体10在一定长度、宽度和厚度尺寸范围内周期数越多。

实施例3：本实用新型的应用不仅仅局限于轨道交通，结构尺寸略做调整后在机械设备与建筑物等需要减振措施的领域内均可投入使用。比如，在居民住宅的楼板内可加设一层具有层状周期结构特征的减振垫，起到衰弱楼板振动的作用，大大降低了楼上居民的生活活动对楼下居民带来的噪声影响；船用机器的运转导致的船体振动不仅会影响船员的体感，引起海洋杂音，还会减弱船体的强度，在机器的安装板和船体基板间加设一层具有层状周期结构特征的减振垫，可以有效削弱船用机器振动带来的危害；而隔振体系对于桥梁也很重要，桥梁的隔振体系可为桥梁提供水平柔性从而延长其水平周期，同时能耗散振动能量，并要有足够刚度支撑起桥梁，具有层状周期结构特征的减振垫设置在桥梁的支座处可以达到这些效果。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。