一种干摩擦耗能型减振降噪扣件及其使用方法

1.本发明涉及轨道减振降噪技术领域，具体涉及一种干摩擦耗能型减振降噪扣件及其使用方法。


背景技术：

2.伴随各城市经济的飞速发展，城市轨道交通系统也在高速发展。然而，城市轨道交通系统为人们日常出行提供便利的同时，其所引起的振动和环境噪声问题也给沿线居民和乘客带来了极大的困扰。因此，解决轨道交通产生的振动和噪声问题很有必要。目前，高阻尼减振扣件是一种非常有效的减振降噪措施。
3.在低频段，决定列车引起环境振动及二次结构噪声幅值高低的主要激励源是轮轨p2共振力，该共振力的幅值与扣件系统阻尼成反比，因此扣件系统阻尼性能直接影响列车引起的沿线环境振动以及二次结构噪声。
4.在高频段，扣件系统的损失因子，直接决定了轨道结构的200-1000 hz内的纵向衰减率以及由轨道结构引起的轮轨振动和声辐射，从而决定了列车车内噪声的幅值和乘客的舒适度。
5.综上所述，扣件系统阻尼对于轨道交通减振降噪至关重要。当前现有减振扣件多数使用橡胶垫板等粘弹性材料作为减振部件，因而此类减振扣件的性能取决于材料自身粘弹性阻尼，而材料自身粘弹性阻尼在满足铁路刚度、强度需求时难以取得较大的损失因子（一般损失因子在0.1左右），且不可避免地存在高频阻尼损耗因子低、易老化、减振性能衰减快、使用温度范围窄等问题。
6.因此，亟需一种能利用摩擦碰撞耗能原理，高频阻尼损耗因子更高且减振性能保持较好的减振降噪扣件，用于轨道交通减振降噪。


技术实现要素：

7.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种干摩擦耗能型减振降噪扣件及其使用方法，基于干摩擦减振耗能机理，高频阻尼损耗因子高、减振性能更好且寿命更长、能够适应各种恶劣环境，解决了上述背景技术中提到的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种干摩擦耗能型减振降噪扣件，所述扣件包括器下垫板、器下垫板上方设置的调高垫板以及调高垫板上方设置的铁垫板；所述器下垫板、调高垫板以及铁垫板通过锚固锁紧结构固定连接在轨枕上，所述锚固锁紧结构包括锚固螺栓、弹簧垫圈、平垫块和预埋套管，所述预埋套管提前埋设于枕轨。
9.优选的，所述铁垫板上方设置有多组压扭转换减振器，压扭转换减振器上设置有干磨擦耗能组件，所述压扭转换减振器以及干摩擦耗能组件四周均被铁垫板挡住，钢轨被绝缘轨距块压在所述干摩擦耗能组件上方中心；所述绝缘轨距块被弹条通过螺栓紧固结构连接在铁垫板上并施加预紧力，所述螺栓紧固结构包括t型螺栓、六角螺母和平垫圈。
10.优选的，所述干摩擦耗能组件包括腔体和盖板；所述腔体设有安装槽，盖板通过勾
爪嵌入腔体的安装槽内；所述腔体内含有弹性包袋，所述弹性包袋内含有减振颗粒。
11.优选的，所述干磨擦耗能组件包括腔体和盖板；所述腔体设有安装槽，盖板通过勾爪嵌入腔体的安装槽内；所述腔体内含有减振颗粒，所述减振颗粒与盖板之间存在间隙。
12.优选的，所述腔体及盖板的外型为长方体，两侧设有用于装配绝缘轨距块的凹槽；所述腔体和盖板的材料为铝合金或铁。
13.优选的，所述减振颗粒形状为球形，直径为0.1-10 mm；所述减振颗粒的材料为铁基材料、纳基材料、钛基材料、铅基材料、铝基材料、铬基材料、铜基材料、橡胶、玻璃、氧化锆、混凝土、砂砾、卵砾、陶瓷或聚氨酯材料。
14.优选的，所述弹性包袋为塑料、橡胶或金属编织物的弹性材料。
15.优选的，所述压扭转换减振器包括上滑槽、弹簧、凸轮以及下滑槽；所述上滑槽固定连接在干磨擦耗能组件下表面，下滑槽固定连接在铁垫板上表面，凸轮放置在下滑槽中，所述弹簧的一端抵接盖板下表面，另一端抵接凸轮；所述上滑槽、凸轮以及下滑槽上设置有锯齿，凸轮通过锯齿实现与上滑槽和下滑槽的啮合；钢轨受力振动时，将压扭转换减振器受压的竖直运动转化为上滑槽相对下滑槽的竖直运动和凸轮的旋转运动，增加了摩擦行程，提高扣件阻尼。
16.优选的，所述上滑槽的静摩擦因数范围为0-1，上滑槽的动摩擦因数范围为0-1；所述凸轮的静摩擦因数范围为0-1，凸轮的动摩擦因数范围为0-1；所述下滑槽的静摩擦因数范围为0-1，下滑槽的动摩擦因数范围为0-1。
17.另外，为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种干摩擦耗能型减振降噪扣件的使用方法，具体包括如下：当钢轨受力向下振动时，干摩擦耗能组件带动压扭转换减振器中的上滑槽一起向下移动，移动至上滑槽与凸轮失去啮合，凸轮继续向下移动并沿下滑槽锯齿方向做旋转运动；当钢轨停止向下振动时，在弹簧的作用下，干摩擦耗能组件带动压扭转换减振器中的上滑槽一起向上移动，凸轮继续向上移动并沿上滑槽锯齿方向做旋转运动；重复上述过程，在竖直运动的移动摩擦基础上添加了旋转运动的旋转摩擦，增加了摩擦行程，用于减振降噪。
18.本发明的有益效果是：1）本发明中干摩擦耗能组件使用干摩擦碰撞耗能减振技术代替现有扣件中材料压缩变形减振技术，通过颗粒、包袋和腔体之间的摩擦和碰撞等耗能行为消耗钢轨振动能量，该技术能够比现有技术提供更高的高频阻尼损耗因子，从而在轮轨耦合共振频率处提供更大阻尼，减小钢轨振动及噪声对轨枕、道床及地面的传递。
19.2）现有扣件技术中，减振部件接触面之间摩擦力尽可能小以保证部件运动顺畅，本发明采用压扭转换减振器中，各部件之间紧密接触且摩擦因数较大，放大摩擦并利用摩擦耗能缓解钢轨及轨下基础振动。并且将减振器的受压竖直移动转化为凸轮的旋转运动，在移动摩擦基础上添加转动摩擦，进一步放大摩擦效应。
20.3）本发明所用干摩擦耗能组件和压扭转换减振器各部件均为刚性材料而非橡胶等黏弹性材料，因此克服了现有扣件易老化、减振性能衰减快、使用温度范围窄等问题，使
用寿命长且能够适应恶劣环境。
21.4）本发明中阻尼颗粒独立于轨枕外部，一方面是由于钢轨振动较大，直接安装在钢轨下部，吸收耗散由列车运行直接产生的钢轨振动，其减振降噪效果更好；另一方面，制造简单，减振组件可单独拆卸更换，提高了生产、安装、维护的便利性，大大降低成本。
附图说明
22.图1为本发明干摩擦耗能型减振扣件的结构示意图；图2为干摩擦耗能组件的立体结构示意图；图3为实施例1中干摩擦耗能组件的正面结构剖视图；图4为实施例2中干摩擦耗能组件的正面结构剖视图；图5为本发明压扭转换减振器的爆炸结构示意图；图中，1-钢轨；2-干摩擦耗能组件；201-腔体；202-盖板；203-减振颗粒；204-弹性包袋；3-压扭转换减振器；301-上滑槽；302-弹簧；303-凸轮；304-下滑槽；4-t型螺栓；5-六角螺母；6-平垫圈；7-弹条；8-绝缘轨距块；9-铁垫板；10-锚固螺栓；11-弹簧垫圈；12-平垫块；13-调高垫板；14-器下垫板；15-预埋套管。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例1：本发明提供一种技术方案：一种干摩擦耗能型减振降噪扣件，如图1所示，包括有：器下垫板14、调高垫板13、铁垫板9，所述器下垫板14上放置有调高垫板13，所述调高垫板13上放置有铁垫板9，器下垫板14、调高垫板13与铁垫板9通过锚固锁紧结构固定连接在轨枕上，锚固锁紧结构包括锚固螺栓10、弹簧垫圈11、平垫块12和预埋套管15，所述预埋套管15提前埋设于枕轨。
25.进一步的，铁垫板9上方放置有多组压扭转换减振器3，所述压扭转换减振器3上放置有干磨擦耗能组件2，压扭转换减振器3以及干摩擦耗能组件2四周均被铁垫板9挡住，钢轨1被绝缘轨距块8压在所述干摩擦耗能组件2上方中心，所述绝缘轨距块8被弹条7通过螺栓紧固结构连接在铁垫板9上并施加预紧力，螺栓紧固结构包括t型螺栓4、六角螺母5和平垫圈6。
26.进一步的，如图3所示，干摩擦耗能组件2包括腔体201，盖板202，所述腔体201设有安装槽，所述盖板202通过勾爪嵌入腔体201的安装槽内，所述腔体201内含有弹性包袋204，所述弹性包袋内含有减振颗粒203。
27.进一步的，所述腔体201及盖板202材料为铝合金材料或铁制材料。
28.进一步的，如图2所示，所述腔体201及盖板202外型为长方体，两侧设有凹槽，用于装配绝缘轨距块8。
29.进一步的，所述减振颗粒203形状为球形，减振颗粒203的直径为0.1-10 mm，所述
减振颗粒的材料为铁基材料、纳基材料、钛基材料、铅基材料、铝基材料、铬基材料、铜基材料、橡胶、玻璃、氧化锆、混凝土、砂砾、卵砾、陶瓷或聚氨酯材料。
30.进一步的，减振颗粒203的直径为4 mm，减振颗粒203的材料为铁基材料。
31.进一步的，所述弹性包袋204材料为塑料、橡胶或者金属编织物的弹性材料。
32.在使用时，钢轨1产生的振动同时通过钢轨1与绝缘轨距块8传递至干摩擦耗能组件2，弹性包袋204将受到腔体201以及盖板202的挤压和碰撞并产生变形，消耗一定的振动能量，并且使得减振颗粒203产生摩擦和碰撞，消耗大量振动能量。该行为基于摩擦碰撞耗能原理，减振性能强，特别是高频阻尼损耗因子高，且该行为不受温度及气压影响，寿命长，能够在恶劣环境中使用。
33.干摩擦碰撞耗能组件2依靠耗散钢轨振动能量减振，但由于其刚性，仅能提供阻尼，无法直接对轨下基础进行减振，因此需要在其下方安装压扭转换减振器3以提供一定刚度。
34.进一步的，压扭转换减振器3包括上滑槽301、弹簧302、凸轮303以及下滑槽304，如图5所示。其中，上滑槽301通过焊接等方式固定连接在干磨擦耗能组件2下表面，下滑槽304通过焊接等方式固定连接在铁垫板9上表面，凸轮303放置在下滑槽304中，弹簧302的一端抵接盖板202下表面，另一端抵接凸轮303。
35.进一步的，所述上滑槽301、凸轮303以及下滑槽304上有锯齿，凸轮303通过锯齿实现与上滑槽301和下滑槽304的啮合。钢轨受力振动时，将压扭转换减振器3受压的竖直运动转化为上滑槽301相对下滑槽304的竖直运动和凸轮303的旋转运动，增加了摩擦行程，提高扣件阻尼。
36.进一步的，所述上滑槽301的静摩擦因数范围为0-1，所述上滑槽301的动摩擦因数范围为0-1。
37.进一步的，所述凸轮303的静摩擦因数范围为0-1，所述凸轮303的动摩擦因数范围为0-1。
38.进一步的，所述下滑槽304的静摩擦因数范围为0-1，所述下滑槽304的动摩擦因数范围为0-1。
39.当钢轨1受力向下振动时，干摩擦耗能组件2带动压扭转换减振器中的上滑槽301一起向下移动，移动至上滑槽301与凸轮303失去啮合，凸轮303继续向下移动并沿下滑槽304锯齿方向做旋转运动；当钢轨1停止向下振动时，在弹簧302的作用下，干摩擦耗能组件2带动压扭转换减振器3中的上滑槽301一起向上移动，凸轮303继续向上移动并沿上滑槽301锯齿方向做旋转运动；重复上述过程，在竖直运动的移动摩擦基础上添加了旋转运动的旋转摩擦，增加了摩擦行程，用于减振降噪。
40.实施例2：本实施例所述的一种干摩擦耗能型减振扣件，基本结构与实例1基本相同，如图4所示，其不同点在于：减振颗粒203不包含于弹性包袋204，而是直接填充在腔体201内，且减振颗粒203与盖板202之间留有间隙，以便于更好地发挥颗粒的阻尼特性；减振颗粒203材料为纳基材料，减振颗粒203的材料还可以为钛基材料、铅基材料、铝基材料、铬基材料、铜基
材料、橡胶、玻璃、氧化锆、混凝土、砂砾、卵砾、陶瓷、聚氨酯；减振颗粒203的直径为5 mm。
41.对于干摩擦耗能组件2，在使用时，钢轨1产生的振动同时通过钢轨1与绝缘轨距块8传递至干摩擦耗能组件2，减振颗粒203将直接与腔体201及盖板202产生碰撞和摩擦并消耗一定振动能量；由于存在空隙，减振颗粒203剧烈运动并相互碰撞和摩擦，消耗大量振动能量。
42.对于压扭转换减振器3，使用时，以腔体201底部为参考系，当钢轨1受力向下振动，腔体201底部带动上滑槽301一起向下移动，移动至上滑槽301移动至与凸轮303失去啮合时，凸轮303沿下滑槽304锯齿方向向右转动并向下移动；钢轨1停止向下运动，在弹簧302作用下腔体201底部带动上滑槽301一起向上移动，凸轮303沿上滑槽301锯齿方向向右转动并向上移动，如此反复。将压扭转换减振器3受压的竖直运动转化为上滑槽301相对下滑槽304的竖直运动以及凸轮303的旋转运动，在原本有限行程的移动摩擦基础上添加旋转摩擦，大幅增加摩擦行程，加强摩擦效应，以起到减振降噪作用。所述压扭转换减振器3不同于现有技术，放大部件之间的摩擦，利用摩擦耗能增加扣件阻尼，在干摩擦碰撞耗能组件2已消耗大量钢轨振动能量的基础上，采用该技术能够进一步提高扣件阻尼。
43.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。