本發(fā)明屬于軌道技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種可拆卸的多階諧振軌道道床動力減振組合體。
背景技術(shù):
預(yù)制式道床板已廣泛運用在我國軌道交通各種線路建設(shè)之中。經(jīng)過國內(nèi)各家研究機構(gòu)的改良和制作工藝改進(jìn),目前已經(jīng)產(chǎn)生多個變形。但其基本結(jié)構(gòu)仍為實心板及中部有空心的框架道床板兩種結(jié)構(gòu)形式,兩側(cè)架設(shè)鋼軌的底部均為連續(xù)實心體。
中國專利ZL201110102334.6中所述的組合式框架道床板,為了方便道床板拆卸和底部隔振墊的更換,在中部空心內(nèi)加設(shè)了起重機構(gòu)。使用時沿軌道前進(jìn)方向在道床基礎(chǔ)正中心部可設(shè)置排水溝。但由于框架道床板的中部空心設(shè)計降低了道床板的參振質(zhì)量,如果在同樣參振質(zhì)量的條件下增加了道床板的厚度或?qū)挾仁堑来步Y(jié)構(gòu)的設(shè)計空間要橋增加,對有限空間的軌道系統(tǒng)可能無法應(yīng)用。
中國專利ZL201410185629.8中所述的可拆卸軌道行走蓋板及彈性密封,避免雜物落入水溝及方便維修人員在軌道中部行走等。但該專利技術(shù)只是簡單的統(tǒng)一的蓋板及密封,質(zhì)量等沒有變化來適合不同的頻率要求。
中國專利ZL201310524476.08中所述的被動式動力減振的浮置板軌道結(jié)構(gòu),介紹了動力減振原理吸收軌道浮置板軌道道床板的結(jié)構(gòu)固有頻率(5-15Hz)處的振動的理論模型。但通常軌道系統(tǒng)的高峰值振動問題主要在20Hz以上,高峰值振動問題更多是由于車輛軌道運行激勵頻率,車輛載荷條件下軌道彈性扣件的支承共振頻率等,此專利沒有解決道床的主要振動問題及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。
軌道因受運載車輛的沖擊及輪軌接觸面粗糙不平順的激勵會產(chǎn)生強烈的振動,特別在軌道系統(tǒng)的特征頻率或其附近的振動往往強烈。
這些特征頻率的范圍很寬,包括1)車輛軌道運行激勵頻率:例如軌道不連續(xù)支承通過頻率(對車速50km/h到400km/h,大約從20Hz到200Hz)及車軸間隔通過頻率(對車速50km/h到400km/h,大約從5Hz到50Hz);2)軌道系統(tǒng)各階共振頻率:例如軌道彈性扣件的支承頻率(一般從20Hz到100Hz),浮置板道床隔振頻率(一般在5Hz到30Hz范圍)。
軌道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特別是道床板或行走板的振動不僅產(chǎn)生噪聲輻射,而且其振動會通過道床基礎(chǔ)傳播到相鄰的建筑物。由于軌道結(jié)構(gòu)及運行車輛的不同工況,使傳統(tǒng)的單一的減振措施很難解決復(fù)雜的多頻段的實際振動及其噪聲輻射問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可有效解決軌道減振降噪中傳統(tǒng)的單一有效減振措施很難解決的復(fù)雜的多頻段的實際振動及其噪聲輻射問題的可拆卸的多階諧振軌道道床動力減振組合體。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種可拆卸的多階諧振軌道道床動力減振組合體,其特征在于,該蓋板組合體(1)包括兩個以上的多階諧振單元(2),該多階諧振單元(2)包括兩個以上剛度質(zhì)量比或不少于兩個模態(tài)的諧振質(zhì)量體(3)和諧振彈性元件(4),所述的多階諧振單元(2)沿軌道方向按兩個以上的組合布置;所述的多階諧振單元(2)通過約束彈性錨固件(6)固定在道床板(5)上;所述的約束彈性錨固件(6)的等效剛度小于多階諧振單元(2)的最小諧振剛度。
所述的蓋板組合體(1)的諧振頻率范圍由兩個以上的多階諧振單元(2)組成,蓋板組合體(1)構(gòu)成的頻帶范圍是一個寬頻帶或多個一定帶寬的分段頻帶。
所述的蓋板組合體(1)的諧振頻率范圍覆蓋主要的列車通過激勵頻率和主要的軌道結(jié)構(gòu)特征頻率;
所述的列車通過激勵頻率包含與列車軸距a相應(yīng)的輪軸通過頻率fea,或與鋼軌支承間距l(xiāng)相應(yīng)的通過鋼軌支承頻率fes:
fea=υ/a Eq(1a)
fes=υ/l Eq(1b)
這里υ是車速;fea是軸距通過的激勵頻率;fes是列車通過鋼軌支承間距的激勵頻率;
所述的軌道結(jié)構(gòu)特征頻率包含在車輛載荷條件下鋼軌支承P2固有頻率fp2、或道床隔振頻率fi、鋼軌不連續(xù)支承p-p頻率f,其中
鋼軌支承P2固有頻率fp2或道床隔振頻率fi可通過下式計算:
fp2=(kep2/mep2)0.5/(2π) Eq(2a)
fi=(kei/mei)0.5/(2π) Eq(2b)
其中,kep2是軌道模態(tài)等效支承剛度,mep2是對應(yīng)的模態(tài)等效質(zhì)量;kei是軌道隔振系統(tǒng)模態(tài)等效剛度,mei是對應(yīng)的軌道隔振系統(tǒng)模態(tài)等效質(zhì)量;
鋼軌不連續(xù)支承p-p頻率f通過下式計算:
其中,E是鋼軌的材料彈性模量,I是鋼軌截面慣性矩,mr是鋼軌單位長度的等效質(zhì)量,l是鋼軌扣件支承間距,rg是鋼軌回轉(zhuǎn)半徑,ν是鋼軌材料的泊松比,和κ(為0.34)是鋼軌截面剪切常數(shù)。
所述的多階諧振單元(2)的設(shè)計諧振頻率分別與所述列車通過激勵頻率和軌道結(jié)構(gòu)特征頻率相同或相近,根據(jù)所述設(shè)計諧振頻選擇諧振質(zhì)量體(3)和諧振彈性元件(4):先算出諧振頻率范圍,然后根據(jù)該頻率范圍選擇合適的質(zhì)量體和彈性元件,蓋板組合體(1)的諧振頻率范圍至少包含一個或一個以上的列車通過激勵頻率和一個或一個以上的軌道結(jié)構(gòu)特征頻率。
多階諧振單元(2)沿軌道方向組合布置,其在道床板的位置可根據(jù)實際情況靈活設(shè)計:
所述的多階諧振單元(2)沿軌道方向組合布置在道床中間道床板(5)中的道床板空腔(51),和/或道床板(5)上方。
所述的多階諧振單元(2)沿軌道方向組合布置在道床兩側(cè)道床板(5)的道床板側(cè)面(53),或道床板(5)的道床板端部(54)上方,或道床板側(cè)凹槽(55)上。
所述的多階諧振單元(2)沿軌道方向組合布置的長度不超過道床板的長度或列車轉(zhuǎn)向架軸距的兩陪,蓋板組合體(1)的長度范圍在0.3-6.0m。
所述的諧振彈性元件(4)設(shè)置在諧振質(zhì)量體(3)與道床板(5)之間,構(gòu)成多階諧振,多階諧振由具備兩個以上方向的彈性剛度諧振彈性元件(4)通過諧振質(zhì)量體(3)實現(xiàn)兩個以上方向的諧振模態(tài),兩個以上方向的諧振模態(tài)包括三個平動模態(tài)和三個扭轉(zhuǎn)模態(tài)或其不同模態(tài)的組合。
所述的諧振質(zhì)量體(3)呈臺階狀,卡設(shè)在道床板空腔(51)上,諧振彈性元件(4)設(shè)置在諧振質(zhì)量體(3)的底面和側(cè)面;
或者,所述的諧振質(zhì)量體(3)呈長方體狀,諧振彈性元件(4)與其形狀相同,位于其底面;
或者,所述的諧振質(zhì)量體(3)呈L狀,諧振彈性元件(4)與其形狀相同,位于其底面和側(cè)面。
所述的道床板(5)上布置有安裝約束彈性錨固件(6)的預(yù)埋件(56);
所述的約束彈性錨固件(6)由約束緊固件(61)、約束壓板(62)和約束彈性墊(63)組成;所述的約束緊固件(61)穿過約束壓板(62)及約束彈性墊(63)與預(yù)埋件(56)連接來約束諧振質(zhì)量體(3)。
為了便于安裝和拆卸,所述的諧振質(zhì)量體(3)設(shè)有起吊裝置(31)。
所述的諧振質(zhì)量體(3)的材質(zhì)為金屬或混凝土或復(fù)合材料;
所述的諧振彈性元件(4)為由橡膠制成的彈性體或土工布或合成樹脂或砂漿。
蓋板組合體(1)對應(yīng)梯形軌枕的兩根枕梁之間的空間設(shè)置。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明通過本發(fā)明的可拆卸多階諧振軌道蓋板組合體(1)的應(yīng)用,能夠大幅度地降低軌道運行條件下一定車速范圍內(nèi)的寬帶激勵頻率及多個軌道系統(tǒng)特征頻率下的多峰值振動水平,使用沿軌道方向設(shè)計布置的多個多階諧振單元不僅解決了激勵頻率及道床系統(tǒng)共振頻率多峰振動,這些寬范圍的頻率包括軌道不連續(xù)支承通過頻率、軌道彈性扣件的支承共振P2頻率、軌道不連續(xù)支承p-p頻率等,同時也解決了通常隔振道床系統(tǒng)例如浮置板道床隔振頻率處道床板振動水平增加的問題,從而降低了道床結(jié)構(gòu)振動引起的低頻噪聲輻射,更有效地吸收低頻振動能量從而控制低頻振動特別是1-80Hz頻段的地面振動的傳遞和相鄰建筑物的振動。本發(fā)明的可拆卸的多階諧振軌道道床動力減振組合體的實施簡單易行,又便于維修和更換,能有效地降低激勵頻段或道床板共振的振動水平達(dá)10dB以上,本發(fā)明應(yīng)用在地下線路,能使線路上方地面或建筑物的振動水平降低5-10dB或以上,有效解決軌道減振降噪中傳統(tǒng)的單一有效減振措施很難解決的復(fù)雜的多頻段的實際振動及其噪聲輻射問題。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)俯視圖;
圖2是圖1的A-A剖視圖;
圖3實施例1中道床板的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4是約束彈性錨固件示意圖
圖5是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)俯視圖;
圖6是圖5的B-B剖視圖;
圖7是圖5的C-C剖視圖;
圖8是本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)俯視圖;
圖9是圖8的D-D剖視圖;
圖10是本發(fā)明其它實施實例的結(jié)構(gòu)俯視圖;
圖11a是圖10的E-E剖視圖;
圖11b是圖11a的F部放大圖;
圖11c是圖11a的G部放大圖;
圖11d是圖11a的G部另一種結(jié)構(gòu)放大圖;
圖12a是圖10的F-F剖視圖;
圖12b是圖12a的H部放大圖;
圖12c是圖12a的H部另一種結(jié)構(gòu)放大圖;
圖13a是圖10的G-G剖視圖;
圖13b是圖13a的K部放大圖;
圖14a是圖10的H-H剖視圖;
圖14b是圖14a的L部放大圖;
圖14c是圖14a的L部另一種結(jié)構(gòu)放大圖;
圖15是蓋板組合體多階諧振單元的布置示意圖;
圖16是激勵頻率示意圖。
所有的附圖均為示意圖不是按比例繪制;
圖中:1、蓋板組合體;2、多階諧振單元;3、諧振質(zhì)量體;4、諧振彈性元件;5、道床板;6、約束彈性錨固件;7、車體;8、鋼軌;9、轉(zhuǎn)向架間距;10、軸距;11、鋼軌支承間距;21、多階諧振單元I-1;22、多階諧振單元II-1;23、多階諧振單元I-2;31、起吊裝置;33、多階諧振單元垂向諧振方向;34、多階諧振單元橫向諧振方向;35、多階諧振單元扭轉(zhuǎn)諧振方向;51、道床板空腔;53、道床板側(cè)面;54、道床板端部;55、道床板側(cè)凹槽;56、預(yù)埋件;61、約束緊固件;62、約束壓板;63、約束彈性墊;71、轉(zhuǎn)向架;72、車輪;81、軌枕。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實施例1-地鐵應(yīng)用:
本實施例是針對地鐵運行條件:車速范圍40-100km/h,扣件間距0.55-0.65m,扣件剛度5-50kN/mm,車軸距最小2-3m。
如圖16所述,道床板5上設(shè)有軌枕81,軌枕81上設(shè)置鋼軌8,地鐵車體7運行在鋼軌8上,車體7的轉(zhuǎn)向架71下設(shè)置車輪72,同一轉(zhuǎn)向架71的兩車輪72件軸距10為a,相鄰轉(zhuǎn)向架間距9為b,鋼軌支承間距11為l。
圖16給出了公式1-3所列的各個頻率的簡單示意圖
軸距通過的激勵頻率fea=υ/a Eq(1a)
列車通過鋼軌支承間距的激勵頻率fes=υ/l Eq(1b)
轉(zhuǎn)向架通過頻率feb=υ/b
這里v是車速,a是列車軸距,l是鋼軌支承間距,b是轉(zhuǎn)向架間間距。
鋼軌支承P2固有頻率fp2=(kep2/mep2)0.5/(2π) Eq(2a)
道床隔振頻率fi=(kei/mei)0.5/(2π) Eq(2b)
這里的kep2是軌道模態(tài)等效支承剛度,mep2是對應(yīng)的模態(tài)等效質(zhì)量;kei是軌道隔振系統(tǒng)模態(tài)等效剛度,mei是對應(yīng)的軌道隔振系統(tǒng)模態(tài)等效質(zhì)量;
鋼軌不連續(xù)支承p-p頻率
由上述公式可以計算出以下頻率范圍:
列車通過鋼軌支撐激勵頻率fes范圍:17-50Hz;
鋼軌支承固有頻率fP2頻率范圍:22-60Hz;
鋼軌在橫向不連續(xù)支承p-p頻率f范圍:400-600Hz;
因而考慮的實際設(shè)計諧振頻率分兩段設(shè)計,其頻率范圍分別為I段:15-70Hz,及II段:400-600Hz。
本實例兩段諧振頻率范圍設(shè)計:
第一段I段采用3階中心頻率進(jìn)行諧振設(shè)計,包含有2個多階諧振單元,第1個多階諧振單元I-121為兩階諧振單元,兩階諧振單元的設(shè)計諧振中心頻率分別為16Hz和31.5Hz,所對應(yīng)的模態(tài)剛度模態(tài)質(zhì)量比分別為:1.0E4和3.9E4;第2個多階諧振單元I-2 23也為兩階諧振單元,兩階諧振單元的設(shè)計諧振中心頻率分別31.5Hz和63Hz,所對應(yīng)的模態(tài)剛度模態(tài)質(zhì)量比分別為:3.9E4和1.57E5。兩階諧振單元的模態(tài)由同一諧振質(zhì)量體及兩個諧振彈性元件構(gòu)成,兩個不同模態(tài)剛度的諧振彈性元件分別設(shè)置在諧振質(zhì)量體的垂直方向和橫向,如圖2所示的多階諧振單元垂向諧振方向33及多階諧振單元橫向諧振方向34。
第二段II段采用2階中心頻率進(jìn)行諧振設(shè)計,僅包含有1個多階諧振單元II-122,多階諧振單元為三階諧振單元,三階諧振單元的設(shè)計諧振中心頻率分別為400Hz,500Hz和630Hz,所對應(yīng)的模態(tài)剛度模態(tài)質(zhì)量比分別為:6.3E6,9.9E6和1.56E7。三階諧振單元的模態(tài)由同一諧振質(zhì)量體及垂直方向、橫向及扭轉(zhuǎn)三個方向的等效諧振彈性元件構(gòu)成,如圖2所示的多階諧振單元垂向諧振方向33、多階諧振單元橫向諧振方向34和多階諧振單元扭轉(zhuǎn)諧振方向35。
這里的模態(tài)剛度模態(tài)質(zhì)量比由下面公式確定:
ke/me=(2πfr)2
這里ke是模態(tài)剛度,me是模態(tài)質(zhì)量,fr是設(shè)計諧振中心頻率。
每個諧振質(zhì)量體的重量在20‐300kg范圍,對應(yīng)的諧振彈性元件的等效剛度設(shè)計由下式計算:
ke=(2πfr)2me
第一段I段的2個多階諧振單元I‐1 21和多階諧振單元I‐2 23和第二段II段的1個多階諧振單元II‐1 22組成由3個多階諧振單元的軌道行走蓋板組合體1,3個多階諧振單元的布局沿軌道方向按(I‐1)‐(II‐1)‐(I‐2)組合排列,如圖15所示,軌道行走蓋板組合體1的長度為550‐650mm,3個多階諧振單元(I‐1)‐(II‐1)‐(I‐2)設(shè)計分為兩種系列,一種是適合平底的道床板,如圖6所示:諧振質(zhì)量體3底部平地,下設(shè)平板狀諧振彈性元件4,并通過約束彈性錨固件6固定在道床板5上。一種是對應(yīng)道床板中心具有道床板空腔51的設(shè)置,如圖2所示,諧振質(zhì)量體3呈臺階狀,卡設(shè)在道床板空腔51上,諧振彈性元件4設(shè)置在諧振質(zhì)量體3的底面和側(cè)面,并通過約束彈性錨固件6固定在道床板5上。
如圖1和圖2所示,每個諧振單元如圖2所示包括有諧振質(zhì)量體3和諧振彈性元件4。對于道床板中心所具有道床板空腔51的設(shè)置,蓋板組合中的諧振單元由所述的約束彈性錨固件6約束在道床的空腔51處。
本實例所述的軌道行走蓋板組合體1各諧振質(zhì)量體3和諧振彈性元件4與道床板上道床板空腔51相吻配,所述的諧振彈性元件4位于諧振單元諧振質(zhì)量體3沿軌道方向的側(cè)面和底部。蓋板組合體1的彈性支撐靠諧振彈性元件4和約束彈性錨固件6(圖4),同時蓋板組合體1的底面與道床板5的底面之間留有間隙。
蓋板組合體1的諧振單元2的諧振質(zhì)量體3上具有用以方便蓋板拆卸的起吊裝置31;所述的起吊裝置31為吊環(huán)或預(yù)埋的吊起套管或預(yù)埋吊起鋼筋。
所述的約束彈性錨固件6如圖4所示,約束彈性錨固件6由約束緊固件61、約束壓板62和約束彈性墊63組成;所述的約束緊固件穿過約束壓板及約束彈性墊與道床板上的預(yù)埋件56連接來約束諧振質(zhì)量體3。
實施例2-城際鐵應(yīng)用
城際鐵運行條件如下:車速范圍100-200km/h,扣件間距0.55-0.65m,扣件剛度10-50kN/mm,車軸距最小2-3m。由此可以計算出以下頻率范圍:
列車通過激勵頻率:40-100Hz;
鋼軌支承固有頻率P2頻率范圍:30-60Hz;
因而考慮的實際設(shè)計諧振頻率范圍為30-100Hz。
本實例采用6階中心頻率進(jìn)行諧振設(shè)計,安裝包括有3個兩諧振單元的軌道行走蓋板組合體1,每個兩階諧振頻率分別由垂直方向和橫向諧振模態(tài)實現(xiàn),如圖2所示的多階諧振單元垂向諧振方向33及多階諧振單元橫向諧振方向34,3個諧振單元的設(shè)計諧振中心頻率分別為31.5Hz和63Hz;40Hz和80Hz;及50Hz和100Hz,前者是垂直方向模態(tài),后者為橫向模態(tài)。模態(tài)剛度模態(tài)質(zhì)量比及質(zhì)量剛度的確定及設(shè)計方法與實施例1相同,所對應(yīng)的模態(tài)剛度模態(tài)質(zhì)量比分別為:3.92E4和1.57E5;6.3E4和2.52E5;9.86E4和3.94E5。
本實例的包括有3個諧振單元的軌道行走蓋板組合體1可以按圖1和圖2所示,在對應(yīng)道床板中心所具有的道床板空腔51設(shè)置,蓋板組合中的諧振單元由所述的約束彈性錨固件6(圖4)約束在道床的道床板空腔51處。
包括有3個諧振單元的軌道行走蓋板組合體1也可以按圖5,圖6和圖7所示安置在道床板5的上面。約束彈性錨固件6將諧振單元諧振質(zhì)量體3和與其相配的諧振彈性元件4約束在道床板表面。約束彈性錨固件6的位置和數(shù)量視具體情況和設(shè)計要求而布置,圖5僅為示意。圖5的B-B截面圖6及C-C截面圖7給出了兩種約束彈性錨固件6的位置示意。
實施例3:高鐵應(yīng)用
高鐵運行條件如下:
車速范圍250-350km/h,扣件間距0.55-0.65m,扣件剛度10-50kN/mm,車軸距最小2-3m,由此可以計算出以下頻率范圍:
列車通過激勵頻率:100-160Hz;鋼軌支承固有頻率P2頻率范圍:30-60Hz
因而考慮的實際設(shè)計諧振頻率范圍為30-160Hz
本實例采用4階中心頻率進(jìn)行諧振設(shè)計,安裝包括有2個兩階諧振單元的軌道行走蓋板組合體1,每個諧振單元的設(shè)計諧振中心頻率分別為31.5Hz和125Hz;及63Hz和160Hz,兩階諧振中心頻率分別由諧振單元垂向和橫向?qū)崿F(xiàn),如圖2所示的多階諧振單元垂向諧振方向33及多階諧振單元橫向諧振方向34,2個兩階諧振單元所對應(yīng)的模態(tài)剛度模態(tài)質(zhì)量分別為:3.92E4和6.17E5;及1.57E5和1.01E6。
本實例的包括有2個諧振單元的軌道行走蓋板組合體1可以按上述實例1和實例2的安裝方式安排在道床板上。也可按圖8-圖14視具體工程條件安置在道床板的不同位置。
圖8及圖9給出了所述的諧振單元諧振質(zhì)量體3和與其相配的諧振彈性元件4安置在道床板5的上面的道床板空腔51內(nèi)的示意圖,諧振單元諧振質(zhì)量體3與道床板空腔51的底面要留有空隙。諧振單元諧振質(zhì)量體3和與其相配的諧振彈性元件4在道床板的約束方式與實例1相似。
實施例4:
與實施例1到例3相同,但軌道行走蓋板組合體1布置在道床板外側(cè)。
圖10及圖11-14給出了所述的諧振單元諧振質(zhì)量體3和與其相配的諧振彈性元件4的其它的幾種在道床板5上的布置方式。所述的諧振單元諧振質(zhì)量體3和與其相配的諧振彈性元件4可以沿道床板5的外側(cè)面53、道床板側(cè)端部54或道床板側(cè)凹槽55安置。
所述的每個諧振單元包括諧振單元諧振質(zhì)量體3和與其相配的諧振彈性元件4,其在道床板5上的安置位置及所述的約束彈性錨固件6的位置和數(shù)量可根據(jù)具體工程應(yīng)用要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
上述的實例也適用于梯形軌枕及其他形式的道床結(jié)構(gòu)。
所述的多階諧振蓋板的諧振質(zhì)量體3的材質(zhì)為金屬或混凝土或復(fù)合材料。
所述的多階諧振蓋板的諧振彈性元件4為由橡膠制成的彈性體或土工布或合成樹脂或砂漿。
以上所述只是簡要說明本發(fā)明的一些原理和結(jié)構(gòu),并非僅有所述的結(jié)構(gòu)和表現(xiàn)形式,凡利用本發(fā)明的簡單修改及等同物,均屬于本發(fā)明所保護的專利范圍。