一種浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器及其工作參數(shù)的確定方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器及其工作參數(shù)的確定方法，位于浮置板軌道系統(tǒng)的浮置板與軌道基礎(chǔ)之間，包括并行設(shè)置的鋼彈簧、阻尼液和可控庫(kù)侖阻尼件；在不考慮庫(kù)侖阻尼的情況下，建立車(chē)輛?浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域分析模型，以浮置板和鋼軌最大垂向振動(dòng)位移為控制指標(biāo)，確定不考慮庫(kù)侖阻尼時(shí)的浮置板最小支承剛度Ka，再結(jié)合不考慮庫(kù)侖阻尼時(shí)浮置板最小支承剛度工況下的浮置板垂向振動(dòng)位移時(shí)程曲線特征，確定浮置板的位移閾值，確定庫(kù)侖阻尼力大小及其工作時(shí)段，最后，運(yùn)用車(chē)輛?可控庫(kù)侖阻尼隔振器浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域分析模型，算出有庫(kù)侖阻尼情況下的浮置板最小支承剛度Kb?？梢杂行岣邆鹘y(tǒng)鋼彈簧浮置板軌道的隔振效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器及其工作參數(shù)的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及軌道交通減振降噪領(lǐng)域，特別是涉及一種浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器 及其工作參數(shù)的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在軌道交通減振軌道中，減振降噪效果最好的是鋼彈簧浮置板軌道。鋼彈簧 浮置板軌道結(jié)構(gòu)一般由鋼軌、扣件、鋼筋混凝土板、鋼彈簧加阻尼液的隔振器與混凝土底座 組成。該類(lèi)結(jié)構(gòu)是用扣件把鋼軌固定在鋼筋混凝土板上，板置于可調(diào)的隔振器上，形成一種 質(zhì)量-彈簧隔振系統(tǒng)，其基本原理是在軌道和基礎(chǔ)間插入固有頻率遠(yuǎn)低于激振頻率的線性 諧振器，對(duì)固有頻率^5倍以上頻帶具有顯著的隔離作用。在工程實(shí)踐中，往往通過(guò)增大浮 置板重量或降低鋼彈簧剛度來(lái)提高其隔振效率，鋼彈簧浮置板軌道的核心技術(shù)在于鋼彈簧 加阻尼液的隔振器，在該隔振器中，阻尼主要由液態(tài)高分子材料提供，屬于傳統(tǒng)的粘滯阻 尼。根據(jù)《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T191-2012)可知，浮置板軌道中鋼軌與浮置板的最大 垂向振動(dòng)位移分別不得高于4mm和3mm，因此傳統(tǒng)浮置板的鋼彈簧剛度不允許過(guò)低，這樣便 會(huì)使其隔振效率受到較大影響。而且根據(jù)單自由度質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的自由振動(dòng)理論，鋼彈簧 浮置板軌道具有較低的固有頻率，其在鋼彈簧浮置板軌道固有頻率附近的低頻減振效果差 強(qiáng)人意，不僅不會(huì)被減弱反而會(huì)有反彈上升的現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器及其工作參數(shù)的確定方法， 以提高傳統(tǒng)鋼彈簧浮置板軌道的隔振效率。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：
[0005] -種浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器，所述隔振器位于浮置板軌道系統(tǒng)的浮置板與軌 道基礎(chǔ)之間，所述隔振器包括并行設(shè)置的鋼彈簧、阻尼液和可控庫(kù)侖阻尼件。
[0006] 優(yōu)選的，所述隔振器還包括位移傳感器和控制器，所述位移傳感器和所述控制器 連接，所述位移傳感器獲得所述浮置板的位移并發(fā)送至所述控制器，所述控制器和所述可 控庫(kù)侖阻尼件連接，所述控制器在所述浮置板位移大于預(yù)設(shè)位移閾值時(shí)控制所述可控庫(kù)侖 阻尼件通電，在所述浮置板位移不大于預(yù)設(shè)位移閾值時(shí)控制所述可控庫(kù)侖阻尼件斷電。
[0007] -種浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器工作參數(shù)的確定方法，隔振器位于浮置板軌道系 統(tǒng)的浮置板與軌道基礎(chǔ)之間，所述隔振器包括并行設(shè)置的鋼彈簧、阻尼液和可控庫(kù)侖阻尼 件，所述方法包括以下步驟：
[0008] 在不考慮庫(kù)侖阻尼的情況下，建立車(chē)輛-浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域分析模型，結(jié) 合所述車(chē)輛-浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域分析模型的運(yùn)營(yíng)條件，對(duì)隔振器在不同剛度的工 況進(jìn)行車(chē)輛-浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域模型的數(shù)值仿真，得到隔振器在不同剛度工況下 的鋼軌與浮置板的垂向振動(dòng)位移時(shí)程曲線，然后以鋼軌與浮置板的垂向振動(dòng)位移分別不超 過(guò)《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T191-2012)中規(guī)定的鋼軌和浮置板的最大垂向振動(dòng)位移為 控制指標(biāo)，得到不考慮庫(kù)侖阻尼情況下的浮置板最小支承剛度Ka;
[0009] 結(jié)合不考慮庫(kù)侖阻尼時(shí)在最小鋼彈簧剛度為1工況下的浮置板垂向振動(dòng)位移時(shí) 程曲線特征，確定可控庫(kù)侖阻尼件施加的庫(kù)侖阻尼的大小及可控庫(kù)侖阻尼件的工作時(shí)段， 所述可控庫(kù)侖阻尼件施加的庫(kù)侖阻尼力為F。：
[0010] Fc=(KaXSy)/A
[0011] 其中，Ka是無(wú)庫(kù)侖阻尼情況下的最小鋼彈簧剛度，Sy是位移閾值，A為預(yù)設(shè)安全系 數(shù)，A>1;
[0012] 所述可控庫(kù)侖阻尼件的工作時(shí)段根據(jù)浮置板垂向振動(dòng)位移的大小確定，當(dāng)浮置板 垂向振動(dòng)位移大于位移閾值時(shí)，庫(kù)侖阻尼開(kāi)始工作；當(dāng)浮置板垂向振動(dòng)位移不大于位移閾 值時(shí)，庫(kù)侖阻尼停止工作；
[0013] 建立車(chē)輛-可控庫(kù)侖阻尼隔振器浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域分析模型，在庫(kù)侖阻 尼力作用下，針對(duì)隔振器在鋼彈簧不同剛度的工況，對(duì)車(chē)輛-可控庫(kù)侖阻尼隔振器浮置板軌 道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域模型進(jìn)行數(shù)值仿真，得到在庫(kù)侖阻尼力作用下的鋼軌與浮置板的垂向振 動(dòng)位移時(shí)程曲線，以鋼軌與浮置板的垂向振動(dòng)位移不超過(guò)《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》（CJJ/ T191-2012)中規(guī)定的鋼軌和浮置板的最大垂向振動(dòng)位移為控制指標(biāo)，得到考慮庫(kù)侖阻尼情 況下的浮置板最小支承剛度Kb，且Kb〈Ka。
[0014] 優(yōu)選的，所述車(chē)輛-可控庫(kù)侖阻尼浮置板軌道耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)時(shí)域模型的可控庫(kù) 侖阻尼隔振器浮置板的垂向振動(dòng)微分方程為：
[0015]
[0016]
[0017]
[0018] 式中，X為浮置板沿長(zhǎng)度方向的坐標(biāo)位置;t為浮置板垂向振動(dòng)時(shí)間變量；i為鋼軌 扣件編號(hào);j為隔振器編號(hào);Xl為浮置板上第i個(gè)鋼軌扣件的坐標(biāo)位置;^為浮置板下第j個(gè)隔 振器的坐標(biāo)位置;匕丄分別為浮置板彈性模量、截面慣性矩;p s為浮置板單位長(zhǎng)度質(zhì)量;KP1、 CP1分別為第i個(gè)鋼軌扣件剛度和阻尼；Zr(Xl，t)、之分別為t時(shí)刻第i個(gè)鋼軌扣件處鋼 軌的垂向振動(dòng)位移和速度;z s(x，t)為t時(shí)刻浮置板在位置X處的垂向振動(dòng)位移，Zs(Xl，t)、 Z (xy)分別為t時(shí)刻第i個(gè)鋼軌扣件處浮置板的垂向振動(dòng)位移和速度;Zs(Xj，t)、Z (χγ)分 另IJ為t時(shí)刻第j個(gè)隔振器處浮置板的垂向振動(dòng)位移和速度;Frsl(t)為鋼軌支點(diǎn)反力;Fssj(t) 為隔振器支點(diǎn)力;NP為鋼軌扣件數(shù)量;Nf為隔振器數(shù)量，Ksj、C sj、Fc分別為第j個(gè)鋼彈簧剛度、 粘性阻尼系數(shù)以及庫(kù)侖阻尼力，sgn(之稱為符號(hào)函數(shù)，即當(dāng)?shù)趈個(gè)隔振器處浮置板的 垂向振動(dòng)速度為正時(shí)，sgn丨之丨=1;當(dāng)?shù)趈個(gè)隔振器處浮置板的垂向振動(dòng)速度為負(fù)時(shí)， sgn(之（X,./)) = -U以浮置板支點(diǎn)速度向下為正，以浮置板支點(diǎn)速度向上為負(fù)；δ是Dirac函 數(shù)。
[0019] 優(yōu)選的，浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器工作參數(shù)的確定方法，還包括:將所述位移閾 值確定為:不考慮庫(kù)侖阻尼，且彈簧剛度為最小支承剛度^工況時(shí)的，所述車(chē)輛-浮置板軌 道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域模型中所述浮置板的最小垂向振動(dòng)位移與最大垂向振動(dòng)位移的平均值。
[0020] 優(yōu)選的，所述運(yùn)營(yíng)條件包括車(chē)輛類(lèi)型、車(chē)輛速度、浮置板軌道類(lèi)型和軌道不平順狀 ??τ 〇
[0021] 優(yōu)選的，《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T191-2012)中規(guī)定的鋼軌和浮置板的最大 垂向振動(dòng)位移分別為4mm和3mm。
[0022] -種隔振軌道，包括鋼軌、鋼軌扣件、浮置板、軌道基礎(chǔ)和隔振器，所述隔振器位于 所述浮置板與所述軌道基礎(chǔ)之間，所述浮置板上方設(shè)置有所述鋼軌扣件，所述鋼軌扣件上 方設(shè)置有所述鋼軌，所述隔振器包括并行設(shè)置的鋼彈簧、阻尼液和可控庫(kù)侖阻尼件。
[0023]優(yōu)選的，所述浮置板下方并行設(shè)置多個(gè)隔振器，所述浮置板上方并行設(shè)置多個(gè)鋼 軌扣件。
[0024]優(yōu)選的，所述鋼軌扣件包括并行設(shè)置的扣件鋼彈簧和扣件阻尼液。
[0025]根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：
[0026] 本發(fā)明在傳統(tǒng)隔振器基礎(chǔ)上，增設(shè)可控的庫(kù)侖摩擦阻尼材料，可以提高傳統(tǒng)鋼彈 簧浮置板軌道的隔振效率，同時(shí)可以進(jìn)一步降低鋼彈簧浮置板的垂向振動(dòng)位移幅值，增大 了浮置板支承剛度的下調(diào)量，能夠有效緩解傳統(tǒng)浮置板軌道固有頻率附近的振動(dòng)放大作 用，且在浮置板軌道隔振器中應(yīng)用可控庫(kù)侖阻尼之后，能夠?qū)崿F(xiàn)浮置板軌道全頻帶的減振。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所 需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施 例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖 獲得其他的附圖。
[0028] 表1為本發(fā)明實(shí)施例車(chē)輛-可控庫(kù)侖阻尼隔振器浮置板軌道仿真的計(jì)算工況表；
[0029] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例車(chē)輛-鋼彈簧浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域模型；
[0030] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例車(chē)輛-可控庫(kù)侖阻尼隔振器浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域模型；
[0031] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例在無(wú)庫(kù)侖阻尼情況下的鋼軌垂向位移時(shí)程曲線圖；
[0032] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例在無(wú)庫(kù)侖阻尼情況下浮置板垂向位移時(shí)程曲線圖；
[0033] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例浮置板振動(dòng)速度方向與庫(kù)侖阻尼力關(guān)系圖；
[0034] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例浮置板某隔振器庫(kù)侖阻尼力的時(shí)域樣本圖；
[0035] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例在有庫(kù)侖阻尼情況下鋼軌垂向位移時(shí)程曲線圖；
[0036] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例在有庫(kù)侖阻尼情況下浮置板垂向位移時(shí)程曲線圖；
[0037] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例在不同庫(kù)侖力下鋼軌垂向最大位移曲線圖；
[0038] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例在不同庫(kù)侖力下浮置板垂向最小位移曲線圖；
[0039] 圖11為本發(fā)明實(shí)施例在有庫(kù)侖阻尼情況下進(jìn)一步降低浮置板支承剛度時(shí)鋼軌垂 向振動(dòng)位移時(shí)程曲線圖；
[0040] 圖12為本發(fā)明實(shí)施例在有庫(kù)侖阻尼情況下進(jìn)一步降低浮置板支承剛度時(shí)浮置板 垂向振動(dòng)位移時(shí)程曲線圖；
[0041] 圖13為本發(fā)明實(shí)施例分別在無(wú)庫(kù)侖阻尼、有庫(kù)侖阻尼和有庫(kù)侖阻尼+低剛度三個(gè) 工況下鋼彈簧支點(diǎn)力的1 /3倍頻有效值曲線圖。
[0042]圖中：1-隔振器、11-鋼彈簧、12-阻尼液、13-可控庫(kù)侖阻尼件、2-浮置板、3-鋼軌扣 件、31-扣件鋼彈簧、32-扣件阻尼液、4-鋼軌、5-輪對(duì)、6-轉(zhuǎn)向架、7-車(chē)體、8-軌道基礎(chǔ)、9-鋼 彈簧隔振器。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0044] 本發(fā)明的目的是提供一種浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器及其工作參數(shù)的確定方法， 以提高傳統(tǒng)鋼彈簧浮置板軌道的隔振效率。
[0045] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0046] -種浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器，如圖2所示，隔振器11位于浮置板軌道系統(tǒng)的浮 置板2與軌道基礎(chǔ)8之間，隔振器1包括并行設(shè)置的鋼彈簧11、阻尼液12和可控庫(kù)侖阻尼件 13。
[0047] 隔振器1還包括位移傳感器和控制器，位移傳感器和控制器連接，位移傳感器獲得 浮置板2的位移并發(fā)送至控制器，控制器和可控庫(kù)侖阻尼件13連接，控制器在浮置板2位移 大于預(yù)設(shè)位移閾值時(shí)控制可控庫(kù)侖阻尼件13通電，在浮置板2位移不大于預(yù)設(shè)位移閾值時(shí) 控制可控庫(kù)侖阻尼件13斷電。
[0048] -種浮置板軌道系統(tǒng)中隔振器1工作參數(shù)的確定方法，隔振器1位于浮置板軌道系 統(tǒng)的浮置板2與軌道基礎(chǔ)8之間，隔振器1包括并行設(shè)置的鋼彈簧11、阻尼液12和可控庫(kù)侖阻 尼件13,方法包括以下步驟：
[0049] 在不考慮庫(kù)侖阻尼的情況下，建立車(chē)輛-浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域分析模型，結(jié) 合車(chē)輛-浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域分析模型的運(yùn)營(yíng)條件，對(duì)隔振器1在不同剛度的工況進(jìn) 行車(chē)輛-浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域模型的數(shù)值仿真，得到隔振器1在不同剛度工況下的鋼 軌4與浮置板2的垂向振動(dòng)位移時(shí)程曲線，然后以鋼軌4與浮置板2的垂向振動(dòng)位移分別不超 過(guò)《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T191-2012)中規(guī)定的鋼軌4和浮置板2的最大垂向振動(dòng)位移 為控制指標(biāo)，得到不考慮庫(kù)侖阻尼情況下的浮置板2最小支承剛度K a;
[0050] 結(jié)合不考慮庫(kù)侖阻尼時(shí)在最小鋼彈簧剛度為1工況下的浮置板2垂向振動(dòng)位移時(shí) 程曲線特征，確定可控庫(kù)侖阻尼件13施加的庫(kù)侖阻尼的大小及可控庫(kù)侖阻尼件13的工作時(shí) 段，可控庫(kù)侖阻尼件13施加的庫(kù)侖阻尼力為F。：
[0051] Fc=(KaXSy)/A
[0052] 其中，Ka是無(wú)庫(kù)侖阻尼情況下的最小鋼彈簧11剛度，Sy是位移閾值，A為預(yù)設(shè)安全系 數(shù)，A>1;
[0053] 可控庫(kù)侖阻尼件13的工作時(shí)段根據(jù)浮置板2垂向振動(dòng)位移的大小確定，當(dāng)浮置板2 垂向振動(dòng)位移大于位移閾值時(shí)，庫(kù)侖阻尼開(kāi)始工作；當(dāng)浮置板2垂向振動(dòng)位移不大于位移閾 值時(shí)，庫(kù)侖阻尼停止工作；
[0054] 建立車(chē)輛-可控庫(kù)侖阻尼隔振器浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域分析模型，在庫(kù)侖阻 尼力作用下，針對(duì)隔振器1在鋼彈簧不同剛度的工況，對(duì)車(chē)輛-可控庫(kù)侖阻尼隔振器浮置板 軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域模型進(jìn)行數(shù)值仿真，得到在庫(kù)侖阻尼力作用下的鋼軌4與浮置板2的垂 向振動(dòng)位移時(shí)程曲線，以鋼軌4與浮置板2的垂向振動(dòng)位移不超過(guò)《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》 (CJJ/T191-2012)中規(guī)定的鋼軌4和浮置板2的最大垂向振動(dòng)位移為控制指標(biāo)，得到考慮庫(kù) 侖阻尼情況下的浮置板2最小支承剛度K b，且Kb〈Ka。
[0055] 車(chē)輛-可控庫(kù)侖阻尼浮置板2軌道耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)時(shí)域模型的可控庫(kù)侖阻尼隔振 器1浮置板2的垂向振動(dòng)微分方程為：
[0056]
[0057]
[0058]
[0059] 式中，X為浮置板沿長(zhǎng)度方向的坐標(biāo)位置;t為浮置板垂向振動(dòng)時(shí)間變量；i為鋼軌 扣件編號(hào);j為隔振器編號(hào);Xl為浮置板上第i個(gè)鋼軌扣件的坐標(biāo)位置;^為浮置板下第j個(gè)隔 振器的坐標(biāo)位置;匕丄分別為浮置板彈性模量、截面慣性矩;p s為浮置板單位長(zhǎng)度質(zhì)量;KP1、 cP1分別為第i個(gè)鋼軌扣件剛度和阻尼;zr(Xl，t)、之u.y)分別為t時(shí)刻第i個(gè)鋼軌扣件處鋼 軌的垂向振動(dòng)位移和速度;Z s(x，t)為t時(shí)刻浮置板在位置X處的垂向振動(dòng)位移，Zs(Xl，t)、 4(+0分別為t時(shí)刻第i個(gè)鋼軌扣件處浮置板的垂向振動(dòng)位移和速度;z s(Xj，t)、之分 另IJ為t時(shí)刻第j個(gè)隔振器處浮置板的垂向振動(dòng)位移和速度;Frsl(t)為鋼軌支點(diǎn)反力;F ssj(t) 為隔振器支點(diǎn)力;NP為鋼軌扣件數(shù)量;Nf為隔振器數(shù)量，K sj、Csj、Fc分別為第j個(gè)鋼彈簧剛度、 粘性阻尼系數(shù)以及庫(kù)侖阻尼力，sgn(之(氣稱為符號(hào)函數(shù)，即當(dāng)?shù)趈個(gè)隔振器處浮置板的 垂向振動(dòng)速度為正時(shí)，sgn丨= 1;當(dāng)?shù)趈個(gè)隔振器處浮置板的垂向振動(dòng)速度為負(fù)時(shí)， sgnf之=-1，以浮置板支點(diǎn)速度向下為正，以浮置板支點(diǎn)速度向上為負(fù)；δ是狄拉克 (Dirac)函數(shù)。
[0000]浮置板軌道系統(tǒng)中隔振器工作參數(shù)的確定方法，還包括:將位移閾值確定為:不考 慮庫(kù)侖阻尼，且彈簧剛度為最小支承剛度心工況時(shí)的，車(chē)輛-浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域模 型中浮置板2的最小垂向振動(dòng)位移與最大垂向振動(dòng)位移的平均值。
[0061]運(yùn)營(yíng)條件包括車(chē)輛類(lèi)型、車(chē)輛速度、浮置板軌道類(lèi)型和軌道不平順狀態(tài)。
[0062]《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T191-2012)中規(guī)定的鋼軌4和浮置板2的最大垂向振 動(dòng)位移分別為4mm和3mm。
[0063] -種隔振軌道，包括鋼軌4、鋼軌扣件3、浮置板2、軌道基礎(chǔ)8和隔振器1，隔振器1位 于浮置板2與軌道基礎(chǔ)8之間，浮置板2上方設(shè)置有鋼軌扣件3，鋼軌扣件3上方設(shè)置有鋼軌4， 隔振器1包括并行設(shè)置的鋼彈簧11、阻尼液12和可控庫(kù)侖阻尼件13。
[0064] 浮置板2下方并行設(shè)置多個(gè)隔振器1，浮置板2上方并行設(shè)置多個(gè)鋼軌扣件3。
[0065] 鋼軌扣件3包括并行設(shè)置的扣件鋼彈簧11和扣件阻尼液12。
[0066]實(shí)施案例：以地鐵線路中常見(jiàn)的鋼彈簧浮置板軌道結(jié)構(gòu)型式為例，按照本發(fā)明提 出的浮置板軌道系統(tǒng)中隔振器工作參數(shù)的確定方法，開(kāi)展地鐵車(chē)輛-可控庫(kù)侖阻尼浮置板 軌道耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)時(shí)域模型的數(shù)值仿真，并通過(guò)與無(wú)庫(kù)侖阻尼的鋼彈簧浮置板軌道動(dòng)力 響應(yīng)的對(duì)比分析，驗(yàn)證浮置板軌道中可控庫(kù)侖阻尼工作模式設(shè)計(jì)方法的可行性與合理性。
[0067] 數(shù)值仿真分析的具體計(jì)算條件是，車(chē)體7為地鐵車(chē)輛A型車(chē)，車(chē)速為60km/h;軌道結(jié) 構(gòu)包括60kg/m鋼軌4、鋼軌扣件3(動(dòng)剛度系數(shù)為60kN/mm，阻尼系數(shù)為150kN · s/mm)、浮置板 2(長(zhǎng)25m，寬3.2m，厚0.5m)以及鋼彈簧隔振器9。另外，由于我國(guó)尚無(wú)地鐵軌道不平順標(biāo)準(zhǔn) 譜，因此這里選用美國(guó)5級(jí)軌道不平順譜(軌道不平順的計(jì)算波長(zhǎng)范圍為0.1m至30m)作為輸 入激勵(lì)進(jìn)行仿真計(jì)算。根據(jù)浮置板軌道隔振器中可控庫(kù)侖阻尼工作模式的設(shè)計(jì)思路，規(guī)劃 了如表1所示的計(jì)算工況表。
[0068] 表 1
[0069]
[0070] 根據(jù)上述計(jì)算條件，由工況1~工況3可得不同鋼彈簧剛度情況下鋼軌4和浮置板2 的垂向振動(dòng)位移時(shí)程曲線，如圖3和4所示。從圖3和4可以看出，依據(jù)《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》 (CJJ/T191-2012)中鋼軌4與浮置板2的4mm與3mm限值，在不考慮庫(kù)侖阻尼情況下鋼彈簧最 小剛度K a可取為9kN/mm左右。
[0071] 在鋼彈簧剛度Ka為9kN/mm時(shí)，浮置板2最小垂向振動(dòng)位移與最大垂向振動(dòng)位移的 平均值為1.6mm左右，即位移閾值可取1.6mm，如圖5所示。由公式F c = (Ka X Sy)/A，其中，1是 無(wú)庫(kù)侖阻尼情況下的最小鋼彈簧剛度，Sy是位移閾值，A為預(yù)設(shè)安全系數(shù)，A>1;可得最大庫(kù) 侖阻尼力F c為12kN左右本實(shí)施例中安全系數(shù)取為1.2。應(yīng)用浮置板軌道隔振器中可控庫(kù)侖 阻尼工作模式的設(shè)計(jì)思路，在當(dāng)前計(jì)算條件下，浮置板軌道中某個(gè)隔振器庫(kù)侖阻尼力（以向 下為正）的工作時(shí)段如圖6所示。
[0072] 下面通過(guò)工況2與工況4~6的對(duì)比分析，來(lái)驗(yàn)證最大庫(kù)侖阻尼力F。取值方法的合 理性。由圖7~10不同庫(kù)侖阻尼力下鋼軌和浮置板的垂向振動(dòng)位移時(shí)程曲線可知，在鋼彈簧 剛度和粘性阻尼系數(shù)保持不變的情況下，庫(kù)侖阻尼力能顯著降低列車(chē)運(yùn)行時(shí)鋼軌和浮置板 的最大垂向振動(dòng)位移，且隨著庫(kù)侖阻尼力的增加，鋼軌和浮置板最大垂向振動(dòng)位移的下降 速率逐步變緩，列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)鋼軌和浮置板的最小垂向振動(dòng)位移逐步向平衡位置靠近甚至出 現(xiàn)"上拱"，如圖10所示。結(jié)合單自度的質(zhì)量-庫(kù)侖阻尼系統(tǒng)自由振動(dòng)特性可知，庫(kù)侖阻尼力 不宜過(guò)大，否則將起反作用。因此，在本實(shí)施例中將可控庫(kù)侖阻尼件施加的庫(kù)侖阻尼力設(shè)為 12kN是安全可靠的。
[0073]在鋼彈簧剛度和粘性阻尼保持不變的情況下，與無(wú)庫(kù)侖阻尼情況相比，當(dāng)庫(kù)侖阻 尼力取為12kN時(shí)，鋼軌和浮置板位移幅值均減小了0.8_左右，因此鋼彈簧剛度還有一定的 降低空間。通過(guò)對(duì)比工況5與工況7~8可知，在保證鋼軌4與浮置板2最大垂向振動(dòng)位移不超 過(guò)4mm與3mm限值的情況下，考慮庫(kù)侖阻尼之后的鋼彈簧最小剛度Kb可進(jìn)一步降低至7kN/_ 左右，見(jiàn)圖11~13。
[0074] 通過(guò)進(jìn)一步比較無(wú)庫(kù)侖阻尼、有庫(kù)侖阻尼和有庫(kù)侖阻尼+低剛度三個(gè)工況下浮置 板的隔振效率，如圖13所示，可知，與無(wú)庫(kù)侖阻尼的鋼彈簧浮置板軌道相比，庫(kù)侖阻尼力可 全頻段大幅度衰減鋼彈簧支點(diǎn)反力，在〇~80Hz范圍內(nèi)的平均衰減量高達(dá)22%;在庫(kù)侖阻尼 力不變的情況下，降低鋼彈簧剛度還會(huì)進(jìn)一步提高全頻段的減振效率，即在〇~80Hz范圍內(nèi) 的平均衰減量可提高至25%。由此不難推斷，在浮置板軌道隔振器中應(yīng)用可控庫(kù)侖阻尼之 后，可全頻段大幅度地降低環(huán)境振動(dòng)。
[0075] 本實(shí)施例中，通過(guò)浮置板軌道系統(tǒng)中隔振器工作參數(shù)的確定方法，可以確定隔振 器中可控庫(kù)侖阻尼件13施加的庫(kù)侖阻尼的大小及可控庫(kù)侖阻尼件13的工作時(shí)段，在傳統(tǒng)隔 振器基礎(chǔ)上，增設(shè)可控的庫(kù)侖摩擦阻尼材料，可以提高傳統(tǒng)鋼彈簧11浮置板2軌道的隔振效 率，同時(shí)可以進(jìn)一步降低鋼彈簧11浮置板2的垂向振動(dòng)位移幅值，增大了浮置板2支承剛度 的下調(diào)量，能夠有效緩解傳統(tǒng)浮置板2軌道固有頻率附近的振動(dòng)放大作用，且在浮置板2軌 道隔振器1中應(yīng)用可控庫(kù)侖阻尼之后，能夠?qū)崿F(xiàn)浮置板2軌道全頻帶的減振。
[0076] 本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他 實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)于實(shí)施例公開(kāi)的系統(tǒng) 而言，由于其與實(shí)施例公開(kāi)的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法部分說(shuō) 明即可。
[0077] 本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō) 明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù) 本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不 應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器，其特征在于，所述隔振器位于浮置板軌道系統(tǒng)的 浮置板與軌道基礎(chǔ)之間，所述隔振器包括并行設(shè)置的鋼彈簧、阻尼液和可控庫(kù)侖阻尼件。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器，其特征在于，所述隔振器還包括 位移傳感器和控制器，所述位移傳感器和所述控制器連接，所述位移傳感器獲得所述浮置 板的位移并發(fā)送至所述控制器，所述控制器和所述可控庫(kù)侖阻尼件連接，所述控制器在所 述浮置板位移大于預(yù)設(shè)位移閾值時(shí)控制所述可控庫(kù)侖阻尼件通電，在所述浮置板位移不大 于預(yù)設(shè)位移閾值時(shí)控制所述可控庫(kù)侖阻尼件斷電。3. -種浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器工作參數(shù)的確定方法，其特征在于，隔振器位于浮 置板軌道系統(tǒng)的浮置板與軌道基礎(chǔ)之間，所述隔振器包括并行設(shè)置的鋼彈簧、阻尼液和可 控庫(kù)侖阻尼件，所述方法包括以下步驟： 在不考慮庫(kù)侖阻尼的情況下，建立車(chē)輛-浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域分析模型，結(jié)合所 述車(chē)輛-浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域分析模型的運(yùn)營(yíng)條件，對(duì)隔振器在不同剛度的工況進(jìn) 行車(chē)輛-浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域模型的數(shù)值仿真，得到隔振器在不同剛度工況下的鋼 軌與浮置板的垂向振動(dòng)位移時(shí)程曲線，然后以鋼軌與浮置板的垂向振動(dòng)位移分別不超過(guò) 《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T191-2012)中規(guī)定的鋼軌和浮置板的最大垂向振動(dòng)位移為控 制指標(biāo)，得到不考慮庫(kù)侖阻尼情況下的浮置板最小支承剛度K a; 結(jié)合不考慮庫(kù)侖阻尼時(shí)在最小鋼彈簧剛度為心工況下的浮置板垂向振動(dòng)位移時(shí)程曲線 特征，確定可控庫(kù)侖阻尼件施加的庫(kù)侖阻尼的大小及可控庫(kù)侖阻尼件的工作時(shí)段，所述可 控庫(kù)侖阻尼件施加的庫(kù)侖阻尼力為F。： Fc=(KaXSy)A 其中，Ka是無(wú)庫(kù)侖阻尼情況下的最小鋼彈簧剛度，Sy是位移閾值，A為預(yù)設(shè)安全系數(shù)，A> 1; 所述可控庫(kù)侖阻尼件的工作時(shí)段根據(jù)浮置板垂向振動(dòng)位移的大小確定，當(dāng)浮置板垂向 振動(dòng)位移大于位移閾值時(shí)，庫(kù)侖阻尼開(kāi)始工作；當(dāng)浮置板垂向振動(dòng)位移不大于位移閾值時(shí)， 庫(kù)侖阻尼停止工作； 建立車(chē)輛-可控庫(kù)侖阻尼隔振器浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域分析模型，在庫(kù)侖阻尼力 作用下，針對(duì)隔振器在鋼彈簧不同剛度的工況，對(duì)車(chē)輛-可控庫(kù)侖阻尼隔振器浮置板軌道耦 合動(dòng)力學(xué)時(shí)域模型進(jìn)行數(shù)值仿真，得到在庫(kù)侖阻尼力作用下的鋼軌與浮置板的垂向振動(dòng)位 移時(shí)程曲線，以鋼軌與浮置板的垂向振動(dòng)位移不超過(guò)《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T191-2012)中規(guī)定的鋼軌和浮置板的最大垂向振動(dòng)位移為控制指標(biāo)，得到考慮庫(kù)侖阻尼情況下 的浮置板最小支承剛度K b，且Kb〈Ka。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器工作參數(shù)的確定方法，其特征在 于，所述車(chē)輛-可控庫(kù)侖阻尼浮置板軌道耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)時(shí)域模型的可控庫(kù)侖阻尼隔振器 浮置板的垂向振動(dòng)微分方程為：式中，X為浮置板沿長(zhǎng)度方向的坐標(biāo)位置;t為浮置板垂向振動(dòng)時(shí)間變量；i為鋼軌扣件 編號(hào);j為隔振器編號(hào);X1為浮置板上第i個(gè)鋼軌扣件的坐標(biāo)位置;^為浮置板下第j個(gè)隔振器 的坐標(biāo)位置;E S、IS*別為浮置板彈性模量、截面慣性矩;ps為浮置板單位長(zhǎng)度質(zhì)量;K P1、CP1 分別為第i個(gè)鋼軌扣件剛度和阻尼;Zr(Xl，t)、之（&/；)分別為t時(shí)刻第i個(gè)鋼軌扣件處鋼軌的 垂向振動(dòng)位移和速度；Z s(x，t)為t時(shí)刻浮置板在位置X處的垂向振動(dòng)位移，Zs(Xl，t)、 之（心，)分別為t時(shí)刻第i個(gè)鋼軌扣件處浮置板的垂向振動(dòng)位移和速度;Z s(Xj，t) jjxy) 分別為t時(shí)刻第j個(gè)隔振器處浮置板的垂向振動(dòng)位移和速度;Frsl(t)為鋼軌支點(diǎn)反力;Fssj ⑴為隔振器支點(diǎn)力;Np為鋼軌扣件數(shù)量;Nf為隔振器數(shù)量，Ksj、C sj、Fc分別為第j個(gè)鋼彈簧剛 度、粘性阻尼系數(shù)以及庫(kù)侖阻尼力，sgnf之稱為符號(hào)函數(shù)，即當(dāng)?shù)趈個(gè)隔振器處浮置 板的垂向振動(dòng)速度為正時(shí)，sgnj'Z f.r,,/yj = l ;當(dāng)?shù)趈個(gè)隔振器處浮置板的垂向振動(dòng)速度為負(fù) 時(shí)，Sgnf之= ,以浮置板支點(diǎn)速度向下為正，以浮置板支點(diǎn)速度向上為負(fù)；δ是 Dirac函數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的浮置板軌道系統(tǒng)中的隔振器工作參數(shù)的確定方法，其特征在 于，還包括將所述位移閾值確定為:不考慮庫(kù)侖阻尼，且彈簧剛度為最小支承剛度1工況時(shí) 的，所述車(chē)輛-浮置板軌道耦合動(dòng)力學(xué)時(shí)域模型中所述浮置板的最小垂向振動(dòng)位移與最大 垂向振動(dòng)位移的平均值。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的浮置板軌道隔振器中的可控庫(kù)侖阻尼工作模式的確定方法， 其特征在于:所述運(yùn)營(yíng)條件包括車(chē)輛類(lèi)型、車(chē)輛速度、浮置板軌道類(lèi)型和軌道不平順狀態(tài)。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的浮置板軌道隔振器中的可控庫(kù)侖阻尼工作模式的確定方法， 其特征在于：《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T191-2012)中規(guī)定的鋼軌和浮置板的最大垂向 振動(dòng)位移分別為4mm和3mm。8. -種隔振軌道，其特征在于，所述隔振軌道包括鋼軌、鋼軌扣件、浮置板、軌道基礎(chǔ)和 隔振器，所述隔振器位于所述浮置板與所述軌道基礎(chǔ)之間，所述浮置板上方設(shè)置有所述鋼 軌扣件，所述鋼軌扣件上方設(shè)置有所述鋼軌，所述隔振器包括并行設(shè)置的鋼彈簧、阻尼液和 可控庫(kù)侖阻尼件。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的隔振軌道，其特征在于，所述浮置板下方并行設(shè)置多個(gè)隔振 器，所述浮置板上方并行設(shè)置多個(gè)鋼軌扣件。10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的隔振軌道，其特征在于，所述鋼軌扣件包括并行設(shè)置的扣 件鋼彈簧和扣件阻尼液。
【文檔編號(hào)】E01B19/00GK105887585SQ201610221732
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日
【發(fā)明人】韋凱, 王平, 趙東鋒, 楊麒陸, 葛輝, 肖杰靈, 陳嶸, 趙才友, 肖建偉, 馬道林, 易強(qiáng)
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)