本實(shí)用新型涉及軌道交通中的軌道結(jié)構(gòu)，特別是有關(guān)于軌道結(jié)構(gòu)的吸

能減振裝置。

背景技術(shù)：

在目前振動(dòng)傳播的控制方法中，大多采用調(diào)整系統(tǒng)剛度、阻尼和質(zhì)量參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，其中阻尼主要的功能是將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為熱能，其轉(zhuǎn)換能力除了和材料有關(guān)之外，還與轉(zhuǎn)換時(shí)間關(guān)聯(lián)，阻尼越大，它的轉(zhuǎn)換周期也越慢，轉(zhuǎn)換越多由于其材料發(fā)熱，使用壽命也會(huì)受到影響；質(zhì)量的功能是通過運(yùn)動(dòng)消耗動(dòng)能來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)控制，在相同的運(yùn)動(dòng)條件下，質(zhì)量越大，消耗的動(dòng)能也越大，由于系統(tǒng)阻尼和質(zhì)量參數(shù)調(diào)整受到了諸多因素影響，應(yīng)用范圍有較大的局限性，因此通過采用降低受振部件的結(jié)構(gòu)連接剛度來減小振動(dòng)能量向外傳遞應(yīng)用最為普遍，例如在地鐵中普遍采用通過減小軌道結(jié)構(gòu)軌下剛度來控制由于列車運(yùn)行所產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)周邊影響。但是采用減小振動(dòng)源的支承結(jié)構(gòu)剛度雖然可以較好地減小了振動(dòng)能量向外傳播，由于能量并沒有被轉(zhuǎn)換消耗，而是集中在被隔振體的前端，通常造成該部分結(jié)構(gòu)振動(dòng)加劇，并產(chǎn)生不利的影響。例如在地鐵中普遍采用了剛度較小的扣件往往會(huì)對(duì)鋼軌磨耗甚至車輛部件的使用壽命帶來不利影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是在軌道結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)一種具有能量吸附功能的輔助裝置，通過該裝置，可以把輪軌振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)能量吸收到該裝置中，目的使軌道結(jié)構(gòu)中的其它部件振動(dòng)都得到相應(yīng)降低，由于輔助裝置不承擔(dān)軌道結(jié)構(gòu)中的其它受力作用，因此不會(huì)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)帶來不利影響。

本實(shí)用新型的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

在軌道道床上兩根鋼軌之間，設(shè)置吸能減振裝置，所述吸能減振裝置包括質(zhì)量塊物體,剛度物體和阻尼器，所述吸能減振裝置的固有詣?wù)耦l率，與軌道上的輪軌振動(dòng)頻率相同。

所述質(zhì)量塊物體,為軌道結(jié)構(gòu)道床系統(tǒng)質(zhì)量的10%至5%，所述剛度物體和阻尼器參數(shù)按下式算得：

F為動(dòng)態(tài)作用力靜態(tài)基數(shù)。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是，目前采用的減振方法是，列車運(yùn)行通過軌道結(jié)構(gòu)時(shí)，車輪碾壓鋼軌，由于輪軌相互作用產(chǎn)生振動(dòng)通過鋼軌、扣件系統(tǒng)、軌枕、整體道床向四周傳播，傳統(tǒng)方法是將扣件剛度降低，或者是在整體道床底部設(shè)置彈簧降低整體道床的支承剛度，或者是增加道床的質(zhì)量，即所謂浮置板軌道系統(tǒng)，其結(jié)果是雖然整體道床的振動(dòng)得到了降低，在整體道床中的振動(dòng)能量得到了減少，但是，整體道床減少的能量大多聚集在鋼軌和車輛中，對(duì)鋼軌和車輛帶來了不利影響。而本實(shí)用新型核心是將輪軌相互作用產(chǎn)生振動(dòng)能量吸附在輔助子系統(tǒng)中，使其產(chǎn)生較大的振動(dòng)，其效果是在減小整體道床中的振動(dòng)能量的同時(shí)，不會(huì)對(duì)鋼軌乃至車輛產(chǎn)生不利影響。

附圖說明

圖１是一個(gè)主系統(tǒng)和子系統(tǒng)的振動(dòng)系統(tǒng)示意圖

圖２是阻尼系統(tǒng)示意圖

圖３是圓形斷面地鐵軌道結(jié)構(gòu)示意圖

圖中標(biāo)號(hào)說明：

１－質(zhì)量塊物體；２－剛度物體（一般是彈簧）；３－阻尼器；４－軌道道床；５－鋼軌。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型在軌道道床４上兩根鋼軌５之間，設(shè)置吸能減振裝置，所述吸能減振裝置包括質(zhì)量塊物體１,剛度物體２和阻尼器３，所述吸能減振裝置的固有詣?wù)耦l率，與軌道上的輪軌振動(dòng)頻率相同。

所述質(zhì)量塊物體,為軌道結(jié)構(gòu)道床系統(tǒng)質(zhì)量的10%至5%，所述剛度物體和阻尼器參數(shù)按下式算得：

F為動(dòng)態(tài)作用力靜態(tài)基數(shù)。

一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)在激勵(lì)作用下產(chǎn)生振動(dòng)，其能量通常是一定守恒的，例如列車運(yùn)行通過軌道，對(duì)線路產(chǎn)生的振動(dòng)能量也是一定的，采用減振軌道后，輪軌作用力產(chǎn)生的振動(dòng)能量傳到軌道基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)得到了減小，但是由于能量被積聚在鋼軌扣件以上部分，因此在鋼軌和車輛等部件上的振動(dòng)加劇。本實(shí)用新型是在軌道結(jié)構(gòu)上設(shè)置一個(gè)具有吸附振動(dòng)能量的裝置，達(dá)到在減小軌道結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)振動(dòng)的同時(shí)，也會(huì)使鋼軌和車輛等部件上的振動(dòng)減小。

請(qǐng)參閱附圖１所示，本實(shí)用新型的原理是，如果一個(gè)包含主系統(tǒng)和子系統(tǒng)的振動(dòng)系統(tǒng)，如圖1所示，其動(dòng)力學(xué)響應(yīng)可以表達(dá)為以下公式：

從公式中可以看出，在系統(tǒng)中雖然系統(tǒng)的外荷載沒有變化，如果子系統(tǒng)振動(dòng)加劇必然會(huì)導(dǎo)致主系統(tǒng)的振動(dòng)下降，當(dāng)子系統(tǒng)中參數(shù)：

即子系統(tǒng)的振動(dòng)頻率逼近其共振頻率時(shí)，子系統(tǒng)的振幅急劇增加，這時(shí)主系統(tǒng)的振幅會(huì)明顯減小，甚至達(dá)到振幅為零。其原理是在一個(gè)系統(tǒng)中，如果外力對(duì)系統(tǒng)的作用沒有發(fā)生改變，即系統(tǒng)中動(dòng)能在總量上沒有發(fā)生改變，如果其中一個(gè)子系統(tǒng)中所承受的能量增加了，必然在其它系統(tǒng)中的能量會(huì)發(fā)生減小。如果我們?cè)谠械南到y(tǒng)中增加一個(gè)輔助子系統(tǒng)，并對(duì)輔助子系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使得子系統(tǒng)的參數(shù)在我們需要的范圍之內(nèi)，使其`產(chǎn)生較大的振動(dòng)，導(dǎo)致子系統(tǒng)產(chǎn)生了較大的動(dòng)能，這樣在整個(gè)系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)，我們就可以在所需要的頻率范圍內(nèi)對(duì)主系統(tǒng)的其它部分進(jìn)行振動(dòng)控制，達(dá)到了我們對(duì)系統(tǒng)的減振目的。根據(jù)以上分析，輔助子系統(tǒng)通常是由質(zhì)量、剛度和阻尼構(gòu)成。根據(jù)這一原理，我們?cè)谲壍澜Y(jié)構(gòu)中，在道床的適當(dāng)部位，以不侵入車輛限界為要求，安置一個(gè)或若干個(gè)彈簧質(zhì)量子系統(tǒng)，作為軌道結(jié)構(gòu)的輔助系統(tǒng)，并按照要求設(shè)計(jì)，達(dá)到列車通過時(shí)，該子系統(tǒng)產(chǎn)生最大振動(dòng)為目標(biāo)，達(dá)到使原系統(tǒng)振動(dòng)能量最大限度地被轉(zhuǎn)移到輔助子系統(tǒng)中，使原系統(tǒng)振動(dòng)減小的目的。

請(qǐng)參閱圖２所示，對(duì)于一個(gè)如圖2所示有阻尼的系統(tǒng)，我們也可以通過對(duì)以下公式進(jìn)行優(yōu)化達(dá)到相應(yīng)效果：

F為動(dòng)態(tài)作用力靜態(tài)基數(shù)。

本實(shí)用新型根據(jù)列車運(yùn)行通過軌道結(jié)構(gòu)時(shí)在軌道結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的主振頻率，該數(shù)值可以通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或進(jìn)行仿真計(jì)算得到，根據(jù)該參數(shù)進(jìn)行輔助子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它是由質(zhì)量、剛度和阻尼參數(shù)組成，輔助系統(tǒng)的質(zhì)量一般不超過軌道結(jié)構(gòu)道床主系統(tǒng)質(zhì)量的10%，以5%為宜，以免由于重量增加對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。

剛度、阻尼參數(shù)，可以根據(jù)公式（2）來計(jì)算求得，輔助子系統(tǒng)中的質(zhì)量塊一般采用金屬或混凝土等材料構(gòu)成，剛度元件可以由鋼彈簧構(gòu)成，阻尼元件通常是電磁阻尼器，輔助系統(tǒng)的安裝位置一般在軌道中部的道床上部。

這樣當(dāng)列車運(yùn)行通過軌道結(jié)構(gòu)時(shí)，車輪運(yùn)行通過鋼軌使軌道結(jié)構(gòu)中的道床４產(chǎn)生振動(dòng)，同時(shí)也使輔助系統(tǒng)（吸能減振裝置）產(chǎn)生振動(dòng)，通過以上設(shè)計(jì)，可以使列車運(yùn)行通過軌道結(jié)構(gòu)時(shí)，輔助系統(tǒng)振動(dòng)加劇，產(chǎn)生較大的振動(dòng)能量，由于輔助子系統(tǒng)本身沒有振動(dòng)能量產(chǎn)生，因此在整個(gè)系統(tǒng)中，總的振動(dòng)能量沒有增加，輔助子系統(tǒng)的振動(dòng)能量增加后，道床４的振動(dòng)相對(duì)減小，從而達(dá)到了對(duì)道床４的振動(dòng)控制目的，由于輔助系統(tǒng)吸收了振動(dòng)能量，因此不會(huì)造成軌道和車輛其它部分的振動(dòng)加劇。

本實(shí)用新型是通過在軌道結(jié)構(gòu)上設(shè)置一個(gè)能夠有效吸收振動(dòng)能量的輔助子系統(tǒng)（吸能減振裝置），它主要由質(zhì)量元件１、剛度元件２和阻尼元件３構(gòu)成，輔助系統(tǒng)放置在鋼軌５之間或鋼軌兩側(cè)的軌道板上，安裝位置和空間不能影響列車車輛限界，輔助系統(tǒng)的相關(guān)元件參數(shù)應(yīng)根據(jù)軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)、列車參數(shù)來確定。在安裝了吸能輔助系統(tǒng)的軌道結(jié)構(gòu)，列車運(yùn)行通過時(shí)，由輪軌相互作用產(chǎn)生的振動(dòng)傳遞到軌道結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，其中輔助子系統(tǒng)的振動(dòng)大大高于軌道結(jié)構(gòu)本身的振動(dòng)，吸收了可觀的振動(dòng)能量，從而導(dǎo)致了軌道結(jié)構(gòu)的主部件振動(dòng)明顯降低，也不會(huì)對(duì)車輛等其它部件的振動(dòng)產(chǎn)生明顯影響，達(dá)到了對(duì)軌道結(jié)構(gòu)減振的目的。由于輔助子系統(tǒng)在系統(tǒng)中并不承擔(dān)其它的受力或承載功能，因此其振動(dòng)不會(huì)對(duì)整個(gè)軌道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的承載功能帶來任何不利影響，其主要作用就是吸收由輪軌相互作用產(chǎn)生的振動(dòng)能量，減少軌道結(jié)構(gòu)其它部分所承受和傳播的振動(dòng)能量比例。

在軌道結(jié)構(gòu)中設(shè)置吸能子系統(tǒng)可以根據(jù)振動(dòng)響應(yīng)頻率分布的具體情況設(shè)置1個(gè)或多個(gè)組成的多重輔助吸能子系統(tǒng)，輔助系統(tǒng)的設(shè)置數(shù)量應(yīng)根據(jù)列車運(yùn)行通過軌道結(jié)構(gòu)時(shí)在軌道結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的主振頻率的范圍和個(gè)數(shù)，通常是一個(gè)輔助系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于一個(gè)振動(dòng)共振峰，如果列車運(yùn)行通過軌道結(jié)構(gòu)時(shí)在軌道結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的主振頻率有多個(gè)，應(yīng)相應(yīng)設(shè)置多個(gè)輔助振動(dòng)系統(tǒng)較為合理。

下面結(jié)合圖3敘述一下本實(shí)用新型的實(shí)施例。圖3是直徑為6600mm圓形斷面地鐵軌道結(jié)構(gòu)，軌道系統(tǒng)中軌枕間距600mm，輔助吸能子系統(tǒng)設(shè)置在軌道整體道床４頂面，兩根鋼軌５之間，在實(shí)施例中，600mm長(zhǎng)度的整體道床質(zhì)量為10000kg，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，列車通過地鐵軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)主頻率約為150Hz，選擇輔助吸能子系統(tǒng)質(zhì)量參數(shù)為5%的主系統(tǒng)質(zhì)量，為500kg，剛度元件參數(shù)根據(jù)公式計(jì)算為22kN/mm，阻尼單元參數(shù)為0.023。列車運(yùn)行通過該區(qū)間時(shí)，可以將輔助吸能子系統(tǒng)振動(dòng)明顯激勵(lì)起來，從而使包括車輛、軌道和隧道襯砌等其它部位振動(dòng)顯著降低，通過計(jì)算，設(shè)置上述輔助系統(tǒng)后，在150Hz范圍內(nèi)，道床振動(dòng)加速度減小了30%，鋼軌減小15%。通過以上實(shí)用新型措施，在達(dá)到對(duì)軌道結(jié)構(gòu)減振的同時(shí)又不會(huì)對(duì)鋼軌和車輛產(chǎn)生不利影響的結(jié)果。