一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器的设计方法技术

一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器的设计方法，确保浮置板道床在空车状态具有与重车状态同样的隔振性能和不变的固有频率，且重车状态轨道垂向位移得到有效抑制，确保系统的安全性。设计方法包括如下步骤：绘制隔振器刚度曲线和隔振器载荷曲线；确定锥形橡胶堆厚度和锥角，选取橡胶堆非线性几何结构形式及橡胶材料的初步设计方案；建立定频非线性刚度橡胶堆参数化的有限元模型；设定固有频率误差和固有频率稳定性作为隔振器参数设计的优化设计指标；对有限元模型利用有限元方法进行力学性能计算，得到有限元模型所对应的优化设计指标值；进行多目标优化迭代计算，得到最优解集，并从最优解集中确定隔振器最优设计参数及优化指标值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铁路轨道，特别涉及一种适用于地铁、轻轨、城际铁路、高速铁路等浮置板轨道的定频非线性橡胶隔振器，以及该定频非线性橡胶隔振器的设计方法。
技术介绍
浮置板轨道是解决轨道交通引起的环境振动问题的一种有效方法。浮置板轨道通过在轨道板下设置弹性隔振器，将轨道板的振动与基础隔离，达到减小轨道交通引起的环境振动的目的。浮置板轨道本质上是一个质量-弹簧-阻尼隔振系统。目前浮置板主要采用钢弹簧隔振器和普通的橡胶隔振器。这两种隔振器的刚度特性都是线性刚度或接近于线性刚度。然而在浮置板轨道-车辆这个质量弹簧隔振系统中质量的大小会因为列车载重不同发生显著变化。这使得基于单自由度系统固有频率方法设计的浮置板轨道系统在不同载重工况下的固有频率差异很大，造成空车重车状态系统性能不一致，空车状态隔振性能差、重车状态轨道垂向位移过大等问题。国内外很多研究机构都对浮置板轨道用橡胶隔振器开展了研究设计，形成了多种浮置板轨道用橡胶隔振器专利。中国专利ZL200410035441.1公开了一种铁路用浮置板道床，道床包括浮置板和弹簧隔振器，浮置板弹性地支承与弹簧隔振器上。另外为了克服专利ZL200410035441.1中浮置道床在施工、维护和维修上的缺点，又发明了一种易于维护的浮置道床(ZL200910013963.4)、一种侧置式浮置道床及其应用(ZL200910019531.4)、新型预制板拼装式浮置道床(ZL201210452046.8)、搭接型浮置道床(ZL201420835219.9)等专利。中国专利ZL200810034584.9公开了一种用于轨道交通的浮置板隔振器，隔振器包含下支座、橡胶减振圈和调高装置组成。隔振器能够更好的满足道床高度调整的要求。中国专利ZL201220294143.4公开了一种用于浮置板轨道的板式橡胶阻尼隔振器。该隔振器由橡胶与上下两块钢板硫化成一个板状隔振器。在隔振器内的镂空螺纹孔中填充了阻尼剂以提高隔振器阻尼。中国专利ZL201320385451.2公开了一种用于轨道交通浮置板的橡胶隔振器，隔振器将一圆环型橡胶减振垫至于底盆中，可实现竖直方向的隔振功能。以上专利的橡胶隔振器方案，在垂向上均可以实现基本的隔振和抑振。但对不同载重工况的列车适应性较差，不能提供一致的隔振性能，因受限于重车通过时过大的轨道垂向位移，因此无法进一步改善浮置板隔振性能。现有弹簧隔振器都存在空车状态隔振性能差、重车状态轨道垂向位移过大的缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是提供一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器，确保浮置板道床在空车状态具有与重车状态同样的隔振性能和不变的固有频率，且重车状态轨道垂向位移得到有效抑制，确保系统的安全性。本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案如下：本专利技术的一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器，包括底座、锥形橡胶堆、上支撑座、调高垫板和锁定螺钉，底座的顶面与锥形橡胶堆的内锥面相贴合，上支撑座的底面与锥形橡胶堆的外锥面相贴合，其特征是：所述锥形橡胶堆包括同轴的内锥形钢盘、外内锥形钢盘，以及位于内锥形钢盘、外内锥形钢盘之间且与之固定连接的至少一层锥形橡胶体，锥形橡胶体由沿内锥形钢盘、外内锥形钢盘锥面相间隔的锥形橡胶环单元构成，各锥形橡胶环单元具有通向与隔振器外的排气通道。本专利技术所要解决的另一技术问题是提供上述一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器的设计方法，该设计方法包括如下步骤：(1)根据所设计的刚度基准刚度k0，基准位移垂向基准位移x0及刚度函数K(x)，绘制隔振器刚度曲线和隔振器载荷曲线；(2)根据轨道所承受最大载荷，在隔振器载荷曲线中查取隔振器的工作区间和最大工作位移，确定锥形橡胶堆厚度和锥角，选取橡胶堆非线性几何结构形式及橡胶材料的初步设计方案；(3)根据初步设计方案建立定频非线性刚度橡胶堆参数化的有限元模型，其中材料模型采用非线性橡胶模型，考虑几何非线性结构在橡胶变形过程中的接触关系；(4)设定固有频率误差和固有频率稳定性作为隔振器参数设计的优化设计指标，固有频率误差为隔振器在工作范围内固有频率均值与设计值之间的误差；固有频率稳定性为隔振器在工作范围内固有频率的波动幅度；(5)根据所述优化设计指标，对所述有限元模型利用有限元方法进行力学性能计算，得到所述有限元模型所对应的优化设计指标值；(6)根据所述优化设计指标和计算所得到的优化设计指标值，进行多目标优化迭代计算，得到最优解集，并从最优解集中确定隔振器最优设计参数及优化指标值；(7)如果隔振器最优设计参数及优化指标值满足设计要求则结束设计，如果不能满足设计要求，则调整隔振器拓扑结构，重复步骤(3)～(6)。本专利技术的有益效果是，提供了一种定频橡胶隔振器非线性刚度曲线的设计方法及其实现方案，克服了普通弹簧隔振器线性刚度所造成的空车状态隔振性能差、重车状态轨道垂向位移过大的缺陷。可以确保在任何车重条件下浮置板轨道系统都具有不变的固有频率，稳定的隔振性能。且重车状态轨道垂向位移得到有效抑制，确保系统的安全性。在共振频率的倍以上频率区间减振能力达到20～30dB，可以满足特殊地段隔振性能要求；由于橡胶具有较大的粘滞阻尼，故在共振频率附近，其仍然具有较好抑振性能，优于普通钢弹簧浮置板轨道。所述橡胶隔振器可更换、易维修，既可应用于预制式浮置板轨道，也可用于现浇式浮置板轨道。附图说明本说明书包括如下五幅附图：图1是本专利技术一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器的结构示意图；图2是本专利技术一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器中锥形橡胶堆的结构示意图；图3是本专利技术一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器中锥形橡胶堆的结构示意图；图4是本专利技术一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器的设计方法中所涉及的定频非线性刚度曲线图；图5是本专利技术一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器的设计方法中所涉及的定频非线性载荷曲线图；图中标记及其含义：底座1，锥形橡胶堆2，上支撑座3，调高垫板4，锁定螺钉5，内锥形钢盘31，外内锥形钢盘32，中间锥形钢盘33，锥形橡胶环单元34，锥形橡胶堆上部内径p，锥形橡胶堆锥角α，锥形橡胶体单层厚度h，锥形橡胶环间隙的宽度S1、S2、S3。具体实施方式下面结合附图及具体实施方案对本专利技术进一步说明。参照图1、图2和图3，本专利技术的一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器，包括底座(1)、锥形橡胶堆(2)、上支撑座(3)、调高垫板(4)和锁定螺钉(5)，底座(1)的顶面与锥形橡胶堆(2)的内锥面相贴合，上支撑座(3)的底面与锥形橡胶堆(2)的外锥面相贴合，其特征是：所述锥形橡胶堆(2)包括同轴的内锥形钢盘(31)、外内锥形钢盘(32)，以及位于内锥形钢盘(31)、外内锥形钢盘(32)之间且与之固定连接的至少一层锥形橡胶体，锥形橡胶体由沿内锥形钢盘(31)、外内锥形钢盘(32)锥面相间隔的锥形橡胶环单元(34)构成，各锥形橡胶环单元(34)具有通向与隔振器外的排气通道(35)。

【技术特征摘要】
1.一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器，包括底座(1)、
锥形橡胶堆(2)、上支撑座(3)、调高垫板(4)和锁定螺钉(5)，底
座(1)的顶面与锥形橡胶堆(2)的内锥面相贴合，上支撑座(3)的
底面与锥形橡胶堆(2)的外锥面相贴合，其特征是：所述锥形橡胶堆
(2)包括同轴的内锥形钢盘(31)、外内锥形钢盘(32)，以及位于内
锥形钢盘(31)、外内锥形钢盘(32)之间且与之固定连接的至少一层
锥形橡胶体，锥形橡胶体由沿内锥形钢盘(31)、外内锥形钢盘(32)
锥面相间隔的锥形橡胶环单元(34)构成，各锥形橡胶环单元(34)
具有通向与隔振器外的排气通道(35)。
2.如权利要求1所述一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器，
其特征是：所述锥形橡胶体为多层，层间设置中间锥形钢盘(33)。
3.如权利要求1或2所述一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔
振器的设计方法，包括如下步骤：
(1)根据所设计的刚度基准刚度k0，基准位移垂向基准位移x0及
刚度函数K(x),绘制隔振器刚度曲线和隔振器载荷曲线；
(2)根据轨道所承受最大载荷，在隔振器载荷曲线中查取隔振
器的工作区间和最大工作位移，确定锥形橡胶堆厚度和锥角，选取橡
胶堆非线性几何结构形式及橡胶材料的初步设计方案；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠继，林红松，颜华，白在镐，杨吉忠，蔡文锋，徐浩，王天舸，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，四川瑞明斯商贸有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51