一种刚度非均匀减振扣件及其设计方法技术

本发明专利技术提供了一种刚度非均匀减振扣件及其设计方法；压缩型减振扣件在受到车轮垂向和横向的载荷时，由于弹性减振层受到非均匀载荷(钢轨内侧载荷小，钢轨外侧载荷大)而发生不均匀变形，从而导致钢轨及上铁垫板发生偏转，造成轨头横向位移增大，扣件横向稳定性降低的问题；本方法针对该问题，通过仿真计算和实际测试，对常规刚度均匀化设计的减振扣件钢轨以及上铁垫板偏转情况进行分析；经过计算得出减振垫不同部位的受力情况，对减振垫进行刚度分均匀化设计；从而保证减振扣件具有较好减振效果的同时，大幅提升了线路的安全稳定性，并且结构简单、安装维护方便。安装维护方便。安装维护方便。

【技术实现步骤摘要】
一种刚度非均匀减振扣件及其设计方法


[0001]本专利技术涉及轨道交通设备
，尤其涉及一种刚度非均匀减振扣件及其设计方法。

技术介绍

[0002]在城市轨道交通领域，双层减振扣件是最常用的中等减振。随着社会对减振降噪的重视度日益增加，轨道市场对减振扣件有了更高的减振性能需求。扣件的减振性能与其垂向刚度有着直接关系，刚度越低，减振性能越好。钢轨受到车轮垂向载荷和横向载荷的两重作用，扣件的垂向刚度降低会间接导致钢轨横向稳定性变差，现有双层减振扣件难以满足减振性能和稳定性的双重要求。
[0003]目前，在城市轨道交通领域，可采用扣件减振和道床减振两种措施来实现轨道的高等减振。相比道床减振，采用扣件减振有着施工简单、维护方便、造价成本低的优势。现在应用较多的高等减振扣件有浮轨扣件、多层减振扣件和ZK扣件。
[0004]对于浮轨扣件，存在波磨问题突出、零部件不通用、施工维护困难以及有缝线路钢轨接头处无法使用的问题。因此，采用压缩型减振扣件更有实用优势。一般来讲，减振扣件刚度越低，减振效果越好。但对于压缩型减振扣件，刚度越低，轨头偏移越大，这两个指标相互矛盾。目前，市场上针对提升压缩型减振扣件横向稳定性的问题基本都采用了增设横向限位装置的办法，在下铁垫板两端向上伸出挡肩，然后在上、下铁垫板之间放置填充块，通过下铁垫板来约束上铁垫板的横向位移以及偏转。采用该设计方案，一方面，并不能限制由于轨下垫非均匀变形而导致的钢轨偏转，提升钢轨横向稳定性作用有限。另一方面，随着填充块的磨损，上、下铁垫板在横向出现配合间隙，此时下铁垫板的挡肩对上铁垫板起不到横向限位功能。再者，采用该结构，额外增加了扣件零部件数量，不利于生产成本控制和后期的维护。目前，市场上均未实现通过扣件刚度非均匀化设计来提升扣件横向稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够有效解决轨道扣件由于受力不均造成部件损伤的刚度非均匀减振扣件。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种刚度非均匀减振扣件，其特征在于：包括轨下垫、上铁垫板、中减振垫、隔振板、板下减振垫、下铁垫板、固定装置；所述的轨下垫、上铁垫板、中减振垫、隔振板、板下减振垫、下铁垫板自上而下逐层设置；所述的轨下垫为长方体橡胶垫且所述的轨下的下方设置圆形凸点设置；所述的下铁垫板为与上铁垫板形状相同的板，所述的隔振板为对应下铁垫板上安装槽形状的板；所述的板下减振垫为形状与隔振板相同的橡胶垫且所述的板下减振垫安装于安装槽内。
[0007]一种刚度非均匀减振扣件的设计方法，包括：
[0008]所述的轨下垫、上铁垫板、中减振垫、隔振板、板下减振垫和下铁垫板的设计步骤包括：
[0009]步骤一、整体装置刚度确定
[0010]根据钢轨动态下沉量以及减振性能要求确定出减振扣件静刚度的设计范围；
[0011]步骤二、减振垫刚度匹配
[0012]对所述的轨下垫进行静态刚度确定；
[0013]对所述的中减振垫、隔振板、板下减振垫组合进行静态刚度确定；
[0014]同时要求所述的轨下垫的静态刚度和所述的中减振垫、隔振板、板下减振垫组合的静态刚度进行组合满足所述的步骤一种确定的整体装置的静态刚度；
[0015]步骤三、变形分析
[0016]所述的轨下垫、上铁垫板、中减振垫、隔振板、板下减振垫和下铁垫板进行使用时，会受到垂向和横向的载荷，通过测量和计算获得垂向和横向的偏转角；
[0017]步骤四、载荷分析
[0018]对所述的步骤三中获得的相关参数进行分析计算；
[0019]步骤五、刚度非均匀设计
[0020]当整体装置的减振垫刚度为均匀设计时，所述的轨下垫、中减振垫和板下减振垫因受到非均匀载荷而发生非均匀变形，从而导致上铁垫板以及钢轨发生偏转；要使钢轨及上铁垫板不因减振垫非均匀变形而发生偏转，需使所述的轨下垫、中减振垫和板下减振垫在受到非均匀载荷时仍能够均匀变形。
[0021]优选的，所述的步骤一、整体装置刚度确定
[0022]所述的轨下垫、上铁垫板、中减振垫、隔振板、板下减振垫、下铁垫板和绝缘耦合垫板的整体静刚度为6kN/mm时，钢轨的动态下沉量为3.71mm(60kg/m钢轨，车速120km/h)，刚好满足钢轨动态下沉量≤4mm的要求；从而确定出减振扣件静刚度的下限值为6kN/mm；根据减振扣件对比一般弹性分开式扣件减振性能≥10dB要求，得出扣件静刚度的上限值为10kN/mm。
[0023]优选的，所述的步骤二、减振垫刚度匹配
[0024]所述的轨下垫对钢轨起到直接支撑作用，轨下垫的刚度设计需要考虑多方面问题。轨下垫刚度过低，容易造成弹条振幅大、钢轨旋转角度偏大、轨距块磨损加剧、轨下垫自身强度较低易损坏等问题，从而引起弹条疲劳寿命降低、钢轨稳定性变差、轨距块磨损严重使用寿命降低等问题；轨下垫刚度过高，将使轨下垫的约束阻尼降低，钢轨振动衰减慢，减振效果变差，另外，过高刚度的轨下垫易诱发弹条发生共振，降低弹条寿命，对于减振扣件来说，轨下垫的静刚度设计值为40kN/mm；
[0025]所述的中减振垫和板下减振垫的静刚度设计值为40kN/mm的条件下，要实现较低的扣件组装刚度，就要求中间弹性层有着较低的静刚度；在减振扣件组装刚度一致情况下，将中间弹性层设计为两层弹性减振垫的复合结构，减振垫的疲劳寿命有明显优势，根据扣件组装刚度要求，中间弹性层的刚度可设计为7～12kN/mm。
[0026]优选的，所述的步骤三、变形分析
[0027]通过仿真计算并结合实际测试得出钢轨在受到垂向和横向载荷时钢轨两侧轨脚的垂向位移钢轨内侧d1和钢轨外侧d2以及上铁垫板两侧的垂向位移钢轨内侧d3和钢轨外侧d4，结合垂向位移取值点的间距就能计算得出钢轨的偏转角α2以及上铁垫板的偏转角α1；其中钢轨的偏转角等于上铁垫板偏转角与轨下垫发生的非均匀变形角之和，那么轨下垫发生
的非均匀变形角度α＝α2‑
α1。
[0028]优选的，所述的步骤四、载荷分析
[0029]所述的轨下垫刚度均匀设计的轨下垫在受到钢轨非均匀载荷时，发生一定的非均匀变形；不考虑轨下垫纵向长度，钢轨受到的横向载荷全部传递于上铁垫板弹条座，轨下垫受到的垂向载荷通过上铁垫板全部传递至所述的中减振垫、隔振板、板下减振；
[0030]其中，所述的轨下垫整体刚度为K，有效弹性总长度(横向)为L，受到的垂向载荷为F；
[0031]计算得到所述的轨下垫自钢轨内侧向钢轨外侧受到的分布载荷为：
[0032][0033]同理，对于中减振垫、隔振板、板下减振，自钢轨内侧向钢轨外侧受到的分布载荷为：
[0034][0035]其中，中减振垫、隔振板、板下减振作为整体刚度为K1，有效弹性总长度(横向)为L1，受到的垂向载荷为F。
[0036]优选的，所述的步骤五、刚性非均匀设计
[0037]当减振扣件的减振垫刚度为均匀设计时，减振垫因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刚度非均匀减振扣件，其特征在于：包括轨下垫、上铁垫板、中减振垫、隔振板、板下减振垫、下铁垫板、固定装置；所述的轨下垫、上铁垫板、中减振垫、隔振板、板下减振垫、下铁垫板自上而下逐层设置；所述的轨下垫为长方体橡胶垫且所述的轨下的下方设置圆形凸点设置；所述的下铁垫板为与上铁垫板形状相同的板，所述的隔振板为对应下铁垫板上安装槽形状的板；所述的板下减振垫为形状与隔振板相同的橡胶垫且所述的板下减振垫安装于安装槽内。2.根据权利要求1所述的一种刚度非均匀减振扣件的设计方法，其特征在于：所述的轨下垫、上铁垫板、中减振垫、隔振板、板下减振垫和下铁垫板的设计步骤包括：步骤一、整体装置刚度确定根据钢轨动态下沉量以及减振性能要求确定出减振扣件静刚度的设计范围；步骤二、减振垫刚度匹配对所述的轨下垫进行静态刚度确定；对所述的中减振垫、隔振板、板下减振垫组合进行静态刚度确定；同时要求所述的轨下垫的静态刚度和所述的中减振垫、隔振板、板下减振垫组合的静态刚度进行组合满足所述的步骤一种确定的整体装置的静态刚度；步骤三、变形分析所述的轨下垫、上铁垫板、中减振垫、隔振板、板下减振垫和下铁垫板组成的扣件系统在工作时会受到车轮垂向和横向的载荷。通过测量和计算获得钢轨以及上铁垫板的偏转角；步骤四、载荷分析对所述的步骤三中获得的相关参数进行分析计算；步骤五、刚度非均匀设计当整体装置的减振垫刚度为均匀设计时，所述的轨下垫、中减振垫和板下减振垫因受到非均匀载荷而发生非均匀变形，从而导致上铁垫板以及钢轨发生偏转；要使钢轨及上铁垫板不因减振垫非均匀变形而发生偏转，需使所述的轨下垫、中减振垫和板下减振垫在受到非均匀载荷时仍能够均匀变形。3.根据权利2所述的一种刚度非均匀减振扣件的设计方法，其特征在于：所述的步骤一、整体装置刚度确定所述的轨下垫、上铁垫板、中减振垫、隔振板、板下减振垫、下铁垫板和绝缘耦合垫板的整体静刚度为6kN/mm时，钢轨的动态下沉量为3.71mm(60kg/m钢轨，车速120km/h)，满足钢轨动态下沉量≤4mm的要求；从而确定出减振扣件静刚度的下限值为6kN/mm；根据减振扣件对比一般弹性分开式扣件减振性能≥10dB要求，得出扣件静刚度的上限值为10kN/mm。4.根据权利2所述的一种刚度非均匀减振扣件的设计方法，其特征在于：所述的步骤二、减振垫刚度匹配所述的轨下垫对钢轨起到直接支撑作用，轨下垫的刚度设计需要考虑多方面问题。轨下垫刚度过低，钢轨旋转角度偏大、轨距块磨损加剧、轨下垫自身强度较低易损坏等问题，钢轨稳定性变差、轨距块磨损严重使用寿命降低等问题；轨下垫刚度过高，将使轨下垫的约束阻尼降低，钢轨振动衰减慢，减振效果变差，另外，过高刚度的轨下垫易诱发弹条发...

【专利技术属性】
技术研发人员：王方甫，王晨宇，李强，周石磊，
申请(专利权)人：河北中烁轨道科技有限公司，
类型：发明
国别省市：