一种应用于轨道结构中的耗能弹性装置 |
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| 申请号 | CN202410225755.5 | 申请日 | 2024-02-29 | 公开(公告)号 | CN117888406A | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 上海材料研究所有限公司; | 发明人 | 刘艳; 梁要; 袁贤浦; 李英乐; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种应用于轨道结构中的耗能弹性装置，包括 基板 和至少一组阻尼 合金 ；所述基板表面设置有至少一条上凹槽和至少一条下凹槽，凹槽作用在于既可通过改变凹槽数量调整弹性层 刚度 ，同时减少应 力 集中而影响行车安全性、舒适性及弹性层使用寿命；所述基板上设置至少一组通孔，通孔尺寸依赖于所配合使用的阻尼合金尺寸。与 现有技术 相比，本发明具有良好的耐疲劳性能，有效避免了弹性层局部受力过大，分散了承受 载荷 ，防止弹性层疲劳受载时的失效，提高行车安全和弹性层使用寿命；同时在保证现有弹性层隔振性能的 基础 上，提高了阻尼性能，达到更优异的减振降噪效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种应用于轨道结构中的耗能弹性装置，其特征在于，包括基板和至少一组阻尼合金；所述基板表面设置有多条凹槽； |
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| 说明书全文 | 一种应用于轨道结构中的耗能弹性装置技术领域[0001] 本发明涉及轨道交通领域，尤其是涉及一种应用于轨道结构中的耗能弹性装置。 背景技术[0002] 近年来我国轨道交通持续飞速发展，使社会效益和经济效益得到显著提升，同时也伴随产生了一系列负面影响，其诱发的轮轨系统机械病害日益加剧；车体振动及车内噪声问题日益突出；引发的沿线环境振动噪声问题引起了居民大量投诉。此类问题相互加剧，一定程度威胁着运营安全，同时加重了维修养护负担。为解决该问题，一般采用在振动能量的传递路径中对振动能量进行隔离或耗散，以达到减振降噪的目的。 [0003] 目前，市场上已经应用了一系列减振降噪弹性层产品，如DT III‑2橡胶垫板、Lord扣件轨下垫板、轨下调高垫板、弹性轨枕及橡胶弹簧隔振器，这些产品多使用橡胶、聚氨酯、聚乙烯等高分子材料，虽然在轨道交通减振降噪方面起到了积极效果，但此类产品不能很好的满足耐高温(热重)和低温性能的需求，而且在长期高荷载的作用下，所使用的弹性层的承载性能将会逐渐降低。阻尼合金具有良好的阻尼性能，对比其他阻尼材料，如高分子阻尼材料和阻尼复合材料，兼具良好的力学性能(应力应变曲线图)，强度和刚度高、抗蠕变性，耐久性，加工性能均优异，既可作为结构件也可做附属承重承压件使用。 发明内容[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： [0006] 本发明提供一种应用于轨道结构中的耗能弹性装置，包括基板和至少一组阻尼合金；所述基板表面设置有多条凹槽；所述基板为高分子材料垫板；所述基板选自并联型基板、串联型基板或复合型基板中的一种。所述的阻尼合金选自复相型阻尼合金、位错型阻尼合金、孪晶型阻尼合金、铁磁性阻尼合金或Fe‑Mn基阻尼合金中的一种。 [0007] 进一步地，当基板为并联型基板时，所述阻尼合金为蝶簧型阻尼合金、螺旋弹簧型阻尼合金、模具弹簧型阻尼合金、波形弹簧型阻尼合金、宝塔弹簧型阻尼合金、环形弹簧型阻尼合金、膜片弹簧型阻尼合金或柱体阻尼合金中的一种。 [0008] 更进一步地，所述的并联型基板表面设置一组或多组通孔，所述通孔的孔径根据阻尼合金的尺寸进行灵活确定；所述通孔的尺寸大于阻尼合金的尺寸；所述的通孔内设置至少一组阻尼合金，且单个阻尼合金的厚度不小于2mm。 [0009] 更进一步地，所述的并联型基板表面设置有位于上表面的上凹槽和位于下表面的下凹槽；所述上凹槽设置有至少一条；所述下凹槽设置有至少一条。 [0010] 进一步地，所述串联型基板由上层基板和下层基板组成，且上层基板和下层基板之间形成错位凹槽；所述上层基板的凸出处，对应下层基板的凹陷处，上层基板的凹陷处，对应下层基板的凸出处。 [0011] 更进一步地，所述上层基板和下层基板之间设置有阻尼合金；所述的阻尼合金为板状结构。当弹性层受压时，该压力先通过上层基板传递至阻尼合金板，通过上层基板和下层基板的凹槽和凸起位置的差异，使阻尼合金板发生一定的弯曲或剪切或压缩变形，从而达到减振降噪耗能的效果。 [0012] 进一步地，所述的复合型基板上下侧表面均设置有凹槽，所述凹槽内设置有凹槽型阻尼合金。 [0013] 更进一步地，所述的凹槽为多个平行排列的矩形凹槽。 [0014] 更进一步地，所述的凹槽型阻尼合金嵌入或叠放至基板内。 [0015] 更进一步地，所述阻尼合金减振件根据凹槽参数，进行匹配设计，以使阻尼合金减振件嵌入或叠放至基板内或基板之间，当基板受压变形时，会挤压阻尼合金产生相应的变形，消耗振动能量，起到减振降噪的效果；同时，增加阻尼合金后的弹性层的动刚度和静刚度，相比现有垫板的动刚度和静刚度不变。 [0016] 与现有技术相比，本发明具有以下优势： [0017] (1)耗能效果显著：现有高分子材料垫板为保证其良好的隔振性能，牺牲了其耗能特性，本发明采用阻尼合金内嵌或贴附等方法，在保证原有隔振性能的基础上，提升其耗能特性。 [0018] (2)结构简单：与现有垫板或减振降噪措施相比，本发明在原有设计的基础上，增加阻尼合金材料，或对现有设计进行微调后，增加阻尼合金，即可达到较好的耗能特性，结构形式简单，具有较大的市场应用前景。 [0020] 图1为本发明实施例1并联型耗能弹性装置的结构示意图； [0021] 图2为本发明实施例2串联型耗能弹性装置的结构示意图； [0022] 图3为本发明实施例3复合型耗能弹性装置的结构示意图； [0024] 图5为本发明实施例1多应变幅值DMA扫频试验结果((a)为存储模量测试结果图；(b)损耗模量测试结果图；(c)损耗因子测试结果图)。 [0025] 图中标号：1、并联型基板；2、上凹槽；3、通孔；4、下凹槽；5、蝶簧型阻尼合金；6、串联型基板；7、错位凹槽；8、阻尼合金板；9、复合型基板；10、凹槽型阻尼合金。 具体实施方式[0026] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。 [0027] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0028] 在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0029] 在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0030] 实施例1 [0031] 本实施例提供一种应用于轨道结构中的耗能弹性装置，如图1所示，该装置包括并联型基板1、上凹槽2、通孔3、下凹槽4以及蝶簧型阻尼合金5。该装置以现有耗能弹性层为基础，在并联型基板1表面选取一个或多个位置，设置上下贯通的通孔3，在每个通孔3内设置一组蝶簧型阻尼合金5，蝶簧型阻尼合金5由2片蝶簧构成，将蝶簧型阻尼合金5嵌入至通孔3内。当并联型基板1承受上部压力而产生垂向压缩变形后，蝶簧型阻尼合金5和并联型基板1同时受到压缩产生压缩变形，蝶簧型阻尼合金5依靠其受压变形耗散掉部分振动能量，从而达到耗能的目的。 [0032] 按照GB/T 228.1‑2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，采用Zwick/Roell万能电子试验机进行室温拉伸试验，获得该合金的工程应力‑应变曲线，如图4所示。结果表明，该合金在两种轧制(热轧和冷轧)工艺条件下，再经固溶+时效处理后两组试样表现出类似的宏观力学行为。相比于热轧(HR)态试样，冷轧(CR)态试样采用同样的固溶+时效处理后，强度及延伸率同步提高，主要源自其更加细小的晶粒尺寸，同时可能与晶体取向、马氏体含量及其位错组态有关。 [0033] 为获取在不同应变幅值下，蝶簧型阻尼合金5存储模量及损耗模量的频率及幅值相关性，进行多个应变幅值的DMA扫频试验。应变幅值范围为0.006％～0.07％(位移振幅为5～60μm，步长5μm)，共计12个应变幅值点。对于每一个应变幅值进行DMA扫频试验，频扫范围为0.01～100Hz，间隔重复试验三次，结果取平均。测试结果如图5所示，在频率相同的情况下，损耗因子随应变的增加，呈现较明显的幅值相关性：应变小于0.02％时，损耗因子均小于0.07，损耗因子随应变的增大，呈现较明显的增幅。当应变大于0.02％时，损耗因子均大于0.07，随应变的增大，损耗因子的增幅略有下降，当应变达到最大0.06％时，损耗因子接近0.1。而随频率的变化，损耗因子变化较不明显。存储模量呈现较明显的应变幅值相关性，在不同频率处，存储模量均随应变幅值的增大，呈逐渐减小且减幅逐渐变缓的趋势。在任意应变幅值处，存储模量随频率的增大，变化较小，在应变幅值约为0.01％时，其存储模量最大，约为94000MPa，应变幅值接近0.07％时，存储模量约为73000MPa。损耗模量亦呈现较明显的应变幅值相关性，在任意频率处，损耗模量随应变幅值的增大，均呈逐渐增加且增幅逐渐平缓的趋势。在相同频率处，损耗模量随应变幅值的增大，增幅明显，在应变幅约为 0.01％，频率为100Hz时，约为4000MPa，在应变幅值约为0.07％，频率为100Hz时，约为 7000MPa，增大约75％。 [0034] 实施例2 [0035] 本实施例提供一种应用于轨道结构中的耗能弹性装置，如图2所示，该装置包括两层基板(上层基板和下层基板)共同组成的串联型基板6，以及位于两层基板之间的阻尼合金板8。基板6与阻尼合金板8之间形成错位凹槽7(上下层基板形成的凹槽是错位分布的)。当串联型基板6受压变形时，会挤压阻尼合金板8，继而使阻尼合金板8发生弯曲或剪切变形或复合变形，继而对不利振动能量进行耗散，达到减振降噪的目的。 [0036] 实施例3 [0037] 本实施例提供一种应用于轨道结构中的耗能弹性装置，如图3所示，该装置包括一个复合型基板9，该复合型基板上下侧表面均设置有多个平行排列的矩形凹槽，矩形凹槽内嵌入或叠放有凹槽型阻尼合金10。当复合型基板9受压变形时，复合型基板9会向凹槽处挤压，继而挤压凹槽型阻尼合金10并使其发生弯曲或剪切或复合变形等。因凹槽的宽度、深度等形状参数可根据设计需要进行任意调节，所以增加凹槽型阻尼合金10后，基板的受压方向的动刚度和静刚度变化较小或无变化，同时增强耗能特性。相比现有高分子材料垫板，本发明设计的耗能耗弹性层可更好的耗散不利振动能量，以达到减振降噪的目的。 [0038] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。 |
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