一种高耗能减振钢轨的施工安装方法及应用该方法的钢轨

技术领域

本发明涉及一种粒子阻尼器，特别是一种高耗能减振钢轨的施工安装方法及应用该方法的钢轨。

背景技术

目前市面上对轨道减振有多种措施，在钢轨轨腰侧安装减振器(或动力吸振器)是常见的一种。常规的动力吸振器(也称调频式吸振器)是由多个铁块进行硫化而成，其通过夹具安装在钢轨轨腰两侧；而带离散颗粒型动力吸振器，为了提升调频式吸振器的效果，改善传统吸振器的减振频带较窄，对低频效果不够理想的情况(低频由于波长长，其穿透性强，不易衰减)，现在很多新技术将原先吸振器中的铁块替换了一个小容器，内部装填颗粒，通过颗粒的碰撞、摩擦来增加吸振器的吸能，其原理同传统的动力吸振器，就是他把铁块换成了容器+颗粒，以此来增加耗能，提升整体吸振效果。但其内部颗粒有限，且内部多数没带分腔，其整体耗能效果有限。

现有技术当中将阻尼颗粒应用于钢轨的减振中，但是其仅将其应用至钢轨的某个点上，相对于整段钢轨来说，在施工过程中对减振模块的位置安装至关重要，若无序的分设在轨道上，则容易导致减振降噪区重合，部分区域减振效果明显，部分区域减振效果较弱，列车行驶时在轨道上产生的振动会对沿途的部分区域造成不良影响。

发明内容

本发明提供了一种高耗能减振钢轨的施工安装方法，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：

一种高耗能减振钢轨的施工安装方法，包括：

S1；在路基上布设均匀的轨枕，并在轨枕上架设钢轨；

S2；将粒子阻尼填充入容器内形成减振模块，将所述减振模块通过夹具固定在钢轨轨腰的一侧或两侧；

S3；定义两段轨枕之间的中点为模态点，在每个模态点或等距间隔的模态点上均设置贴合在钢轨轨腰与轨底上斜面的减振模块。

作为进一步改进的，所述将粒子阻尼填充入容器内形成减振模块，将所述减振模块通过夹具固定在钢轨轨腰的一侧或两侧，包括：将粒子阻尼填充至容器内的不同分腔内，粒子阻尼的填充率为容器容积的60％-99％。

作为进一步改进的，所述将粒子阻尼填充入容器内形成减振模块，将所述减振模块通过夹具固定在钢轨轨腰的一侧或两侧，还包括：所述减振模块通过夹具固定在钢轨轨腰的内侧，或者，所述减振模块通过夹具固定在钢轨轨腰的外侧，或者，所述减振模块通过夹具固定在钢轨轨腰的两侧。

作为进一步改进的，所述定义两段轨枕之间的中点为模态点，在每个模态点或等距间隔的模态点上均设置贴合在钢轨轨腰与轨底上斜面的减振模块，包括：在每个模态点上设置贴合在钢轨轨腰与轨底上斜面的减振模块。

作为进一步改进的，所述定义两段轨枕之间的中点为模态点，在每个模态点或等距间隔的模态点上均设置贴合在钢轨轨腰与轨底上斜面的减振模块，还包括：在等距间隔的模态点上设置贴合在钢轨轨腰与轨底上斜面的减振模块。

作为进一步改进的，所述在路基上布设均匀的轨枕，并在轨枕上架设钢轨，包括：钢轨分为直线段与曲线段，在直线段的模态点上设置减振模块，在曲线段的模态点以及直线段的模态点均设置减振模块。

本发明还提供一种高耗能减振钢轨，包括：铺设在轨枕上的轨道，定义两段轨枕之间的中点为模态点；质心设置在所述模态点上的减振模块，所述减振模块包括一密闭的容器，以及设置在所述容器内部的粒子阻尼，所述容器通过夹具固定贴合在轨道的轨腰与轨底的上斜面。

作为进一步改进的，定义所述容器与钢轨延伸方向一边为长，与轨底上斜面平行一边为高，远离轨腰且与轨底侧边平行一边为宽，所述容器的长度小于两段轨枕之间间距的40-70％，所述容器的宽不超过所述钢轨的轨顶下部，所述容器的高不超过所述轨底的侧边。

作为进一步改进的，所述容器为铁基合金外壳。

作为进一步改进的，所述粒子阻尼为铜基合金，钛基合金，铁基合金，铝基合金，钨基合金，镍基合金，锌基合金，铅基合金，钠基合金；氧化铝陶瓷，氧化镁陶瓷，氮化硅陶瓷，氮化铝陶瓷，玻璃陶瓷中的一种或几种。

本发明的有益效果是：

本发明将带有粒子阻尼的减振模块等距均匀的安设到轨道上的各个模态点上，列车通过轨道时产生的振动和噪声受到较好的抑制，由于减振模块的施工位置均匀，均都是在模态区上，质心更是在模态点上，故各个区域受到的抑制减振效果相同，使列车沿线经过的居民区域的钢轨均能得到减振降噪处理，不会出现噪声忽大忽小的现象，减振效果稳定均匀，同时，同列上等距、同点、均匀分布的减振模块也会形成完整的降噪带，将列车通过钢轨的噪声压制在降噪带的范围内，相比于分散式施工的减振模块，其减振效果更为突出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明提供的一种高耗能减振钢轨的施工安装方法的结构示意图。

图2是本发明提供的一种钢轨的结构示意图。

图3是本发明提供的一种高耗能减振钢轨的轴侧示意图。

图4是本发明提供的一种钢轨上模态点的示意图。

图5是本发明提供的一种减振模块贴合在钢轨上的不同贴合位置的垂向减振效果图。

图6是本发明提供的一种减振模块贴合在钢轨上的不同贴合位置的横向减振效果图。

图7是本发明提供的减振模块安装在模态点且安装在钢轨轨腰两侧的示意图。

图8是本发明提供的减振模块安装在模态点且安装在钢轨轨腰外侧的示意图。

图9是本发明提供的减振模块安装在模态点且安装在钢轨轨腰内侧的示意图。

图10是本发明提供的减振模块间隔一个模态点且安装在钢轨轨腰两侧的示意图。

图11是本发明提供的减振模块间隔两个模态点且安装在钢轨轨腰两侧的示意图。

图12是本发明提供的一种减振模块排布在钢轨不同位置的垂向减振效果图。

图13是本发明提供的一种减振模块排布在钢轨不同位置的横向减振效果图。

图14是本发明提供的钢轨直线段的垂向夹紧力与减振效果图。

图15是本发明提供的钢轨曲线段的横向夹紧力与减振效果图。

图16是本发明提供的减振模块中不同材质的容器的垂向阻尼效果对比曲线图。

图17是本发明提供的减振模块中不同材质的容器的横向阻尼效果对比曲线图。

图18是本发明提供的减振模块中粒子阻尼的不同材质组成颗粒的垂向减振效果对比曲线图。

图19是本发明提供的提供的减振模块中粒子阻尼的不同材质组成颗粒的横向减振效果对比曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式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方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参照图1-19所示，一种高耗能减振钢轨的施工方法，包括：

S1；在路基上布设均匀的轨枕，并在轨枕上架设钢轨1；

S2；将粒子阻尼填充入容器内，形成减振模块2，将所述减振模块2通过夹具固定在钢轨1轨腰12的一侧或两侧；

S3；定义两段轨枕之间的中点为模态点14，在每个模态点14或等距间隔的模态点14上均设置贴合在钢轨1轨腰12与轨底13上斜面的减振模块2。

装有粒子阻尼的容器与钢轨1的结合位置对减振效果存在决定性的影响，现有的多将装有粒子阻尼的容器固定在轨腰12的侧边或者轨底13，若将容器仅装设在轨腰12的侧面时，则由于其没有和轨腰12下斜面贴合，且宽度较小，导致整体贴合面较少，其减振效果有所受限，尤其对于钢轨1的垂向位置没有将装颗粒的容器与钢轨1直接贴合，其所有的振动能量只能通过轨腰12侧传递到容器，振动能量传递较低，其耗能效率就低，而若将容器装在轨底13，由于空间受限，其安装和检修都较为的困难，无论是从安装的难度以及成本来说都不适用于钢轨1的减振，故将带有粒子阻尼的容器固定在轨腰12与轨底13上斜面上，才能在钢轨1的垂直和水平方向上均起到较好的减振效果。

在针对阻尼器的减振效果计算时，可参考标准《BS EN

15461-2008+A1-2010》，标准中有提出一种静态测试钢轨1衰减率DR的方法，通过敲击钢轨1得到静态传递函数FRF，由此导出1/3倍频程，计算钢轨1的衰减率。(钢轨1振动衰减率DR是量化轨道系统的动态阻尼特性及纵向振动传递能力的重要指标。该指标在1/3倍频程上分频带描述了轨道系统沿钢轨1纵向对振动的衰减能力，如果在某一频段钢轨1振动衰减率高,表明轨道系统的阻尼大，对该频段的振动衰减能力强)。

参考图5-6所示，其分别为减振模块2与钢轨1不同贴合位置的垂向减振效果图与横向减振效果图，从图5-6中可以看出，当阻尼器的贴合位置为轨腰12面和轨底13上斜面时，其衰减率在中高频越大，其减振效果较优。

参照图7-11，在施工初始阶段，首先确定模态点14，确定模态点14后，可在每个模态点14上均固定减振模块2，但是难以界定的是，减振模块2在钢轨1上的具体分布情况，如何分布才能使减振的效果达到最佳，在其中的一个实施例中，在每个相邻轨枕的钢轨1两侧均等距均匀的固定减振模块2，而其他的实施例中，可在每个相邻轨枕的钢轨1外侧均等距均匀的固定减振模块2，或者在每个相邻轨枕的钢轨1内侧均等距均匀的固定减振模块2，在另外的实施例中，可每间隔一个模态点14的钢轨1双侧均固定减振模块2，或者，也可每间隔两个模态点14的钢轨1双侧均固定减振模块2，减振模块2之间间距的模态点14不可过多，最好不多于两个，否则容易出现单位长度钢轨1中无减振模块的设置进而导致局部噪声和振动过大的情况。

综合上述的施工方式，再通过图12-13中可以得出：不同的安装方式造成的垂向以及横向上的减振效果的对比，优选的是，在每个轨枕之间的模态点14上的对应的钢轨1两侧安装减振模块2的技术方案最佳，垂向以及横向上的振动衰减率最大。

在本发明的另一实施例中，将轨道的直线部分与曲线部分区别开来：

参照图14，在钢轨1的直线部分上，列车直线行驶，列车的车轮和钢轨1摩擦、碰撞主要集中在垂直地面的方向，故当列车在直线的钢轨1上行驶时，处于直线段部分的减振模块2需要在垂向方向上施加100-2000的夹紧力，优选的，在1200～2000N时，在中高频减振效果最好；但是从效果图看，与夹紧力值区间400～1200N的效果相差不多，因此夹具夹紧力设计在400～1200N时，就可以使减振模块2起到良好的效果；

参照图15，而在钢轨1的曲线部分上，即列车通过弯道时，其车轮下沿部分侧边会与钢轨1轨顶11内侧摩擦、碰撞，发出尖锐的叫声，其振动和噪声均很大，此时主要集中在横向的方向，故当列车在曲线的钢轨1上行驶时，处于曲线段部分的减振模块2需要在横向方向上施加100-2000N的夹紧力，优选的，在1200～2000N时，在中高频减振效果最好；但是从效果图看，与夹紧力值区间400～1200N的效果相差不多，因此夹具夹紧力设计在400～1200N时，就可以使减振模块2起到良好的效果。

而在上述的情况中，无论是在垂向上还是横向上增加夹紧力的方式，可通过加大夹具的绷紧度，或者增加夹具的数量实现。

当列车在曲线行驶过程中，例如往左偏移的钢轨1路段，其列车的车轮会将重量压在钢轨1的左侧上，即此时钢轨1固定左侧受到的摩擦与碰撞会较大，故为了着重解决这一问题，在钢轨1轨腰12的左侧采用密集分布减振模块2的方式，此时减振模块2不仅限于分布在轨枕之间的模态点14上(上述已经阐述的分布在模态点14上的减振模块2仍存在)，在轨枕上方对应钢轨1轨腰12的位置处也设置减振模块2，提高减振模块2的分布密度，但是需要强调的是，减振模块2之间需要留存一定的空间，一方面是降低安装和维修的难度，在需要更换或者维护的时候更方便施工，而若是在向右偏移的路段，则将减振模块2安装在与上述相反的位置上即可。

在采用了曲线与直线配合的情况下，则从钢轨1的起始位置开始至钢轨1末端，无论是直线路段还是曲线路段，均都设置了减振模块2：在直线路段上，在轨道两侧以及轨底13上斜面上，通过夹具将减振模块2固定在轨枕之间的模态点14上，由此，在直线段上形成了布设均匀的“降噪带”；

而在曲线路段上，在曲线偏向的一侧，在轨道两侧以及轨底13上斜面上，通过夹具将减振模块2固定在轨枕之间的模态点14以及轨枕顶部对应钢轨1的位置上，由此，在曲线路段上即便出现了单侧边噪声、振动增强的情况下，通过单侧点对点的加强设置，使曲线段上的“降噪带”也不会受到破坏，而将直线段的“降噪带”与曲线段的“降噪带”合起来之后，整个轨道相对于其途经的区域就形成一个完整的“降噪带”，并且需要强调的是，不同于动力吸振，本实施例中涉及的降噪带是将振动吸收后抵消冲突，而不是其先吸能后释能的过程。

参照图1-4，本发明还提供了一种高耗能减振钢轨1，包括：铺设在轨枕上的轨道，定义两段轨枕之间的中点为模态点14；质心设置在所述模态点14上的减振模块2，所述减振模块包括一密闭的容器，以及设置在所述容器内部的粒子阻尼，所述容器通过夹具固定贴合在轨道的轨腰12与轨底13的上斜面。

在上述的施工方法中可得，若装有粒子阻尼的容器与钢轨1的贴合面越大的话，则减振效果越好，但是若一味的延伸容器的体积或面积占比来提高贴合面，则反而会起到副作用，故在本实施例中定义所述容器与钢轨1延伸方向一边为长，与轨底13上斜面平行一边为高，远离轨腰12且与轨腰12平行一边为宽，所述容器的长度小于两段轨枕之间间距的40-70％，所述容器的宽不超过所述钢轨1的轨顶下部，所述容器的高不超过所述轨底13的侧边，在容器的面积比例设置中，其与钢轨1的贴合面至关重要，列车在行驶时，对两段轨枕之间的模态点14对应的钢轨1处的振动最大，此处的噪声也是最大的，故为了提高阻尼器的使用效果，将容器设置在此模态点14，将容器的质心尽可能的往模态点14的位置靠近，进而提高减振的效果，若贴合的长度、高度、宽度较短的情况下，则接触面积较少，可传递的面积也相应的减少，不利于减振，但是若一味的加长长度，在两段轨枕之间均设置整段的容器，则容器的质心难以靠近模态点14，减振效果也会受影响，故将容器的长度限制在40-70％之间，容器的高不超过所述轨底13的侧边，使整个容器的比例达到一个平衡，让容器尽可能贴合钢轨1的同时，其质心位置尽可能的靠近模态点14。

并且，需要特别强调的是，所述容器为铁基合金外壳，相比于铝合金外壳，锌合金外壳，铁基合金外壳可以采用冲压的方式形成，在无需分腔的情况下，整个容器的内部光滑，阻尼粒子之间的活动更加无碍，且冲压的方式相比于铸造，整体的刚性更强，更适合应用于户外轨道等较为恶劣环境中，而再相比于尼龙外壳，采用金属外壳其减振效果更优，且强度更高，更稳定和耐冲击，对轨道安全性更有保障，故采用铁基合金外壳的情况是最合理的，在其他实施例中，也可采用其他合金的钣金冲压焊接外壳，但是需考虑成本问题，具体的，铁基合金外壳与铝合金外壳，锌合金外壳以及尼龙外壳的阻尼效果差异参照图16-17，从图16-17可以看出，铁基合金外壳无论是垂向还是横向的振动衰减率整体而言更优。

对于粒子阻尼的利用来说，本实施例中采用的粒子阻尼为铁基合金或为铁基合金与陶瓷基混合，优选的，粒子阻尼的材料为铜基合金，钛基合金，铁基合金，铝基合金，钨基合金，镍基合金，锌基合金，铅基合金，钠基合金；氧化铝陶瓷，氧化镁陶瓷，氮化硅陶瓷，氮化铝陶瓷，玻璃陶瓷中的一种或几种，在相同容器的情况下，装填相同质量的颗粒来对比不同颗粒的减振效果，参照图18-19中可以看出，铁基合金或铁基合金与陶瓷基混合形成的减振模块2在垂向与横向的减振效果更优。

而粒子阻尼的粒径，优选的为2-5mm，其填充率为60％-99％之间，优选的，填充率为90％～99％，高填充率可以减小粒子阻尼本身的噪声，若填充量较少，则粒子阻尼本身在容器内撞击容易发出噪声，同时，也可将粒子阻尼装袋设置，或者直接散装设置也可。

在减振容器内部，可以设置多重的分腔，将粒子阻尼分腔管理，在不同的腔体内，可防止不同粒径的粒子阻尼，以提高整个减振模块2的适应能力，反之，也可不采取分腔，直接利用一种粒径的粒子阻尼或者多种粒径的粒子阻尼直接混合使用，不同粒径的粒子混合撞击产生的碰撞更加的强烈，减振效果更强。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。