Ⅲ型軌道減振器扣件的設(shè)計(jì)與研究

1、北京交通大學(xué) 碩士學(xué)位論文 iii型軌道減振器扣件的設(shè)計(jì)與研究 姓名：吳建忠 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士 專業(yè)：建筑與土木工程 指導(dǎo)教師：高亮20090601北紋社轉(zhuǎn)膽文abstractfor the impact between wheel and rail in rail transit system, vibration and noise are caused. shock wave can propagate within track, tunnel, soil layer and ground buildings. the corresponding vibration is produc

2、ed, which can lead to adverse effect on surrounding environment. in order to decrease the vibration and noise in urban rail transit, more and more attention is paid to the development of equipment for vibration and noise reduction.at present, several kinds of track vibration attenuation equipment ar

3、e used in urban rail transit. track vibration damper is simple and practical. it is mainly applied in vibration attenuation of track system. the effect of vibration and noise reduction is remarkable, and it has many other advantages such as low cost, simple construction, convenient maintenance and r

4、eplacement. however, this product in our country is not perfect for its low durability and high dynamic to static ration.in this paper, based on the research status of domestic track vibration damper, study is carried out on rubber materials compounding, manufacturing technology and other properties

5、, thus the rubber material and technical property indexes can be determined. structure design, prediction analysis, finite element analysis and verification analysis are carried out on track vibration damper. research is done on the relationship between the rubber property and damper performance. th

6、e rubber property contains the thickness, inclination, modulus and damping. the damper performance contains the dynamic and static stifihess and dynamic to static ratio. the relationship is primarily obtained so the basis can be provided for structural optimization design of track vibration damper a

7、nd parameter selection. in design of track vibration damper, bi-stiffiiess is used, thus the optimum dynamic damping stiffness can be satisfied. moreover, the supporting stiffiiess of track geometry variation within safe range can be guaranteed, and that is reasonable safe stiffiiess，.the damper sam

8、ple is trial produced successfully. the requirement of technical indexes can be met. the high damping property and cooperative technique are two key technologies of breakthrough. dynamic and static stiffness ration is less than 1.25. after three million times fatigue tests, the variation of static a

9、nd dynamic stifihess is less than 10%. through the drop-weight test and comparison with the existing type-i track vibration damper, the vibration is decreased by4-6db. the stereotype and technology maturity of product are realized. mass production is finished and the track vibration damper has been

10、applied in beijing metro line 5.keywords： urban rail transit； track vibration damper； rubber material； finite element analysis； trial productionclassno： u213.2獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或 撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京交通大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書 而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已

11、在論文中作 了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：級(jí)么簽字曰期：如i. 1學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解北京交通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特 授權(quán)北京交通大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索， 并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國 家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。(保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）簽字曰期：年z月曰簽字日期：1年6月，b致謝本文是在高亮教授的指導(dǎo)下，結(jié)合本人的實(shí)際工作完成的，在論文的撰寫過 程中，高亮教授在論文的選題、內(nèi)容組成等方面給予了大力幫助，在此表示深深 的感謝。隨著我國改革開

12、放的深入，城市經(jīng)濟(jì)和建設(shè)得到迅猛的發(fā)展，城市區(qū)域、規(guī) 模和人口迅速擴(kuò)大。城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也給城市交通帶來了很大的壓力，突出表現(xiàn) 在城市交通流量迅速增加，機(jī)動(dòng)車輛數(shù)量激增，道路的建設(shè)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于車輛和 人流的增加速度，交通的問題逐步成為制約城市進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。軌道交 通以其運(yùn)量大、速度快、安全可靠、對(duì)環(huán)境污染小、不占用地面道路等優(yōu)點(diǎn)，成 為緩解城市交通擁擠和減少污染的一種最有效手段的手段之一。因此，發(fā)展高速 軌道交通不僅能有效地改善交通環(huán)境，方便人民群眾出行，而且還有助于帶動(dòng)城 鄉(xiāng)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益但軌道交通系統(tǒng)在為城市居民提供便利的交通的同時(shí)，也會(huì)不可避免地給城 鄉(xiāng)環(huán)

13、境帶來諸如噪聲、振動(dòng)、電磁輻射的問題以及影響景觀。軌道交通系統(tǒng)在行 使過程中由于車輪與鋼軌的撞擊，產(chǎn)生振動(dòng)沖擊和噪聲。振動(dòng)沖擊波將在軌道、 隧道、土層和地面建筑物內(nèi)傳播，又進(jìn)一步激發(fā)產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng)，對(duì)周圍環(huán)境造 成不利的影響。一方面，過量的噪聲和振動(dòng)將嚴(yán)重影響乘客和軌道沿線人們正常 的生活；另一方面，噪聲和振動(dòng)還可能引起有關(guān)設(shè)備和結(jié)構(gòu)以及周邊建筑物的疲 勞損壞，縮短使用壽命。因此，控制軌道交通噪聲和振動(dòng)是改善乘客舒適性和環(huán) 境保護(hù)的重要課題。減小列車的振動(dòng)和噪聲水平，在軌道交通區(qū)段采取相應(yīng)的減 振降噪措施，已成為軌道交通系統(tǒng)建設(shè)中的一個(gè)關(guān)鍵。1城市軌道交通軌道減振降噪技術(shù)研究及應(yīng)用軌道交通的建

14、設(shè)不僅有力的促進(jìn)了城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)，也改善了城市居 民的交通條件，但是也會(huì)不可避免地給城鄉(xiāng)環(huán)境帶來諸如噪聲、振動(dòng)、電磁輻射 的問題以及影響景觀。我國已經(jīng)擁有或正在建設(shè)地下鐵道的城市越來越多，不少 城市還在建設(shè)高架輕軌交通系統(tǒng)，振動(dòng)和噪聲問題也已引起交通管理和設(shè)計(jì)部門 的重視，開展城市軌道交通減振降噪技術(shù)的研究非常有必要。1.1國內(nèi)外減振降噪技術(shù)概述針對(duì)軌道交通的振動(dòng)和噪聲控制問題，國內(nèi)外先后進(jìn)行過大量的研究。主要 圍繞振源與聲源控制、振動(dòng)與聲傳播控制以及材料和結(jié)構(gòu)控制等三大方面。從理 論上講，控制振源與聲源是最根本的方法。而針對(duì)已經(jīng)建成的軌道交通系統(tǒng)，控 制振動(dòng)與噪聲傳播以及新型減振降噪材

15、料的利用和聲學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就成了一種極為 重要的手段。根據(jù)已有的研究結(jié)果，表明軌道交通的振動(dòng)與噪聲源主要包括以下幾方面：(1) 振源：導(dǎo)致軌道交通產(chǎn)生振動(dòng)的因素主要有行駛中的列車與下部結(jié)構(gòu)的相 互作用，這種作用是通過車輪的滾動(dòng)把車輛豎直荷載連續(xù)施加給結(jié)構(gòu)；其二是車 輛本身的牽引系統(tǒng)，包括電動(dòng)機(jī)、變速機(jī)構(gòu)等內(nèi)部機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)引起的振動(dòng)；還 有由于軌面不平順或者車輪本身的表面缺陷造成的輪軌沖擊產(chǎn)生的軌道結(jié)構(gòu)振(2) 噪聲源：噪聲源有輪軌噪聲，包括滾動(dòng)噪聲、輪軌沖擊噪聲、輪軌摩擦噪 聲：結(jié)構(gòu)噪聲(由于輪軌表面相互作用產(chǎn)生的振動(dòng)通過軌道、橋梁和地基等傳遞導(dǎo) 致相應(yīng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)而輻射噪聲)；車輛動(dòng)力設(shè)備噪聲，包括

16、牽引電機(jī)、通風(fēng)機(jī)、壓縮 機(jī)受電弓等設(shè)備噪聲；車輛運(yùn)行時(shí)的空氣動(dòng)力噪聲。軌道交通噪聲通常具有寬帶 特性，頻率范圍在0.06.0khz之間，其中對(duì)環(huán)境影響大的頻率在0.11.0khz范 圍。目前，國內(nèi)外有關(guān)軌道交通減振降噪的研究主要集中在以下幾方面：1.1.1車輛的減振降噪采用彈性車輪、充氣橡膠車輪、阻尼車輪及彈性踏面車輪等技術(shù)，通常可減 振降噪210dba。如在巴黎地鐵中的車輛和日本跨坐式獨(dú)輪交通車輛均采用充氣 橡膠車輪。這種車輪比普通鋼輪，可降低噪聲lodba。用改變車輪結(jié)構(gòu)的方法來 改變?cè)肼暤陌l(fā)射性能，可降低輪軌噪聲。如德國，通過把制動(dòng)盤放在輪心上來減 少噪聲，試驗(yàn)結(jié)果證明對(duì)1000hz以上

17、的噪聲大約可降低5db。采用減振降噪動(dòng) 力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。如溫哥華、底特律、大阪等在80年代的軌道交通系統(tǒng)中，釆用的 車輛應(yīng)用了線性電機(jī)技術(shù)。由于采用線性電機(jī)，省去了齒輪箱等一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 減少了許多噪聲源，因而噪聲水平比一般車輛降低了大約lodba。此外，由于采 用徑向轉(zhuǎn)向架，車輛能順利地通過曲線，能減少輪軌磨耗和消除常規(guī)轉(zhuǎn)向架通過 曲線時(shí)的尖叫聲，因而噪聲比一般車輛降低近20dba。1.1.2軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)與噪聲控制軌道結(jié)構(gòu)主要由鋼軌、扣件及軌下基礎(chǔ)組成。根據(jù)振動(dòng)理論，輪軌之間的振 動(dòng)噪聲與軌道各部件的質(zhì)量、剛度以及結(jié)構(gòu)阻尼密切相關(guān)。軌道結(jié)構(gòu)的減振降噪 則主要是通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。與有砟軌

18、道相比，無砟軌道具有整體穩(wěn)定性 好、維修少等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是振動(dòng)噪聲較大，尤其是用于高架軌道時(shí)更為突出， 對(duì)此，應(yīng)采取有效的減振降噪措施。從軌道結(jié)構(gòu)方面來看，國內(nèi)外已嘗試的減振降噪措施主要有：釆用焊接長鋼軌將每節(jié)鋼軌在焊軌基地依次焊接成長鋼軌，再在線上將長鋼軌聯(lián)接，徹底 消除鋼軌軌縫，避免車輪在軌縫處的撞擊，依次達(dá)到減少振動(dòng)和噪音的目的。采用減振型鋼軌減振型鋼軌是近幾年研制的新產(chǎn)品，其關(guān)鍵技術(shù)是用阻尼性能良好的橡膠 將鋼軌軌額以下、軌腰包裹起來，以此達(dá)到吸收鋼軌振動(dòng)和噪音的目的，但 是鋼軌造價(jià)很高，橡膠的耐久性也存在問題。采用高彈性減振扣件采用高彈性減振扣件(如雙重鐵墊板式、剪切型、壓縮型和低

19、剛度型等等) 是所有軌道交通工程中最普遍的做法，特別使用于一般地段的軌道結(jié)構(gòu)，該 種扣件種類很多，各國都研制了不同的結(jié)構(gòu)，基本都是釆用橡膠的壓縮變形 來吸收振動(dòng)，一般來講這種類扣件可以降低振動(dòng)38db。采用減振型軌下基礎(chǔ)減振型軌下基礎(chǔ)是利用道床的彈性來減振，例如有砟軌道采用彈性軌枕和 道床彈性膠墊。彈性軌枕比較多的是合成樹脂軌枕，日本在新干線和直線電 機(jī)牽引軌道的道岔地段使用，我國廣州地鐵4號(hào)線上也有使用，但是價(jià)格昂貴，對(duì)我國以后大量建設(shè)軌道交通的投資控制是很不利的。道床彈性膠墊在 歐洲使用比較多，在碎石道床的基礎(chǔ)上，加設(shè)彈性軌枕道床和道砟墊道床， 增加道床彈性，可有效降低道砟振動(dòng)，與一般碎石

20、道床相比，其減振效果可 達(dá)515db，我國在某些有上部開發(fā)的車輛段碎石線路道床下鋪設(shè)了減振橡膠 墊，檢測(cè)效果一般為5db以上。我國在國鐵和北京八通線四惠車輛段有試鋪 使用，它是把與道床等寬的帶孔厚橡膠墊板鋪設(shè)于道砟下面，以此通過橡膠 墊板的壓縮變形吸收振動(dòng)，一般來講與不鋪相比可以減少5db的振動(dòng)。減振型無砟軌道則采用彈性支承塊、防振型軌道板等等。彈性支撐塊是目 前我國在地鐵中應(yīng)用最多的，歐洲上世紀(jì)60年代有使用。它是將預(yù)制的混凝 土短軌枕裝入橡膠靴套內(nèi)，在軌枕和靴套之間墊入一定厚度的橡膠墊板，靴 套起隔離作用，墊板起減振作用。由彈性支承塊、道床板和混凝土底座及配 套扣件構(gòu)成的彈性支承塊式軌道結(jié)

21、構(gòu)減振降噪的效果較為明顯，一般可以達(dá) 到12db,因此，對(duì)于振動(dòng)和噪聲敏感的地段，特別是高架結(jié)構(gòu)，采用彈性支 承塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)是比較理想的方案。這種結(jié)構(gòu)的不利之處是靴套內(nèi)容易 進(jìn)入沙塵和水，清理困難，橡膠部件一旦損壞不易更換。防振型軌道板一般是指橡膠浮置板和鋼彈簧浮置板。均是早先在歐洲使 用，最近引進(jìn)我國。基本原理是將整體道床與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分離，通過橡膠或螺旋 鋼彈簧等彈性元件支承整體道床,并分別構(gòu)成橡膠浮置板道床和鋼彈簧浮置板 道床。浮置板可以提供足夠的慣性質(zhì)量來抵消車輛產(chǎn)生的動(dòng)荷載，只有靜荷載 和少量殘余動(dòng)荷載會(huì)通過橡膠或螺旋鋼彈簧等彈性元件傳遞到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上。橡膠浮置板在廣州地鐵2號(hào)線中應(yīng)用

22、較多，其減振效果優(yōu)于軌道減振器及 彈性短軌枕，但由于以下問題的存在影響了它的進(jìn)一步推廣：（1)橡膠易老化， 檢修困難；（2)由于橫向剛度較低及阻尼較小，列車運(yùn)行至隔振地段時(shí)車內(nèi)振動(dòng) 噪聲明顯增大，鋼軌內(nèi)側(cè)磨損加??；（3)隔振效果l(k15db,但固有頻率為 1520hz,對(duì)于軟土地基及低頻振源地段隔振效果并不理想。鋼彈簧浮置板道床是德國gerb(隔爾固)公司研制的彈簧隔振器浮置板軌 道，它采用螺旋彈簧支承浮置板道床，在減振效能方面，彈簧隔振器浮置板軌道 比橡膠支承式浮置板軌道的效果還要好。截至目前鋼彈簧浮置板道床已具有 90多年的歷史，由于造價(jià)較高，它主要用于醫(yī)院、研究院、博物館、音樂廳等對(duì)

23、減振降噪有特殊要求的場(chǎng)合。除在德國、日本、韓國等國應(yīng)用外,國內(nèi)近年來 在北京、上海、廣州等城市的地鐵建設(shè)中也得到了推廣。它具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 隔振效果好,可減振2540db;(2)使用壽命達(dá)30年以上;(3)同時(shí)具有三維彈性， 水平方向位移小，無需附加限位裝置;(4)檢査或更換十分方便，不用拆卸鋼軌，不影響地鐵列車運(yùn)行；（5)基礎(chǔ)沉降造成的高度變化可通過增減調(diào)平鋼板厚度實(shí) 現(xiàn)。由于造價(jià)很高，這種軌道結(jié)構(gòu)適用于減振要求很高的地段，特別是鋼彈簧 浮置板結(jié)構(gòu)，單公里造價(jià)達(dá)1000多萬元。采用軌道減振器扣件軌道減振器扣件與一般扣件所不同之處是它主要利用橡膠的剪切變形來 達(dá)到吸收振動(dòng)，充分發(fā)揮橡膠剪切

24、彈性大大由于壓縮彈性的特點(diǎn)，我國近幾 年在各個(gè)城市軌道交通中都有使用。釆用鋼軌打磨技術(shù)鋼軌定期打磨是最原始的減振技術(shù)，通過定期打磨鋼軌表面和對(duì)車輪鏇輪 處理，消除表面的查傷和扁疤，提供良好的車輪走行軌面，也能獲得很好的 減振降噪結(jié)果。實(shí)驗(yàn)表明，鋼軌打磨后，在振動(dòng)頻率為8100hz范圍內(nèi)，振 動(dòng)噪聲下降48dba,站臺(tái)上的振動(dòng)噪聲下降515dba。這些措施均已被證明具有不同程度的減振降噪效果，適應(yīng)環(huán)保要求。 1.1.3高架線路和橋梁減振降噪隨著城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展，解決城市中心區(qū)與周邊區(qū)的交通連接逐步成 為城市交通建設(shè)的主要任務(wù)，特別是與衛(wèi)星城市的連接。為降低工程造價(jià)，軌道 交通在中間往往采用

25、高架橋的敷設(shè)方式。地鐵由地下走到地面和空中，隨之噪音 也比地下更嚴(yán)重，對(duì)周邊的影響也更大，因此必須采取措施加以解決。(1) 高架橋結(jié)構(gòu)的研究國外絕大多數(shù)軌道交通橋梁結(jié)構(gòu)形式采用箱形梁結(jié)構(gòu)，我國高架軌道也大都 采用箱形梁橋面。對(duì)于箱型梁結(jié)構(gòu)，由于箱形梁內(nèi)部空腔在軌道交通噪聲主要頻 段內(nèi)存在聲學(xué)模態(tài)，腔內(nèi)的聲場(chǎng)共振可能使橋梁的上下兩個(gè)面的輻射聲增加，而 且箱形梁橋的底面是大面積的平面，聲輻射效率比較高，在車輛通過時(shí)，有遠(yuǎn)及 近就可以聽到隆隆的箱體共鳴聲，這就是空腔的聲音放大問題。因此，有必要研 究箱形梁的減振降噪措施。目前箱形梁的降噪處理有以下幾類技術(shù)：橋下面裝吸 聲頂棚；箱形梁腔內(nèi)設(shè)計(jì)安裝隔板；

26、安裝橋梁吸振器，改變橋梁結(jié)構(gòu)形式等。(2) 吸聲橋面研究高架軌道交通線的橋面是聲反射面，降低橋面的聲反射可以大大降低列車通 過時(shí)的噪聲。近年發(fā)展起來的各種多孔混凝土都可以有效降低橋面的聲反射，即 在橋面鋪澆一定厚度的多孔混凝土，既不影響檢修者行走，又有一定的吸聲系數(shù)。 但是，多孔混凝土對(duì)1000hz以下的中低頻噪聲的吸聲效果不夠理想。前期研究 結(jié)果表明，高架軌道交通噪聲中以500hz為中心的中低頻噪聲占主要成分，所以 研制能吸收適合低頻噪聲的橋面輕質(zhì)吸聲鋪層十分重要。(3)吸聲結(jié)構(gòu)研究高架軌道交通噪聲的各個(gè)聲源中，橋梁振動(dòng)的輻射噪聲對(duì)周邊環(huán)境，尤其是 低樓層有較大影響。國內(nèi)外都有在高架橋反面安

27、裝吸聲天棚或懸掛空間吸聲體的 實(shí)例，取得了一定降噪的效果。高吸聲、安全、美觀、易清洗保養(yǎng)是設(shè)計(jì)這類吸 聲結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)。目前還沒有被大家普遍認(rèn)同的高架橋吸聲天棚形式。1.1.4聲屏障設(shè)置聲屏障是降低軌道交通運(yùn)行噪聲的一種有效措施。國外都在交通主干線上修 建聲屏障來治理噪聲。現(xiàn)有的吸聲型聲屏障均為板式結(jié)構(gòu)，所用的吸聲材料分別 有多孔材料(如泡沫玻璃等)、穿孔板加纖維類吸聲材料、微穿孔板等。但頻帶窄， 尤其是低頻段吸聲系數(shù)小，通常只有0.5左右，這是現(xiàn)有吸聲型聲屏障的共同缺 點(diǎn)。此外，現(xiàn)有吸聲型聲屏障還存在其他問題，例如，目前市內(nèi)交通聲屏障幾乎 都采用吸聲材料包覆護(hù)面穿孔板的形式，不但低頻區(qū)的吸聲效果

28、差，而且由于使 用中雨水、灰塵透過穿孔板侵入吸聲材料，導(dǎo)致聲屏障吸聲性能下降，甚至失效。 常見的微穿孔板和其他抗性吸聲結(jié)構(gòu)對(duì)低頻噪聲比較有效，但在中高頻段的吸聲 系數(shù)往往很低?？傊?，由于交通噪聲主要成分分布在100hz5khz,單純阻性吸 聲或抗性材料都難以在如此寬的頻率范圍內(nèi)達(dá)到滿意的吸聲效果。因此，國內(nèi)外 都研究阻抗復(fù)合型聲屏障作為拓寬吸聲頻帶、提高降噪效果的主要方向。降低成 本、厚度、尺寸和重量，提高使用壽命，是新型聲屏障研制者的追求。1.1.5減振器金屬-橡膠復(fù)合減振器是國內(nèi)外目前應(yīng)用最為廣泛的減振降噪裝置。橡膠是粘 彈性體,在很寬的范圍內(nèi)具有粘彈行為。在受到外力壓縮時(shí)，橡膠不僅會(huì)象鋼

29、彈簧 一樣通過彈性形變來吸收儲(chǔ)存沖擊能量，而且還可以通過分子鏈相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦產(chǎn) 生熱量而消耗能量。因此橡膠廣泛用來吸收振動(dòng)能量，例如鋼軌扣件中的橡膠墊 板就是利用橡膠的這種特性來吸收鋼軌的振動(dòng)。目前國內(nèi)外對(duì)金屬-橡膠復(fù)合減振 器的研究重點(diǎn)是彈性材料。從減振降噪的角度來看，最理想的目標(biāo)是將軌道車輛 上所有的傳動(dòng)和連接全部改成彈性裝置。橡膠部分既是減振器的主要工作部分， 也是影響使用壽命的關(guān)鍵因素。金屬-橡膠減振器的失效原因主要是橡膠部分的疲 勞破壞、永久變形和老化，在同樣使用條件下，金屬的壽命比橡膠要長得多。因 此橡膠這種彈性結(jié)構(gòu)材料的高性能，特別是強(qiáng)度、耐蠕變、耐疲勞和耐老化等綜 合性能的顯著改

30、善，將使減振器有質(zhì)的飛躍，大大提高高速列車的舒適性和安全 性。目前國內(nèi)外對(duì)軌道交通減振用彈性結(jié)構(gòu)材料的研究主要集中在提高機(jī)械強(qiáng)度 和使用壽命兩個(gè)方面。其中機(jī)械強(qiáng)度方面，國內(nèi)已基本達(dá)到國外先進(jìn)水平，但離 軌道車輛的理想要求（全部是彈性傳動(dòng)和彈性連接)還有一定的差距；在使用壽命 方面與發(fā)達(dá)國家相比還存在較大差距，大部分產(chǎn)品僅為國外先進(jìn)水平的三分之一 左右，抗疲勞、抗蠕變和抗老化能力都存在非常明顯的差距，已成為亟需解決的 重大技術(shù)課題。國外減振器上應(yīng)用的彈性材料的品種主要是天然橡膠和氯丁橡膠, 二者共占95%以上國內(nèi)由于氯丁橡膠的結(jié)晶性太高，質(zhì)量不過關(guān)，而進(jìn)口的微 結(jié)晶型氯丁橡膠價(jià)格又太高，因此天然

31、橡膠的用量占絕大多數(shù)，約在95%以上。 氯丁橡膠與天然橡膠相比，力學(xué)性能相當(dāng)，耐候性能優(yōu)良。但目前發(fā)達(dá)國家使用 天然橡膠制造的金屬-橡膠減振器使用壽命已經(jīng)達(dá)到10年以上(大部分為1516 年)，而我國的只有36年。因此如果天然橡膠的性能和使用壽命能提高，不僅 適合國情，而且經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益將非常顯著。1.1.6吸聲、隔聲材料近幾年來，國內(nèi)、外在吸聲材料、隔聲材料及其相關(guān)結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了大量 的理論和實(shí)驗(yàn)研究，、開發(fā)了許多新材料、新技術(shù)。但吸聲材料的研究資料較為 豐富，隔聲材料的研究資料則較少。(1) 傳統(tǒng)的隔聲材料有紙面石膏扳、隔聲充氣塑料薄膜，紙蜂窩芯復(fù)合板、阻 燃玻璃鋼隔聲罩等，主要基于

32、傳統(tǒng)的質(zhì)量定律，是高密度、大厚度的材料，在實(shí) 用中有很多不便，且隔聲效率低。(2) 鎂合金作為一種新型金屬材料，已廣泛應(yīng)用于汽車、計(jì)算機(jī)、通信及航空 航天等眾多領(lǐng)域，是一種有發(fā)展前途的輕質(zhì)合金材料。與目前的主流材料相比， 鎂合金具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。重量輕。鎂合金作為一種輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料，其密 度為鋁的2/3,鋼的1/4。吸震性能高。鎂合金有極好的滯彈吸振性能，可用于 吸振隔聲。模禱生產(chǎn)率高。再生性和高電磁干擾屏障?？蛊?、無毒、無 磁性和裂紋少等。(3) 聚酰亞胺材料已有40年的發(fā)展歷史。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，聚酰亞胺由 于其在性能和合成方面的突出優(yōu)點(diǎn)，越來越受到重視?，F(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)、 艦船

33、、火車、汽車等領(lǐng)域，有隔熱、隔聲、隔振等功能。(4) 褶皺芯材是90年代俄羅斯適應(yīng)飛行器發(fā)展而研制出的一種異型芯材。褶皺 芯材是一種縱橫向均呈“之”字形曲折的輕質(zhì)褶皺芯材。他能在較寬的頻率范圍內(nèi)保 持隔聲量隨頻率上升而提高。(5)車身吸聲涂料由于軌道交通噪聲以低頻成分為主，普通的吸聲涂料對(duì)降低 列車噪聲幾乎沒有什么作用國外采取適當(dāng)延長車身兩側(cè)旁板的裙邊，并在內(nèi)側(cè) 噴涂泡沫類或纖維類吸聲材料，取得了一定的降噪效果，但對(duì)低頻噪聲的效果尚 有待進(jìn)一步改進(jìn)?？梢哉f，為解決軌道交通振動(dòng)和噪聲的問題，國際上的科研機(jī)構(gòu)和設(shè)備供應(yīng) 商從多方面一直在不斷的努力，試圖將振動(dòng)和噪音的影響降到最低。1.7本文研究的主

34、要內(nèi)容針對(duì)城市軌道交通減振降噪技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，本文主要針對(duì)軌道減振 器技術(shù)，從橡膠材料的配方、制造工藝、性能等方面幵展研究。對(duì)m型軌道減振 器的橡膠材料和技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行研究；對(duì)軌道減振器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有限元分 析，運(yùn)用有限元分析技術(shù)對(duì)軌道減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證，研究橡膠層厚度、 傾角及材料模量、阻尼性能等與減振器的動(dòng)靜態(tài)剛度、動(dòng)靜比的關(guān)系，為軌道減 振器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和橡膠材料的參數(shù)選擇提供了依據(jù)；在軌道減振器的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)上采用新穎的“雙剛度設(shè)計(jì)，既保證了減振器滿足動(dòng)力學(xué)優(yōu)化的最佳“減振剛 度”，又能保證鋼軌幾何形位變化在安全范圍內(nèi)所必須的支承剛度，即具有合理的 “安全剛度”。2國

35、內(nèi)外軌道減振器發(fā)展?fàn)顩r及研究的必要性 2.1國外軌道減振器技術(shù)的發(fā)展國外從20世紀(jì)60年代開始軌道減振降噪產(chǎn)品的研制，最早研制的軌道減振 器的是德國，首先用于科隆地鐵。該地鐵工程把廣泛用于機(jī)械的減震器引入地鐵, 因?yàn)闇p霡器外形呈橢圓形，俗稱科隆_蛋形扣件。該產(chǎn)品典型的外部形狀就是利 用棟膠將位于軌下的橢圓形的承軌鐵墊板和連接軌枕的底座鐵墊板硫化在一起， 豫膠主要承受剪切作用，承軌板上安裝扣壓鋼軌的扣件，底座用嫘栓與軌枕相聯(lián) 接。取得了較好的減振效果,一般可以取得57db的減振效果，圖2.1為科隆蛋扣 件。軌道減振器簡單、實(shí)用，主要用于軌道系統(tǒng)的減振治理，結(jié)構(gòu)釆用金屬與像 膠的復(fù)合結(jié)構(gòu)，可充分利

36、用橡膠的剪切變形以耗散能量且動(dòng)彈性好，具有減振降 噪效果明顯、成本低、施工簡便、維修更換簡單的優(yōu)點(diǎn)=另一種減振器扣件是美國的洛德(lord)扣件，如圖2.2所示。洛德（lord)扣 件又稱鋼軌固定器，是美國洛德公司生產(chǎn)的減振降噪型扣件。該扣件將彈性材料 粘合在金厲墊板表面，顯著提高其抗疲勞強(qiáng)度，從而延長結(jié)構(gòu)使用壽命。采用獨(dú) 特的材料配方，使扣件具有更高的電絕緣性能和抗腐燭性能。養(yǎng)護(hù)維修方便，具 有優(yōu)異的軌距保持能力和軌面調(diào)整能力。采用中低剛度固定器，可最大限度降低 噪音和振動(dòng)。x-圖2.1科隆蛋扣件洛德（lord)鋼軌固定器已廣泛應(yīng)用于華盛頓、芝加哥、溫哥華、紐約、洛杉磯、吉隆坡、臺(tái)北等城市地

37、鐵項(xiàng)目，運(yùn)營實(shí)踐表明其減振降噪效果較普通扣件 增加14db左右，約8db左右，使用壽命可達(dá)20年以上。m 2.2洛德(lord)扣件本泄紀(jì)初，澳大利亞鐵路部門研究幵發(fā)了一種改良型軌道減振器(delicor), 采用新的橡膠配方，改善了橡膠的耐環(huán)境老化性能。另外改變上部承軌板和下部 托板的配合斜度，顯著的降低了動(dòng)靜剛度比，使得軌道減振器減振效果大大提高。 這種改良后的減振器扣件是b前國際上同類產(chǎn)品中性能最好的。圖2.3是正在疲勞 實(shí)驗(yàn)的澳大利亞減振器扣件。圖2.3澳大利亞delk0r扣件 該扣件動(dòng)靜剛度比一般小于1.2,減振效果可以達(dá)到12db,是目前國際上減振性能最好的減振器，但是價(jià)格吊貴。

38、2.2國內(nèi)軌道減振器技術(shù)的發(fā)展上世紀(jì)80年代，上海地鐵一號(hào)線和北京地鐵復(fù)八線相繼上馬建設(shè)，這些地鐵 線路穿行在繁華鬧市，所穿越ie段存在大量的振動(dòng)環(huán)境敏感點(diǎn)，部分醫(yī)段線路穿 越居民樓或賓館、學(xué)校、醫(yī)院等建筑物，對(duì)振動(dòng)要求很高。在這些線路的設(shè)計(jì)中， 建設(shè)主管部門明確要求必須千方百計(jì)降低軌道交通對(duì)周邊建筑物的振動(dòng)影響，避 免引發(fā)社會(huì)糾紛。為此，我國軌道交通設(shè)計(jì)萆位積極開展軌道減振技術(shù)的研究和 產(chǎn)品的開發(fā)。1988年北京城建設(shè)計(jì)研究院研制在對(duì)外考察學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上成功研究試制第一 代軌道減振器扣件i型軌道減振器扣件，見圖2.4。該扣件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是利用橡 膠將位于軌下的承軌鐵墊板和連接軌枕的底座鐵墊板硫化

39、在一起，承軌板和底座 均采用可鍛鑄鐵制造，聯(lián)接兩者的橡膠采用綠丁橡膠。橡膠設(shè)計(jì)成具有一定的斜 度，橡膠圈在輪軌垂直力作用下受壓和受剪.主要承受剪切作用。由于橡膠的剪 切彈性優(yōu)于其壓縮彈性，軌道減振器扣件具有很低的垂直靜剛度，一般在 14kn/mm18 kn/mm 左右。m 2.4 i型軌道減振器扣件i型軌道減振器扣件（適用于60kg/m鋼軌）是在參考德國“科隆蛋”扣件設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)上進(jìn)行的，外形基本與其一致，即底板呈長方形，承軌板與底座的連接呈橢 圓形。橡膠圈的材質(zhì)采用了國產(chǎn)的氯丁橡膠，材料配方由無錫圣豐橡膠廠研制。 該產(chǎn)品于1990年通過上海市科研技術(shù)鑒定，并鋪設(shè)于上海地鐵一號(hào)線上，以后又 陸續(xù)

40、在廣州地鐵、北京城市鐵路和八通線中采用。2001年北京城建院又根裾大連快速軌道交通3號(hào)線等工程的需求，研究開發(fā)ii型軌道減振器扣件在性能指標(biāo)上與丨型減振器一致，所不同指出是將承軌槽 尺寸縮小，以適應(yīng)50kg/m鋼軌。根據(jù)丨型軌道減振器扣件的研究報(bào)告，第一代軌道減振器的試驗(yàn)室檢測(cè)性能 良好，減振效果顯著，道床加速度傳遞函數(shù)值較dti型扣件減少1530db,較dtiii 型扣件（一種普通地鐵扣件）減少1020db。在上海地鐵一號(hào)線的鋪設(shè)使用中， 初期減振效果明顯，發(fā)揮了良好的減振作用?，F(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品減振效果基本保持在7db左右的水平,動(dòng)靜剛度比1.4-1.5。 和國外產(chǎn)品相比，主要差距在于：(1

41、) 減振效果，國外同類產(chǎn)品的減振效果己達(dá)到15db左右，動(dòng)靜剛度比小 于 1.2;(2) 橡膠耐老化性不好，使用壽命較短，應(yīng)用一年后減振性能、橡膠耐老化 性非常好，但3年后則下降很多，而國外產(chǎn)品應(yīng)用一、二十年性能下降很小。目前國內(nèi)該產(chǎn)品的性能優(yōu)勢(shì)尚未達(dá)到充分的發(fā)揮，如動(dòng)靜比偏高、不夠理想 等，應(yīng)該從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、所用減振材料、制作工藝等方面進(jìn)一步優(yōu)化，以幵發(fā)綜合 性能優(yōu)異的減振器。了適用于50kg/m鋼軌的i丨型軌道減振器扣件，見圖2.5所示。m 2.5 ii型軌道減振器扣件國內(nèi)不少單位巳開始結(jié)合牝京、上海、沈陽等一些大城市修建地鐵、輕軌交 通系統(tǒng)時(shí)車輛引起的環(huán)境振動(dòng)問題進(jìn)行了研究，取得了初歩的研

42、究成果。本專題 擬研究的軌道減振器在國外已有同類產(chǎn)品，其在技術(shù)上有較大優(yōu)勢(shì)，但價(jià)格品貴; 國內(nèi)也有個(gè)別單位開始了研究工作，但未見有減振量達(dá)到10db以上的此類產(chǎn)品，2.3研究的必要性2.3.1軌道交通減振降噪措施研究的必然性與迫切性地鐵列車的振動(dòng)，通過橋梁基礎(chǔ)或隧道結(jié)構(gòu)及地層向外傳播，進(jìn)一步誘發(fā)附 近地下結(jié)構(gòu)以及鄰近建筑物（包括室內(nèi)門窗家具等）的二次振動(dòng)和噪聲。噪聲主 要來自車輪與鋼軌接觸振動(dòng)產(chǎn)生的輪軌噪聲。同時(shí)，由于運(yùn)行列車的動(dòng)力作用使 軌道、橋梁、聲屏障等結(jié)構(gòu)振動(dòng)也產(chǎn)生一定的結(jié)構(gòu)噪聲。列車在隧道內(nèi)縱向運(yùn)行時(shí)，地面會(huì)產(chǎn)生二次共振現(xiàn)象，該現(xiàn)象在多次對(duì)北京 既有地鐵的測(cè)試及理論分析中得以印證。倫

43、敦和巴黎的同行也在研究這一現(xiàn)象， 稱為振動(dòng)二次放大區(qū)，其影響范圍在線路兩側(cè)地表約30m到60m之間。在有些情 況下，二次振動(dòng)放大區(qū)的峰值與隧道中線地表上的振動(dòng)處在同一量極，并且與隧 道的埋深關(guān)系極大。城市軌道交通所產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲的問題也給環(huán)境保護(hù)帶來了不利的影響， 且這種影響每天持續(xù)很長時(shí)間。國際上已把振動(dòng)列為七大環(huán)境公害之一，很多環(huán) 境保護(hù)工作者在研究振動(dòng)與噪聲污染的規(guī)律、產(chǎn)生的原因、傳播的路徑與控制方 法、以及對(duì)人體的危害等相關(guān)問題。對(duì)于中國各大城市，建筑、人口密度高，減 振降噪的環(huán)保技術(shù)要求日益提高。就北京而言，已經(jīng)開通的幾條地鐵線路，均殘 生了振動(dòng)噪聲問題，引發(fā)周圍居民的投訴，在很大

44、程度上干擾了居民的正常生活， 也給地鐵的正常運(yùn)營帶來不利影響，例如限速運(yùn)行。因此，各個(gè)城市在修建新線 時(shí)，均把振動(dòng)控制作為工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，認(rèn)真研究周邊環(huán)境敏感點(diǎn)，建立分析振 動(dòng)模型，預(yù)測(cè)發(fā)生的振動(dòng)程度并采取針對(duì)措施。只有妥善解決振動(dòng)和噪音的問題， 才能有利于軌道交通的持續(xù)、健康、蓬勃發(fā)展。城市軌道交通的減振降噪是一個(gè)綜合問題，需相關(guān)專業(yè)共同配合，軌道專業(yè) 通過改善輪軌關(guān)系、采取軌道減振減振等技術(shù)措施，可使列車在運(yùn)行中產(chǎn)生的振 動(dòng)和噪音能有效地衰減。2.3.2軌道減振器扣件更新?lián)Q代的必要性在軌道減振器扣件使用過程中，部分鋪設(shè)地段也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題，即：隨著 時(shí)間的推移，軌道減振器的彈性衰減較快。比

45、較嚴(yán)重的例子是，放置在露天2年 還沒有鋪設(shè)于軌道的減振器，彈性已經(jīng)衰減了大半。據(jù)上海地鐵運(yùn)營公司的調(diào)查， 部分軌道減振器扣件在鋪設(shè)35年后，減振效果逐步衰減，與一般軌道扣件基本 等同。經(jīng)過對(duì)國外軌道減振器扣件的技術(shù)調(diào)查，初步分析減振彈性衰減的原因，主 要是減振器的橡膠圈橡膠性能不穩(wěn)定、配方不佳等，使得在疲勞荷載的作用下， 橡膠層逐漸硬化，彈性衰減；另外對(duì)材料檢驗(yàn)參數(shù)不嚴(yán)格，在考核減振器性能時(shí) 只是限于檢查減振器的靜剛度，而沒有檢查動(dòng)剛度以及動(dòng)靜剛度比值，一些生產(chǎn) 單位片面的追求靜剛度，忽視了動(dòng)剛度值，導(dǎo)致動(dòng)載作用下，動(dòng)剛度偏大，降低 減振效果。我國第一代減振器經(jīng)檢測(cè)動(dòng)靜剛度比偏大，在1040k

46、n荷載范圍內(nèi)達(dá)另外，第一、二代軌道減振器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上沒有考慮過載保護(hù)，由于承軌板 與底板是靠橡膠圈硫化在一起的，在橡膠圈設(shè)計(jì)斜度不合理以及彈性不均勻的情 況下，橫向剛度不足，當(dāng)出現(xiàn)輪軌橫向力的偶然大荷載時(shí)，鋼軌在橫向力作用下 外翻，軌距擴(kuò)大，對(duì)安全不利，另外也導(dǎo)致列車橫向擺動(dòng)，乘客舒適度降低。反 過來，劇烈的橫向變形也加劇了橡膠層的疲勞破壞，易發(fā)生內(nèi)部橡膠的撕裂破壞， 引起承軌板與底板脫離失效，使運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)加大?；谀壳皣鴥?nèi)軌道交通對(duì)減低振動(dòng)要求的呼聲越來越高和第一代減振器扣件 的使用情況，根據(jù)國外剪切型扣件的技術(shù)發(fā)展，我們必須進(jìn)行軌道減振器扣件的 技術(shù)改進(jìn)研究，以滿足我國城市軌道交通的發(fā)展

47、要求。3 m型減振器扣件的技術(shù)定位研究 3.1 iii型減振器扣件的功能要求 3.1.1應(yīng)滿足地鐵列車運(yùn)行的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求(1) 結(jié)構(gòu)應(yīng)堅(jiān)固、穩(wěn)定，耐久性好軌道減振器扣件用于中等減振地段，在發(fā)揮減振作用的同時(shí)，還要起連接鋼軌 和道床的作用，承受輪軌反復(fù)的縱橫向沖擊荷載的作用，并把這些荷載傳遞到軌下 基礎(chǔ)，因此要求其必須具有堅(jiān)固性、穩(wěn)定性和耐久性。堅(jiān)固性：要求扣件的各個(gè)部件本身以及組裝后要求必須堅(jiān)固，能夠承相互之間 傳遞的各個(gè)方向的作用力，在使用壽命期內(nèi)不破壞。穩(wěn)定性：要求整體扣件在輪軌作用力和溫度作用力以及外部環(huán)境作用下，整體 穩(wěn)定，各個(gè)部件之間聯(lián)接牢固不松弛。耐久性：要求扣件的各個(gè)部件及整

48、體扣件在反復(fù)的動(dòng)荷載作用下以及外部大氣、 潮濕、陽光照射等不利環(huán)境作用下，在使用壽命期內(nèi)不發(fā)生疲勞破壞，能夠確保軌 道交通的安全。(2) 具有保持軌道幾何狀態(tài)的能力軌道減振器扣件應(yīng)具有足夠的扣壓力、防爬阻力、支撐剛度，可以保證動(dòng)態(tài)情 況下的鋼軌軌距、保證無縫線路的溫度力均勻、鋼軌的動(dòng)態(tài)下沉受控等，列車運(yùn)行 安全平穩(wěn)?？蹓毫头琅雷枇Γ鹤鳛榭奂仨毮軌虼_保鋼軌牢固的固定在道床上，這就要 求扣件必須具有足夠的扣壓力，扣壓力是由扣壓件與鋼軌的相對(duì)位置決定的，扣壓 力的大小還要考慮扣件的整體彈性。足夠的扣壓力也就保證了鋼軌的防爬阻力。支撐剛度：扣件的支撐剛度決定于扣件的彈性，它影響鋼軌的動(dòng)態(tài)下沉和列車

49、 的安全平穩(wěn)，要在保證列車運(yùn)行安全穩(wěn)定的前提下下盡量降低扣件的支撐剛度。(3) 具有調(diào)整軌道幾何狀態(tài)的能力軌道減振器扣件應(yīng)具有靈活的軌道水平、軌距等幾何狀態(tài)的調(diào)整能力。鋼軌是靠扣件安裝在道床之上的，扣件的各個(gè)部件存在制造誤差，道床施工也 存在施工誤差。另外長期的運(yùn)營，輪軌磨耗，導(dǎo)致軌道水平、軌距發(fā)生變化，使得 不符合規(guī)定要求，必須在日常保養(yǎng)中及時(shí)加以調(diào)整，因此該扣件應(yīng)具備一般扣件對(duì) 軌道集合狀態(tài)的調(diào)整能力。3.1.2兼顧軌道的強(qiáng)度和彈性、承載和減振兩種性能通常軌道減振器扣件所承受的豎向荷載值為25kn,橫向水平荷載值為020kn, 但也有一些因輪、軌傷損引起的沖擊荷載等突發(fā)大荷載。在絕大多數(shù)運(yùn)

50、營條件下， 即在正常的使用環(huán)境中，軌道減振器應(yīng)充分發(fā)揮減振性能，但在突發(fā)的特殊荷載下， 應(yīng)確保軌道幾何形位穩(wěn)定，保證行車安全，具備過載保護(hù)的功能。這一要求是本次 研究與以往所不同的，也是新型軌道減振器扣件的突破點(diǎn)之一。3.1.3減振器扣件應(yīng)具有較高的電絕緣性軌道交通一般釆用電動(dòng)牽引，走行軌兼具回流軌的作用，地鐵隧道中空氣潮濕, 髙架橋上會(huì)遇到下雨的天氣，扣件上會(huì)覆蓋有輪軌磨耗鐵屑，將會(huì)引起回流鋼軌中 的電流泄露，導(dǎo)致泄露電流對(duì)結(jié)構(gòu)物中的鋼筋的腐蝕，扣件必須將鋼軌和道床隔離， 切斷泄露電流的流動(dòng)，因此軌道減振器扣件應(yīng)具有較高的電絕緣性能。 通?？奂慕^緣性能是由扣件中的橡膠件和塑料件來保證的。3

51、.1.4減振器扣件應(yīng)具有較高的抗疲勞性能扣件將于鋼軌一起承受往返頻繁的動(dòng)荷載長期作用，考察扣件的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo) 是抵抗疲勞荷載的能力，即考察其使用壽命。根據(jù)以往各種扣件的使用經(jīng)驗(yàn)和國際 上同類扣件的技術(shù)要求，在正常使用的疲勞循環(huán)荷載作用下，經(jīng)過300萬次循環(huán)， 減振器扣件各個(gè)部位均不得出現(xiàn)破壞。另外由于線路上存在偶然過載，要求扣件在偶然過載的疲勞循環(huán)荷載作用下， 經(jīng)過10萬次的循環(huán)，減振器扣件各個(gè)部位均不得出現(xiàn)破壞。3.1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)具有通用性上世紀(jì)八十年代研制的i型軌道減振器扣件在我國上海和北京都鋪設(shè)了一定數(shù) 量，配套采用鋼筋混凝土整體道床，由于第一代扣件已大量應(yīng)用，而這些扣件的減 振效果隨

52、著時(shí)間的推移逐漸衰減，需要更換，因此新一代扣件的外部結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)能 滿足更換的要求，即更換為新型的減振器扣件后應(yīng)能保證軌道結(jié)構(gòu)的正確幾何形狀， 扣件與道床的聯(lián)接方式和聯(lián)接位置尺寸要求一致，能在夜間停運(yùn)迅速更換，而且更 換后軌距和方向、高低與更換前一致，不影響既有的道床結(jié)構(gòu)和運(yùn)營。3.2 iii型軌道減振器產(chǎn)品技術(shù)要求in型軌道減振器產(chǎn)品的技術(shù)要求包括橡膠材料的技術(shù)指標(biāo)和扣件整體的技術(shù)指 標(biāo)，這些指標(biāo)既是研究的目標(biāo)又是對(duì)產(chǎn)品檢驗(yàn)的衡量指標(biāo)。3.2.1橡膠材料技術(shù)性能指標(biāo)i、ii型軌道減振器扣件在技術(shù)性能指標(biāo)上是一致的，只是鋼軌扣壓件的不同， 其技術(shù)性能指標(biāo)為：硬度（邵氏）：65-75 拉伸強(qiáng)度：2

53、l2mpa 扯斷伸長率：2300% 硫化粘接強(qiáng)度：24mpa 工作電阻：承軌扳與底板的拉伸強(qiáng)度：28mpa 伸長率變化：115%國際上同類先進(jìn)扣件為澳大利亞的改良型軌道減振器(delkor),釆用新的橡膠 配方，改善了橡膠的耐環(huán)境老化性能，是目前國際上同類產(chǎn)品中性能最好的。其性 能指標(biāo)為：硬度（邵氏）：45-70 拉伸強(qiáng)度：213mpa 扯斷伸長率：2350% 200%定伸應(yīng)力：27mpa 硫化粘接強(qiáng)度：4mpa高溫壓縮永久變形（7(tc、22h) ： 工作電阻：熱空氣老化（70c、70h)：拉伸強(qiáng)度：lompa 伸長率變化：515% 硬度變化：510耐臭氧試驗(yàn)（40c*50pphm*100h

54、)下7x放大檢驗(yàn)：不得有任何裂縫 體積膨脹率：（八8丁13#油23(：*7011) 100%(八8丁41#油23(：*7(1) 硬度（邵氏）：45-60 拉伸強(qiáng)度：2l3mpa 扯斷伸長率：2350% 200%定伸應(yīng)力：5;7mpa 硫化粘接強(qiáng)度：24mpa高溫壓縮永久變形（70c、22h) ： 工作電阻：熱空氣老化(70c、70h)：拉伸強(qiáng)度：uompa 伸長率變化：15% 硬度變化：s10耐臭氧試驗(yàn)（40r*50pphm*100h)下7x放大檢驗(yàn)：不得有任何裂縫 體積膨脹率：（astm3 23c*70h) 100%(astml* 23c*70h) 20%性能對(duì)比顯示，iii型軌道減振器扣件

55、在橡膠的硬度指標(biāo)、力學(xué)性能指標(biāo)及耐久 性指標(biāo)方面都有所完善、提高，而且明確，另外還增加了高溫壓縮永久變形的檢驗(yàn) 要求。確保新型扣件滿足軌道運(yùn)輸?shù)囊蟆?.2.2 iii型軌道減振器技術(shù)性能指標(biāo)軌道減振器扣件的技術(shù)性能指標(biāo)是指導(dǎo)科研的努力目標(biāo)，扣件的技術(shù)性能指標(biāo) 在滿足一般的功能型指標(biāo)要求下，最主要的是耐疲勞荷載性能，它是最能夠考核一 個(gè)產(chǎn)品的品質(zhì)好壞的。較好的耐受疲勞荷載能力能夠確保使用安全，使用戶放心。我們首先認(rèn)真搜集研究delkor扣件的技術(shù)資料，分析該扣件的使用情況。該 扣件目前已經(jīng)在澳大利亞和歐洲一些國家廣泛使用，線路上部走行列車荷載軸重在 140kn-160kn,軌枕間距在65070

56、0mm之間，鋼軌為60kg/m,與我國軌道交通 情況類似。在理論分析的基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為可以直接利用delkor扣件技術(shù)性能指標(biāo)作為 新型扣件的設(shè)計(jì)目標(biāo)：載荷在1530kn范圍內(nèi)的靜剛度814kn/mm,疲勞試驗(yàn)后的靜剛度變化小于 10%。動(dòng)靜剛度比不大于1.25,疲勞試驗(yàn)后的靜剛度變化小于15%。在垂向載荷為40kn,橫向載荷為20kn,經(jīng)300萬次疲勞試驗(yàn)后，減振器各部 位無破壞和任何開裂。疲勞試驗(yàn)后的靜剛度變化小于10%。在加載條件下測(cè)量疲勞試驗(yàn)前后軌頭的橫向位移、軌底的橫向移動(dòng)量，軌距擴(kuò)張單邊不應(yīng)超過4mm,軌底的橫向移動(dòng)量不大于2.5mm。大荷載50kn, 10萬次循環(huán)試驗(yàn)，要求產(chǎn)品無

57、破壞和任何開裂。4iii型減振器扣件的設(shè)計(jì)及有限元分析 4.1 iii型減振器扣件的設(shè)計(jì) 4.1.1 iii型減振器扣件設(shè)計(jì)參數(shù)確定(1) 軌道調(diào)整能力基于軌道減振器扣件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的通用性，在保持軌距能力和軌道幾何尺寸調(diào) 整能力方面應(yīng)與原有的減振器扣件一致，即：滿足地鐵a型車、b型車最髙行車速度小于lookm/h的行車條件。抵抗輪軌橫向水平力的能力為：在20kn橫向力作用下，荷載循環(huán)300萬次， 不出現(xiàn)損壞。軌距調(diào)整量為：+8mm-12mm鋼軌水平調(diào)整量為：軌下允許調(diào)高10mm,減振器下允許調(diào)髙20mm。(2) 鋼軌動(dòng)態(tài)下沉與扣件節(jié)點(diǎn)組合靜剛度按地鐵的列車運(yùn)營安全和運(yùn)行平順性要求，鋼軌動(dòng)態(tài)下沉量取3mnu參考國外同類產(chǎn)品，m型軌道減振器的靜剛度目標(biāo)值設(shè)計(jì)為：812kn/m，動(dòng) 靜比不大于1.25。(3) 扣件絕緣性能軌道減振器扣件各部位絕緣件的絕緣電阻和扣件綜合絕緣電阻值均不低于 108q,與我國一般鋼軌扣件要求一致。(4) 雙剛度設(shè)計(jì)以往在進(jìn)行扣件設(shè)計(jì)時(shí)，均以強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行扣件的剛度設(shè)計(jì)。由于按最大可 能動(dòng)荷載再乘以安全系數(shù)來控制剛度設(shè)計(jì)，扣件的彈性一般較硬，只能滿足一般 地段的承載和彈性需求。對(duì)于較高減振地段，如何在保證安全的情況下提高扣件 的彈性，是一個(gè)綜合提髙扣件技術(shù)性能的問題。在in型軌道減振器扣件設(shè)計(jì)中， 提出了“雙剛度“扣件設(shè)計(jì)的全新