本发明提供一种铁轨震动吸收器和紧固机构。轨道震动吸收器基于调谐体阻尼机构吸收来自铁轨的震动。该装置包括至少一个震荡体(12)，通过至少一个阻尼器安装螺栓和带有斜面(6)的至少一个力传递件耦合至铁轨上。阻尼器安装螺栓和力传递件将震荡体(12)固定至铁轨的腹板(4)和不同于腹板(4)的足端部(3)。当减震系统的固有频率被调谐至铁轨的震动频率时，大部分来自铁轨的震动能量被吸收器吸收。
1.一种用于降低铁轨噪声和震动以及减少铁轨波纹增长速率的装置，包括：
至少一个震荡体(12)，适用于耦合至所述铁轨，所述铁轨具有腹板和足端部；
当耦合至所述铁轨时，震荡体以第一方向在第一位置接触铁轨的腹板(4)，且以第二方向在第二位置接触铁轨的足端部；
所述震荡体(12)具有力传递件(11)，其配置为当震荡体(12)耦合至铁轨时向下延伸，使得力传递件(11)的端部延伸在足端部下方；
力取向杆(7)，适用于被置于铁轨下方且包括斜面，所述斜面用于接合力传递件(11)的在足端部下方延伸的端部；
其中，当力传递件(11)通过第一压力而抵靠铁轨的腹板(4)横向运动时，斜面(6)能够引导力传递件(11)以第二压力向下拉动震荡体(12)。
2.根据权利要求1所述的装置，其包括一对所述震荡体，其每个震荡体适用于耦合至所述铁轨的相对侧，其中当一对震荡体的任何一个横向抵靠铁轨的腹板运动时，斜面(6)能够引导两个震荡体的力传递件(11)向下拉各震荡体(12)。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括震荡体夹持板、震荡弹性层和安装条，每个所述震荡体通过至少一个震荡弹性层和至少一个所述安装条固定到至少一个所述震荡体夹持板，由此所述震荡体被耦合至所述铁轨。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述震荡弹性层的表面对齐地垂直于铁轨直线，使每个所述震荡体能够在铁轨的竖向和横向方向上沿所述震荡弹性层的剪切方向同时震动。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述力取向杆通过至少一个粘滞层约束杆连接至所述铁轨的所述足端部的底部，所述粘滞层约束杆还包括弹性缓冲层和粘滞阻尼层，由此所述第二压力通过所述弹性缓冲层、所述粘滞层约束杆和所述粘滞阻尼层被传递到所述铁轨的所述足端部。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述弹性缓冲层通过拧紧阻尼器安装螺栓被预先压缩到预先确定的比例，当所述铁轨在大于100g的力震动时，其中g是重力加速度，所述弹性缓冲层起弹簧缓冲的作用。
7.根据权利要求1所述的装置，还包括其两端具有两个螺母的阻尼器安装螺栓，所述螺母对所述力传递件产生所述第一压力。
8.根据权利要求3所述的装置，还包括间隙填充材料，所述间隙填充材料填充所述铁轨和所述安装条之间的间隙，以防止当所述铁轨在大于300Hz的频率下震动时，在所述铁轨和所述震荡体之间产生运动间隙。
铁轨震动吸收器和紧固机构
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据美国专利法35U.S.C.§119(e)款的规定，要求于2007年11月7日提交的、申请号为61/286，031的美国临时申请的优先权，其全部内容通过参考引入本申请中。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种用于减少来自铁轨的震动和噪声辐射的震动吸收器和将震动吸收器固定至铁轨上的紧固机构。
背景技术
[0004] 随着铁路线延伸到城市中心，铁路噪音对附近居民造成的影响已引起越来越广泛的关注。架设在现有铁路线的路边隔音屏障，由于结构负载和对美化的关注，在许多情况下通常要受到限制。近年来，更多的努力被投入到通过将震动吸收器安装在铁轨上，从源头上控制铁轨噪音辐射。
[0005] 常规方法中，通过胶水粘合或通过夹紧来固定铁轨吸收器，在列车重复通过之后，将会在连接界面产生微小的运动间隙。在关键的噪声辐射频率(大于300Hz)，铁轨震动位移小于几微米。在这么小的幅度下，由于在连接界面的微小间隙，即使这些微小间隙是小于一微米，从铁轨向各吸收器传递的震动能量将明显受阻。采用刚性界面连接的持久安装方法，对于铁轨震动吸收器的性能是不可缺少的。
发明内容
[0006] 鉴于上述背景，本发明的目的在于提供将震动吸收器安装到铁轨上的另一种方法和设备。
[0007] 本发明是一种基于调谐体阻尼机构的震动吸收器，其包括震荡体、剪切弹性层和交替叠置夹持板，形成离散的质量弹簧系统。当这些质量弹簧系统 的自然频率被调谐至铁轨震动频率，铁轨的大部分震动能量将被吸收器吸收，并在剪切弹性层中通过迟滞耗散。
[0008] 为了尽量减少在安装界面的上述运动间隙，并最大限度地转移震动能量至吸收器，本发明提供了一种用于高频震动的在安装界面采用刚性连接的持久安装方法。
[0009] 吸收器利用由铁轨下方的安装螺栓提供的压力安装在铁轨上。使用斜面来提供在竖向和横向方向上的同步夹紧力。在安装点，加上具有高粘度和低压缩性的间隙填充材料薄层。间隙填充材料旨在巩固对于高频(>300Hz)震动传递的任何运动间隙。
[0010] 弹性缓冲层插入到斜面的上方。对于典型的小于100g(g是重力加速度)的铁轨震动，弹性缓冲层提供了用于将能量有效地转移到震动吸收器的刚性连接。在高震动的极端事件下，这些弹性缓冲层防止对安装部件的结构损坏。在该事件发生后，安装构件借助弹性缓冲压力将自动恢复到原来的状态。
[0011] 本发明的其他特征在详细说明中揭示。
附图说明
[0012] 图1示出固定在铁轨上的震动吸收器的一种实施例的横剖视图。
[0013] 图2示出固定在铁轨上的震动吸收器的一种实施例的横剖视图。
[0014] 图3示出固定在铁轨上的震动吸收器的一种实施例的从底部看上去的三维视图。
[0015] 图4示出震动吸收器的另一种实施例，其中一个震荡体分裂形成两个自由度系统。
[0016] 每个标记的部件描述如下：
[0017] 1：安装条
[0018] 2：间隙填充材料
[0019] 3：足端部
[0020] 4：腹板
[0021] 5：阻尼器安装螺栓
[0022] 6：斜面
[0023] 7：力取向杆
[0024] 8：震荡体安装螺栓
[0025] 9：弹性缓冲层
[0026] 10：粘滞层约束杆
[0027] 11：力传递件
[0028] 12：震荡体
[0029] 13：震荡体夹持板
[0030] 14：震荡弹性层
[0031] 15：弹性缓冲夹持板
[0032] 16：尼龙螺母
[0033] 17：粘滞阻尼层
具体实施方式
[0034] 如本说明书和权利要求书中所使用的，“包括”(“comprising”)是指：包括以下元件，但不排除其它元件。“耦合至”(“Couple to”)是指：直接或间接的物质接触。
[0035] 虽然本发明在本说明书是参照特定应用的图示的实施例来描述，但应该理解，本发明并不受其限制。本领域技术人员在获得本说明书提供的教导后，将会对附加的修改、应用，以及本领域的范围之内和本发明具有重大实用的其他领域中的各种实施例有所理解。
[0036] 震动吸收器的部件
[0037] 参照图1至3，震动吸收器通过安装条1被固定到铁轨的腹板4和足端部3。间隙填充材料2施加在安装条和铁轨表面之间的界面上。粘滞阻尼材料17施加在介于粘滞层约束杆10和足端部3的底面之间的安装界面上。横向压力由铁轨下方的阻尼器安装螺栓5施加。带斜面6的力取向杆7是用来改变压力的方向，从而使装置能同时提供横向和竖向的安装力。由力取向杆7生成的竖向的夹紧力通过弹性缓冲层9、弹性缓冲夹持板15、粘滞层约束杆10及粘滞阻尼层17被传递到足端部。横向夹紧力通过力传递件11、震荡体夹持板13和安装条1传递到铁轨的腹板。震荡体安装螺栓8分别穿过震荡体夹持板13、震荡弹性层14和震荡体12。在震荡体安装螺栓8的两端拧紧螺母至特定的扭矩，以便提供足够的夹持力，使震荡体以预定的频率进行震荡。然后将尼龙螺母16拧紧到常规螺母顶部以防止常规螺母松动。
[0038] 安装力的取向
[0039] 本发明采用了带斜面的力取向杆。该斜面将来自阻尼器安装螺栓的水平压力传递至竖向和横向的安装力。因此可以通过拧紧安装螺栓在所有安装点同时提供安装力。
[0040] 间隙填充材料
[0041] 铁轨在噪声辐射频率下的震动位移处于微米级别。固定界面的运动间隙会显着的阻碍震动能量从铁轨传递至震动吸收器。现有的震动吸收器的安装方法，例如夹紧和粘合，不能提供满意的安装刚性。对于粘合固定，在胶水层亚微米大小的间隙是不可避免的，尤其是在生锈和油腻的运行铁轨的情况。对于夹紧固定，由于列车反复通过时的震动，安装界面的间隙正在逐步产生并扩大。
[0042] 为了巩固安装界面间隙，本发明在安装点采用间隙填充材料(高粘度和低压缩性的粘合材料)。在静态压力下，间隙填充材料表现为灵活的实心和变形性，以填补在固定点的运动间隙。在列车的高频动态激发力下，间隙填充材料表现为僵硬的固体，使震动能量被有效地传递到震动吸收器。
[0043] 粘滞阻尼材料
[0044] 粘滞阻尼材料施加在铁轨足端底面和粘滞层约束杆之间的界面，以对沿着铁轨的弯曲波提供粘滞阻尼。
[0045] 持久性安装力
[0046] 对于受到列车反复通过而产生的剧烈震动的铁轨，安装结构可能疲劳，而且安装螺母可能会松动，安装刚性将大大减少。因此引进弹性缓冲层以提供持久的安装。
[0047] 尼龙螺母的螺纹具有高摩擦力。尼龙螺母被拧到传统的钢制螺母的顶部，以防止传统的螺母松动。弹性缓冲层在斜面上方插入。这些弹性缓冲层通过拧紧阻尼器安装螺栓被预先压缩到指定的比率(例如5至25％)。对于小于100g的典型的铁轨震动，弹性缓冲层9提供刚性连接。在高震动(>100g)的极端事件中，这些弹性缓冲层起到弹簧缓冲器的作用，以防止安装部件的结构损伤。在该事件发生后，安装部件借助弹性缓冲层的力将自动恢复到其原来的状态。
[0048] 震动吸收器共震频率设计
[0049] 震动吸收器是一个调谐质量阻尼器。它包括多个震荡体。每个震动吸收器的震荡体作为一个离散的单自由度(SDOF)的质量弹簧系统。它们的自 然频率可以被独立调整，以配合多个频率的铁轨震动。这种特征使设计吸收多个频率的铁轨震动具有灵活性，因为对独立震荡体的频率调谐没有限制。由于震动弯曲波沿铁轨传播，震动能量被传递到震荡体并通过迟滞耗散在震荡弹性层中。
[0050] 通过实地测试，除了通过调谐质量阻尼来吸收铁轨震动能量，震动吸收器通过减少铁轨波纹的增长速率也间接地降低滚动噪声。
[0051] 震荡体有另外的实施例。通过分割震荡体并在其间插入震荡弹性层，而不需要改变其它部件，单自由度系统可以转换为多自由度(MDOF)的系统。图4示出了有2个自由度系统的震动吸收器的另一个实施例。自然频率由公式(1)给出：
[0052] 公式(1)
[0053] 其中：G是弹性层的动态剪切模量
[0054] A是弹性层和调谐体之间的接触面积
[0055] b是弹性层的厚度
[0056] M是震荡体的质量
[0057] K是一个取决于附加的弹性层的分割几何形状及特性的常数
[0058] 在竖向和横向方向的频率调谐
[0059] 本发明通过使用各向异性震荡弹性层，使震荡体可具有不同的竖向和横向的自然频率。通过在震荡弹性层表面引入沿一个方向的波浪纹路，可以实现这种各向异性。
[0060] 因此，上面已经充分说明了本发明的实施例。虽然说明是涉及特定的实施例，本领域技术人员应该清楚，本发明可以通过调整这些具体细节来实施。因此，本发明不应该被解释为受限于本说明书所提出的各种实施例。
