[发明专利]一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁路轨道，特别涉及一种适用于地铁、轻轨、城际铁路、高速铁路等浮置板轨道的定频非线性橡胶隔振器的设计方法。

背景技术

浮置板轨道是解决轨道交通引起的环境振动问题的一种有效方法。浮置板轨道通过在轨道板下设置弹性隔振器,将轨道板的振动与基础隔离，达到减小轨道交通引起的环境振动的目的。浮置板轨道本质上是一个质量 -弹簧-阻尼隔振系统。目前浮置板主要采用钢弹簧隔振器和普通的橡胶隔振器。这两种隔振器的刚度特性都是线性刚度或接近于线性刚度。然而在浮置板轨道-车辆这个质量弹簧隔振系统中质量的大小会因为列车载重不同发生显著变化。这使得基于单自由度系统固有频率方法设计的浮置板轨道系统在不同载重工况下的固有频率差异很大，造成空车重车状态系统性能不一致,空车状态隔振性能差、重车状态轨道垂向位移过大等问题。

国内外很多研究机构都对浮置板轨道用橡胶隔振器开展了研究设计，形成了多种浮置板轨道用橡胶隔振器专利。

中国专利ZL200410035441.1公开了一种铁路用浮置板道床，道床包括浮置板和弹簧隔振器，浮置板弹性地支承与弹簧隔振器上。另外为了克服专利ZL200410035441.1中浮置道床在施工、维护和维修上的缺点，又发明了一种易于维护的浮置道床(ZL200910013963.4)、一种侧置式浮置道床及其应用(ZL200910019531.4)、新型预制板拼装式浮置道床 (ZL201210452046.8)、搭接型浮置道床(ZL201420835219.9)等专利。

中国专利ZL200810034584.9公开了一种用于轨道交通的浮置板隔振器，隔振器包含下支座、橡胶减振圈和调高装置组成。隔振器能够更好的满足道床高度调整的要求。

中国专利ZL201220294143.4公开了一种用于浮置板轨道的板式橡胶阻尼隔振器。该隔振器由橡胶与上下两块钢板硫化成一个板状隔振器。在隔振器内的镂空螺纹孔中填充了阻尼剂以提高隔振器阻尼。

中国专利ZL201320385451.2公开了一种用于轨道交通浮置板的橡胶隔振器，隔振器将一圆环型橡胶减振垫至于底盆中，可实现竖直方向的隔振功能。

以上专利的橡胶隔振器方案，在垂向上均可以实现基本的隔振和抑振。但对不同载重工况的列车适应性较差，不能提供一致的隔振性能，因受限于重车通过时过大的轨道垂向位移，因此无法进一步改善浮置板隔振性能。现有弹簧隔振器都存在空车状态隔振性能差、重车状态轨道垂向位移过大的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器的设计方法，确保浮置板道床在空车状态具有与重车状态同样的隔振性能和不变的固有频率，且重车状态轨道垂向位移得到有效抑制，确保系统的安全性。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

本发明的一种浮置板轨道用定频非线性橡胶隔振器的设计方法，定频非线性橡胶隔振器包括底座、锥形橡胶堆、上支撑座、调高垫板和锁定螺钉，底座的顶面与锥形橡胶堆的内锥面相贴合，上支撑座的底面与锥形橡胶堆的外锥面相贴合，锥形橡胶堆包括同轴的内锥形钢盘、外内锥形钢盘，以及位于内锥形钢盘、外内锥形钢盘之间且与之固定连接的至少一层锥形橡胶体，锥形橡胶体由沿内锥形钢盘、外内锥形钢盘锥面相间隔的锥形橡胶环单元构成，各锥形橡胶环单元具有通向与隔振器外的排气通道，锥形橡胶体为多层，层间设置中间锥形钢盘，设计方法包括如下步骤：

(1)根据所设计的隔振器基准刚度k₀，浮置板静态垂向基准位移x₀及刚度函数K(x)，绘制隔振器刚度曲线和隔振器载荷曲线；

(2)根据轨道所承受最大载荷，在隔振器载荷曲线中查取隔振器的工作区间和最大工作位移，确定锥形橡胶堆厚度和锥角，选取橡胶堆非线性几何结构形式及橡胶材料的初步设计方案；

(3)根据初步设计方案建立定频非线性刚度橡胶堆参数化的有限元模型，其中材料模型采用非线性橡胶模型，考虑几何非线性结构在橡胶变形过程中的接触关系；

(4)设定固有频率误差和固有频率稳定性作为隔振器参数设计的优化设计指标，固有频率误差为隔振器在工作范围内固有频率均值与设计值之间的误差；固有频率稳定性为隔振器在工作范围内固有频率的波动幅度；

(5)根据所述优化设计指标，对所述有限元模型利用有限元方法进行力学性能计算，得到所述有限元模型所对应的优化设计指标值；