嵌入式地铁减振扣件的设计开发

马传彬

苏州市轨道交通集团有限公司运营分公司江苏省苏州市215000

摘要:嵌入式轨道是近年来研发的一种新型的减震地铁轨道轨道。它与传统轨道的结构有较大的不同，而减振扣件是嵌入式地铁的关键组成部分。这种扣件的接口尺寸以及相应的配套工具等与普通的扣件一模一样。在很大程度上降低了施工工期和困难，同时对提高车辆的平稳运行有较大的帮助。

关键词:嵌入式;减振扣件;地铁;设计开发

前言

随着城市化的快速发展，城市的出行问题也不断凸显出来，地铁因为容量大、速度快、不堵车、运行稳定等较多的优点成为城市中最重要的交通工具之一。但是地铁在较长时间的运营之后，所承载的重量不断加大，负荷过重等原因使地铁的一些扣件老化损坏，使钢轨出现异常磨损以及轨道系统出现振动噪音等问题。所以相关人员经过研发，研制了一种新型的嵌入式地铁减振扣件，这种扣件能在不改变已有轨道组成的情况下，对已有扣件进行更换。而且这种新型的扣件的减振效果很好，控制波磨的作用较强，对地铁的平稳运行有较大的作用。

一、设计要求

结合此次研究的地铁工程分析，嵌入式地铁减振扣件的设计必须满足下面几点，第一，为了保证施工的工期，降低施工难度减振扣件的安装接口必须与已有的相一致。第二，为了降低成本，便于后期维修保养，新的减振扣件的相关配套零件必须与已有扣件能够互通使用。第三，为了确保地铁的正常运行，缩短施工的时间，新型减振扣件的规格大小要和已有的一样。第四，为了使地铁运行时对周围造成的影响较低，安装了新型减振扣件的地铁运行的性能不能下降，必须具有较强的减振作用，必须具备中等轨道的质量和性能。第五，安装了新型减振器的地铁运行的平稳性不能降低，在运行的过程中必须安全。

二、嵌入式地铁减振扣件的设计研发

根据相应的设计要求，结合已有的地铁轨道的实际情况，设计了新型的减振扣件，安装的接口以及相应的零部件与传统的一样，图1为新型的嵌入式地铁减振扣件。

嵌入式地铁减振扣件的结构图

（一）结钩设计

为了使此次设计的减振扣件能够具有合理的强度与轨矩相持的效果，在进行研究设计的时后要采取横向两端头包裹式的设计构造，通过承轨板实现和底座之间的互锁，确实解决好减振器的存在的问题。超薄橡胶减振器是此次减振扣件的关键组成部分，它是承担荷载重量并提供相应弹性的第一物体，所以，它的设计部分是最为关键的。

（二）材料的选择和配置

因为对减振器的使用高度有要求，所以新型减振器的厚度要比传统的薄，但是性能不能降低，这就对材料有较高的要求。而且如果减振器的动静比较小，可以在很大程度上增强它的的减振作用。而相应的试验发现采用减振动静比小的材料制造的减振器具有较好的减振作用，所以在选择材料时要选动静比较小的天然橡胶，并加入相应的低滞后炭黑，之后经过硫化胶的相关反应降低填料的结构，从而使所使用的橡胶材料的滞后性下降，尽量避免发生内生热的情况，这样才能使减振器动静比减小，使用寿命延长[1]。

（三）工艺的选择

现在对减振扣件的生产通常都选择物理组装的方法，因为橡胶材料具有一定的变形的特性，在长期受到负荷力之后，橡胶件的高度会慢慢变矮，这会使预紧力慢慢的减小，更甚者橡胶件会与承轨板、底座之间出现松动滑落问题，使减振器的效果降低，轨道存在磨损，弹条断裂。所以，生产超薄型橡胶减振器使用的是金属件以及橡胶件全部硫化的生产技术，把隐藏的危险排除掉同时要减少减振器的零件数量，增强产品的一致性与安全性

（四）性能仿真和校核

结合减振器的整体设计方案、制作材料的类型及配置以及生产所使用的技术，通过有限元仿真技术进行相应的计算，并对其强度进行校对，减振器的有限元计算模型如图2所示。

图2减振器的有限元计算模型构造

通过计算可以知道，所设计的减振器的静刚度是17.87KN/mm，它的动静比是1.21，它的承轨版在30KN的荷载力下的最大应力值为109.36MPa，它的底座是12.98MPa，比球铁的许用值低。所使用的橡胶件应力的分布较为均匀，最大的应力值为0.914MPa，当橡胶原料的强度在12MPa以上的时候，它的许用内应力的值大于1MPa小于3MPa，而使用拉伸强度在18MPa以上的橡胶材料制作的减振器许用内应力比1.5MPa大但小于4MPa，还有较大的冗余，足以达到设计的要求[2]。而当扣件的静刚度值在15KN/mm到22.4KN/mm之间，在动静比低于1.4的时候，具备了中等减振轨道的标准，所以设计的超薄橡胶减振器扣件达到相关的标准。

四、减振扣件效果测试

在相关的零部件生产完成之后，进行室内试验检测，合格之后，把新型减振器对既有扣件进行更换。之后通过相关的测试检验扣件的性能。根据测试结果可以知道在使用了新型减振器扣件之后轨道结构的振动情况得到了明显的改善，振动的幅度明显低于原来的轨道，地铁在行驶的过程中稳定性更好，对周围环境的影响得到了较大幅度的降低。

结语

随着地铁使用时间的增长，轨道以及相应的构件都存在一定的磨损问题，振动的幅度会越来越大，所以要对地铁线路的普通扣件路段进行改造升级，而且可以在不影响地铁正常运营以及轨道的情况下进行扣件更换，线路的升级改造较为便捷，施工难度低，而且换上新型的减振器扣件之后，地铁的减振效果得到了明显的提高，对周围环境造成的影响大幅度降低，行驶更加稳定安全。

参考文献：

[1]张小华,乔小雷,孟鸿涛,冯光福,孙德华.嵌入式地铁减振扣件的设计开发[J].噪声与振动控制,2017(5):80-83.

[2]刘中,祝文英,商卫纯,夏丹.基于阻抗失配原理的新型轨交减振扣件研制[J].噪声与振动控制,2018(4):212-238.