宿國英，鄧 嬌，孫照亮，劉 剛

(株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南株洲 412007)

剪切型軌道減振器可以實(shí)現(xiàn)較低的剛度和較好的穩(wěn)定性，在國內(nèi)外各地鐵線路都得到了大量的應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要由頂板、底板和橡膠圈硫化而成。它是軌道減振器扣件的重要組成部分，是扣件系統(tǒng)中唯一一個提供減振的部件。來自軌道的振動經(jīng)過頂板傳遞給橡膠圈，經(jīng)過橡膠圈的衰減后傳給底板和路基。安裝尺寸可以依照使用的彈條和地基接口尺寸靈活設(shè)計。

在既有線路的減振改造中，新扣件的高度和原線路的扣件高度要盡量保持一致，且混凝土基礎(chǔ)不改動，這樣就要求減振扣件和混凝土基礎(chǔ)的安裝孔心距一致，因此，它對減振器提出了更高的要求。

本文所介紹的，是一種適用于既有線路改造，或者產(chǎn)品高度和安裝尺寸受到隧道或接觸網(wǎng)等限制時使用的新型硫化剪切型軌道減振器。

圖1 剪切型軌道減振器結(jié)構(gòu)示意

1 新型軌道減振器的設(shè)計開發(fā)

本文所述新型減振器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，與其它減振器相同，它是由頂板、橡膠圈和底座通過高溫和高壓硫化而成。

1)減振器與軌道基礎(chǔ)安裝孔心距與原結(jié)構(gòu)一致。原扣件系統(tǒng)的鐵墊板直接改造成為減振器的頂板，安裝彈條的鐵座及承軌臺的尺寸均不作改動，且減振器與軌道基礎(chǔ)的安裝孔心距與原結(jié)構(gòu)保持一致。這樣，原系統(tǒng)的扣軌緊固件及線路基礎(chǔ)均不需要改動。

減振器用來支撐彈條的鐵座，在承軌板兩側(cè)斜對角位置，即鋼軌兩側(cè)的彈條在鋼軌的長度方向是偏心安裝的。此結(jié)構(gòu)符合現(xiàn)有非減振的既有線路中原扣件系統(tǒng)的安裝形式。承軌板兩側(cè)的另一斜對角方向?yàn)榭瘴唬丝粘龅牟课粸榈鬃c路基的連接預(yù)留了空間，實(shí)現(xiàn)了減振器與軌道基礎(chǔ)的安裝孔心距與原結(jié)構(gòu)一致。

圖2 新型軌道減振器的結(jié)構(gòu)示意

2)安裝高度較小。傳統(tǒng)的剪切型軌道減振器硫化體高度一般均在70 mm以上，加上鋼軌下及減振器下隔離墊板，軌底至軌枕上平面的高度一般達(dá)到80 mm以上。而此產(chǎn)品的高度卻可以做到33～55 mm。

傳統(tǒng)剪切型減振器頂板外形多采用橢圓形或中間為長方形而兩邊由相切圓弧內(nèi)收的形式。受彈條安裝鐵座的限制，頂板的外形尺寸必須有足夠大，進(jìn)而整個減振器高度和底座安裝孔距都比較大。而本文所述產(chǎn)品，因?yàn)榘惭b鐵座部分頂板的形狀方正，沒有空間的浪費(fèi)，加上對減振器的橡膠圈傾斜角度進(jìn)行調(diào)整，整個產(chǎn)品的高度就比較小。

非減振的既有線路中，軌道結(jié)構(gòu)大部分為鐵墊板加橡膠墊板的分體式結(jié)構(gòu)，其軌枕上平面至軌底的高度大部分均在35～55 mm之間。新型減振器更能夠與原線路高度保持一致。

3)防止軌距擴(kuò)張。在減振器的橫向受力位置，橡膠層及頂板和底板的高度均高于橡膠圈的其它位置。這樣，在減振器高度比較小，膠層厚度不變的情況下，仍有足夠的橡膠來承受軌道的橫向力。在保證減振器垂向性能的前提下能有效地防止軌距擴(kuò)張。

如上所述的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)的減振器結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)如表1所示。

表1 新型減振器結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)

2 室內(nèi)試驗(yàn)

2.1 靜剛度與動靜比試驗(yàn)

靜剛度試驗(yàn)以15 kN/min的速度，以每2.5 kN為增量從0加載至40 kN，在每2.5 kN的加載增量時靜停60 s，并記錄對應(yīng)的位移值，以在有效輪載(5～25)kN下對應(yīng)的位移值計算割線靜剛度。

動靜剛度比試驗(yàn)以名義載荷20 kN，振幅±0.5 mm，并分別使用10 Hz，15 Hz，20 Hz三種加載頻率進(jìn)行加載。每次試驗(yàn)進(jìn)行1 000次循環(huán)，系統(tǒng)自動記錄荷載—位移曲線并計算動剛度值。

在動態(tài)剛度測試完成后5～10 min，測試產(chǎn)品的靜剛度，方法同前。從動剛度荷載—位移曲線中尋找荷載峰谷值作為靜剛度計算荷載區(qū)間，加載到峰值、谷值荷載時分別靜停30 s，記錄對應(yīng)位移。通過荷載差與對應(yīng)位移差之比計算靜剛度。通過動剛度與靜剛度之比計算動靜剛度比。

北京5號線減振器靜剛度要求(6.5～8.0)kN/mm，各頻率的動靜比要求≤1.25，選取10件產(chǎn)品進(jìn)行垂向靜剛度和動靜比的試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。由表2可見，產(chǎn)品靜剛度和動靜比滿足設(shè)計要求。

表2 減振器樣品靜剛度及動靜比數(shù)據(jù)

2.2 產(chǎn)品橫向剛度

因?yàn)槎嘞虺休d的橡膠存在不同程度的預(yù)應(yīng)力特性，因此，本產(chǎn)品的橫向靜剛度分別用橫向力(L)與縱向力(V)之比為L/V=0.3和L/V=0.5進(jìn)行了試驗(yàn)。

將兩個樣品以0.6 m間距用一根長鋼軌(長1 m，60 kg/m軌)組裝在一起，軌下與產(chǎn)品下分別放置塑料墊板，并將產(chǎn)品用螺栓固定在試驗(yàn)臺上。4個百分表分別放在鋼軌外側(cè)軌頂下16 mm和軌底位置，見圖3。

取兩個產(chǎn)品間中點(diǎn)位置向軌頭施加垂向荷載80 kN，向軌頭內(nèi)側(cè)同步施加橫向荷載。橫向加載速度為5 kN/min，以4 kN為增量。記錄每一增量四表讀數(shù)，精確到0.025。根據(jù)橫向荷載—變形數(shù)據(jù)，得到的荷載—變形試驗(yàn)曲線如圖4和圖5所示。

取垂向載荷為(25～40)kN的有效載荷計算橫向靜剛度，則可以由曲線得出產(chǎn)品在L/V=0.3和L/V=0.5時的橫向靜剛度分別為25.5 kN/mm和19.3 kN/mm，符合設(shè)計要求。

圖3 橫向剛度與疲勞試驗(yàn)的安裝

圖4 L/V=0.3時產(chǎn)品的橫向靜剛度曲線

圖5 L/V=0.5時產(chǎn)品的橫向靜剛度曲線

2.3 疲勞試驗(yàn)

疲勞試驗(yàn)安裝方式同橫向靜剛度試驗(yàn)。垂向與橫向同步加載作300萬次循環(huán)。垂向載荷為8～40 kN，橫向載荷為垂向載荷的0.5倍。加載頻率為3～5 Hz。疲勞試驗(yàn)后的大荷載循環(huán)加載試驗(yàn):垂向加載范圍為8～50 kN，橫向荷載為垂向荷載的0.5倍，10萬次。樣品無破壞。垂向靜剛度和動靜比的變化率均＜10%。

2.4 絕緣電阻

電阻試驗(yàn)采用高值絕緣電阻儀。將刷完油漆72 h后的減振器置于一塊銅電極上，減振器上平面承軌槽位置再放置另一塊銅板。測試電源的兩個觸頭分別連在兩銅電極上。

測試電壓500 V。用高值絕緣電阻儀讀出電阻值，任取3件產(chǎn)品的絕緣電阻值如表3所示。

2.5 黏結(jié)力

黏結(jié)力試驗(yàn)采用Instron8802彈性體動態(tài)性能試驗(yàn)機(jī)，將減振器樣品倒置(頂板朝下)，支撐并固定減振器底板四角，對其頂板中心施以垂直壓力。荷載80 kN，以50 mm/min的速度給試件加載。樣品無破壞。

表3 產(chǎn)品的絕緣電阻值 ×1010Ω

3 應(yīng)用情況

因?yàn)闇p振器的頂板及底板的接口與原扣件系統(tǒng)一致，所以，使用本減振器對原系統(tǒng)進(jìn)行減振改造時，使用減振器直接替換掉原系統(tǒng)中的鐵墊板及鐵墊板下橡膠墊板即可。

本結(jié)構(gòu)形式的減振器，曾經(jīng)在北京地鐵5號線和日本地鐵線使用。2007年，對北京5號線的減振器進(jìn)行了落錘沖擊試驗(yàn)，見圖6?，F(xiàn)場檢測了產(chǎn)品的減振效果滿足設(shè)計要求。

該線路于2007年10月開通至今，運(yùn)行狀況良好?，F(xiàn)在，在上海明珠線的舊線改造試驗(yàn)段，長沙地鐵2號線都基本確定了采用這種減振器的結(jié)構(gòu)。

圖6 產(chǎn)品在北京5號線上的落錘沖擊試驗(yàn)

4 結(jié)語

本文所述結(jié)構(gòu)的軌道減振器，能夠保證軌道減振的性能要求，同時，滿足低安裝高度和較小的安裝孔心距，施工方便，在線路中可以大量應(yīng)用，尤其是在軌道線路的舊線改造以及軌道結(jié)構(gòu)高度受到隧道空間、接觸網(wǎng)等限制時，使用更加便捷。

［1］李克飛，劉維寧，孫曉靜，等．北京地鐵5號線高架線減振措施現(xiàn)場測試與分析［J］．中國鐵道科學(xué)，2009(7):25-29．

［2］鄧嬌，李金衛(wèi)，黃友劍，等．Ⅲ型軌道減振器的設(shè)計與應(yīng)用［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2007(10):44-47．

［3］唐先賀，黃友劍．一種新型軌道減振器的靜態(tài)特性研究［J］．城市軌道交通研究，2008，11(2):46-48．

［4］王進(jìn)，彭立群．軌道彈性減振器試驗(yàn)方法的研究［J］．城市軌道交通研究，2009，9(3):38-43，46．

［5］蔡成標(biāo)，翟婉明，王其昌．高速列車與高架橋上無碴軌道相互作用研究［J］．鐵道工程學(xué)報，2000(3):29-32．