一种三级缓冲重载弹性垫板及三级缓冲减振方法技术领域
本发明涉及减振技术领域，特别是一种三级缓冲重载弹性垫板及三级缓冲减振方
法。
背景技术
在重载铁路、货运铁路中由于负载量大、疲劳强度高，对整个扣件系统，特别是重
载垫板有很高的要求，因此开发具有更高的安全性、更好的舒适性的垫板具有重要的意义。
目前，采用的重载垫板材料主要为橡胶或热塑性聚酯弹性体（TPEE），而橡胶材料在热、水、
电、重压、疲劳等综合条件下，其性能随着老化逐渐降低，易导致橡胶垫板被压溃而失效；
TPEE承受重载能力强、却容易由于局部重载导致变形，引起局部受力集中,导致局部节点静
刚度将偏离设计值太大而失效。现有重载弹性垫板，多为一级或者二级缓冲的弹性垫板，当
垂直于垫板的载荷增加到一定值时静刚度能够迅速上升，继续增加的时候垫板能够一次较
大受力，而不能将载荷分阶梯状进行提供，目前的垫板不能满足这个要求。而且，现有的重
载垫板结构广泛对垫板主体的上表面进行高低凹台或者加强筋设计，往往没有考虑到由于
网状结构交叉而形成密闭的空间，该密闭空间在使用过程中会导致积水、灰尘等不断的沉
积，造成垫板的整体性能的降低，局部节点静刚度将偏离设计值太大而失效。
现有技术中，申请号为201320147534.8的中国实用新型专利公开了一种防侧翻可
变刚度减振垫板，包括本体、凸台和通槽；所述凸台包括高凸台和矮凸台，所述高凸台的台
高大于矮凸台；所述高凸台和矮凸台相互错位呈阶梯状设置在所述本体上表面和下表面，
形成网状结构；所述本体下表面纵向两端分别设置有一挡肩；所述本体上表面和下表面四
周设置有缓冲块，所述缓冲块的宽度和高度与减振垫板的静刚度要求相适应；沿钢轨方向
两端各设有平面缓冲区，缓冲区与凸台相接，在垫板上、下表面设有交错分步的加强筋。申
请号为201220035220.4的中国实用新型专利公开了一种铁轨用重载垫板，包括垫板本体，
其特征是垫板本体的上表面与下表面上均设有呈网状分布的凹腔，凹腔相邻处设有凸平
面，上表面凹腔与下表面的凸平面对称设置，所述上表面与下表面的凸平面上均设有与之
垂直的深孔；垫板本体侧边的抓脚面为向内倾斜的斜坡面。
发明内容
本发明提供一种三级缓冲重载弹性垫板及三级缓冲减振方法，其能有效维持列车
平衡，进一步提高了垫板的减振效果。
本发明的技术方案是：一种三级缓冲重载弹性垫板，包括垫板主体，所述垫板主体
包括中间主体和与中间主体一体相连的两侧主体，两侧主体包括分别连接在中间主体两侧
的二个旁侧主体；每个旁侧主体均设有阶梯面；中间主体的上表面和下表面上均设有交错
排列的高位大凸台；旁侧主体的上表面和下表面均设有相间排列的高位大凸台和低位小凸
台；旁侧主体上还设有连接高位大凸台和低位小凸台的加强筋。
所述中间主体上的高位大凸台按行列排布，中间主体同一表面上的相邻两行或相
邻两列的高位大凸台错位排布；旁侧主体同一表面上的高位大凸台和低位小凸台按行列排
布，旁侧主体同一表面上相邻两行的高位大凸台错位排布，旁侧主体同一表面上相邻两行
的低位小凸台错位排布。
所述高位大凸台为圆台或棱台；所述低位小凸台为圆台或棱台，低位小凸台在旁
侧主体的上表面和下表面上错位排布。
所述垫板主体同一表面上的高位大凸台、低位小凸台、加强筋、阶梯面呈阶梯形分
布：垫板主体同一表面上的高位大凸台形成第一级阶梯，低位小凸台和加强筋形成低于第
一级阶梯的第二级阶梯，阶梯面形成低于第二级阶梯的第三级阶梯。
所述加强筋连接在相邻的高位大凸台和低位小凸台之间；每个旁侧主体的高位大
凸台和低位小凸台通过加强筋连接成一个整体；加强筋为条筋，加强筋在上表面呈爬行状
分布、在下表面呈网状分布。
所述两个旁侧主体对称布置在铁轨两边，所述两侧主体上的上表面的高位大凸台
与下表面的低位小凸台对应设置；所述三级缓冲重载弹性垫板为采用热塑性弹性体材料制
成的一体成型的整体式结构，且以共价交联形成三维网状结构。
一种三级缓冲减振方法，将重载弹性垫板设置成三个部分：中间主体和分别一体
式连接在中间主体两侧的二个旁侧主体；在中间主体的上表面和下表面上均交错排列设置
高位大凸台；在旁侧主体的上表面和下表面均交错排列设置高位大凸台和低位小凸台且高
位大凸台和低位小凸台相间排布；在旁侧主体上设置与低位小凸台齐高的加强筋来连接高
位大凸台和低位小凸台；在每个旁侧主体上均设置阶梯面；通过高位大凸台、低位小凸台、
加强筋、阶梯面形成三级静刚度面：重载弹性垫板上所有高位大凸台形成第一级静刚度面、
所有低位小凸台与加强筋形成第二级静刚度面、所有阶梯面形成第三级静刚度面；
当重载弹性垫板受到重载压力时，重载弹性垫板的缓冲强度逐级上升、静刚度逐级提
升，实现三级缓冲减振：当重载压力施加到重载弹性垫板上时，第一级静刚度面开始承受预
定大小的重载压力，实现第一级缓冲减振；当重载压力超过第一级静刚度面的承受范围时，
第二级静刚度面开始对重载压力进行分担，实现第二级缓冲减振；当重载压力继续加大至
预定值时，第三级静刚度面开始对重载压力进行分担，实现第三级缓冲减振。
采用上述三级缓冲重载弹性垫板进行缓冲减振。
所述加强筋连接在相邻的高位大凸台和低位小凸台之间；每个旁侧主体的高位大
凸台和低位小凸台通过加强筋连接成一个整体；加强筋为条筋，呈网状分布，加强筋在旁侧
主体的上表面和下表面上对称分布；同一个旁侧主体上与轨道平行的加强筋上表面比下表
面少二条，使得重载弹性垫板上的积水与沉积物能够及时排出。
重载弹性垫板采用热塑性弹性体材料一体制作成型，且以共价交联形成三维网状
结构；所述两个旁侧主体对称布置在铁轨两边，所述两侧主体上的上表面的高位大凸台与
下表面的低位小凸台对应设置。
重载弹性垫板采用热塑性弹性体材料一体制作成型，且以共价交联形成三维网状
结构；所述两个旁侧主体对称布置在铁轨两边，所述两侧主体上的上表面的高位大凸台与
下表面的低位小凸台对应设置。
本发明中的三级缓冲重载弹性垫板能防积水、耐疲劳、防侧翻，承载能力强，能够
有效防止重载或拐弯时的滑行和应力集中的现象，有效分散载荷，保护垫板。本发明的技术
效果具体详述如下：1、三级缓冲重载弹性垫板两侧的凸台与加强筋结构能有效防止列车拐
弯、受力不均时导致两侧受力过大、应力集中而造成的垫板变形，维持列车的平衡。2、高位
大凸台、低位小凸台、加强筋、阶梯面形成了三级静刚度受力面，当三级缓冲重载弹性垫板
受到重载时，缓冲强度逐级上升，静刚度逐级提升，实现列车三级缓冲，有效维持列车平衡，
极大的提高了三级缓冲重载弹性垫板的减振效果。3、具有良好的防积水性，避免雨水、灰尘
等沉积物在三级缓冲重载弹性垫板上表面进行沉积，雨水将沿两侧的加强筋空隙处排出，
两侧的加强筋上表面比下表面少的结构设计，能够及时排出三级缓冲重载弹性垫板上的积
水与沉积物，有效改善三级缓冲重载弹性垫板的使用性能。4、该三级缓冲重载弹性垫板采
用热塑性弹性体材料制成，抗疲劳性能优异，形变平缓易回弹，降低轨道刚度，提高轨道使
用寿命，降低振动和噪音，增加列车运行的平稳、舒适和安全性能，广泛应运于客运及货运
等各种轨道交通工程中重载领域。
附图说明
图1是本发明中的三级缓冲重载弹性垫板的主视结构示意图；
图2是本发明中的三级缓冲重载弹性垫板的侧视示意图；
图3是沿图1中A-A线的剖视示意图；
图4是沿图1中B-B线的剖视示意图；
图中：1、高位大凸台，2、低位小凸台，3、加强筋，4、旁侧主体，5、中间主体，6、阶梯面。
具体实施方式
如图1至图4所示，一种三级缓冲重载弹性垫板，包括垫板主体，垫板主体主要由二
个不同的主体组合而成，即中间主体5和与中间主体一体相连的两侧主体，两侧主体包括对
称分布在中间主体两侧的二个旁侧主体4。每个旁侧主体的上表面和下表面均设为分别高
出中间主体上表面和下表面的阶梯面6，即旁侧主体的上表面高出中间主体上表面、旁侧主
体的下表面凸出（高出）中间主体下表面。阶梯面上再布置高位大凸台与低位小凸台。在垫
板主体同一面上，阶梯面位于该面的低位小凸台顶面（包括加强筋顶面）和中间主体表面之
间。中间主体的上表面和下表面均交错排布有相同高度的高位大凸台1，旁侧主体的上表面
和下表面均相间并交错排布有不同高度和不同尺寸的凸台，即高位大凸台1和低位小凸台2
相间排列，高位大凸台交错排布，低位小凸台交错排布。低位小凸台的高度小于高位大凸台
的高度。旁侧主体上的相邻高位大凸台和低位小凸台之间采用与低位小凸台几乎齐高的加
强筋3进行连接。两个旁侧主体均沿铁轨方向延伸，两个旁侧主体以铁轨为轴对称布置。旁
侧主体的上表面的高位大凸台与下表面的低位小凸台对称设置，在沿轨道方向上旁侧主体
上表面的加强筋比下表面的加强筋少2条。
凸台呈阶梯状交叉分布，既能够提供足够的应力，也能有效防止应力集中。当钢轨
承受重载时，两侧主体的低位小凸台与加强筋同时参与承压，若该垫板继续受重压，此时两
侧阶梯面能够提供较大的静刚度，通过三级缓冲减振，若该垫板继续受重压，此时两侧阶梯
面构成了第三级静刚度面来对压力进行提供，有利于力的传递，减少应力集中，有效防止垫
板疲劳受载时的失效，提高行车安全和垫板使用寿命。同时，两侧主体采用加强筋与阶梯平
台（即阶梯面）进行布置，能够及时将受力往垫板的中间主体牵引，防止重载、拐弯时垫板外
侧受力过大造成产品的破坏与失效。可设置旁侧主体上表面的加强筋无交叉分布，可以有
利于垫板上灰尘、雨水、油的排出，缓解垫板电化学腐蚀的氧化。
中间主体上有相同的凸台交错排布，两侧主体上有不同高度和不同尺寸的凸台交
错分布，其中两侧凸台采用网状条筋连接。高位大凸台为圆台、方台或三角棱台或其他多边
棱台。低位小凸台为圆台或、方台或三棱台或其他多边棱台。两侧主体上的高位大凸台和低
位小凸台一高一低呈阶梯形分布。两侧主体上的高位大凸台和低位小凸台通过加强筋连接
成一个整体。两侧主体加强筋上、下表面对称分布，且每侧的加强筋沿轨道方向（与轨道平
行的加强筋）上表面比下表面少2条。每个旁侧主体上表面加强筋呈爬行状布置（旁侧主体
上表面中间同一直线上设置与轨道平行的加强筋，在该直线两侧分别设置与轨道垂直的加
强筋），下表面加强筋呈网状布置。两侧主体沿铁轨的方向对称布置，所述两侧主体上的上
表面的高位大凸台与下表面的低位小凸台平面对称设置，上下表面的加强筋多为对称分
布。本发明中的三级缓冲重载弹性垫板是一种能防积水、耐疲劳、防侧翻、三级缓冲的重载
减振垫板。
三级缓冲重载弹性垫板采用热塑性弹性体材料制成，通用弹性体如橡胶，必须以
共价交联形成三维网状结构，即通常意义上的硫化，才能提供有效的物性，这类弹性体显示
的是热固性材料特点，交联后不能再加工，而热塑性弹性体含有硬段和软段的共聚物，其中
软段为无定形相，硬段部分结晶形成结晶微区，起到物理交联点的作用，使材料内部形成三
维网状结构，显示热塑性材料性能，可以再回收利用。通过改变软、硬段的比例，可以调整该
材料的硬度、弹性、强度、熔点、耐油性和耐候性，使用该材料制造垫板能延长其使用寿命，
同时能保护环境。
本发明具有良好的防积水性，能避免雨水、灰尘等沉积物在垫板上表面进行沉积，
雨水将沿两侧的加强筋空隙处排出，同一个旁侧主体上与轨道平行的加强筋上表面比下表
面少二条，使得重载弹性垫板上的积水与沉积物能够及时排出。本发明具有良好的耐疲劳
性，当重载弹性垫板受到重载压力时，重载弹性垫板的缓冲强度逐级上升、静刚度逐级提
升，实现三级缓冲减振，有效避免了垫板局部受力过大，有效分散了承受的载荷。所有的高
位大凸台组成了第一级静刚度面，该静刚度面由于受力面积大，凸台高度较高，因此一级静
刚度面能够实现较大范围的重载压力，实现第一级缓冲减振；当压力超过第一个静刚度面
的承受能力时，低位小凸台与加强筋构成了第二级静刚度面开始对重载压力进行分担，进
行第二级缓冲减振；若该垫板继续受重压，此时两侧阶梯面构成了第三级静刚度面来对压
力进行提供，进行第三级缓冲减振。在列车拐弯或者两侧受重载，第三级静刚度面能够提供
极大支撑，防止两侧垫板重载时的破坏，起到防侧翻的目的。通过以上三级缓冲减振，有效
提高了垫板的安全性，极大的提高了垫板的使用寿命，降低了维修和更换频率，因此，能广
泛应运于重载客运、货运、客货混运等各种轨道交通领域。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技
术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。