非焊接式無縫鋼軌接頭的製作方法

2023-09-23 17:42:30 1

專利名稱：非焊接式無縫鋼軌接頭的製作方法
技術領域：
鐵路軌道
背景技術：
1. 實現鐵路軌道的無縫是客貨列車運行安全、快速、平穩、舒適、節能的必然要求。
2. 熱脹冷縮使鋼軌在地表溫度變化時其長度相對路基發生伸縮，長期以來通過在鋼軌之間留下一個適 當的小縫隙避免鋼軌擠壓變形。然而，這個小縫隙卻給列車運行造成了很大不利影響，車輪通過兩根鋼軌 之間的縫隙時，車輪與縫隙前面鋼軌的邊緣發生衝撞(見圖1)。而且由於列車的巨大重量使鋼軌在車輪的 壓力作用下下沉，縫隙前面的鋼軌將高於縫隙後面的鋼軌，使車輪與鋼軌的衝撞進一步加劇(見圖2)。鋼 軌接頭縫隙影響安全，限制了列車速度的提高，帶來的震動和噪聲影響了客車的舒適，增加運行的能源消 耗；同時也加快了鋼軌與車輪的磨損。目前無縫鐵路技術被廣泛應用，其方法主要通過把鋼軌焊接在一起 消除縫隙，然而也存在不少的不足之處焊縫質量不穩定，斷頭率偏高，易發生脹軌及斷軌，修建及維護 費用高，仍然存在有縫區等一系列問題。

發明內容
本發明的目的就是消除鋼軌之間的縫隙，消除縫隙前後兩根鋼軌在車輪壓力下發生相對的高度變化。 但並沒有焊接相鄰的兩根鋼軌，限制鋼軌隨溫度變化的自由伸縮，而是通過在鋼軌靠近接頭的部位設計一 個特殊的結構把車輪及其對鋼軌的壓力順利由接頭後面的鋼軌(簡稱後軌)交接給接頭前面的鋼軌(簡稱 前軌)，並使車輪在前進方向始終在一個連續的平面上滾動，不與鋼軌發生衝撞。
圖9所示為接頭部位的水平截面圖，是鋼軌在遇冷情況下最大收縮時的結構。圖中斜線陰影部分表 示前軌，空白部分表示後軌。圖的上部表示軌腰和軌頭，下部表示軌底。由後向前各部分在垂直截面上的
結構發生如下變化
K3K4右側的部分為軌底縫隙以後的部分，即車輪通過接頭前越過的部位，此部位向後約一個軌枕的距 離開始，軌腰逐漸加厚以增加鋼軌的強度，在接頭部位截面變為如圖3所示，軌腰兩側橫線陰影部分為軌 腰增厚的部分，軌底帶小圓圈的部分是進入軌底縫隙處即將消失的部分。向左前行，車輪越過圖9中的K3K4 線，後軌軌底結束消失(在垂直面上如圖4中帶小圓圈與斜線的部分消失)出現軌底縫隙，此部位由加強 的後軌軌腰與軌頭向前繼續延伸的部分承受車輪的壓力， 一部分壓力傳遞給後軌的軌底，同時軌腰與軌頭 形成分叉繼續向前延伸，落於前軌軌底之上，另一部分壓力通過分叉傳遞給前軌軌底，這樣在車輪通過接 頭時，前後軌承受的壓力不再如通過普通接頭時發生急劇變化，避免了前後軌在車輪通過時出現明顯的相 對的高度差，車輪始終在一個連續的面上滾動，如同運行在同一根鋼軌之上。
車輪繼續向左前行，越過如圖9所示的BCfeK6線，在垂直面上越過軌底縫隙，進入前軌軌底部分(垂 直面上的結構如圖5所示)，此部位的前軌開始僅有軌底，後軌軌腰與軌頭延伸形成分叉結構，車輪壓力 作用在後軌分叉的起始部位，此分叉中央是一個空隙(圖5中帶小圓圈部分)，空隙的水平截面呈梯形， 高為ldK2與BC間的距離，即熱脹冷縮所需的縫隙寬度，也等於軌底縫隙的寬度，上底為位於BC線上的PiP2， 下底位於IW(2線上，下底長度約為鋼軌軌頂寬度的五分之一，確保分叉頂部可以承受車輪的磨察與壓力， 由於後軌分叉具有一定的長度，且與後軌是一個整體，其壓力僅有一小部分落在前軌軌底起始端，其餘部分分散在後軌軌底及前軌軌底的一個較大範圍，仍近似於車輪在一根鋼軌中間部分的情形。
車輪繼續向圖9所示的左側前行，越過ldK2線，在垂直面上的結構如圖6所示。此處的軌底部分屬於 前軌，後軌分叉位於前軌軌底之上繼續向前延伸，同時前軌適應後軌分叉的形狀出現軌腰與軌頭部分，此 部位的軌腰與軌頭在垂直於鋼軌的截面為矩形，水平截面向前延伸而變寬成為一個舌形結構(如圖9)，分 叉與舌形結構通過一個連續的、彎曲的、垂直於軌底平面的面相結合，後軌分叉落於前軌軌底上，位於舌 形結構的兩側，後軌分叉與前軌軌底的接觸面為水平面，確保後軌分叉承受的火車車輪壓力最後由前軌軌 底承載。在鋼軌遇冷收縮情況下，分叉與舌形結構之間有一很小的間隙，但在車輪前進方向，軌頂仍為一 連續的平面，車輪壓力由分叉單獨承受逐漸變為由分叉與舌形結構共同承受，壓力在軌底同樣分散在一個
較大範圍，隨著車輪向前滾動，由於分叉的兩邊即M2Pi與M4P2呈一個較小的角度，約15度，分叉的兩邊
逐漸變窄，舌形結構逐漸變寬，車輪壓力進一步向前軌的舌形結構轉移，但始終分散在軌底一個較大範圍。 車輪繼續向圖9所示的左側前行，越過M2M4線，在垂直面上的結構仍如圖6所示，但中間舌形結構(圖
中的斜線陰影部分)進一步增寬，而分叉內側互相平行，經過一個縫隙的距離到N2N4線，舌形結構繼續增 寬後，兩邊也變為互相平行，且不論鋼軌處於何種冷熱狀態均與分叉內側緊密接觸，直到M說3線，此部位
長度約為3個軌枕的距離，舌形結構的寬度約為軌頂寬度的五分之二，軌頂仍為一水平面，車輪壓力由舌 形結構與分叉共同承受，分散在軌底的一個較大範圍。在此部位，分叉與舌形結構通過3個螺栓在垂直的 方向上固定但允許分叉與舌形結構在不同冷熱情況下平行互相滑動。
車輪繼續向圖9所示的左側前行，越過!Wl3線，分叉的兩邊繼續變窄，與舌形結構間再次出現小的縫 隙，到N^3線，舌形結構再一次開始變寬，在垂直面上的構如圖7所示。在AK線處，分叉消失，舌形 結構變寬，充當整個軌頂，車輪壓力全部轉移到舌形結構即前軌之上。在R&處舌形結構頂部寬度變為正 常，軌腰再經變化，前軌變為正常狀態下的形狀，列車順利經過鋼軌接頭。期間車輪在前進方向沒有越過 縫隙，前後鋼軌之間的高差在車輪經過時不出現明顯變化。 1
鋼軌在最大受熱伸長狀態下，如縫隙的寬度設計理想，在圖9中，則軌底縫隙消失，舌形結構與分叉 間的縫隙消失，NiN3與lWl3線重合，N2N4與M2M4線重合，梯形空隙消失，此時的BC與KsK6將不在同一條 直線上。K5K6代表的前軌軌底縫隙緣與K3K4代表的後軌軌底縫隙緣重合，BC處代表的前軌分叉起始部則緊 靠舌形結構起始部，並位於前軌底的K2處。鋼軌在接頭部位的承載能力將更強， 一般情況下鋼軌接頭部位 的結構則介於上述兩種情況之間


圖9:鋼軌在最大遇冷收縮情況下的水平截面圖，圖的上部表示軌腰與軌頭，軌腰是增厚加強的，與 軌頭在水平截面的形狀基本相同。圖的下部表示軌底。斜線陰影部分表示前軌，空白部分表示後軌。
圖1與圖2:表示車輪通過普通接頭時的示意圖，圖1假設車輪不引起鋼軌下沉，鋼軌在接頭處與車 輪衝撞，鋼軌縫隙緣作用於車輪的力F指向車輪軸，向上向後，阻礙列車前進並引起列車震動，同時車輪 給鋼軌的反作用力損害鋼軌。圖2表示車輪的壓力引起後軌下沉，鋼軌縫隙緣給車輪的力F進一步增大，
且向後的分量增加，對列車運行與鋼軌產生更大的不利影響。
圖3—圖8均表示鋼軌在最大遇冷收縮的情況下，在圖9所示各位置的鋼軌垂直面的結構圖。圖中斜 線陰影部分表示屬於前軌，空白部分表示屬於後軌，帶圓圈的部分表示此部位為空隙或即將成為消失成為 空隙(圖3)，圖4表示圖9中BC與K3F間的部分，鋼軌收縮時軌底為空隙，遇熱伸長則位於前軌軌底之上。圖5-圖8表示軌底為前軌的部分，軌底以上的部分則由分叉向舌形結構逐步移行。最後舌形結構取代分叉，前軌取代後軌。
具體實施方式
此種無縫接頭主要在於改變了鋼軌接頭附近的形狀結構，鋼軌可以一次鍛壓成型，在接頭部位不再需 要扣件連接兩段鋼軌，鋼軌鋪設過程中直接把後軌分叉由上方套入前軌舌形結構，用螺栓固定即可，簡化 了鋪軌過程。在如圖9中所示，分叉或舌形結構中存在縫隙的部分，即N2N3與PiP2間和AK與!Wl4間的部 分，總長度約為該部位舌形結構或分叉增寬程度的4倍。此部位為前後軌的一個過度部位，其長度與軌頂 寬度相關。該部位因軌頂非一個緊密結合的整體，相對容易磨損，但其縫隙寬度遠小於接頭縫隙，且其邊 緣不與車輪衝撞，比普通接頭縫隙緣的破壞要輕微得多，通過增大該部位的規格和強度可進一步克服這個 薄弱環節。在舌形結構的尖端，車輪由分叉進入分叉與舌形結構的結合部。分叉將壓力作用於軌底，軌底 下沉使與其成一整體的舌形結構尖端下沉，尖端與分叉不再有明顯的高度差，並且可以通過把舌形結構的 尖端鑄造成一個輕微向下的弧形進一步克服可能的微小高度變化。此種無縫接頭可以容許鋼軌在冷熱變化時較大幅度的長度變化，只需增加螺栓孔的寬度及兩軌間的間 隙，即適當增加如圖9中BC與K3K4的距離，增加分叉與舌形結構平行且緊密結合部位的長度(M美與MA 的距離)。在無縫線路上可以替代焊接接頭，也可以在兩段焊接的長鋼軌之間使用這種接頭緩衝鋼軌在冷 熱變化時的長度變化。
權利要求
1.此種接頭通過使鋼軌接頭處軌底的縫隙和軌腰與軌頭的縫隙不在同一個截面上，接頭後面鋼軌的軌腰、軌頭部分形成分叉與接頭前面鋼軌套接並位於其軌底之上，車輪在通過接頭時，縫隙前後兩鋼軌作為一個整體承重，避免前後兩鋼軌在車輪壓力下的相對高度變化；前後兩鋼軌軌腰與軌頂的縫隙為一曲面角度，且在車輪前進方向有一個互相重疊的過渡區域保證軌頂在車輪前進方向絕對無縫。
2. 鋼軌接頭部位軌底縫隙和軌腰與軌頭的縫隙不在同一個截面上，接頭後面鋼軌的軌腰、軌頭通過 延伸(包括形成分叉之外的其他形式)超出軌底，與接頭前面鋼軌套接並位於其軌底之上，在縫隙前後兩 鋼軌作為一個整體承受車輪重量。
3. 接頭前後兩鋼軌軌頂與軌腰部分的縫隙為一彎曲的面(包括舌形與分叉之外的其他具體形式)，前 後鋼軌的軌頂與軌腰在前進方向有一段互相重疊的過渡區域。
全文摘要
一種為鐵路軌道特殊設計的不需要焊接的無縫鋼軌接頭，可同時克服有縫接頭縫隙的危害與目前普遍應用的焊接式無縫接頭的缺點。它通過使接頭前後兩鋼軌軌底的縫隙和軌腰、軌頭部分的縫隙前後錯開，接頭後面鋼軌的軌腰、軌頭部分形成分叉與接頭前面鋼軌軌腰、軌頭部分形成的舌形結構套接，並位於其軌底之上，車輪在通過接頭時，接頭前後兩鋼軌作為一個整體承重，避免前後鋼軌在車輪壓力下的相對高度變化；同時使兩鋼軌軌底以上部分的縫隙為一曲面，軌頂在車輪前進方向絕對無縫。它可以用於所有軌道交通的鋼軌。
文檔編號E01B11/22GK101324046SQ20071012674
公開日2008年12月17日 申請日期2007年6月16日 優先權日2007年6月16日
發明者夏頌年 申請人:夏頌年