順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法
2023-09-19 17:02:45 5
專利名稱：順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法
技術領域：
本發 明涉及列車軌道技術領域，確切地說是順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法。
背景技術：
為應對溫差給鋼軌帶來的脹縮問題，普通軌道在鋼軌連接處留有橫向空隙，雖避免了溫差應力給鋼軌帶來的危害，但列車通過時車輪對鋼軌接頭形成巨大撞擊，產生震動和噪音，耗損能量，車速也受到嚴重影響和制約，鋼軌在接頭處還經常發生破損，減損了軌道的使用壽命。無縫鋼軌雖然避免了這些問題，但在溫差巨大的北方冬夏兩季卻有斷軌、脹軌的安全隱患，對軌道進行的晝夜巡查，無法排除高強度反覆拉抻、擠壓給鋼軌帶來的金屬疲勞，鋼軌或路基構件一旦發生裂紋將需大量更換並危及行車安全。為克服這兩種方法帶來的弊端，人們提出了各種方案，如將鋼軌連接處的橫向空隙改成斜向空隙或大的斜縫、將一個橫向空隙變成兩個有一定距離的半個橫向空隙、在橫向空隙處加塞塑料板等等，不一而足，但均因其局限性而不被採用。
發明內容
本發明提供了順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法，它能有效解決鋼軌脹縮等諸多問題，避免列車運行時產生震動並徹底排除鐵路的斷軌、脹軌等安全隱患，不但延長軌道的使用壽命，還減少其維護費用。為解決上述技術難題，本發明的技術方案是順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法，將鋼軌分成裸鋼軌和鋼軌連接頭，通過鋼軌連接頭的特殊構造將軌道各段鋼軌連接處的橫向空隙轉換成順向的細縫；鋼軌連接頭在工廠集中加工，成批生產，然後焊接在鋼軌的兩端。本發明具有的優點和積極效果(1)與普通鋼軌相比，本發明的鋼軌在列車經過時無震動、低噪音、大幅度提高列車運行速度並節省能源消耗、減少軌道維護費用。(2)使用本發明對普通軌道稍加改造，人們在乘坐火車、輕軌和地鐵時將享受更多的舒適、安全和快捷，提高了人們的生活質量和工作、學習效率。(3)與無縫鋼軌相比，本發明降低高速鐵路的施工難度，減少其投資成本和維護費用，徹底排除了斷軌、脹軌等安全隱患，減弱鋼軌的金屬疲勞，提高了鋼軌的使用壽命。
圖1為橫向空隙與順向細縫轉換之前示意圖；圖2為橫向空隙向順向細縫轉換過程示意圖；圖3為向順向細縫轉換過程線路回折示意圖；圖4為橫向空隙向順向細縫轉換完畢效果圖5為兩個鋼軌連接頭在低溫冷縮時的構造示意圖；圖6為兩個鋼軌 連接頭在高溫熱脹時的構造示意圖；圖7為在鋼軌連接頭上增多卯槽數量加大順向細縫細度的方法示意圖；圖8為在鋼軌連接頭上增多榫頭數量加大順向細縫細度的方法示意圖；圖9為鋼軌連接頭實物圖；圖10為鋼軌連接處實物圖。
具體實施方案附圖標記含義軌面1、軌冠2、軌座3、榫頭4、卯槽5、榫頭峰6，卯槽底7、榫頭根 8、卯槽口 9、順向細縫10、固定螺栓孔11、加固板12。將橫向空隙轉換為順向細縫的方法將橫向空隙分割成與其垂直的若干個順向相鄰的小矩形，矩形的長度等於橫向空隙的寬度，矩形的寬度乘以矩形的數量等於橫向空隙的長度，如圖1所示；各小矩形向一側平行移動，讓其一角與一條斜線相連並均勻延伸，如圖2所示；當各矩形之間的位置符合要求時再往回折，如圖3所示；當第一個小矩形回到原來位置時轉換完畢，如圖4所示。小矩形的方向順著鋼軌的方向，故為順向，現實中，小矩形的寬度只相當於橫向空隙寬度的幾十分之一，故稱細縫。順向、細縫是列車車輪經過鋼軌連接頭時沒有撞擊、不發生震動的重要原因。按上述方法，將鋼軌上各小矩形沿著斜線移動並迴轉形成的類似等腰三角形的部位稱為榫頭或卯槽。連接鋼軌時每兩個相配套的連接頭構成一組，一個連接頭具有若干大小和形狀完全相同的榫頭，另一個則具有相同數量並與之對應著的卯槽，榫頭之間、卯槽之間、榫頭與卯槽之間，以及榫頭卯槽與鋼軌接頭之間的位置、方向和咬合對應等各種關係，如圖5、圖6 所示。榫頭、卯槽的結構如圖7、圖8所示，榫頭由榫頭峰、榫頭腰、榫頭根三部分構成，為由若干高度相同的矩形疊加而成的類似等腰三角形的圖形，卯槽由卯槽底、卯槽坡、卯槽口三部分構成，也由若干高度相同並與榫頭對應著的矩形疊加而成的類等腰三角形的圖形。榫頭峰為高度遠大於寬度的矩形，其高度適當大於根據該鋼軌長度和所在區域的溫差計算得出的最大膨脹和最大收縮的長度差，以最大收縮時一端的榫頭峰仍未完全脫離另一端的卯槽底、最大膨脹時一端的榫頭峰剛接觸到另一端卯槽底底部為宜，其寬度適當小於或等於每個車輪從鋼軌上經過形成的線的寬度，該線的寬度一般在鋼軌軌面寬度的 1/30 1/20之間；卯槽的各部位深度與寬度的確定與榫頭同，並以容下榫頭為必要條件。相疊加形成榫頭的各矩形的寬度，以與榫頭峰相鄰的矩形始，其寬度依次為榫頭峰寬度的3倍、5倍、7倍；構成每個榫頭的矩形數量，包括榫頭峰在內一般以4個為宜；卯槽各矩形寬度與數量以此類推。鋼軌連接頭上相鄰並列的榫頭之間的空隙為另一連接頭的卯槽，反之亦然；並列的榫頭或卯槽數量的確定一般以3至4個榫頭或卯槽為宜。具體數量和尺寸的確定，一般先根據細縫的大概寬度選定每個榫頭或卯槽疊加矩形的層數，推測出卯槽口的大概寬度，進而確定每根鋼軌連接頭上榫頭和卯槽的數量，然後往回推算並依次確定卯槽口、榫頭頭根、卯槽底、榫頭峰、以及各疊加層等部位的寬度。至於其各部位的高度的確定，依照已經確定的榫頭峰的高度進一步確定。加工生產鋼軌連接頭時由鋼軌生產廠 家按圖紙生產出鋼軌連接頭的毛坯，再成批或單獨在各種工具機上進行精細加工，也可使用同一型號的鋼軌截取連接頭進行加工生產。加工後的實物如圖9所示。焊接時一般在鋪軌現場用鋁熱焊法進行焊接，先將對應的兩個鋼軌連接頭對接咬合，榫頭峰探進卯槽底的深度根據鋪軌現場歷史最大溫差和當時的溫度等諸因素決定，然後將該組連接頭與兩條需連接的鋼軌對準、擺齊，再進行焊接、打磨，最後安裝固定板進行加固。焊接後的連接處實物如圖10所示。
權利要求
1.一種順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法，將鋼軌分成裸鋼軌和鋼軌連接頭，通過鋼軌連接頭的特殊構造將軌道各段鋼軌連接處的橫向空隙轉換成順向細縫。
2.根據權利要求1所述的順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法，其特徵在於將橫向空隙分割成與其垂直的若干個順向相鄰的若干小矩形，矩形的長度等於橫向空隙的寬度，矩形的寬度乘以矩形的數量等於橫向空隙的長度；各小矩形向一側平行移動，讓其一角與一條斜線相連並均勻延伸；當各矩形之間的位置符合要求時再往回折，當第一個小矩形回到原來位置時轉換完畢。
3.根據權利要求1所述的順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法，其特徵在於，連接鋼軌時每兩個相配套的連接頭構成一組，一個連接頭具有的榫頭，另一個則具有相同數量並與之對應著的卯槽。
4.根據權利要求1所述的順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法，其特徵在於，榫頭由榫頭峰、榫頭腰、榫頭根三部分構成，為由若干高度相同的矩形疊加而成，卯槽由卯槽底、卯槽坡、卯槽口三部分構成，也由若干相同高度並與榫頭對應著的矩形疊加而成。
5.根據權利要求1所述的順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法，其特徵在於，榫頭峰為高度遠大於寬度的矩形，其高度適當大於根據該鋼軌長度和所在區域的溫差計算得出的最大膨脹和最大收縮的長度差，以最大收縮時一端的榫頭峰仍未完全脫離另一端的卯槽底、最大膨脹時一端的榫頭峰剛接觸到另一端卯槽底底部為宜，其寬度適當小於或接近每個車輪從鋼軌上經過形成的線的寬度；卯槽的各部位深度與寬度的確定與榫頭同，並以容下榫頭為必要條件。
6.根據權利要求1所述的順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法，其特徵在於，相疊加形成榫頭或卯槽的各矩形的數量，包括榫頭峰或卯槽底在內為3至5個。
7.根據權利要求1所述的順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法，其特徵在於，鋼軌連接頭上並列的榫頭之間的空隙為另一連接頭的卯槽，反之亦然；並列的榫頭或卯槽數量確定為3至5個。
8.根據權利要求1所述的順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法，其特徵在於，具體數量和尺寸的確定，一般先根據細縫的大概寬度選定每個榫頭或卯槽疊加矩形的層數，推測出卯槽口的大概寬度，進而確定每根鋼軌連接頭上榫頭和卯槽的數量，然後往回推算並依次確定卯槽口、榫頭頭根、卯槽底、榫頭峰、以及各疊加層等部位的寬度。至於其各部位的高度的確定，依照已經確定的榫頭峰的高度進一步確定。
9.根據權利要求1所述的順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法，其特徵在於，加工生產鋼軌連接頭時由鋼軌生產廠家按圖紙生產出鋼軌連接頭的毛坯，再成批或單獨在各種工具機上進行精細加工，也可使用同一型號的鋼軌截取連接頭進行加工生產。
10.根據權利要求1所述的順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法，其特徵在於，焊接時一般在鋪軌現場進行焊接，先將對應的兩個鋼軌連接頭對接咬合，榫頭峰探進卯槽底的深度根據鋪軌現場歷史最大溫差和當時的溫度等諸因素決定，然後將該組連接頭與兩條需連接的鋼軌對準、擺齊，再進行焊接，再打磨，在安裝固定板進行加固。
全文摘要
本發明提供了一種順向、細縫、無震動、無溫差應力鋼軌及製作、安裝方法，鋼軌分成裸鋼軌和鋼軌連接頭，連接頭通過特殊構造將鋼軌連接處的橫向空隙轉換成順向細縫，列車經過時不出現震動。每兩個相配套的連接頭為一組，具有若干大小和形狀完全相同的榫頭及與之配套的卯槽。連接頭在工廠集中生產加工，在鋪軌現場焊接時先將對應的每組連接頭對接咬合，榫頭峰探進卯槽底的深度根據鋪軌現場歷史最大溫差和當時的溫度等諸因素決定，然後將該組連接頭與兩條需連接的鋼軌對準、擺齊，再進行焊接、打磨，再安裝固定板進行加固。本發明有效解決鋼軌脹縮等問題，避免列車震動，減輕高鐵軌道的金屬疲勞，徹底排除鐵路的斷軌、脹軌等安全隱患。
文檔編號E01B11/44GK102433808SQ20111045200
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者單景州 申請人:單景州