受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭的製作方法

2023-10-26 05:35:57

專利名稱：受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及鐵路鋼軌製造技術領域， 一種鋼軌焊接接面的結構改進。
技術背景-現有的無縫鋼軌由軌底、軌腰、軌頭和焊接面構成，焊接面為垂直於鋼軌縱 向的平面，隨著客車的高速化和貨車的重載化，焊接在鐵路無縫鋼軌中便成為關 鍵技術之一。因此國內外對鋼軌焊接的技術競相研究，但是都把注意力集中在焊 接材料和焊接工藝方面，對焊接接縫的幾何形狀卻無人問津，鋼軌焊接焊縫的幾何形狀仍停留在垂直於鋼軌縱向的平面，如圖8所示。因環境溫度下降，沿鋼軌 縱向X對焊縫有很大的收縮拉力，在列車運行時，由於爬坡或剎車，車輪作用 於鋼軌B對焊縫也產生拉力，假設這三個拉力的總和為Fx， Fx是垂直於焊縫的 拉力；與此同時，輪緣由鋼軌內側沿Y向對鋼軌B產生的擠壓力fy， Fy是完全 作用於焊縫的剪切力；車輪對鋼軌B沿Z向的壓力Fz， Fz也是完全作用於焊縫 的剪切力。於是焊縫承受的是雙剪一拉的惡劣應力狀態，這就對焊接強度提出了 很高的要求。此外，由於焊縫的突起或凹陷，當車輪通過焊縫時，也產生上下顛 簸和左右搖擺，隨著列車的不斷增重和提速，這些現象更加突出，不但影響了列 車運行的平穩性，而且增加了焊縫斷裂的機率和運行的安全性，因此這是當今鋼 軌焊接技術領域亟待解決的問題。 發明內容本實用新型為了解決上述存在的問題，提出一種受力狀態和平順性好的鋼軌 斜面焊接接頭，它既改善了焊縫的受力狀態，增加了焊縫的承載能力，又減緩了 車輪通過焊縫時的衝擊、上下顛簸和左右搖擺。本實用新型的上述目的是這樣實現的，結合附圖說明如下一種受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，它是在不涉及鋼軌輔設的基 礎、道床、軌枕和扣件等的前提下，把鋼軌的接頭焊接面製成斜面。由垂直於鋼軌縱向X的平面變為與縱向X成a角的斜面，把平行於鋼軌垂向z的平面變為與z成e角的斜面，其中鋼軌兩端焊接面的傾斜角度相對應的a角的範圍為75°至30° ， e角的範圍為30°至70° ，於是車輪對鋼軌沿Z 向作用在斜面上的力，便分解為垂直於斜面的壓力和平行於斜面的剪切力，輪緣 由鋼軌內側沿Y向作用於斜面的力便分解為垂直於斜面的力和平行於斜面的剪 切力，把沿X方向的拉力分解為作用於斜面的拉力和平行於斜面的剪切力，這 便把現行鋼軌接頭焊縫由雙剪一拉的惡劣受力狀態，轉化為拉、剪、壓的複合應 力狀態，這不但增加了焊縫的長度或面積，改善了焊縫的受力狀態，減緩了車輪 對焊縫的衝擊、上下顛簸和左右搖擺，而且降低了對煌縫質量的過高要求。在垂直於鋼軌縱向X的平面變為與縱向X成a角的斜面情況下，又將平行 於鋼軌垂向Z的平面變為與Z成{3角的斜面，能夠進一步提高本發明的技術效 果。本實用新型的有益效果是設計新穎、結構緊湊，在不涉及鐵路鋼軌現行 鋪設的路基、道床、軌枕和扣件等的前提下，使焊縫的受力狀態、平順性和顛簸、 震動等都有顯著改善，而且提高了焊接效率，減少了焊接用費。


圖1是焊接面與平行鋼軌方向X成d角的示意圖； 圖2是圖1的仰視圖 圖3是圖1的正視圖；圖4是焊接面與垂直鋼軌方向z成e角的示意圖；圖5是圖4的仰視圖； 圖6是圖5的正視圖； 圖7是綜合圖1和圖4的示意圖； 圖8是鋼軌已有焊接面的示意圖。在圖1至圖8中A、 B是前後兩段鋼軌，l是軌底，2是軌腰，3是軌頭，4是接頭焊接面，(X， Y， Z)是右手直角座標系，X為平行於鋼軌的方向，Y為由內向外垂直於鋼軌的方向，Z為由上向下垂直於鋼軌的方向。
具體實施方式
，
以下結合附圖對受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭作 進一歩具體說明參閱圖1至圖3，焊接面由原來垂直於X軸的直平面，變為與X軸成a角的斜面，a角的取值範圍為75。至30° ，因溫降鋼軌收縮作用在斜面上的拉力 Fx便分解為垂直於斜焊接面的拉力和平行於斜焊接面的剪切力，於是減小了作 用在斜焊接面上收縮力Fx，同時輪緣由鋼軌內側沿Y方向作用在直焊接面的剪 切力FY便分解為垂直於斜焊接面的力和平行於斜焊接面的剪切力，於是便減小 了輪緣對斜焊接面的剪切力；由於車輪通過焊縫時的直線變為斜線，這便減小了 車輪的衝擊和上下顛簸，增加了通過的平順性；由直焊接面變為斜焊接面增加了 焊縫的長度或焊接面的面積，相應地降低了對焊接質量的過高要求。參閱圖4至圖6，焊接面由原來平行於Z軸的直平面，變為與Z軸成P角的 斜面，e角的取值範圍為3(T至70° ，由車輪作用在鋼軌B的壓力對原來直焊 接面的純剪切力Fz分解為垂直於斜焊接面的力和平行於斜焊接面的剪切力，於 是減小了作用在焊接面上的剪切力Fz;由於焊縫由沿Y軸的直線焊縫變為與Y 軸成e角的斜焊縫，便增加了輪緣作用在斜焊縫處的平順性；由於由直焊縫變為 斜焊縫增加了焊縫的長度或焊接面的面積，相應地降低了對悍接質量的過高要 求。參閱圖7，圖7是將圖1和圖4綜合於一體，圖7的焊接斜面與X軸成a角、 與Y軸成f3角，於是便同時具有了沿X軸的抗拉性能，沿Y軸和Z軸的抗剪性 能。當所鋪設的線路為普速、重載、大半徑或直線線路，a角可取75° ， 6角 取40°至65°為宜；當所鋪設的線路為小半徑或山區的普載、普速，e角可取 30° ， a角取30。至35°為宜；當所鋪設的線路為高速客車，a角可取30°至 45° ， e角可取45。至65°為宜；當所鋪設的線路為高速重載時，a角可取30 °至40° ， e角可取5(T至70°為宜；於是便改善了在焊接面的承載能力、抗 拉能力和適應能力。本實用新型的優異技術效果在於1、 參閱圖1至圖3，假設已有鋼軌的焊接直平面所受的拉應力為(7.Y，由於把已有直平面變為與鋼軌縱向成a角的斜平面，於是沿斜平面的拉應力cr; = ov sin2 a ，這就使作用在焊接面上的拉應力減少了 sin2 a ，如果取"為45° ，拉應力便減至原來拉應力的一半，而且由於焊縫由直縫變為斜縫，增加了車 輪通過焊縫時的平順度。2、 參閱圖4至圖6，假設已有平行於鋼軌焊接直平面所受的剪切應力為^ ，由於將其變為與鋼軌z向成e角的斜平面，於是沿斜平面的剪切應力r; = rz cos2 "，這就使作用在焊面上的剪切應力降低了 cos2 "，如果取0為45° ，剪切應力便減至原來剪切應力的一半，而且由於焊縫由直縫變為斜縫，增加 了輪緣通過焊縫時的平順度。3、參閱圖7，由於圖7是圖1和圖4的綜合，焊接面由原來垂直於鋼軌縱向的直平面變為與鋼軌縱向x成a角、與鋼軌垂向z成e角的斜平面，於是便把上述1和2的效果統一於一體，同時根據線路的實際情況和列車的載重及行駛速 度確定。.角和e角的範圍。由於上述l、 2和3的優異技術效果，便解決了現行鋼軌焊接存在的一些亟待解決的問題，而且a角和e角可根據實際情況設定。
權利要求1、一種受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，由軌底、軌腰、軌頭和焊接面構成，其特徵在於焊接面與鋼軌平行方向呈α角；或與鋼軌上下垂直方向呈β角，其中α角的範圍為75°至30°，β角的範圍為30°至70°。
2、 根據權利要求l所述的受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特徵在於焊接面與鋼軌平行方向呈a角，a取值為75。。
3、 根據權利要求1所述的受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特徵在於焊接面與鋼軌平行方向呈a角，ci的範圍為30。至35° 。
4、 根據權利要求l所述的受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特徵在於焊接面與鋼軌平行方向呈a角，a的範圍為30。至45° 。
5、 根據權利要求l所述的受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特徵在於焊接面與鋼軌平行方向呈ci角，d的範圍為3(T至40° 。
6、 根據權利要求l所述的受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特徵在於焊接面與鋼軌上下垂直方向呈e角，e角取值為40。至65° 。
7、 根據權利要求1所述的受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特徵在於焊接面與鋼軌上下垂直方向呈3角，3角取值為30。。
8、 根據權利要求1所述的受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特徵在於焊接面與鋼軌上下垂直方向呈P角，e角取值為45。至65° 。
9、 根據權利要求1所述的受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特徵在於焊接面與鋼軌上下垂直方向呈P角，！3角取值為50。至70° 。
10、 根據權利要求1所述的受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭， 其特徵在於垂直於鋼軌縱向X的平面變為與縱向X成a角的斜面情況下，又將平行於鋼軌垂向z的平面變為與Z成0角的斜面。
專利摘要一種受力狀態和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，涉及鐵路建設的鋼軌焊接技術領域，是把已有鋼軌焊接面為垂直於鋼軌縱向的平面改為與鋼軌縱向成α角的斜面，同時把已有鋼軌焊接面為平行於垂直鋼軌方向的平面，改為與鋼軌垂直方向成β角的斜面。這便改善了焊縫的受力狀態，減緩了車輪通過鋼軌作用於焊縫的剪切力和因溫度下降鋼軌因收縮作用於焊縫的拉力。由於焊縫為斜縫，便減緩了車輪通過焊縫時的上下顛簸和左右搖擺，同時增加了焊縫的長度或焊接面的面積，相應的降低了對焊接質量的過高要求。按照本實用新型具體實施，無需對路基、道床、軌枕和扣件等進行改變，這便提高了鋼軌鋪設的效率和焊縫承載能力，降低了鐵路建設的成本。
文檔編號E01B11/44GK201099825SQ20072009428
公開日2008年8月13日 申請日期2007年8月30日 優先權日2007年8月30日
發明者宋玉泉, 張曙光, 駱武偉 申請人:宋玉泉