CN1014251B - 固定铁路钢轨的扣件 - Google Patents

Abstract

在钢轨座上固定钢轨的扣件，包括固定钢轨的弹性扣件，由弹性金属制成，有第一和第二端，从第一端开始依次有直臂状的第一部分、180°弯曲状的第二部分、第三部分、180°弯曲状的第四部分和平行于钢轨并在钢轨底施夹紧力的第五部分；埋入钢轨座的安装弹性扣件的固定器，弹性扣件有相对第五部分横向设置的指向第一部分的第六部分，弹性扣件装在固定器上时，第五部分夹紧钢轨底，横向放置的第六部分与固定器上的止动部件共同作用，限制弹性扣件的位移。

Description

本发明涉及一种用于在轨枕上固定铁路钢轨的扣件，该扣件包括位移止动部件和弹性扣件，本发明以特别涉及到法国专利2256287和2330803中公开的装置或与之相关的装置的改进结构。

在枕木或轨枕（由木材、混凝土或金属制成）、平板或称之为“底板”的金属或塑料部件上固定钢轨已为众所周知，其中底板固定在轨枕或木板上。在以下的叙述中，“支座”一词将用于表示轨枕、底板或平板。在钢轨轨底的下表面与支座之间插入一个通常由橡胶制成的所谓钢轨垫板，其目的是构成一弹性缓冲器，以允许钢轨相对于其支座可有轻微移动，以避免支座在冲击作用下或由机车产生的作用力下被损坏。若使轨道在钢轨上产生各种作用力和钢轨产生轻微位移时仍能保持其几何形状，显然需要提供夹紧装置用于将钢轨夹紧在支座上。这些夹紧装置一般是靠在轨底的边缘上并固定在支座上。目前，人们已经考虑到在钢轨下面增加弹性垫板，其夹紧装置也是弹性的。以便在钢轨有轻微的移动或在支座上的夹紧装置的固定器松弛时，尽可能地保证钢轨上的夹紧力。在以下的叙述中，夹紧装置和其固定器统称扣件。

有许多不同种类的扣件，主要分为螺旋式和非螺旋式扣件。在非螺旋式扣件中，又有许多不同的结构。最新和使用最广泛的一种非螺旋式扣件是公开在法国专利2256287和2330803中的扣件。

然而，上述扣件有一个比较主要的缺点，该缺点是本发明所要克 服的。在介绍本发明之前，我们将简要地重述法国2256287和2330803中有关扣件的作用。为此，2256287专利的描述和编号仍将被采用。

在所述专利的图9中，表示了这种扣件处于夹紧位置时的工作状态。这种扣件包括一弹性扣件（见图1～3或4～6）和一紧固在支座6上的固定器。弹性扣件的部分1相对于钢轨横向插入固定器10的孔10c中。在插入过程中，弹性扣件的部分3被迫沿着斜面10A升起，于是弹性扣件发生变形，使弹性扣件部分5对钢轨8产生一夹紧力。用一绝缘板9可以很容易地避免弹性扣件和轨的接触。

现在分析一下钢轨的Ⅰ况，首先分析其受力状态。

受力来源主要有两种：

-机车车轮的作用，

-温度变化的作用。

下面将进一步详细地分析车轮的作用。

当车轮通过钢轨时，车轮将在钢轨顶面施加一倾斜的作用力，该作用力可分解为向下的并与钢轨垂直的铅垂力和一指向轨道外侧并处于同钢轨垂直的平面内的横向力。因此，钢轨将围绕着其自身的纵向轴线旋转。当轮轴通过时，特别是在弯道处，轨道的两条钢轨将产生上述的旋转，但两条钢轨的转向相反，从而使轨道的轨距局部变宽。在弯道半径小或弯曲轨道的超高不同于理论上允许相应车速的超高时，这种轨距局部变宽会导致危险产生。这种现象在某些机车设计上很重要，在此类设计中，弯道产生的作用力大于其它作用力。在一半径为200～300米的弯道上，对于轴荷为20～22吨的车轮，其施加在钢轨顶面上的横向分力可轻易地达到4～5吨。因此，同一轨道 两边的扣件所受的作用力是不同的。在外侧轨道上，钢轨顶面边缘将首先向支座移动;而在内侧轨道上，钢轨顶面边缘将升起。于是，按法国专利2256287所述，在轨道外侧的弹性扣件部分5将首先下移，以便跟随钢轨顶面的移动，此时，弹簧施加一较小的夹紧力，同时，轨道内侧的弹性扣件部分5将升起。

所说弹性扣件和弹簧一样，有一定的许用工作范围，越是迫使弹性扣件部分5升起，弹性扣件的变形就越大。超过一定限度后，弹性扣件变形将出现局部不可回位，即由“弹性”区变到“塑性”区。当钢轨回到它的原始位置时，弹性扣件不再完全复位或不再具有与其变形力相同的恢复力，部分5甚至不再与绝缘板接触，即钢轨不再被夹紧。如果这种情况发生在几个相邻的支座上，可能会导致列车脱轨。

另外，比较严重的是，上述情况不能简单地凭肉眼发现，而且不可能有修正装置，除非更换弹性扣件，就象通常发生在螺旋式扣件上的情形一样。

当法国专利2256287或2230803的扣件被加力并且全部或部分失去夹紧作用时，钢轨的旋转（一般称“倾斜”）可能会加剧，扣件的损坏也将恶化，并且可能产生一连串的损坏。钢轨倾斜越大，扣件和钢轨之间的相互磨损就越大，扣件的这种磨损又导致弹性扣件对钢轨的夹紧力减小。为了避免钢轨的这种倾斜现象，人们可能会设计出可足以进一步夹紧钢轨的扣件。然而，这将大大地提高扣件的刚度并且变脆。

实际问题是，根据法国专利2256287或2330803制造的非螺旋式扣件，其抵抗钢轨倾斜的刚度不可能增加到很大。即当弹性扣件夹紧在轨道上时，其作用曲线、即在扣件作用区域上力与变形的 关系曲线近似为线性。弹性扣件在负载和卸载时具有相同的刚性。这一大缺点是人们希望解决的。该缺点有碍于这种扣件在运输繁忙的铁路网上使用，这种铁路网的钢轨下通常带有高弹性底座。

目前，为了尽可能保护支座，在钢轨下使用高弹性底座是有其优点的。特别是支座是由混凝土制成的轨枕时，对于减缓机车对轨枕的冲击，高弹性底座显得更加优越，车轮对钢轨的冲击是由于车轮或钢轨的不规则表面引起的。然而，要使用高弹性（可压缩性）底座，则需要一个扣件，该扣件能防止钢轨在横向作用力下、在其底座上产生不希望的倾斜。

因此，本发明的目的就是要解决这一新的技术难题，其要点是提供一个在钢轨底座上固定钢轨的扣件，当钢轨倾斜超过一定值，该扣件能绝对止动其倾斜。

这个新的技术难题首次由本发明的技术方案所解决，这个方案的设计非常简单，成本低，并且适合于工业化生产。

换言之，本发明要实现这一目的，就必须克服法国专利2256287或2330803所公开扣件的缺点。其方案是提供一种扣件，当钢轨倾斜超过一定值，该扣件对钢轨具有绝对止动作用。

这样的止动作用在非螺旋式扣件中是一明显的进步。从前人们很难想象到在非螺旋式扣件中有这种可能性。非螺旋式扣件与螺旋式扣件不同，前者的固定器是以非移动形式预先安装在支座中，而后者在钢轨固定到它的支座上后，仍可以调节扣件的弹性扣件螺栓或螺母，以确保止动作用，防止扣件向上运动，从而防止钢轨相对其支座向上升起。

因此，本发明提供了一种用于在钢轨支座上固定铁路钢轨的扣件， 该轨卡包括：

-一个在钢轨支座上固定或夹紧钢轨的弹性扣件，弹性扣件由弹性金属制成，具有一个第一端A和一个第二端B。从第一端A开始，弹性扣件依次具有一大致呈直臂状的第一部分，一大致呈180°弯曲状的第二部分，一第三部分、一大致呈180°弯曲且与第二部分同位于第三部分的一侧的第四部分、以及一大体与钢轨平行并用于在钢轨轨底上施加夹紧力的第五部分。

-一个适用于安装该弹性扣件的固定器，固定器埋在或固定在钢轨支座中。其特征在于弹性扣件具有一相对于第五部分横向设置的第六部分，第六部分指向第一部分，当弹性扣件安装在固定器上时，由弹性扣件第五部分夹紧钢轨的轨底，最好由所说的横向设置的第六部分与固定在固定器上的止动部件共同作用，限止弹性扣件的位移。

根据一特别有利的实施例，固定扣件的进一步特征在于位移止动部件包括一凹座，在弹性扣件安装位置或夹紧位置上时，弹性扣件第五部分大致与凹座平行。

根据另一实施例，所说的位移止动部件具有一个在固定器上的台肩，所说台肩基本上平行于第五部分并且其下表面与第六部分接合。

根据本发明的又一实施例，固定扣件的特征在于第六部分基本上垂直于第五部分。

本发明的另一个显著优点是，其固定扣件的特征在于所说位移止动部件是阻止第五部分升起，进而阻止钢轨升起的部件。

最后，本发明还有一个特点是，在所提供的固定扣件中，固定器上有一个纵向凹槽，弹性扣件的第一部分平移插入所说凹槽中，其特征在于固定器上有一用于限制弹性扣件插入行程的横向止动面12A或15A。

因而，本发明的主题是改进法国专利2256287或2330803中图1～3或4～6所示弹性扣件固定器的形状。使当弹性扣件第五部分5已经放置并夹紧钢轨时，如果弹性扣件受由于钢轨轨底升起而产生的上移力作用，则所说部分5与固定器10的一部分接触。显然，固定器在铺设轨道时，绝不能防碍钢轨在其支座上的布置。更具体的说，本发明的特征在于，通过所说弹性扣件部分5的局部弯曲及在固定器上设置凹座或台肩，使部分5上的弯曲部分6尽可能晚地、直至弹性扣件完全定位，才移至台肩的下面或固定器10的凹座内。

参考附图阅读以下描述后，本发明将更易于理解。其中：

图1、2和3分别为本发明的弹性扣件的侧视图、正视图和俯视图。

图4、5和6表示了与图1、2和3所示弹性扣件相似且对称的本发明的弹性扣件。

图7和图8表示了其它形状的弹性扣件。

图9是图3沿X-X剖线得到的剖视图，其中没有给出剖面以外的部分。

图10是图9所示结构的另一种形式。

图11是本发明扣件的俯视图，它具有一改进的弹性扣件和一改进的固定器。

图12是本发明扣件的正视图。

图13是图12所示的固定器的顶部透视图。固定器的顶部可以理解为位于支座之上且用于安装弹性扣件的那部分。支座的固定部件可根据被固定部件制成任意形状。

图14是图13的ⅩⅣ向视图。

图15是与图12相似的正视图，图中表示了本发明结构在止动钢轨倾斜时的工作状态。

图16是本发明固定器的另一实施例。

图17是应用本发明的方案，安装一底板的实施例，图中表示了弹性扣件和部分底板的透视图。

现参考附图进行说明。图1～3表示了本发明的弹性扣件，弹性扣件最好由一根整体金属棒材在几处弯曲而成，弹性扣件有一个第一端A和一个第二端B。

从第一端A开始，弹性扣件依次有：

-一大致呈直臂状的第一部分1，从下面可以看出，该部分最好定义为一条水平的并基本平行于钢轨的直线，

-一大致呈180°弯曲状的第二部分2，部分2可以是平面曲线或空间曲线，

-一多少向内弯曲的第三部分3，

-一大致呈180°弯曲、并与第二部分2同位于第三部分3一侧的第四部分4，

-一基本平行于钢轨的第五部分5，部分5用于在钢轨轨底上施加夹紧力。

根据本发明，弹性扣件的特征在于具有一相对于第五部分5横向设置的第六部分6，部分6指向第一部分。当弹性扣件安装在固定器上时，本发明的弹性扣件将由它的第五部分夹紧钢轨轨底。固定器部分将在以后结合图11～17予以说明。

横向设置的第六部分6与固定在固定器上的位移止动部件共同作用，限制弹性扣件的位移。

上述部件还将结合附图11～17予以更详细的说明。

第四部分4的弯曲曲率半径最好大于第二部分2。从而使第五部分5相对于第三部分3处于第一部分1的外侧。

本发明固定轨卡的第二个部件是附图11～17所示的固定器10或16。固定器用于安装所说弹性扣件，并埋在或固定在钢轨支座中。以下还将进一步说明。

图1～3表示了第六部分6最好处于与第五部分5基本垂直的位置。

第五部分5的下表面有一段平面5A，第六部分6的下表面最好也制出一段平面。类似的，在与固定器配合的第六部分6的上表面也可制出一段平面。

此外，可以看到，本发明在图1～3中所示的弹性扣件像反写的字母“e”。

图4、5和6所表示的也是本发明的弹性扣件，它们分别类似于图1、2和3所示弹性扣件，只是形状相反，类似于字母“e”。

然而，为了表示各种可能的实施例，这些弹性扣件还有两点微小的差异。例如，图4、5和6所示的弹性扣件部分1比图1、2和3所示的要长，并延伸到第四部分的弯曲部分之下。

另外，本发明的第六部分上没有平面段，其断面形状大致为圆形。

图7表示了图4所示弹性扣件另一种形状，其中，第二弯曲部分2比上述实施例更合理，并且第三部分3具有更大的弯度3A、3B。同上，第五部分和第六部分上都没有平面段或压延面。

图8表示了图4所示弹性扣件又一种形状。其中，第四部分4、第五部分5和第六部分6可以由同一螺旋斜面形成，并且具有大体恒定 的曲率。

图9为图3的Ⅹ-Ⅹ剖面图。设部分1的轴线是水平的，则图9所示直线D₁与部分1的中心C₁。直线D₃和D₅平行于D₁并分别通过部分3和5的断面中心C₃和C₅。在本图中，D₃处于D₁和D₅之间。但D₅也可以处于D₁和D₃之间或D₁处于D₃和D₅之间。图9确定了两个角度α和β，角（C₃、C₁、C₅）称为β。当弹性扣件安装在固定器上时，β角将减小。

α角是部分5的压延断面轴线与直线D₅的夹角。在安装轨卡弹簧的过程中，α角将增大，以便随着钢轨轨底或绝缘板（如果有的话）倾斜。随着α角增大，部分6将围绕着一条大体与部分5的轴线重合的轴线旋转。

图10是图9的一种简单变换。其意图是表示三条直线D₁、D₃和D₅中的任意两条直线可以重合为一直线。α角可以是零、正值或负值。β角可以小于、大于或等于180°。也可以采用与传统结构相同的弹性扣件，这种扣件的β角可能与图9的Ⅹ-Ⅹ断面图不同。

图11是本发明固定扣件的俯视图，它表示了在夹紧位置上本发明的弹性扣件和固定器的装配关系，二者都有相应的改进。弹性扣件安装在固定器中，即部分1平移插入固定器10中的纵向圆孔10C中。

如上所述，弹性扣件具有一第六部分6，装配时，部分6插入凹座12，在固定器10中的凹座12构成位移止动部件。凹座12中包括一壁面12A，如果需要，它可以做为第六部分6的一个止动壁。这种结构使得在弹性扣件的绝缘板可以采用同样的方式推动弹性扣件，而不必使第二部分2与固定器10接触。事实上，部分2需要承受相当 大的扭转应力，因而必须防止它与固定器10接触而产生的损坏和磨损。凹座12在安装或夹紧位置上基本平行于第五部分5。

本发明还有一些意想不到的其它优点，它可以更好地控制弹性扣件装入固定器的推进行程，并且能避免弹性扣件在第二弯曲部分2处断裂。

在图11中，符号8表示钢轨（见上方），R表示所说钢轨的轨底边缘。为了不使该图表示的东西过多，图中表示的是一种不带绝缘板的结构，即没有图12中所示的中间绝缘板9。

图12是本发明扣件在夹紧位置上的正视图。它表示了固定在弹性底座7上的钢轨8，底座7固定在支座11上，钢轨8的轨底和弹性扣件第五部分5之间插入一绝缘板9。对于固定器10，仅表示了其顶部，固定器与支座11连接的部分没有表示。

弹性扣件第六部分6和固定器10上的凹槽表面12C之间有一间隙J，J的范围在0～10毫米之间，最好在0～4毫米之间。当钢轨要升起时，例如，当作用在钢轨顶面上横向力使钢轨倾斜时，钢轨8的轨底R将平行于自身而向上移动，从而使弹性扣件的部分5和部分6向上移动。然而，部分6将很快地接近在固定器上形成的凹座上表面12C，做为位移止动部件的表面12C将阻止第五部分的升起，进而阻止钢轨的升起，使钢轨的移动骤然中止。图12所示的固定器10上的凹座表面12C和弹性扣件部分6近似平行。理想状态是，弹性扣件部分6在钢轨8的轨底边缘R升起作用下开始向上移动时，所说部分6与表面12C进入接触状态。事实上，仅仅是由于存在着各种制造公差，表面12C和部分6就不能完全平行。因此，弹性扣件第六部分首先由一边与表面12C接触。不过，这并不影响本发明的实现。这种情况下，仍然可以阻止钢轨的位移。显然，如果使钢轨升 起或倾斜的作用力达数十吨，止动钢轨位移就不能完成，此时，不是部分6被扭曲或剪断，就是固定器被破坏。

然而，在普通铁路上，即使轴荷高达20～35吨，升起钢轨或倾斜钢轨的作用力决不会超过10～15吨。

本发明在功能上的不同之处还在于，第五部分和第六部分5、6的长度和厚度是这样选择的：使当第六部分6与表面12C开始接触时，允许第五部分5有轻微的扭曲。这种相关弹性，使弹性扣件能够得到一个过渡刚度，即处于第六部分6进入间隙J时的刚度与第六部分6楔入表面12C和绝缘板9（或钢轨8，在不带绝缘板时）之间从而被一个近似无限大刚度的系统止动时的刚度之间的过渡刚度。

图13表示了在固定器10顶部上的凹座12的一种结构，这个凹座由表面12A、12B、和12C限定构成。

表面12C用作弹性扣件部分6向上移动的止动面，如上所述。

表面12A可用作限止弹性扣件插入固定器的行程的止动壁。在弹性扣件安装终了时，第六部分6顶住表面12A。这可避免弹性扣件的弯曲部分2的内侧偶然地与固定器10的外侧（在上部或下部）接触。

表面12B应不防碍弹性扣件部分5和6向下运动，即绝不能使部分6与表面12B接触。所以，表面12B上的各点必须处于钢轨8的轨底边缘R所在的水平面以下，从所说水平面到表面12B的距离最好大于2毫米。

图14是图13的ⅩⅣ向视图，从中可以看出，表面12A与固定器10上的孔10C的轴线垂直相交。当然，这种垂直相交不是绝对必要的。为了与弹性扣件部分5和6之间的连接弧段相适应，表面 12A也可以是曲面。

表面12A在大致垂直与固定器10的支承表面10D的同时，也可以相对孔10C的轴线略有倾斜。所说倾斜的范围为±15°。这种情况下，弹性扣件应具有这样的角度，即部分5的轴线与部分6的轴线间夹角应与表面12A的倾斜度相适应，以保证部分6的侧面与表面12A之间接触良好。

图15表示图12所示组件的工作状态。钢轨倾斜用γ角表示。钢轨8的轨底边缘R升起，使部分6与固定器10的表面12C接触。

这样，由于固定器10是刚性的，并且埋在支座11中，钢轨8的倾斜运动被止住，或者，其倾斜需要相当大的力。

图16表示了另一种与上述弹性扣件相配合的固定器10的顶部结构。其中，台肩13的作用与图12～15中的表面12C相同。固定器10的横向外端面10E的作用与图11、13和14中的表面12A相同，即在弹性扣件插入固定器时起止动作用。如果钢轨相对于它的支座升起或倾斜，弹性扣件的部分6将与台肩13的下表面接触，并且靠紧台肩13。这里，台肩13的形状仅是示意，本领域技术人员可以改变它的形状，特别是考虑增加其强度时有可能做些形状上的改进。而这些都属于本发明的范围。

图17是本发明涉及的一种更为特殊的所谓“间接”衬垫。该衬垫使用在木枕或金属轨枕的底板上。事实上，当支座是金属轨枕时，使用底板14是很普遍的，而在支座是木枕时，甚至是必需的（从开始采用法国专利2256287或2330803所示弹性扣件起，尽管该专利描述的是在混凝土轨枕上的情形）。在这种情况下，为更好地应用本发明结构，在底板14上开有一由表面15A、15B和 15C构成的凹座15。底板14上还有两个弯曲部分16，两弯曲部分16之间安装钢轨和其衬垫。弯曲部分16和凹座15的作用分别与固定器10和上述附图中的凹座12相同。

当部分1插入由弯曲部分16形成的纵向凹槽时，弹性扣件进入工作状态。

当定位完成时，即当弹性扣件的第五部分5压在钢轨的轨底边缘上或绝缘板（如果有）上时，部分5将容纳在凹座15内，并与表面15A相接合。该装置的作用与上述装置完全相同。

当在底板上有衬垫时，可以使用台肩，而不用凹座15。台肩与在图16中所示的相同。

最后，应指出，为了不使描述变得复杂，假设在图11～16中都使用同样的弹性扣件，即在图1～3中所描述的弹性扣件。然后，为使本发明的固定器与图4～8中的弹性扣件相适应，凹座12或台肩13以及斜面10A可设在固定器10的另一侧。同样的说明适合于图17。

本发明还包括用新颖的工业方法生产上述附图1～17中所示的作为本发明的一部分的弹性扣件。

Claims (9)

1、一种用于在钢轨支座上固定铁路钢轨的扣件，包括：

--一个在钢轨支座上固定或夹紧钢轨的弹性扣件，弹性扣件由弹性金属制成，具有一个第一端和一个第二端，从第一端开始，弹性扣件依次有一大致呈直臂状的第一部分、一大致呈180°弯曲的第二部分、一第三部分、一大致呈180°弯曲、并相对第三部分处在与第二部分同一侧的第四部分和一大致与钢轨平行并用于在钢轨轨底上施加夹紧力的第五部分；

--一个适合于安装所说弹性扣件的固定器，固定器埋在或固定在钢轨支座中；

其特征在于：

所说的弹性扣件具有一相对于第五部分横向设置的第六部分，第六部分指向第一部分，当弹性扣件装在固定器上时，弹性扣件的第五部分夹紧钢轨轨底，由横向设置的第六部分与固定在固定器上的止动部件共同作用，限止弹性扣件的位移。

2、按照权利要求1所述的固定扣件，其特征在于：位移止动部件上有一凹座，所说凹座在弹性扣件安装位置或夹紧位置上大体与第五部分平行。

3、按照权利要求1所述的固定扣件，其特征在于：所说位移止动部件上是在固定器上的台肩，所说台肩大体与第五部分平行，并且第六部分与台肩下面接合。

4、按照权利要求1～3中任一项所述的固定扣件，其特征在于第六部分大体与第五部分垂直。

5、按照权利要求1至3中任一项所述的固定扣件，其特征在于所说的位移止动部件是阻止第五部分升起、进而阻止钢轨升起的部件。

6、按照权利要求1至3中任一项所述的固定扣件，其特征在于：其固定器上有一纵向圆孔，弹性扣件的第一部分平移插入所说的圆孔中，固定器上有一用于限制弹性扣件插入固定器的横向止动件。

7、按照权利要求1所述的固定扣件，其特征在于第四、第五和第六部分由同一螺旋斜面形成，其曲率基本恒定。

8、按照权利要求1或7所述的固定扣件，其特征在于：当弹性扣件处在固定器上的安装位置时，第六部分相对于固定器有一个间隙，这样，第六部分在被固定器完全止动前，允许在这个间隙内移动。

9、按照权利要求1所述的固定扣件，其特征在于：第五部分和第六部分的长度和厚度的尺寸选择应使第六部分与所说的位移止动部件接触时，允许第五部分有一轻微的扭曲。

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