CN103088724A - 带有垂向导向的轨道固定装置 - Google Patents

带有垂向导向的轨道固定装置 Download PDF

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Abstract

带有垂向导向的轨道固定装置。本发明涉及轨道附件。其包括置于轨枕上的底座,并利用锚固螺栓与轨枕固连在一起,特征是还包括导向组件和垂向支承元件,导向组件包括位于钢轨轨腰两侧的导向元件和导向支架,导向元件的横向刚度至少为120KN/mm,导向元件至少在钢轨轨腰的上下部分与钢轨紧密接触,并在横向对钢轨形成约束,导向元件由导向支架夹持,导向元件与导向支架之间设有滑动接触面,滑动接触面平行于钢轨垂向,二者可以沿钢轨垂向相对滑动,垂向支承元件位于钢轨下方,垂向支承元件至少在钢轨垂向具有弹性承载能力。本发明利用在轨腰两侧设置导向组件进行导向,再利用轨下设置的垂向支承元件进行支撑及耗能,有效地提高了钢轨受力时的稳定性,安全性更好。

Description

带有垂向导向的轨道固定装置技术领域
[0001] 本发明属于轨道交通领域,涉及一种轨道附件,具体为一种兼具扣件功能和减振功能的轨道固定装置。
背景技术
[0002] 当今轨道交通不断向着高速重载的方向发展,给人们的生产生活带来便利的同时,也带来了许多问题,特别是轨道噪声造成的环境污染问题。为降低轨道的噪声,技术人员研发出了许多减振降噪的产品,其中就包括具有减振降噪功能的轨道固定装置,例如专利申请号为200480019707.1和专利申请号为200680045628.7的专利中均提到了可以实现悬架起铁路轨道的轨道紧固装置,其利用托架将钢轨头部支撑在弹性件上。在这种紧固系统里,轨底下设计有一条缝隙,在钢轨负重时,能使钢轨变得倾斜,这样可以降低对刚度的要求,同时对滚转与轨距提供合适的控制。此外,由于钢轨仅与弹性体保持接触,因此其振动时能量会先被弹性体吸收消耗,再传递给其他结构,所以此类轨道固定装置具有一定的减振降噪作用。但是,这种类型的轨道固定装置也存在着如下缺陷:
[0003] (I)使用此类轨道固定装置进行固定的钢轨无法承受向上的力,因此在使用中存在安全隐患。例如,当有基础沉陷情况发生时,轨道固定装置会随基础一起下降,但由于钢轨是连续的,钢轨不会随之下移,因此会导致轨道固定装置对钢轨的支撑失效,为行车安全留下隐患;
[0004] (2)使用过程中,受力时受力点会变化,弹性体与钢轨之间有磨损,在弹性件磨损后,稳定性下降;
[0005] (3)钢轨仅与弹性体保持接触,因此弹性体即要为钢轨提供垂向支撑又要提供横向约束,但为了保证减振降噪作用,此类轨道固定装置中的弹性体必须有一定的弹性,因此造成钢轨的横向刚度较小,行车过程中不可避免地出现钢轨左右摇晃现象,导致钢轨的磨损较严重,在某些城市甚至出现了大面积波磨,严重影响行车安全;
[0006] (4)由于钢轨处于悬空状态,安全储备很小,没有二级防护,一旦弹性体损坏,钢轨的位置将在各个方向失去控制,列车会脱轨,所以此种轨道固定装置对养护的要求较高,养护不到位时会影响行车安全。
[0007] 科隆蛋和其它高弹性高弹性扣件也存在类似问题,由于扣件的横向刚度与垂向刚度密切相关,垂向刚度随着减振要求的提高而不断降低,横向刚度也随之降低,导致轮轨横向振动加大,列车行驶时横向晃动加大,影响了列车的舒适性,加剧了钢轨磨损,情况严重时甚至造成钢轨异常波磨,增加了钢轨养护的工作量,严重缩短了钢轨寿命。
[0008] 上述缺陷极大地影响了钢轨的正常使用,造成了极大的经济损失,市场迫切需要一种可以克服上述不足的新型轨道固定装置。 发明内容
[0009] 本发明的目的在于克服上述缺陷,提供一种适用性更强、性能更稳定、安全性更好的,尤其是横向刚度与垂向刚度无关或相关性较小的带有垂向导向的轨道固定装置。
[0010] 本发明带有垂向导向的轨道固定装置是这样实现的,包括底座,底座置于轨枕上,并利用锚固螺栓与轨枕固连在一起,其特征在于还包括导向组件和垂向支承元件,导向组件包括位于钢轨轨腰两侧的导向元件和导向支架,导向元件的横向刚度至少为120KN/mm,导向元件至少在钢轨轨腰的上下部分与钢轨紧密接触,并在横向对钢轨形成约束,导向元件由导向支架夹持,导向元件与导向支架之间设有滑动接触面,滑动接触面平行于钢轨垂向,二者可以沿钢轨垂向相对滑动,垂向支承元件位于钢轨下方,垂向支承元件至少在钢轨垂向具有弹性承载能力。作为一种特例,底座可以与轨枕一体化设置。
[0011] 所述的导向元件由铸铁、铸钢、铝合金、尼龙、聚四氟乙烯、PVC、ABS、聚碳酸酯或玻璃钢材料制成,或由上述材料与阻尼材料共同组成的阻尼结构构成。为防止刚度较大的导向元件与钢轨直接接触产生噪声,导向元件与钢轨之间还可以设置缓冲保护垫,缓冲保护垫由弹性高分子材料制成,所述弹性高分子材料包括橡胶材料和弹性聚氨酯材料等。值得一提的是,根据钢轨在与车轮接触时两侧受力的不均衡,钢轨两侧的导向元件可以采用刚度不同的材料制成,以优化钢轨与车轮配合时的工作姿态。为了防止导向元件与导向支架的接触表面发生磨损,在导向元件与导向支架接触的表面设有表面连接板,表面连接板与导向元件牢固连接在一起。
[0012] 本发明中所述的垂向支承元件多种多样,其可以由金属弹簧构成,也可以由金属弹簧与弹性高分子材料复合构成,此外,垂向支承元件还可以是由弹性高分子材料构成的压缩型、剪切型、或发泡型的弹性垫。需要指出的是,本发明中所述的金属弹簧包括螺旋弹簧、碟簧、板簧或金属弹条等不同形式的弹簧,弹性高分子材料包括橡胶或弹性聚氨酯等多种材料。
[0013] 为提高减振降噪性能,本发明带有垂向导向的轨道固定装置中还可以包含阻尼元件,阻尼元件包括由阻尼材料直接构成的各种构件或者是各种约束阻尼结构等具体形式,阻尼元件可以设置在导向元件或/和垂向支承元件之中,阻尼元件还可以与垂向支承元件并联设置。
[0014] 为了防止钢轨在上拔力作用下向上滑动,可以在导向支架与钢轨翼板上表面之间设置预紧块,预紧块独立设置或与导向元件集成为一体。
[0015] 本发明带有垂向导向的轨道固定装置中导向支架有两个,分别位于钢轨两侧。为了方便安装,同时也为了便于调整导向元件与钢轨之间的夹持力,可以采用至少一个导向支架可以拆卸的技术方案。为了保证可拆卸的导向支架在安装和使用过程中其支撑方向不发生偏转改变,可拆卸的导向支架所在的底座上设有沿钢轨横向的导槽,导向支架部分置于导槽内,并可以在导槽中沿钢轨横向相对于底座滑动。可拆卸的导向支架可以直接通过紧固件固定于底座上,或者在底座上设置挡肩,挡肩再与楔形件、或垫片及位置调节螺栓配合将导向支架固定于底座上。所述挡肩为固定挡肩或/和可拆卸挡肩,即挡肩固定设置在底座上或/和与底座设置成一体。当利用楔形件和挡肩配合时,为防止松动,楔形件和挡肩之间设有相互配合的齿状凸凹结构,楔形件与挡肩之间还设有锁定元件,锁定元件为导槽和锁定垫片,锁定垫片的厚度大于齿状凸凹结构中齿的厚度。
[0016] 此外,为克服钢轨与导向元件之间发生相对移动时产生的拉拔力,可以在底座上设置勾槽,将可拆卸的导向支架或/和可拆卸的挡肩钩挂于勾槽上。出于防止钢轨发生过度变形的考虑,本发明带有垂向导向的轨道固定装置中底座上对应钢轨轨底处还设有应急支承件,应急支承件顶面与钢轨轨底之间的间隙大于或等于钢轨正常工作时的最大变形。另外,为了使弯道等使用条件下钢轨顶面在车轮载荷作用下受力均匀,底座上还可以对应设有轨底坡。
[0017] 本发明带有垂向导向的轨道固定装置中底座上对应钢轨轨底处还可以设有轨底导向组件,轨底导向组件位于钢轨与底座之间。其中,轨底导向组件为底座上沿钢轨纵向设置的增高凸台,钢轨翼板外沿与增高凸台之间的接触表面构成滑动导向面,滑动导向面平行于钢轨垂向,滑动导向面至少一侧由耐磨材料构成或表面设置耐磨材料层;轨底导向组件还可以包括轨底定位板,轨底定位板卡在钢轨底部,轨底定位板与底座之间的配合表面构成滑动导向面,滑动导向面平行于钢轨垂向,滑动导向面至少一侧由耐磨材料构成或表面设置耐磨材料层;轨底导向组件由轨底定位板和轨底弹性导向元件组成,轨底定位板卡在钢轨底部,轨底弹性导向元件与垂向支承元件并列设置或集成为一体。作为一种典型的应用,轨底弹性导向元件可以是包含由带有凸凹结构的板材及阻尼层共同组成的迷宫式阻尼结构。
[0018] 需要说明的是,由于轨底坡的存在,本文中所述的横向、垂向、纵向等方向的概念,都是以钢轨为基准的,分别与钢轨的横向、垂向及纵向相对应,其中所述的钢轨纵向,即为钢轨的延伸方向;钢轨垂向,即钢轨轨底的垂向;钢轨横向,即钢轨腹板中剖面的垂向。
[0019] 在本文中,为了理解方便,导向元件的垂向刚度定义为单个本发明带有垂向导向的轨道固定装置中钢轨两侧所有导向元件在预紧状态下同时受到钢轨沿钢轨垂向中心面上下剪切而变形时的剪切刚度,即垂向作用力与垂向位移之比;导向元件的横向刚度定义为钢轨两侧所有导向元件在预紧状态下同时受到钢轨在导向元件与轨腰的接触面中心高度横向平移变形时的刚度,即横向作用力与该处横向位移之比。
[0020] 在本文中,本发明带有垂向导向的轨道固定装置的刚度除了包含导向元件的刚度贡献外,还包含垂向支承元件的刚度贡献。带有垂向导向的轨道固定装置的垂向刚度定义为单个固定装置在钢轨受到沿钢轨垂向中心面作用时的垂向作用力与钢轨垂向位移之比;带有垂向导向的轨道固定装置的综合横向刚度在本发明中是指其在轨头受到沿钢轨横向的横向作用力时,横向作用力与轨头处的横向位移之比,也简称本发明带有垂向导向的轨道固定装置的横向刚度。轨头的横向位移包含钢轨的横向平移和钢轨绕钢轨纵向的偏转,包含了扣件偏转刚度贡献,因此如无特指,不再另外讨论偏转刚度。另外钢轨本身弹性变形忽略不计。
[0021] 对于橡塑材料和碟形弹簧,动刚度一般略大于静刚度,对于螺旋弹簧动刚度一般与静刚度相等。因此,本发明中如无特指,也不再讨论动刚度,刚度一般泛指静刚度。
[0022] 以上定义仅为更好地理解本发明专利的原理而定义。按照上述定义,根据钢轨轨底被有效限位或可以少量横向移动的不同,通过理论计算可以得出,导向元件的横向刚度大致是由其构成的本发明带有垂向导向的轨道固定装置在钢轨轨头处综合横向刚度的6〜8倍。
[0023] 本发明带有垂向导向的轨道固定装置通过设置导向组件和垂向支承元件,使得本发明带有垂向导向的固定装置的垂向刚度和横向刚度可以分别优化设计,满足了当前市场的迫切需求,填补了技术空白:[0024] I)目前地铁和轻轨市场上最常用的高弹性扣件有科隆蛋、先锋扣件。科隆蛋在O〜15kN范围内的垂向静刚度为8-14kN/mm,单个扣件在垂向40kN及横向20kN同时作用下的轨头横向位移为2.6〜4mm,计算得到综合横向刚度为5_7kN/mm,横竖向刚度比为0.5〜0.6 ;先锋扣件的垂向静刚度5kN/mm,垂向动刚度为6kN/mm,横向刚度为9〜12kN/mm,计算得到单个扣件在垂向40kN及横向20kN同时作用下的轨头横向位移为1.6〜2.2mm,横竖向刚度比为1.8〜2.4。
[0025] 2)我国地铁整体道床一般扣件的垂向静刚度范围是30〜40kN/mm,横向静刚度范围为 20 〜60kN/mm。
[0026] 3)我国京沪高铁的有碴道床垂向刚度为50〜80kN/mm,无碴道床的垂向刚度为40 〜60kN/mm。
[0027] 4)英国铁路标准中的干线铁路的扣件垂向静刚度可达100〜200kN/mm。
[0028] 由国内外、地铁、轻轨、高铁等不同情况的调研和统计可以看出,现有各种文献中对扣件的垂向刚度研究较多,因为减振要求不同,其变化范围很大,在4〜200kN/mm之间可以随意优化选取或设计,控制措施也较简单,主要依靠弹性垫板的垂向刚度来调节;相比之下,国内外各种文献对扣件的横向刚度研究甚少,从以上有限的数据来看,在5〜60kN/_之间变化,变化相对较小。国内一些地铁的运行实践表明,扣件横向刚度在12kN/_以下的路段出现了舒适性降低、钢轨磨损加快等问题。为了保证钢轨的横向稳定,扣件的横向刚度应不低于15kN/mm,并且在一定范围内越高越好,单个扣件在垂向40kN及横向20kN同时作用下的轨头横向位移控制在1.3mm以下较好。此外,通过上述说明还可以看出,扣件系统的横向刚度绝对值和钢轨轨头横向位移是控制轮轨横向稳定性的关键参数,而不是横竖向刚
1匕。
[0029] 但是由于科隆蛋和先锋扣件等高弹性扣件采用同一弹性元件同时承受垂向载荷和横向载荷,普通高弹性扣件依靠轨下弹性垫板控制扣件垂向刚度,横向刚度和垂向刚度都密切关联,无法单独优化,虽然横向刚度过低,但如果不采用新的结构或原理,为了同时满足垂向刚度的使用需求无法再给予实质性提高。
[0030] 本发明带有垂向导向的轨道固定装置利用在轨腰两侧设置导向元件进行导向及横向隔振,再利用轨下设置的垂向支承元件承受垂向载荷,并利用垂向支承元件和/或阻尼元件吸收有害振动能量,整个系统的垂向刚度、阻尼比、横向刚度可以分别优化,在保证垂向刚度的同时可以实现本发明带有垂向导向的轨道固定装置具有很高的横向刚度,因此使用后在保证隔振效果很高的情况下,轨距变化更小,轮轨横向振动更小,车辆横向晃动更小,轮轨间相互横向滑移更小,磨损少,列车行驶的舒适性和安全性更高。
[0031] 除此之外,通过设置预紧块,可以防止钢轨的上拔;通过设置轨底导向装置,可以进一步提高钢轨的横向刚度和安全性;轨底承载元件采用金属弹簧,轨底下设置应急支承件等措施,可以保证承载元件万一失效时,钢轨的下沉量限制在安全范围以内,防止列车脱轨。
[0032] 特别要说明的是,为了行文方便,在本文的叙述中,本发明带有垂向导向的轨道固定装置有时也简称本发明轨道固定装置或本发明装置,其含义相同。
[0033] 本发明带有垂向导向的轨道固定装置利用在轨腰两侧设置导向组件进行导向,再利用轨下设置的垂向支承元件进行支撑及耗能,有效地提高了钢轨受力时的稳定性,安全性更好。此外,由于采用了碟簧或板簧等金属弹性元件作为垂向支承元件,因此使用寿命更长,日常养护要求较低,同时可以大幅衰减钢轨在外界激振力作用时的振动能量,实现良好的减振降噪效果,其性价比更高,市场应用前景十分广阔。
附图说明
[0034] 图1为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之一及其应用示意图。
[0035] 图2为图1的俯视图。
[0036] 图3为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之二及其应用示意图。
[0037] 图4为图3的俯视图。
[0038] 图5为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之三及其应用示意图。
[0039] 图6为图5的A向局部视图。
[0040] 图7为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之四及其应用示意图。
[0041] 图8为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之五及其应用示意图。
[0042] 图9为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之六及其应用示意图。
[0043] 图10为图9的俯视图。
[0044] 图11为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之七及其应用示意图。
[0045] 图12为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之八及其应用示意图。
[0046] 图13为图12的俯视图。
[0047] 图14为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之九及其应用示意图。
[0048] 图15为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之十及其应用示意图。
[0049] 图16为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之十一及其应用示意图。
[0050] 图17为图16的B-B剖视图。
[0051] 图18为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之十二及其应用示意图。
[0052] 图19为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之十三及其应用示意图。
[0053] 图20为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之十四及其应用示意图。
[0054] 图21为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之十五及其应用示意图。
[0055] 图22为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之十六及其应用示意图。
[0056] 图23为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之十七及其应用示意图。[0057] 图24为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之十八及其应用示意图。
[0058] 图25为本发明带有垂向导向的轨道固定装置的结构示意图之十九及其应用示意图。
具体实施方式
[0059] 实施例一
[0060] 如图1、图2所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,包括铸钢材料制成的底座1,此外,还包括导向组件和垂向支承元件。导向组件包括位于钢轨9轨腰两侧的导向元件3和导向支架2,导向支架2的架体上还设置压板4和位置调节螺栓5,导向元件3通过压板4及位置调节螺栓5紧压在钢轨9的轨腰表面。其中,导向支架2设置二个,其与底座I材质相同,并与底座I铸造成一体;导向元件3由尼龙材料制成,导向元件表面设有凹槽,其仅在钢轨9轨腰的上下部分与钢轨紧密接触。垂向支承元件由金属弹簧构成,图示中具体为金属碟簧7,其位于钢轨9下方,在钢轨垂向具有弹性。另外,出于防止钢轨发生过度变形而影响行车安全的考虑,底座I上对应钢轨9轨底处还设有应急支承件8。应急支承件8顶面与钢轨9轨底之间的间隙大于或等于钢轨正常工作时的最大变形。本例中,应急支承件8为底座I上一体化铸成的圆柱形凸台,碟簧7套设在应急支承件8上,并依靠应急支承件8实现对中及限位。根据国内外有关标准,为了防止列车脱轨,钢轨断裂时断口处的错位在垂向不得大于10mm,应急支承件8的设置,可以保证满足此标准,只要应急支承件8顶面与钢轨9轨底之间的间隙不大于IOmm即可。另外要说明的是,为了方便排水,底座I中用于容纳垂向支承元件7的凹槽周边侧壁上设置有豁口 61。本例所述技术方案中,导向元件3直接由尼龙材料构成,其横向刚度为120kN/mm,在横向对钢轨9形成约束,导向元件3由导向支架2夹持,导向元件3与导向支架中的压板4之间的接触表面构成滑动接触面,滑动接触面平行于钢轨垂向,二者可以沿钢轨垂向相对滑动。
[0061] 需要指出的是,为了实现导向元件在钢轨垂向的导向作用以及在钢轨横向的限位作用,实际应用中,导向元件的横向刚度至少为120kN/mm,这样,钢轨垂向受力主要依靠垂向支承元件7来承担。这一点对本发明所有实施例均适用,在此一并进行说明。
[0062] 下面以本实施例中所述本发明带有垂向导向的轨道固定装置应用于地铁为例,对其优越性进行说明。垂向支承元件碟簧的垂向静刚度是60kN/mm,碟簧的横向刚度极高,导向元件的横向刚度为120kN/mm,在横向对钢轨形成可靠约束,可以有效限制钢轨与垂向导向元件之间的相对滑动,相当于钢轨轨底被有效限位,本发明带有垂向导向的轨道固定装置的综合横向刚度(即本发明带有垂向导向的轨道固定装置在钢轨轨头处的横向刚度)近似为导向元件横向刚度的六分之一,约为20kN/mm,在垂向40kN及横向20kN的标准载荷作用下,钢轨轨头横向变形约为1_,横向稳定性较高,可以保证列车行驶的横向稳定性和舒适性,并可减轻轮轨的磨损。
[0063] 应用时,直接利用本发明带有垂向导向的轨道固定装置替代传统轨道扣件,将垂向支承元件7放入底座I的凹槽70中,然后将底座I及导向支架2与钢轨9装配在一起,再通过底座I上设置的安装孔10把底座I固定在轨枕(未示出)上,最后利用压板4及位置调节螺栓5将导向元件3压紧在轨腰上,实现对钢轨9的定位及导向。应注意压紧力应保证在钢轨承受最大载荷的情况下,所有导向元件3不会发生松动,这一点适用于本发明的所有实施例,在此一并说明,后面不再一一重复描述。本发明带有垂向导向的轨道固定装置的工作原理如下,当轨道车辆(未示出)从钢轨9上经过时,利用在轨腰两侧设置导向组件对钢轨的横向变形给予约束限位,由于导向元件3与导向支架中的压板4之间的接触表面构成滑动接触面,二者可以沿钢轨垂向相对滑动,因此可以对钢轨的垂向变形给予良好的导向,保证钢轨在变形过程中的几何状态,再利用轨下设置的碟簧7在钢轨的垂向进行支撑及耗能,有效地缓解振动并提高了钢轨受力时的稳定性,保障了行车的安全性。此外,由于采用了碟簧作为弹性元件,同时具有摩擦阻尼,使用寿命更长,日常养护要求较低,同时可以大幅衰减钢轨在外界激振力作用时的振动能量,实现良好的减振降噪效果,其性价比更高。另外,本发明产品由于横向刚度可以独立设计或相对独立设计,横竖向刚度比可以在很大范围内变化,因此给垂向刚度留出了宽广的适用范围,由此可以实现:对同一种结构的本发明带有垂向导向的轨道固定装置和同一个导向元件,只要更换不同刚度的垂向支承元件,就可以实现本发明装置垂向刚度的任意变化,或按照一定优选序列变化,如5、10、20、40、60、80、100kN/mm,而横向刚度都能较好得满足要求。有助于设计人员根据不同隔振需求,优化隔振方案,同时也减少了扣件种类,减少了库存、安装工具、养护工具,简化了安装维护方法。
[0064] 本发明带有垂向导向的轨道固定装置通过设置导向组件和弹性支承元件,分别实现钢轨的几何定位功能和钢轨的垂向受力承载功能,设在钢轨轨腰处的导向组件负责保持钢轨的几何位置、几何状态以及钢轨动态变形时的导向,设在轨底与底座之间的弹性支承元件负责承受主要的垂向载荷,两者的材料性能、力学性能可以分开优化,导向组件对磨损不敏感,使钢轨的几何状态在垂向受力时的工作长期稳定,钢轨工作时的横向刚度较大,钢轨横向变形较小,可以缓解或克服外力作用下钢轨横向刚度不足造成的轮轨间横向滑移较大从而最终导致钢轨磨损等问题,有利于提高钢轨的使用寿命,同时提高行车的安全性和舒适性。
[0065] 综上,本发明带有垂向导向的轨道固定装置不但实现了普通扣件的所有功能,同时还具备更好的隔振性能和安全性能,由于设置了应急支承件,一旦出现意外情况,钢轨变形达到极限时,应急支承件8将直接支撑在钢轨底面上,可以避免钢轨进一步过度变形,使行车安全更有保证,其综合性能远远超过了现有各种结构的扣件,具有广阔的市场前景。
[0066] 除尼龙材料外,导向元件还可以由铸铁、硬橡胶、铸钢、铝合金、聚四氟乙烯、PVC,ABS、聚碳酸酯或玻璃钢材料制成,或由上述材料与阻尼材料共同组成的阻尼结构构成,只要能满足在钢轨横向的刚度要求并且具有良好的耐磨性,也都可以实现同样的效果。除碟簧外,本发明带有垂向导向的轨道固定装置还可以采用其他形式的金属弹簧作为垂向支承元件,例如还可以采用螺旋弹簧、板簧或金属弹条等,只要可以在钢轨的垂向提供足够的弹性,都可以实现同样的效果。
[0067] 实施例二
[0068] 如图3、图4所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例一的区别在于,导向组件中包括一个与底座I铸造成一体的导向支架2和一个可拆卸的导向支架2a,其中导向支架2a利用紧固件13固定在底座I上。由于设置了一个可拆卸的导向支架2a,本发明带有垂向导向的轨道固定装置可以方便地与钢轨9进行装配及相对位置调整,因此可以直接利用导向支架2和2a将导向元件3紧压在钢轨轨腰上,不再设置其他的位置调整装置。导向元件3由PVC材料制成,其与钢轨的配合表面采用仿形设计,与整个钢轨的轨腰表面均保持紧密接触。导向元件的横向刚度为400kN/mm。由于导向元件3的刚度较大,为防止导向元件3与钢轨9直接接触在使用过程中产生噪声,导向元件3与钢轨9之间设置缓冲保护垫12,缓冲保护垫12由橡胶材料构成。另外,为了防止导向元件3与导向支架2和2a的接触表面发生磨损,在导向元件3与导向支架2及2a接触的表面设有钢板制成的表面连接板11,表面连接板11与导向元件3牢固地粘接在一起。为使钢轨顶面在车轮载荷作用下受力均匀,底座I上还对应设有轨底坡,轨底坡坡度为1: 40。
[0069] 下面以本实施例中所述本发明带有垂向导向的轨道固定装置应用于地铁为例,对其优越性进行说明。其中垂向支承元件的垂向刚度是6kN/mm,本发明中由于设置了缓冲保护垫,本发明装置的横向刚度主要受缓冲保护垫的弹性控制,在此为50kN/mm,在垂向载荷40kN及横向载荷20kN的作用下,钢轨轨头横向变形只有0.4mm,横向刚度绝对值较高,横向稳定性极高,可以保证列车行驶的横向稳定性和舒适性,并可减轻轮轨的磨损。
[0070] 应用时,直接利用本发明带有垂向导向的轨道固定装置替代传统轨道扣件,将碟簧7放入底座I的凹槽70中,然后将底座I及导向支架2与钢轨9装配在一起,再利用紧固件13安装固定可拆卸的导向支架2a,同时调整好导向支架2a的位置将导向元件3压紧在轨腰上,实现对钢轨9的限位及导向,最后通过底座I上设置的安装孔10把底座I固定在轨枕(未示出)上。为实现上述目的,导向支架2a上对应紧固件13的安装孔60也是长条孔,特此说明。
[0071] 由于直接利用导向支架2和2a将导向元件3压紧在钢轨轨腰上,省略了压板和位置调节螺栓,因此本例所述技术方案的结构更加简单紧凑,安装施工效率更高,维修保养时不需拆卸钢轨,工作量更少。又由于在导向元件3表面设置了表面连接板11,滑动接触面的导向作用更好,且使用寿命更长,性价比更高。
[0072] 表面连接板11除使用钢板外,也可以采用不锈钢板、铝合金板、彩钢板等其他表面连接板,当然还可以采用玻璃钢等强度高、耐磨性能好的非金属表面连接板,导向元件与表面连接板之间的固定连接方式,除粘接外,还可以根据材料的不同选择热合、铆接、镶嵌等方式,都可以实现同样的功能。
[0073] 由于设置了轨底坡,可以使车轮压力集中于钢轨的中轴线上,减小载荷偏心距,降低轨腰应力,避免轨头与轨腰连接处发生纵裂,从运行效果上还可以减轻列车的蛇形运动。根据相关要求,在任何情况下,轨底坡不应大于1: 12或小于1: 60。当然,对于混凝土枕线路,也可以将轨枕的承轨槽按轨底坡的规定做成斜面,这样可以降低底座的加工难度。根据这些要求,也可以对实施例一所述技术方案提供改善的方向,例如可以在底座中增设轨底坡,或者是在混凝土枕线路使用前,将轨枕的承轨槽按轨底坡要求进行预处理等。
[0074] 实施例三
[0075] 如图5、图6所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例二的区别在于,缓冲保护垫12采用弹性聚氨酯高分子材料制成。另外,为使碟簧7受力均匀,在碟簧7与钢轨9之间设置支承板15,支承板15中部设置表面淬硬的钢管8保证碟簧7的对中,同时作为应急支承件使用,应急支承件8的底面与底座I底面之间的间隙应大于或等于钢轨9正常工作时的最大变形。与应急支承件8的位置对应的,在底座I上还设置有通孔16。底座I上对应导向支架2a位置的两侧局部设置有凸台50,凸台50与底座表面构成导槽。可拆卸的导向支架2a部分置于导槽内,并可以在导槽中沿钢轨横向相对于底座滑动。导槽50可以更好地吸纳并向底座传递纵向防爬力,防止可拆卸的导向支架在安装和使用过程中绕钢轨垂向发生偏转。
[0076] 本例所述带有垂向导向的轨道固定装置与钢轨之间的装配方法与实施例二完全相同。装配时,应利用导向支架将导向元件及缓冲保护垫压紧在钢轨上,保证导向元件可以很好地实现对钢轨的垂向导向和横向限位作用,并且保证导向元件3及缓冲保护垫沿钢轨纵向不会发生窜动。应用过程中,一旦钢轨变形达到极限时,应急支承件8将穿过通孔16,支撑在轨枕表面上,可以避免钢轨进一步过度变形,保证车辆行驶安全。另外,底座I上设置的通孔16在实际应用过程中还可以起到排水的作用。
[0077] 实施例四
[0078] 如图7所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例三的区别在于,底座I上设置两个可拆卸的导向支架2a,导向支架2a通过紧固件13固定在底座I上。需要特别说明的是,为了使钢轨9可以承受向上的外力,导向支架2a与钢轨9的轨翼之间还设有预紧块17,本例中,预紧块17与导向元件3设置成一体,预紧块17与导向元件3均由铸铁材料制成。相应的,缓冲保护垫12设置在钢轨9轨腰与预紧块17及导向元件3之间,其由绝缘的橡胶材料制成。另外,垂向支承元件还可以由弹性高分子材料与金属弹簧复合构成,本例中,垂向支承元件由金属碟簧7和橡胶材料20 —起复合构成,为使金属碟簧7受力更均衡,在金属碟簧7的上方及下方分别设置的上支承板18和下支承板19,上、下支承板均用钢板制成,利用硫化工艺与橡胶材料联结成一体。橡胶材料20选用阻尼系数较高的,在此即构成了垂向支承元件中的阻尼元件。
[0079] 应用时,利用本发明带有垂向导向的轨道固定装置替代传统轨道扣件,垂向支承元件放入底座I的凹槽中,将底座I放置在钢轨9下,使垂向支承元件置于钢轨9的正下方,再通过底座I上设置的安装孔10把底座I固定在轨枕(未示出)上,调整好导向支架2a的位置将导向元件3压紧在轨腰上,使导向元件3及预紧块17与钢轨之间均产生设定的预紧力,然后利用紧固件13将二个可拆卸的导向支架2a牢固固定在底座I上,导向元件3与导向支架2a之间沿钢轨垂向的接触表面构成滑动接触面,实现对钢轨9的横向限位及导向。当然基于实施例三的技术原理,也可以先将其中一个导向支架2a预先固定在底座I上,再与钢轨之间进行装配。
[0080] 由于在垂向支承元件中增加了弹性高分子材料,因此垂向支承元件不仅可以为钢轨提供垂向支撑,还可以提供部分阻尼,可以更好地实现垂向隔振效果。而且在金属碟簧7外部设置了橡胶材料20后,更有利于金属碟簧7的防腐,有利于进一步提高本发明带有垂向导向的轨道固定装置的使用寿命。特别是设置了预紧块17后,对钢轨轨翼上表面进行了有效限位,可以限制钢轨的上移,因此钢轨可以承受较大的向上的外力,其适应性更强,可以应对地基沉降等特殊情况。基于本例的技术原理,预紧块还可以由金属弹簧、弹性高分子材料或二者复合构成。
[0081] 本例所述的技术方案中,导向元件3上端与钢轨轨头下部配合,下端与钢轨翼板上面表配合,因此振动过程中钢轨发生垂向变形时,导向元件3与钢轨间基本无相对滑动,直接随钢轨一起沿滑动接触面与导向支架2a之间发生相对滑移,因此导向作用更好。[0082] 另外需要指出的是,为优化钢轨与车轮配合时的工作姿态,钢轨内外两侧设置的导向元件也可以采用不同横向刚度的材料或结构构成,这一点同样也适用于本发明所有的技术方案。
[0083] 实施例五
[0084] 如图8所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例四的区别在于,垂向支承元件由金属板簧7和弹性聚氨酯材料26 —起复合构成,为使金属板簧7受力更均衡,在金属板簧7的上方及下方分别设置的上支承板24和下支承板25,上、下支承板均用不锈钢板制成,并与弹性聚氨酯材料26通过浇注工艺结合在一起。此外,预紧块17独立设置,其采用弹性聚氨酯材料制成,预紧块17上牢固粘贴设置钢板制成的表面连接板22,表面连接板22上设置有定位孔,相应的导向支架上设置定位销23与其配合,通过定位销孔的配合可以实现预紧块17与导向支架之间的装配。为了给预紧块让位,导向元件3相应的缩短。另外,由于预紧块17具有良好的弹性,缓冲保护垫12仅设置在钢轨9轨腰与导向元件3之间即可。
[0085] 下面以本实施例中所述本发明带有垂向导向的轨道固定装置应用于地铁为例,对其优越性进行说明。垂向支承元件的垂向刚度是20kN/mm,由于导向元件3利用铸铁材料制成,其横向刚度极高,本发明轨道固定装置的横向刚度主要受缓冲保护垫的弹性控制,在此设置为40kN/mm,在垂向载荷40kN及横向载荷20kN的作用下,钢轨轨头横向变形只有
0.5mm,横向稳定性极高,可以保证列车行驶的横向稳定性和舒适性,并可减轻轮轨的磨损。
[0086] 本例所述本发明带有垂向导向的轨道固定装置的应用方法与实施例四基本相同。
[0087] 基于本例所述的原理,也可以用金属碟簧、螺旋弹簧、金属弹片等替代金属板簧作为金属弹簧与弹性高分子材料复合构成弹性支承元件,只要承载力足够,也都可以实现同样的效果。
[0088] 实施例六
[0089] 如图9、图10所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例五的区别在于,一侧的导向支架2仍与底座I 一体化设置,在另一侧,底座I上设置有导槽62和固定挡肩30,其中导槽62靠近钢轨的一端还设置有勾槽63,导槽62的宽度略大于可拆卸的导向支架2b的宽度。使用时,导向支架2b下部放入导槽62,移动导向支架2b使其钩挂于勾槽63上,导向支架2b与固定挡肩30之间还设置有楔形件31,利用楔形件31将导向支架2b压紧在底座上,同时将导向元件3压紧在轨腰的上。为了防止使用过程中楔形件滑脱,在楔形件31与固定挡肩30的配合表面分别对应地连续设置有齿状的凹凸结构。另外,垂向支承元件的俯视轮廓也可以设置成方形,相应的底座I中凹槽的外形轮廓也设置成方形。垂向支承元件由金属螺旋弹簧7和弹性聚氨酯材料26 —起复合构成,为使金属螺旋弹簧7受力更均衡,在金属螺旋弹簧7的上方及下方分别设置的上支承板27和下支承板28,上、下支承板均用钢板制成,并与弹性聚氨酯材料26通过浇注固化工艺结合在一起。其中上支承板27的两侧对应钢轨向上折起,对钢轨形成限位,可以防止钢轨与垂向支承元件之间发生相对滑动。为提高垂向支承元件的弹性,在垂向支承元件的中部设置通孔29。另外,预紧块17与导向元件3 —体化设置,均由铸钢材料制成。
[0090] 应用时,直接利用本发明带有垂向导向的轨道固定装置替代传统轨道扣件,垂向支承元件放入底座I的凹槽中,然后将底座I及导向支架2与钢轨9装配在一起,再通过底座I上设置的安装孔10把底座I固定在轨枕(未示出)上,将可拆卸的导向支架2a钩挂在底座I的勾槽上,在导向支架2a和固定挡肩30之间插入楔形件,利用楔形件31的插入深度调整导向支架2a的位置,同时调整导向元件3及预紧块17对钢轨的预紧力,将导向元件3压紧在轨腰上并锁定导向支架2a的位置,实现对钢轨9的横向限位及垂向导向。
[0091] 当然,基于本例所述的技术原理,本发明带有垂向导向的轨道固定装置中也可以在底座两侧都设置勾槽结构,同时使用二个导向支架2b与其配合,在此不再另外附图进行说明。另外,底座I的凹槽侧壁上设置的排水豁口未在图中示出,特此说明。
[0092] 由于垂向支承元件中设置螺旋弹簧,垂向支承元件的线性更好,承载能力更高,横向刚度也略有提高,更耐蠕变,寿命更长。另外在过载或橡胶失效时,弹簧压并后具有一定的应急支承功能。又由于预紧块和导向元件均由铸钢材料制成,其耐磨性很好,因此本例所述技术方案制得的产品使用寿命很长。
[0093] 实施例七
[0094] 如图11所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例六的区别在于,基于实施例六的技术原理,可以改变底座I上导槽62的结构,其沿钢轨纵向两端均设置勾槽63。设置独立的可拆卸挡肩51,可拆卸挡肩51下部也钩挂于底座I的勾槽上,再利用楔形件31将导向支架2a及可拆卸挡肩51锁紧定位。另外,为防止工作过程中楔形件31滑脱,可以利用紧固件32在可拆卸挡肩51上设置挡板33对楔形件31实施限位。
[0095] 由于可拆卸挡肩51也采用分体式设置,可以简化底座的制作工艺,有利于降低生产成本。当然,基于本例所述方法,只要在底座的另一侧也设置相同的勾槽,也可以在两侧同时采用钩挂式的导向支架2b和可拆卸挡肩51,可以尽一步降低底座的加工难度,也在本发明的保护范围之中,在此不再另外附图给予说明。
[0096] 实施例八
[0097] 如图12、图13所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例七的区别在于,底座I上同时还设置有固定挡肩30,楔形件31与可拆卸挡肩51之间还设有锁定元件,所述锁定元件包括可拆卸挡肩51上设置的导槽及导槽内设置的锁定垫片52,锁定垫片52的厚度大于楔形件31与固定挡肩30的配合表面设置的齿的厚度。
[0098] 应用时,利用楔形件31将导向支架2a及可拆卸挡肩51锁紧定位后,将锁定垫片52插入到可拆卸挡肩51上设置的导槽中,由于锁定垫片52的厚度大于齿的厚度,可以保证楔形件31与可拆卸挡肩51之间的齿状凸凹结构始终保持啮合状态,无法脱开,又由于重力作用下,锁定垫片52不易从导槽中脱出,因此锁定后整个结构十分稳定,可靠性强。为了维修时拆卸方便,锁定垫片52露出导槽一截,可以随时抽出,进而拆下楔形件31。
[0099] 实施例九
[0100] 如图14所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例六的区别在于,底座I的两侧均设置导槽62及勾槽63,二个导向支架2b分别钩挂在勾槽上,底座I上还设置有固定挡肩30,固定挡肩30上设置有位置调节螺柱34,利用位置调节螺柱34可以调整导向支架2b的位置,从而将导向元件3压紧在轨腰上并锁定导向支架2a的位置,然后放入U型垫片64,稍松螺栓,使U型垫片压紧后,用锁紧螺母锁定位置调节螺栓34,完成对导向支架2b的定位,同时实现对钢轨9的横向限位及垂向导向。此外,底座上对应钢轨轨底处还设有轨底导向组件,轨底导向组件位于钢轨与底座之间,具体为底座上沿钢轨纵向连续设置的增高凸台65,增高凸台65在钢轨两侧同时设置,钢轨翼板外沿与增高凸台65之间的接触表面构成滑动导向面S,滑动导向面S平行于钢轨垂向。另外,垂向支承元件仅由弹性聚氨酯材料26及上支承板27和下支承板28构成,上、下支承板均用钢板制成,并与弹性聚氨酯材料26通过浇注固化工艺结合在一起。为了增加弹性,弹性聚氨酯材料26构成的板体中还设有空腔56。为便于排水,底座的凹槽下部设有排水孔55。当然,排水孔的位置也可以设置在底座凹槽的侧壁下部,不另附图说明。导向元件3及其一体化集成设置的预紧块17均由硬橡胶材料制成,其中导向元件3的横向刚度为180kN/mm。
[0101] 下面以本实施例中所述本发明带有垂向导向的轨道固定装置应用于高铁为例,对其优越性进行说明。导向元件3的横向刚度为180kN/mm,垂向支承元件的垂向刚度是7kN/mm,横向刚度是2kN/mm,由于设置了轨底导向组件,钢轨轨底受到了有效地限位,垂向支承元件的横向刚度对本发明轨道固定装置综合横向刚度影响极小,在导向元件的与垂向支承元件的共同作用下,本发明装置的垂向刚度是7kN/mm,垂向弹性和隔振效果很高,横向刚度约为导向元件横向刚度的六分之一,约为30kN/mm,在垂向载荷40kN及横向载荷20kN作用下轨头的横向位移仅约为0.67mm,在隔振效果很高的前提下横向刚度仍然很高,提高了列车行驶的横向稳定性和舒适性,并可减少轮轨的磨损。相比之下,垂向刚度为7kN/_的普通扣件的横向刚度低得无法使用,而且在原有结构上无法提高。另外,在高铁中应用本发明轨道固定装置的另一个好处在于,由于系统的综合横向刚度很大,因此轨道的曲线半径可以更小。当然基于上述原理,如果进一步提高导向元件的横向刚度,例如使横向刚度达到600kN/mm时,相应的本发明轨道固定装置的综合横向刚度约为lOOkN/mm,这样只需要根据需要选择不同的垂向支承元件,调整垂向刚度,就可以满足重载铁路等苛刻应用条件下的使用要求。
[0102] 本例所述技术方案中,由于增设了轨底导向组件,增高凸台65与钢轨翼板外沿之间通过滑动导向面S相互配合,使钢轨只可以通过滑动导向面S沿钢轨垂向相对底座I滑移,限制了轨底的平移,所以不必再另外设置限位连接板或者防滑垫板,又由于底座I与钢轨9之间设有垂向支承元件,因此可以保证采用本例所述技术方案的本发明不仅具有良好的垂向弹性,而且与实施例1-8相比,对于同样横向刚度的导向元件,还具有较高的综合横向刚度。其原理是,当轨头受到横向力时,由于轨底受到约束,横向不能移动,迫使钢轨以轨底为中心绕纵向偏转,导向元件的横向反力的力臂相对较大,因此轨头横向位移较小。所以当工作过程中钢轨轨头承受车轮载荷作用时,钢轨的横向振动和偏转摆振都得到了很好的抑制。上述优点使本发明轨道固定装置可以实现在保持较高垂向弹性的同时,有效降低钢轨轨头处的横向位移和偏转位移,从而降低轮轨间横向滑移幅度,同时还有效抑制了钢轨的摆振,因此可以有效解决垂向高弹性时,轮轨横向振动加大,列车横向晃动过大、或钢轨过快磨损问题。此外,由于底座I (包括增高凸台65)是由铸钢材料制成,具有良好的耐磨性,可以保证滑动导向面S不会过快磨损,因此采用此类技术方案的本发明产品具有较长的使用寿命。
[0103] 垂向刚度为7kN/mm是目前市场上所有扣件中较低的垂向刚度,垂向隔振效果也是最好的之一。但本发明轨道固定装置对于垂向刚度高的情况同样适用,假设垂向支承元件的垂向刚度是目前市场上所有扣件中垂向刚度的较高值60kN/mm,横向刚度是21kN/mm,导向元件3不变,横向刚度是180kN/mm,在导向元件的与垂向支承元件的共同作用下,本发明装置的垂向刚度是60kN/mm,横向刚度约为30kN/mm,在垂向载荷40kN及横向载荷20kN作用下轨头的横向位移仅为0.67mm,在垂向刚度较高时也能保证横向刚度很高,能够保证列车行驶的横向稳定性和舒适性,并可减少轮轨的磨损。
[0104] 上述计算表明,本发明轨道固定装置由于横向刚度可以独立设计或相对独立设计,横竖向刚度比可以在很大范围内变化,因此给垂向刚度留出了宽广的适用范围,由此可以实现:对同一种结构的本发明轨道固定装置和同一个导向元件,只要更换不同刚度的垂向支承元件,就可以实现本发明轨道固定装置垂向刚度的任意变化,或按照一定优选序列变化,如5、10、20、40、60、80、lOOkN/mm,而横向刚度都能较好得满足要求。有助于设计人员根据不同隔振需求,优化隔振方案,同时也减少了扣件种类,减少了库存、安装工具、养护工具,简化了安装维护方法。
[0105] 与设置楔形件相比,本例所述垫片与螺栓组合使用的技术方案更简单方便,拆装方便,也很可靠。由于导向元件采用硬橡胶材料制成,其对于钢轨的振动有更好的隔离作用。
[0106] 需要指出的是,垂向支承元件可以是由弹性聚氨酯材料或橡胶等弹性高分子材料构成的压缩型、剪切型、或发泡型的弹性垫,只要能够提供足够的垂向刚度和弹性,都可以起到同样的效果。
[0107] 实施例十
[0108] 如图15所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例九的不同之处在于,在底座I设置一个一体化的导向支架2和一个可拆卸的导向支架2a。导向元件3是由带有凸凹结构的连接板43、阻尼材料层41和带有凸凹结构的连接板42构成的迷宫式阻尼结构,其中连接板43和42均由铝合金材料制成,阻尼材料层41由高阻尼聚氨酯材料构成。此外,为了提高耐磨性能,轨底导向组件中底座I的增高凸台65表面上还设置有耐磨层57,耐磨层由尼龙材料构成,并牢固粘贴在增高凸台65表面。耐磨层与钢轨轨翼外沿的接触表面构成所述滑动导向面,工作时钢轨翼板外沿在耐磨层表面滑动,对钢轨形成垂向导向。垂向支承元件7为橡胶材料制成的弹性垫,为了调整弹性,垫体上设置有空腔71,为了优化垫体的刚度,空腔由中间向两边尺寸逐渐变小。
[0109] 下面举例对本实施例中所述本发明带有垂向导向的轨道固定装置的优越性进行说明。垂向支承元件的垂向刚度是lOkN/mm,由于导向元件中设置了迷宫式阻尼结构,本发明装置的横向刚度主要受迷宫式阻尼结构的弹性控制,在此为30kN/mm,在垂向载荷40kN及横向载荷20kN的作用下,钢轨轨头横向变形只有0.67_,在隔振效果很高的前提下横向刚度仍然很高,横向稳定性极高,提高了列车行驶的横向稳定性和舒适性,并可减少轮轨的磨损。
[0110] 应用时,直接利用本发明带有垂向导向的轨道固定装置替代传统轨道扣件,将碟簧7放入底座I的凹槽70中,然后将底座I及导向支架2与钢轨9装配在一起,再利用紧固件13安装固定可拆卸的导向支架2a,同时调整好导向支架2a的位置将导向元件3压紧在轨腰上,实现对钢轨9的限位及导向,最后通过底座I上设置的安装孔10把底座I固定在轨枕(未示出)上。为实现上述目的,导向支架2a上对应紧固件13的安装孔60也是长条孔,特此说明。
[0111] 本例中由于在增高凸台65表面还设置有耐磨层57,耐磨层57除了可以提供更好的耐磨性能外,一旦发生磨损还可以实现更换,有利于提高产品使用寿命,降低维护成本。基于本例所述的技术原理,除已提到的尼龙外,本发明中耐磨层还可以采用的聚四氟乙烯(PTFE)、粉末治金材料或铜材等材料制成。作为一种特例,耐磨层还可以是利用喷涂、激光烧结或电镀等技术手段设置在滑动导向面上的、较薄的耐磨材料层,所述滑动导向面包括钢轨或/和底座的滑动导向面。另外,由于导向元件3直接由阻尼元件构成,其耗能作用更强,降噪能力更好,试验表明,这种迷宫式阻尼结构对于500Hz以上的中高频噪声具有良好的抑制作用。
[0112] 需要指出的是,除了橡胶材料外,还可以利用弹性聚氨酯等其他弹性高分子材料制成本发明中的垂向支承元件,只要弹性和强度足够,都可以起到很好的效果。
[0113] 实施例十一
[0114] 如图16、图17所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例十的区别在于,导向元件3布满所有轨腰位置。此外,本发明带有垂向导向的轨道固定装置中底座上对应钢轨轨底处还设有轨底导向组件,轨底导向组件位于钢轨9与底座I之间。轨底导向组件由轨底定位板54和轨底弹性导向元件·58组成,其中,钢板焊接而成的工字形轨底定位板54卡在钢轨底部,为防止钢轨与轨底定位板54直接接触产生噪声,在钢轨轨底与轨底定位板54之间还设置有橡胶垫板53 ;轨底弹性导向元件58与垂向支承元件7并列设置,轨底弹性导向元件58由橡胶材料制成,并且与底座I及轨底定位板54分别硫化固连在一起,钢轨的垂向外力仍主要由垂向支承元件7承担。垂向支承元件7由碟簧构成,轨底定位板54中部设置表面淬硬的钢管保证碟簧7的对中,同时作为应急支承件8使用,应急支承件8的底面与底座I底面之间的间隙应大于或等于钢轨9正常工作时的最大变形。与应急支承件8的位置对应的,在底座I上还设置有通孔16。
[0115] 本例技术方案中通过设置轨底定位板54和轨底弹性导向元件58构成的轨底导向组件,可以实现与实施例九相似的技术效果,可以保证本发明不仅具有良好的垂向弹性,而且还具有较高的横向刚度。所以当工作过程中钢轨轨头承受车轮载荷作用时,钢轨轨底的平移和轨头的偏转得到了很好的抑制。使本发明轨道固定装置可以实现在保持较高垂向弹性的同时,有效降低钢轨轨头的横向位移,因此可以降低轮轨的横向振动,从而降低轮轨间横向滑移幅度,提高列车行驶的横向稳定性和舒适性,有效解决钢轨过快磨损问题。另外,由于设置了轨底弹性导向元件58,水及其他异物无法进入底座I的凹槽中,无需再考虑排水。
[0116] 本例所述技术方案中由于轨底导向组件及垂向支承元件7预先与底座连接装配在一起,因此应用时只需要将摆放好底座并将其与轨枕固定连接,然后再调整导向支架2a使导向元件3压紧在钢轨轨腰处即可。
[0117] 实施例十二
[0118] 如图18所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例十一的区别在于,导向元件3上集成预紧块17。此外,为了便于调整轨底弹性导向元件58的横向刚度,在构成轨底弹性导向元件58的橡胶材料中还设置钢板制成的约束加强板59。同样,根据需要,约束加强板59也可以设置多个。
[0119] 这种结构的本发明带有垂向导向的轨道固定装置,由于在导向元件中设置了用于增加轨底弹性导向元件58横向刚度的约束加强板21,轨底弹性导向元件58内的约束加强板之间和外侧高分子材料的压缩变形受到约束加强板的约束,压缩刚度一也就是横向刚度急剧提高,而剪切变形一即垂向刚度不受限制,因此横竖向刚度比可以根据需要在很大范围内任意设计,可以达到10倍、20倍、40倍、80倍甚至更高。
[0120] 本发明带有垂向导向的轨道固定装置的应用方法与实施例十一基本相同,在此不再重复描述。
[0121] 需要说明的是,如果采用绝缘材料如玻璃钢等制作轨底定位板54,配合尼龙等绝缘材料制成的导向元件一起使用,可以使钢轨与外部保持绝缘隔离状态,防止意外导电事故的发生,有效提高产品的适用性和安全性。
[0122] 实施例十三
[0123] 如图19所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例十二的区别在于,导向元件3由玻璃钢材料制成。此外,作为一种特例,当轨底弹性导向元件的垂向承载能力足够时,可以将轨底弹性导向元件同时作为垂向支承元件使用,这样可以进一步简化产品结构。另外,为提高减振效率,轨底弹性导向元件中还包含了带有凸凹结构的连接板45、橡胶阻尼材料层46和带有凸凹结构的连接板44构成的迷宫式阻尼结构,迷宫式阻尼结构设置在轨底定位板54及底座I之间。其中,连接板45和连接板44均由玻璃钢材料制成,可以保证绝缘。
[0124] 由于轨底弹性导向元件中增设了迷宫式阻尼结构,系统中增加了阻尼元件,在钢轨发生垂向振动的过程中,反复驱动迷宫式阻尼结构中的连接板剪切二者之间间隙中设置的阻尼材料层,实现耗能,因此本发明带有垂向导向的轨道固定装置减振耗能的作用得到了进一步加强,试验表明,这种阻尼结构对于抑制800Hz以下的低频振动有很好的抑制效
果O
[0125] 基于本例所述的技术原理,可以将连接板45与轨底定位板54集成为一体,也可以实现同样的效果。
[0126] 实施例十四
[0127] 如图20所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例九的区别在于,垂向支承元件7是仅由弹性聚氨酯材料构成的压缩型的弹性垫,轨底导向组件还包括玻璃钢材料制成的轨底定位板54,轨底定位板54卡在钢轨底部,轨底定位板54与底座I之间的配合表面构成滑动导向面S,滑动导向面S平行于钢轨垂向。另外,本发明带有垂向导向的轨道固定装置的导向元件3是由带有凸凹结构的连接板43、阻尼材料层41和带有凸凹结构的连接板42构成的迷宫式阻尼结构。预紧块17由橡胶材料制成,独立设置的预紧块17被导向支架2b预紧并按压在钢轨翼板表面,可以限制钢轨的上移,因此钢轨可以承受较大的向上的外力,其适应性更强,可以应对地基沉降等特殊情况,为防止预紧块17滑脱,可以将预紧块17与导向支架2b硫化固连在一起。为防止钢轨9与轨底定位板54直接接触产生噪声,在钢轨轨底与轨底定位板54之间还设置有橡胶垫板53。
[0128] 由于导向元件3采用了迷宫式阻尼结构,迷宫式阻尼结构对高于500Hz的中高频钢轨振动和噪声具有很强的抑制作用,具有很好的降噪效果;如果迷宫式阻尼结构在钢轨长度方向大于一个扣件间距(550〜650mm),并连续相接设置,则变为迷宫式约束阻尼结构,对于高于1000Hz的高频噪声也具有有很好的抑制作用,而且阻尼结构的长度越长,其作用下限频率越低,有效频带越宽。基于迷宫式约束阻尼的原理,该阻尼结构的连接板43与轨腰通过弹性模量大于IOOOMpa的粘接胶粘结,效果更好。因此与实施例九的技术方案相比,本实施例既有很好的横向刚度和减振效果,又有很好的降噪效果。
[0129] 本实施解决了当前市场上的一个技术难题:先锋扣件由于轨道高度同普通扣件一样,但在扣件类中隔振效果最高,当高架已运行地段振动和噪声超标时,最简单的办法就是同时采用先锋扣件和迷宫式约束阻尼结构。但是现有的先锋扣件轨腰处已被占用,迷宫式约束阻尼板在轨腰处必须在长度方向断开,损失了部分降噪效果。即使如此,仍然取得了在钢桥上9dBA的实际工程降噪效果。本实施例由于迷宫式约束阻尼结构可以在钢轨长度方向连续,可以取得更好的降噪效果。而且阻尼结构不需要弹簧夹子也不会脱落,安全性更闻。
[0130] 实施例十五
[0131] 如图21所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例十一的区别在于,导向元件3是由带有凸凹结构的连接板43、阻尼材料层41和带有凸凹结构的连接板42构成的迷宫式阻尼结构。此外,钢轨9的轨翼上同时粘贴设置与仿形块相同的迷宫式阻尼结构,独立的预紧块17被导向支架2b按压在轨翼表面的迷宫式阻尼结构上,也可以限制钢轨的上移,因此钢轨可以承受较大的向上的外力,其适应性更强,可以应对地基沉降等特殊情况。预紧块17由弹性聚氨酯材料制成,并与与导向支架2b粘接固定在一起。
[0132] 本例所述技术方案中轨腰表面及钢轨翼板上均设置了迷宫式阻尼结构,这种阻尼元件具有良好的减振降噪性能,因此本例技术方案的降噪性能更加出色。
[0133] 实施例十六
[0134] 如图22所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例十五的区别在于,轨底导向组件由轨底定位板54和轨底弹性导向元件58组成,为了便于调整轨底弹性导向元件58的横向刚度,在构成轨底弹性导向元件58的橡胶材料中还设置钢板制成的约束加强板59。作为一种特例,当轨底弹性导向元件58的垂向承载能力足够时,可以将轨底弹性导向元件同时作为垂向支承元件使用。另外,轨底弹性导向元件中还包含了带有凸凹结构的连接板45、橡胶阻尼材料层46和带有凸凹结构的连接板44构成的迷宫式阻尼结构,迷宫式阻尼结构设置在轨底定位板54及底座I之间。这种迷宫式阻尼结构具有较大的横向刚度和较好的垂向弹性,因此具有较好的导向作用。
[0135] 由于在轨底弹性导向元件中设有迷宫式阻尼结构,可以吸收钢轨的800Hz以下的中低频有害振动能量,本实施例具有很好的消能吸振作用,可以提高列车行驶的安全性和舒适性;又由于设置了迷宫式阻尼结构的导向元件,其对高于500Hz的中高频振动和噪声具有很强的抑制作用,具有很好的降噪效果;如果迷宫式阻尼结构在钢轨长度方向大于一个扣件间距(550〜650mm),并连续相接设置,则变为迷宫式约束阻尼结构,对于高于IOOOHz的高频噪声也具有有很好的抑制作用,而且阻尼结构的长度越长,其作用下限频率越低,有效频带越宽。基于迷宫式约束阻尼的原理,该阻尼结构的连接板43与轨腰通过弹性模量大于IOOOMpa的粘接胶粘结,效果更好。
[0136] 因此本实施例产品既有很好的横向刚度和减振效果,又有很好的降噪效果,可以大大提高列车行驶的安全性和舒适性。
[0137] 由实施例十四、实施例十五及实施例十六可以看出,在轨下间隔地设置迷宫式阻尼结构即可以较好地实现减振的功能;在轨腰表面连续设置长度大于一个扣件间距的迷宫式阻尼结构,即可以很好地实现降噪的功能。
[0138] 实施例十七
[0139] 如图23所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例四的区别在于,底座I与轨枕66集成为一体,底座I与轨枕66 —样由钢筋混凝土材料构成。利用锚固螺栓67将可拆卸的导向支架2a固定在底座I及轨枕66上。
[0140] 本例所述的技术方案,由于将底座I集成于轨枕66中,本发明带有垂向导向的轨道固定装置的底座不需要再与轨枕进行固定连接,装配过程更简单,系统的整体性更好,而且用钢量更少,有利于全面降低生产及应用成本。
[0141] 实施例十八
[0142] 如图23所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例十三的区别在于,轨底弹性导向元件是带有凸凹结构的连接板45、橡胶材料46和带有凸凹结构的连接板44构成的迷宫式阻尼结构,迷宫式阻尼结构设置在轨底定位板54及底座I之间。需要说明的是,连接板44和45均由铝合金材料制成,橡胶材料46既具有弹性支承能力,又具有一定阻尼。由于这种迷宫式阻尼结构具有较大的横向刚度和较好的垂向弹性,因此具有较好的导向作用和垂向承载能力,通过选择适当的橡胶材料的损耗因子合理优化迷宫式阻尼结构的性能参数,就可以实现利用迷宫式阻尼结构同时作为轨底弹性导向元件和垂向支承元件使用。另外,为了保证本发明轨道固定装置的稳定性,连接板44和45及橡胶材料46硫化成一个整体,并且将连接板45和44分别与轨底定位板54和底座I粘接固定在一起。这种技术方案,可以大大简化底座的结构,有利于降低本发明的生产成本。
[0143] 与实施例十六相似,由于轨底弹性导向元件中设有迷宫式阻尼结构,可以吸收钢轨的有害振动能量,本实施例具有很好的消能吸振作用,可以提高列车行驶的安全性和舒适性。在实际应用中,也可以将橡胶阻尼材料层46仅与连接板44或连接板45之一硫化连接设置,由于连接板44与连接板45上分别设有凸凹结构彼此嵌入,并且分别与轨底定位板54和底座I硫化固定,加上导向支架2及2a的辅助固定,二者不会脱离。
[0144] 实施例十九
[0145] 如图25所示本发明带有垂向导向的轨道固定装置,与实施例二的区别在于,导向元件3是由带有凸凹结构的连接板43、阻尼材料层41和带有凸凹结构的连接板42构成的迷宫式阻尼结构,其中连接板43和42均由铝合金材料制成,阻尼材料层41由高阻尼橡胶材料构成。此外,为了给钢轨让位,底座I上的凹槽沿钢轨纵向两端开放设置。其中导向元件3的横向刚度为120kN/mm。
[0146] 由于底座上设置了应急支承件8,提高了本发明其安全性。
[0147] 下面举例对本实施例中所述本发明带有垂向导向的轨道固定装置的优越性进行说明。垂向支承元件碟簧7的垂向刚度是60kN/mm,导向元件3的横向刚度为120kN/mm,由于导向元件中设置了迷宫式阻尼结构,迷宫式阻尼结构中的阻尼材料层具有一定的弹性,因此使用中钢轨相对于垂向支承元件会产生少量的横向滑移,相当于钢轨轨底没有被有效限位,在这种情况下本发明轨道固定装置的综合横向刚度(即本发明带有垂向导向的轨道固定装置在钢轨轨头处的横向刚度)近似为导向元件横向刚度的八分之一,在此约为15kN/mm,在垂向40kN及横向20kN的标准载荷作用下,钢轨轨头横向变形约为1.33mm,其横向稳定性仍然强于现有扣件,有助于提高列车行驶的横向稳定性和舒适性,并减少轮轨的磨损。
[0148] 上述实施例给出了本发明的部分典型结构方案,基于所叙述的技术原理,其中的技术特征还可以重新进行组合构成新的技术方案,都在本发明的保护范围内。需要指出的是,由于轨底坡的存在,本文中所述的横向、垂向、纵向等方向的概念,都是以钢轨为基准的,分别与钢轨的横向、垂向及纵向相对应,其中所述的钢轨纵向,即为钢轨的延伸方向;钢轨垂向,即钢轨轨底的垂向;钢轨横向,即钢轨腹板中剖面的垂向。本发明在应用时,也可以在底座与道床之间增设弹性垫板,与传统扣件系统不同,此处设置弹性垫板的目的不是主要为了隔振,而是为了调高,或为了保护轨枕,并防止产生二次噪声。
[0149] 根据上述实施例所阐述的技术原理,本发明带有垂向导向的轨道固定装置的技术方案可以进行很多组合和演化,也都在本发明的保护范围。本发明带有垂向导向的轨道固定装置通过设置导向组件和垂向支承元件,分别实现钢轨的几何定位功能和钢轨的垂向受力承载功能,设在钢轨轨腰处的导向组件负责保持钢轨的几何位置、几何状态以及钢轨动态变形时的导向,设在轨底与底座之间的垂向支承元件负责承受主要的垂向载荷,两者的材料性能、力学性能可以分开优化,导向组件对磨损不敏感,使钢轨的几何状态在垂向受力时的工作长期稳定,钢轨工作时的横向刚度较大,钢轨轨头处横向变形较小,可以缓解或克服外力作用下钢轨横向刚度不足造成的轮轨间横向滑移较大从而最终导致钢轨磨损,甚至出现波磨状况等缺陷,有利于提高钢轨的使用寿命,同时提高行车的安全性和舒适性。另夕卜,为了保证垂向支承元件主要承担钢轨的垂向受力,本发明中导向元件的横向刚度至少为 120kN/mm。

Claims (23)

1.一种带有垂向导向的轨道固定装置,包括底座,底座置于轨枕上,并利用锚固螺栓与轨枕固连在一起,其特征在于还包括导向组件和垂向支承元件,导向组件包括位于钢轨轨腰两侧的导向元件和导向支架,导向元件的横向刚度至少为120KN/mm,导向元件至少在钢轨轨腰的上下部分与钢轨紧密接触,并在横向对钢轨形成约束,导向元件由导向支架夹持,导向元件与导向支架之间设有滑动接触面,滑动接触面平行于钢轨垂向,二者可以沿钢轨垂向相对滑动,垂向支承元件位于钢轨下方,垂向支承元件至少在钢轨垂向具有弹性承载能力。
2.根据权利要求1所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于导向元件由铸铁、铸钢、铝合金、硬橡胶、尼龙、聚四氟乙烯、PVC、ABS、聚碳酸酯或玻璃钢材料制成,或由上述材料与阻尼材料共同组成的阻尼结构构成。
3.根据权利要求1所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于导向元件与钢轨之间设置缓冲保护垫,缓冲保护垫由弹性高分子材料构成。
4.根据权利要求1所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于垂向支承元件为金属弹簧或由金属弹簧与弹性高分子材料复合构成,金属弹簧包括螺旋弹簧、碟簧、板簧或金属弹条。
5.根据权利要求1所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于垂向支承元件是由弹性高分子材料构成的压缩型、剪切型、或发泡型的弹性垫,弹性高分子材料包括橡胶或弹性聚氨酯。
6.根据权利要求1、2、3、4或5任一所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于包括阻尼元件,阻尼元件设置在导向元件或/和垂向支承元件之中。
7.根据权利要求1、2、3、4或5任一所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于包括阻尼元件,阻尼元件与垂向支 承元件并联设置。
8.根据权利要求1所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于导向支架与钢轨翼板之间设有预紧块,预紧块独立设置或与导向元件集成为一体。
9.根据权利要求1所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于导向元件与导向支架接触的部分设有表面连接板,表面连接板与导向元件牢固连接。
10.根据权利要求1所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于导向支架有两个,分别位于钢轨两侧,其中至少一个可以拆卸。
11.根据权利要求10所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于可拆卸的导向支架所在的底座上设有沿钢轨横向的导槽,导向支架部分置于导槽内,并可以在导槽中沿钢轨横向相对于底座滑动。
12.根据权利要求10所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于可拆卸的导向支架通过紧固件固定于底座上,或者在底座上设置挡肩,挡肩再与楔形件、或垫片及位置调节螺栓配合将导向支架固定于底座上,挡肩为固定挡肩或/和可拆卸挡肩。
13.根据权利要求12所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于底座上设有勾槽,导向支架或/和可拆卸的挡肩钩挂于勾槽上。
14.根据权利要求12所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于楔形件和挡肩之间设有相互配合的齿状凸凹结构,楔形件与挡肩之间还设有锁定元件。
15.根据权利要求14所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于锁定元件为导槽和锁定垫片,锁定垫片的厚度大于齿状凸凹结构中齿的厚度。
16.根据权利要求1所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征底座上对应钢轨轨底处还设有轨底导向组件,轨底导向组件位于钢轨与底座之间。
17.根据权利要求16所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于轨底导向组件为底座上沿钢轨纵向设置的增高凸台,钢轨翼板外沿与增高凸台之间的接触表面构成滑动导向面,滑动导向面平行于钢轨垂向,滑动导向面至少一侧由耐磨材料构成或表面设置耐磨材料层。
18.根据权利要求16所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于轨底导向组件还包括轨底定位板,轨底定位板卡在钢轨底部,轨底定位板与底座之间的配合表面构成滑动导向面,滑动导向面平行于钢轨垂向,滑动导向面至少一侧由耐磨材料构成或表面设置耐磨材料层。
19.根据权利要求16所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于轨底导向组件位于轨底与底座之间,轨底导向组件由轨底定位板和轨底弹性导向元件组成,轨底定位板卡在钢轨底部,轨底弹性导向元件与垂向支承元件并列设置或集成为一体。
20.根据权利要求19所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于轨底弹性导向元件中包含由带有凸凹结构的板材及阻尼层共同组成的迷宫式阻尼结构。
21.根据权利要求1所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于底座上对应钢轨轨底处还设有应急支承件,应急支承件顶面与钢轨轨底之间的间隙大于或等于钢轨正常工作时的最大变形。
22.根据权利要求1所述的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于底座上设有轨底坡。
23.根据权利要求1所述 的带有垂向导向的轨道固定装置,其特征在于底座与轨枕一体化设置。
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