CN103541281B - 一种多层结构的铁路轨枕 - Google Patents
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Abstract
一种铁路轨枕，包括：轨枕本体（1），轨道支承区域（3），每个轨道支承区域（3）具有轨道支承面（5），第一加固元件（6）和第二加固元件（7）；所述轨枕本体（1）、第一加固元件（6）和第二加固元件（7）均由复合材料制成，且在所述轨枕本体（1）的表面上设置多层结构，从所述轨枕本体（1）的表面向外，所述多层结构的热膨胀系数依次降低。该轨枕密度低，寿命长，不仅具有较好的减震效果，能够高负荷承载，且性能稳定，耐候性强，保证各层连接的紧密。
Description
技术领域
本发明涉及铁路轨道领域，更具体地涉及一种具有多层结构铁路轨枕。
背景技术
铁路是目前世界上最重要的运输工具之一，随着铁路向高速、重载和环保方向的发展，对轨道的要求也越来越高。轨枕作为轨道的重要组成部分，作用是承垫于钢轨之下，通过相互的连接零件保持两股或多股钢轨之间的轨距、水平、高低和方向等几何形位，并防止钢轨因列车行驶产生的纵向爬行，以及将钢轨所承受的各种荷载平均分布于道床基础上，其材料和结构在不断发展和更新。
目前使用过的轨枕主要包括木枕、钢轨枕和混凝土轨枕。木材轨枕作为传统铁路轨道所普遍采用的轨枕虽然具有造价低、富有弹性、重量轻、绝缘性好等优点，但也有无法克服的缺点，主要表现在：易风化开裂，使用寿命短，一般只有15年左右；更主要的是消耗大量的森林资源，造成严重的环境问题。钢轨枕曾在欧洲和南美洲一些国家应用，其优点是：使用寿命长，可达50～60年；轨枕间距较大从而减小用量；可使用大量废钢铁冶炼制成，报废后可回炉重造，但其缺点是：造价高体积笨重，噪音大，因而无法普遍推广应用。混凝土轨枕是目前普遍采用的轨枕之一，具有寿命长、稳定性好等优点，主要的缺点是硬度大、弹性差，消音减震效果差，使用中容易出现裂缝；更重要的是后加工困难，因此安装精度受到一定的限制。
目前我国铁路使用的轨枕主要是木枕和钢筋混凝土轨枕两大类，而国外从90年代开始，由于高速铁路以及直线电机运载系统的发展，已着力研究新型材料轨枕，美国率先在大的转运站和主干线安装使用塑料轨枕，其后，其它类型的复合材料轨枕在日本、韩国、俄罗斯等也已经开始小范围使用，但一般的塑料轨枕并不能达到枕木本身强度和减震性能的要求，必须经过增强或改性的复合材料才能达到使用要求。中国发明专利增强纤维合成轨枕(申请号为200810240157.6)公开了一种增强纤维合成轨枕及其制作方法，所述增强纤维合成轨枕为由增强纤维材料、纤维毡或编织布经树脂浸渍，通过设计截面形状的成型模具拉挤成型，并使之在模具内固化的合成轨枕。但是这种增强纤维合成轨枕及其制作方法无法保证纤维增强材料和树脂的充分均匀的混合分布，另外，树脂和纤维增强材料之间的黏附力不强，在挤出成型过程中，纤维增强材料容易变形，使纤维增强材料和数值分布布局，影响了轨枕的质量。
发明内容
本发明解决了上述现有技术中存在的问题与不足，提供了一种铁路轨枕，该轨枕密度低，寿命长，不仅具有较好的减震效果，能够高负荷承载，且性能稳定，耐候性强，易加工和安装。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种铁路轨枕，包括：
轨枕本体，所述轨枕本体带有两个块，所述块上分别具有轨道支承区域，在所述轨道支承区域内所述轨枕本体被扩宽；
在每个轨道支承区域内借助于接合于轨底的压紧元件将轨道固定；
每个轨道支承区域具有三个在轨道延伸方向并排的轨道支承面，各轨道支承面之间设置有间隙；
每个轨道支承区域内的各所述轨道支承面上或间隙中设置有至少一个压紧元件；
至少一个设置在所述轨道的延伸方向上的第一加固元件分别在所述轨道支承区域下面的所述轨枕本体内延伸；
至少一个第二加固元件穿过所述轨枕本体，所述第二加固元件在各所述轨道支承区域中且在所述中间的轨道支承面的下面延伸，并且与所述第一加固元件相连接；
所述轨枕本体、第一加固元件和第二加固元件均由复合材料制成，且在所述轨枕本体的表面上设置多层结构，从所述轨枕本体的表面向外，所述多层结构的热膨胀系数依次降低。
多层结构为三层结构，从所述轨枕本体的表面向外，依次是阻燃层、防磨层和阻燃层。
优选的是，所述复合材料包括由发泡成形的聚氨酯树脂及配置于该聚氨酯树脂中的多个玻璃纤维；
阻燃层由添加无机系填充材料的聚氨酯树脂涂料所构成，所述聚氨酯树脂系涂料与形成轨枕本体的聚氨酯树脂材质相同；
所述复合材料中的氨酯树脂与玻璃纤维的重量份为120份：40份，其中述的聚氨酯氨酯树脂包括I组分多元醇和II组分异氰酸酯，I、II两组分用量重量配比为1∶1.1；所述的I组分多元醇包含有多元醇成份和助剂，其中多元醇成份重量百分比如下：
2官能团羟值为200～500mgKOH/g聚醚多元醇A 10％
3官能团羟值为350～450mgKOH/g聚醚多元醇B 30％
6官能团羟值为400～450mgKOH/g聚醚多元醇C 20％
8官能团羟值为350～450mgKOH/g聚醚多元醇D 25％
含有苯环的羟值为300～350mgKOH/g聚酯多元醇E 10％
其中助剂包括组合催化剂和匀泡剂，组合催化剂用量为I组分中多元醇成份用量的2％，匀泡剂用量为I组分中多元醇成份用量的3％；所述的II组分异氰酸酯为含-NCO基团的异氰酸酯；
所述的玻璃纤维为长玻璃纤维或连续玻璃纤维。
在上述任一方案中优选的是，所述的2官能团羟值为200～500mgKOH/g聚醚多元醇A是以重量百分比为1:1的乙二醇和丙二醇为起始剂的聚醚多元醇；所述的3官能团羟值为350～450mgKOH/g聚醚多元醇B是以重量百分比为1:2的丙三醇和三羟甲基丙烷为起始剂的聚醚多元醇；所述的6官能团羟值为400～450mgKOH/g聚醚多元醇C是以重量百分比为1:1的山梨醇和甘露醇为起始剂的聚醚多元醇；所述的8官能团羟值为350～450mgKOH/g聚醚多元醇D是以蔗糖为起始剂的聚醚多元醇；所述的含有苯环的羟值为300～350mgKOH/g聚酯多元醇E是以重量百分比为1:1的对苯二甲酸与多元醇缩合反应得到的聚酯多元醇。
在上述任一方案中优选的是，在轨枕本体内埋设有内部存储数据的IC芯片，且该IC芯片的数据可以通过电波读取。
在上述任一方案中优选的是，所述组合催化剂为叔胺与无机酸或有机酸反应后的催化剂，叔胺为三亚乙基二胺、三乙胺、二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、五甲基二亚乙基三胺、二甲基乙醇胺、三乙醇胺、二甲基苄胺或二乙基哌嗪；所述的无机酸为盐酸、磷酸、硫酸、亚硫酸、高氯酸、次氯酸、硼酸或钨酸；所述的有机酸为甲酸、乙酸、草酸、油酸、亚油酸、乳酸、柠檬酸或月桂酸。
本发明的有益效果是：
1.由复合材料制成的该铁路轨枕密度低，重量轻，不易腐朽，寿命长，性能稳定，电绝缘性好，同时具有木枕的弹性和钢枕、混凝土轨枕的刚性；容易加工和安装；维护方便，材料可回收利用；同时其综合成本较低，具有良好的经济效益。该轨枕经技术检测，其耐疲劳性能120次疲劳试验后外观无明显异常，其弯曲断裂应力达到132MPa，其它性能也远优于同类产品。
2.本发明的轨枕具有强度高、无毒环保、耐腐朽、不吸水、绝缘性好、使用寿命长、防火阻燃、安装方便，同时具有很好的弹性，可有效的吸收火车行驶中的震动，减少了列车对路基的振动和噪音的污染，提高了火车行驶的稳定性，克服了传统的木轨枕和混凝土轨枕的缺陷，同时解决了合成轨枕中，纤维均匀分布难和与树脂相容性差的问题。
3.本发明的轨枕，能够高负荷承载，且性能稳定，耐候性佳，可承受5万次50MPa的负荷冲击，产品可应用于高速列车、重型货物列车、地铁轨道、仓储承载枕木之用。其具有抗水解、耐油脂的特性，可以锯、钻、碾压，可用螺丝拧紧、钉牢，比木材更加坚固耐用。
4.在轨枕本体内埋设有内部存储数据的IC芯片，可轻松地管理作为铁道用合成轨枕所必需的维护中使用的各种各样的数据，使铁道合成轨枕木的状态管理的便利性良好。
5.通过多层结构的的热膨胀系数依次降低，可以保证热膨胀率保持一致，从而保证各层的结合紧密，防止脱落。
附图说明
图1是本发明的铁路轨枕结构的俯视示意图；
图2是设置压紧元件的铁路轨枕结构的俯视示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
一种铁路轨枕，包括轨枕本体1，所述轨枕本体1带有两个块2，所述块2上分别具有轨道支承区域3，在所述轨道支承区域3内所述轨枕本体1被扩宽。在每个轨道支承区域3内借助于接合于轨底的压紧元件4将轨道固定。每个轨道支承区域3具有三个在轨道延伸方向并排的轨道支承面5，各轨道支承面5之间设置有间隙8。每个轨道支承区域3内的各所述轨道支承面5上或间隙8中设置有至少一个压紧元件4。至少一个设置在所述轨道的延伸方向上的第一加固元件6分别在所述轨道支承区域3下面的所述轨枕本体1内延伸；至少一个第二加固元件7穿过所述轨枕本体1，所述第二加固元件7在各所述轨道支承区域3中且在所述中间的轨道支承面5的下面延伸，并且与所述第一加固元件6相连接。所述轨枕本体1、第一加固元件6和第二加固元件7均由复合材料制成，且在所述轨枕本体（1）的表面上设置多层结构，从所述轨枕本体（1）的表面向外，所述多层结构的热膨胀系数依次降低。
通过设置多层结构的热膨胀系数依次降低，可以保证各层连接的紧密性和稳定性，防止外层脱落。因为在受热的过程中，最外层先受热，温度提升最多，先膨胀，然后依次是向内的第二层、第三层、第四层等内层受热膨胀，温度提升逐渐降低，因此多层膨胀次数依次减少可以保证膨胀率基本保持一致，保证各层连接的紧密性和稳定性。同理，在冬天受冷的时候，也可以保证各层连接的紧密性和稳定性。
优选的是，多层结构为三层结构，从所述轨枕本体（1）的表面向外，依次是阻燃层、防磨层和阻燃层。。
复合材料包括：由发泡成形的聚氨酯树脂及配置于该聚氨酯树脂中的多个玻璃纤维；阻燃层由添加无机系填充材料的聚氨酯树脂涂料所构成，所述聚氨酯树脂系涂料与形成轨枕本体（1）的聚氨酯树脂材质相同。
所述复合材料中的氨酯树脂与玻璃纤维的重量份为120份：40份，其中述的聚氨酯氨酯树脂包括I组分多元醇和II组分异氰酸酯，I、II两组分用量重量配比为1∶1.1；所述的I组分多元醇包含有多元醇成份和助剂，其中多元醇成份重量百分比如下：
2官能团羟值为200～500mgKOH/g聚醚多元醇A 10％
3官能团羟值为350～450mgKOH/g聚醚多元醇B 30％
6官能团羟值为400～450mgKOH/g聚醚多元醇C 20％
8官能团羟值为350～450mgKOH/g聚醚多元醇D 25％
含有苯环的羟值为300～350mgKOH/g聚酯多元醇E 10％
其中助剂包括组合催化剂和匀泡剂，组合催化剂用量为I组分中多元醇成份用量的2％，匀泡剂用量为I组分中多元醇成份用量的3％；所述的II组分异氰酸酯为含-NCO基团的异氰酸酯；所述的玻璃纤维为贯穿整个轨枕的长玻璃纤维或连续玻璃纤维。
所述的2官能团羟值为200～500mgKOH/g聚醚多元醇A是以重量百分比为1:1的乙二醇和丙二醇为起始剂的聚醚多元醇；所述的3官能团羟值为350～450mgKOH/g聚醚多元醇B是以重量百分比为1:2的丙三醇和三羟甲基丙烷为起始剂的聚醚多元醇；所述的6官能团羟值为400～450mgKOH/g聚醚多元醇C是以重量百分比为1:1的山梨醇和甘露醇为起始剂的聚醚多元醇；所述的8官能团羟值为350～450mgKOH/g聚醚多元醇D是以蔗糖为起始剂的聚醚多元醇；所述的含有苯环的羟值为300～350mgKOH/g聚酯多元醇E是以重量百分比为1:1的对苯二甲酸与多元醇缩合反应得到的聚酯多元醇。
在轨枕本体1内埋设有内部存储数据的IC芯片，且该IC芯片的数据可以通过电波读取。这是将利用电波可读取的、内部存储有数 据的IC芯片埋设在合成枕木主体中。即使在长期铺设于室外的枕木上使用，由于周围有合成树脂材 料所构成的合成枕木主体对该IC芯片进行保护，所以耐候性良好。而且，前述IC芯片中所存储的制造数据或维护数据，利用便携的信息读取装置可从外部容易地读取。这里，在前述维护数据中也可含有铺设的日期时间、铺设施工者等铺设数据。因此，可轻松地管理作为铁道用合成枕木所必需的维护中使用的各种各样的数据，使铁道用合成枕木的状态管理的便利性良好。
所述组合催化剂为叔胺与无机酸或有机酸反应后的催化剂，叔胺为三亚乙基二胺、三乙胺、二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、五甲基二亚乙基三胺、二甲基乙醇胺、三乙醇胺、二甲基苄胺或二乙基哌嗪；所述的无机酸为盐酸、磷酸、硫酸、亚硫酸、高氯酸、次氯酸、硼酸或钨酸；所述的有机酸为甲酸、乙酸、草酸、油酸、亚油酸、乳酸、柠檬酸或月桂酸。
由复合材料制成的该铁路轨枕密度低，重量轻，不易腐朽，寿命长，性能稳定，电绝缘性好，同时具有木枕的弹性和钢枕、混凝土轨枕的刚性；容易加工和安装；维护方便，材料可回收利用；同时其综合成本较低，具有良好的经济效益。该轨枕经技术检测，其耐疲劳性能120次疲劳试验后外观无明显异常，其弯曲断裂应力达到132MPa，其它性能也远优于同类产品。
本发明的轨枕具有强度高、无毒环保、耐腐朽、不吸水、绝缘性好、使用寿命长、防火阻燃、安装方便，同时具有很好的弹性，可有效的吸收火车行驶中的震动，减少了列车对路基的振动和噪音的污染，提高了火车行驶的稳定性，克服了传统的木轨枕和混凝土轨枕的缺陷，同时解决了合成轨枕中，纤维均匀分布难和与树脂相容性差的问题。
本发明的轨枕，能够高负荷承载，且性能稳定，耐候性佳，可承受5万次50MPa的负荷冲击，产品可应用于高速列车、重型货物列车、地铁轨道、仓储承载枕木之用。其具有抗水解、耐油脂的特性，可以锯、钻、碾压，可用螺丝拧紧、钉牢，比木材更加坚固耐用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种铁路轨枕，其特征在于包括：
轨枕本体（1），所述轨枕本体（1）带有两个块（2），所述块（2）上分别具有轨道支承区域（3），在所述轨道支承区域（3）内所述轨枕本体（1）被扩宽；
在每个轨道支承区域（3）内借助于接合于轨底的压紧元件（4）将轨道固定；
每个轨道支承区域（3）具有三个在轨道延伸方向并排的轨道支承面（5），各轨道支承面（5）之间设置有间隙（8）；
每个轨道支承区域（3）内的各所述轨道支承面（5）上或间隙（8）中设置有至少一个压紧元件（4）；
至少一个设置在所述轨道的延伸方向上的第一加固元件（6）分别在所述轨道支承区域（3）下面的所述轨枕本体（1）内延伸；
至少一个第二加固元件（7）穿过所述轨枕本体（1），所述第二加固元件（7）在各所述轨道支承区域（3）中且在所述中间的轨道支承面（5）的下面延伸，并且与所述第一加固元件（6）相连接；
所述轨枕本体（1）、第一加固元件（6）和第二加固元件（7）均由复合材料制成，且在所述轨枕本体（1）的表面上设置多层结构，从所述轨枕本体（1）的表面向外，所述多层结构的热膨胀系数依次降低；多层结构为三层结构，从所述轨枕本体（1）的表面向外，依次是阻燃层、防磨层和阻燃层；
所述复合材料包括：
由发泡成形的聚氨酯树脂及配置于该聚氨酯树脂中的多个玻璃纤维；
阻燃层由添加无机系填充材料的聚氨酯树脂涂料所构成，所述聚氨酯树脂系涂料与形成轨枕本体（1）的聚氨酯树脂材质相同；
所述复合材料中的聚氨酯树脂与玻璃纤维的重量份为120份：40份，其中所述的聚氨酯氨酯树脂包括I组分多元醇和II组分异氰酸酯，I、II两组分用量重量配比为1∶1.1；所述的I组分多元醇包含有多元醇成份和助剂，其中多元醇成份重量百分比如下：
2官能团羟值为200～500mgKOH/g聚醚多元醇A 10％
3官能团羟值为350～450mgKOH/g聚醚多元醇B 30％
6官能团羟值为400～450mgKOH/g聚醚多元醇C 20％
8官能团羟值为350～450mgKOH/g聚醚多元醇D 25％
含有苯环的羟值为300～350mgKOH/g聚酯多元醇E 10％
其中助剂包括组合催化剂和匀泡剂，组合催化剂用量为I组分中多元醇成份用量的2％，匀泡剂用量为I组分中多元醇成份用量的3％；所述的II组分异氰酸酯为含-NCO基团的异氰酸酯；
所述的玻璃纤维为长玻璃纤维或连续玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的铁路轨枕，其特征在于所述的2官能团羟值为200～500mgKOH/g聚醚多元醇A是以重量百分比为1:1的乙二醇和丙二醇为起始剂的聚醚多元醇；所述的3官能团羟值为350～450mgKOH/g聚醚多元醇B是以重量百分比为1:2的丙三醇和三羟甲基丙烷为起始剂的聚醚多元醇；所述的6官能团羟值为400～450mgKOH/g聚醚多元醇C是以重量百分比为1:1的山梨醇和甘露醇为起始剂的聚醚多元醇；所述的8官能团羟值为350～450mgKOH/g聚醚多元醇D是以蔗糖为起始剂的聚醚多元醇；所述的含有苯环的羟值为300～350mgKOH/g聚酯多元醇E是以重量百分比为1:1的对苯二甲酸与多元醇缩合反应得到的聚酯多元醇。
3.根据权利要求1或2所述的铁路轨枕，其特征在于在轨枕本体（1）内埋设有内部存储数据的IC芯片，且该IC芯片的数据可以通过电波读取。
4.根据权利要求3所述的铁路轨枕，其特征在于所述组合催化剂为叔胺与无机酸或有机酸反应后的催化剂，叔胺为三亚乙基二胺、三乙胺、二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、五甲基二亚乙基三胺、二甲基乙醇胺、三乙醇胺、二甲基苄胺或二乙基哌嗪；所述的无机酸为盐酸、磷酸、硫酸、亚硫酸、高氯酸、次氯酸、硼酸或钨酸；所述的有机酸为甲酸、乙酸、草酸、油酸、亚油酸、乳酸、柠檬酸或月桂酸。
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