分体嵌套式高弹轨道扣件
技术领域
本发明涉及铁路轨道扣件,特别涉及到一种分体嵌套式高弹轨道扣件。
背景技术
钢轨扣件是轨道交通中轨道系统的重要组成部分,它的作用是固定钢轨并保持钢轨的正确位置,将钢轨所受到的力传递给轨下基础,为钢轨提供支承弹性,起到减振降噪的效果。
当轨道交通遇到需采取减振降噪措施的地段时,采用具有减振降噪效果的高弹性减振扣件是目前最常用的解决方案之一,但国内现有减振弹性扣件在实际铺设使用后,暴露出许多问题,具体表现在以下几个方面:
第一、目前,我国所采用的铁路轨道扣件一般是弹性分开式扣件,这类扣件通过道钉安装在基座上,铁垫板下弹性垫板承受道钉的预紧力,导致其弹性的丧失,使其刚度很难做到30kN/mm以下,减振降噪效果受影响。
第二、目前,我国所采用的铁路轨道扣件很难与新标准相接轨,随着国家环境振动标准GB10070的修订,将实施的新标准将比1988版老标准苛严3~5dB,为扣件的升级工作带来了困难。
第三、目前,我国所采用的铁路轨道减振器扣件是剪切型减振器扣件或压缩型减振扣件,这两者的上下铁垫板与二者之间所夹设的橡胶层硫化为一体,其刚度不可调整,当橡胶层被损坏后,需将整个扣件予以更换,这样使得扣件的维护成本增加。
第四、目前,现有分体式减振扣件均采用上下两层铁垫板,外形尺寸或高度方面均很难与普通弹性分开式扣件实现通用互换,采用上下两块铁垫板也使成本增加,综合成本比普通弹性分开式扣件高一倍或以上,普遍采用的弹性分开式扣件,生产成本的升高使之不能大规模的投入使用,而且使用中出现的各种问题使其不能成为全线普遍采用的扣件类型。
第五、目前,我国所采用的铁路轨道分体式减振扣件的锁定机构复杂,易松动或卡阻,可靠性较差,一旦失效时,为扣件的拆卸工作带来了困难,为维修和维护工作带来了不便。
例如,中国专利200920090706.6公开了一种轨道减振组合式扣件,其由弹性轨下垫、内铁垫板、弹性板下垫、外铁垫板、调高垫板、螺栓、铁垫圈和尼龙垫圈组成。不过,该扣件的板下弹性垫很难同时保证安装时不受预压或子铁垫板不松动,同时该扣件的子铁垫板扣压部分与母铁垫板并非一体,因此可靠性较低。
由于上述问题的存在,对于铁路轨道扣件需要进行改进,以便能研究出具有优异减振降噪功能、以及生产成本与维护成本降低、维护方便的扣件。
发明内容
为了克服以上问题,本发明人进行锐意研究,结果发现:通过使用绝缘缓冲嵌套圈,在其内部由下至上层压嵌入式板下弹性垫板和嵌入式子铁垫板,嵌入式板下弹性垫板采用在基础弹性垫板上镶嵌弹性柱的结构,由于可分离的基础弹性垫板和弹性柱高度不同,从而提供高刚度,并为后续的扣压提供良好的刚度基础,此外,在绝缘缓冲嵌套圈外嵌套设置母铁垫板,母铁垫板经由绝缘缓冲嵌套圈的侧面隔圈扣压于嵌入式板下弹性垫板和嵌入式子铁垫板外部,并且母铁垫板的扣压边经由绝缘缓冲嵌套圈上部的凸缘扣压于嵌入式子铁垫板的扣压处,从而将嵌入式板下弹性垫板和嵌入式子铁垫板以非常微小的弹性形变扣压,使得嵌入式板下弹性垫板的预压力非常小,其弹性基本没受到损失,有效保持嵌入式板下弹性垫板的弹性,提供高的减振降噪性能,进而完成本发明。
本发明的目的在于提供以下方面:
(1)一种分体嵌套式高弹轨道扣件,其特征在于,该扣件包括:
绝缘缓冲嵌套圈(6),其包括环状底面(141)、以及在底面内缘与底面垂直的隔圈(14),在隔圈(14)顶部设置向绝缘缓冲嵌套圈(6)内腔凸出的凸缘(15);
嵌入式板下弹性垫板(9)和嵌入式子铁垫板(10),两者从下至上依次层叠嵌套于绝缘缓冲嵌套圈(6)的内腔中;和
母铁垫板(5),其嵌套于绝缘缓冲嵌套圈(6)上,母铁垫板(5)的向内腔凸出的扣压边(15)经绝缘缓冲嵌套圈(6)的凸缘(15)扣压于嵌入式子铁垫板(10)的扣压处(17)上;
其中,嵌入式板下弹性垫板(9)包括基础弹性垫板(91),在基础弹性垫板(91)上开设有通孔(93),在通孔(93)中穿设弹性柱(92),基础弹性垫板(91)的厚度与弹性柱(92)的高度不同。
(2)根据上述(1)所述的分体嵌套式高弹轨道扣件,其特征在于,
凸缘(15)设置于隔圈(14)的拐角处顶部或隔圈(14)一侧立面中间的顶部,
凸缘(15)包括与隔圈相连的凸缘底面(151)和与凸缘底面(151)外缘相连的凸缘立面(152)。
(3)根据上述(1)或(2)所述的分体嵌套式高弹轨道扣件,其特征在于,
在绝缘缓冲嵌套圈(6)的底面(141)上,在凸缘(15)附近开设套管孔(18),在母铁垫板(5)的相应位置开设套管孔(18’)。
(4)根据上述任一项所述的分体嵌套式高弹轨道扣件,其特征在于,
凸缘(15)的形状与子铁垫板(5)的扣压边(16)的形状相匹配。
(5)根据上述任一项所述的分体嵌套式高弹轨道扣件,其特征在于,
在嵌入式子铁垫板(10)上表面设有向上的凸起,其中设置用来安装扣压件(2)的通孔。
(7)根据上述任一项所述的分体嵌套式高弹轨道扣件,其特征在于,
所述分体嵌套式高弹轨道扣件设置于基座(8)上,
在分体嵌套式高弹轨道扣件和基座(8)之间设置有调高垫板(19)。
(7)根据上述任一项所述的分体嵌套式高弹轨道扣件,其特征在于,
在绝缘缓冲嵌套圈(6)的环状底面(141)下表面设有沟槽。
(9)根据上述任一项所述的分体嵌套式高弹轨道扣件,其特征在于,
在嵌入式板下弹性垫板(9)中,基础弹性垫板(91)的厚度低于弹性柱(92)的高度。
(9)根据上述任一项所述的分体嵌套式高弹轨道扣件,其特征在于,
凸缘底面(151)下表面的高度略小于嵌入式板下弹性垫板(9)和嵌入式子铁垫板(10)的高度之和。
根据本发明提供的分体嵌套式高弹轨道扣件,减振降噪效果优异,分体嵌套式结构简单可靠,拆卸方便,易于安装和更换施工,易于养护维修,使用成本和养护维修成本低,具体体现在以下方面:
第一、嵌入式板下弹性垫板采用了镶嵌式构造,弹性柱和基础弹性垫板并非一体化的,由于两者高度或厚度不同,在受压过程中,弹性柱和基础弹性垫板可分别产生变形,分别提供刚度,根据不用的使用要求,弹性柱的高度、大小、刚度、数量、位置等都可以分别单独设置,可实现不同的组合刚度,例如,分体嵌套式高弹轨道扣件刚度可设置为18kN/mm左右,完全可以适应国家环境振动标准GB10070修订后对振动限值标准的提高的新标准;
第二、由于嵌入式板下弹性垫板采用了镶嵌式构造,弹性柱或基础弹性垫板单独产生变形时,各自单独地在整个高度范围内产生变形,从而使嵌入式板下弹性垫板变形率较小,尤其是弹性柱在工作状态下变形率较低,承受荷载时主要表现为压缩变形,嵌入式板下弹性垫板局部不会产生应力集中,不会因局部应力集中而受损,从而显著延长嵌入式板下弹性垫板的使用寿命;
第三、由于嵌入式板下弹性垫板采用了分体镶嵌式构造,基础弹性垫板和弹性柱是可拆分的,弹性柱可以单独更换,在受到损坏时,可仅对损坏部分的弹性柱进行更换,降低养护维修成本;
第四、由于嵌入式板下弹性垫板采用了分体镶嵌式构造,在进行扣压安装时,弹性柱受压变形,由此提供的刚度即可满足预压需要,可以防止其上设置的嵌入式子铁垫板松动,这样使得基础弹性垫板并不受到预压,从而最大程度地保持了基础弹性垫板的弹性,当在安装后承受载荷时,基础弹性垫板和弹性柱分别受压变形,组合提供高刚度,从而显著提高性能可控性;
第五、母铁垫板采用一体化成型结构,嵌套于嵌入式子铁垫板及嵌入式板下弹性垫板外,并通过扣压边直接扣于嵌入式子铁垫板上,可对子铁垫板形成可靠有效的约束,从而保证扣件的安全性和稳定性;
第六、分体嵌套式高弹轨道扣件所采用的是嵌入式板下弹性垫板与嵌入式子铁垫板的分体嵌套式结构,拆装方便,可随时更换零部件,节省材料和成本,扣件高度和钉孔也可与普通弹性分开式扣件设计为一致,可通用互换,为装卸和维护工作带来了便利。
附图说明
图1示出根据本发明优选实施方式的分体嵌套式高弹轨道扣件结构示意图;
图2示出根据本发明优选实施方式的分体嵌套式高弹轨道扣件的组装结构主视示意图;
图3示出根据本发明优选实施方式的分体嵌套式高弹轨道扣件的组装结构俯视示意图;
图4示出根据本发明优选实施方式的分体嵌套式高弹轨道扣件中的嵌入式板下弹性垫板结构示意图;
图5示出根据本发明优选实施方式的分体嵌套式高弹轨道扣件中的嵌入式子铁垫板结构示意图;
图6示出根据本发明优选实施方式的分体嵌套式高弹轨道扣件中的缓冲嵌套圈结构示意图;
图7示出根据本发明优选实施方式的分体嵌套式高弹轨道扣件中的母铁垫板结构示意图。
附图标号说明:
1-钢轨
2-扣压件
3-道钉
4-垫圈
5-母铁垫板
6-绝缘缓冲嵌套圈
7-套管
8-基座
9-嵌入式板下弹性垫板
91-基础弹性垫板
92-通孔
93-弹性柱
10-嵌入式子铁垫板
11-轨下弹性垫板
12-绝缘轨距块
15-凸缘
151-凸缘底面
152-凸缘立面
16-扣压边
17-扣压处
18-套管孔
18’-套管孔
19-调高垫板
具体实施方式
以下结合附图,参照优选的示例性具体实施方式来进一步说明本发明。本发明的特点和优点将随着这些说明变得更为清楚。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面,但是除非特别指出,不必按比例绘制附图。
在本发明的一个优选实施方案中,提供一种分体嵌套式高弹轨道扣件,该扣件包括绝缘缓冲嵌套圈6、嵌入式板下弹性垫板9、嵌入式子铁垫板10和母铁垫板5,嵌入式板下弹性垫板9和嵌入式子铁垫板10从下至上依次层叠嵌套于绝缘缓冲嵌套圈6内,母铁垫板5嵌套于绝缘缓冲嵌套圈6上,母铁垫板5的向内腔凸出的扣压边经绝缘缓冲嵌套圈6的凸缘扣压于嵌入式子铁垫板的扣压处上,如图1所示。
在根据本发明的分体嵌套式高弹轨道扣件中,嵌入式板下弹性垫板用于提供弹性;嵌入式子铁垫板用于将嵌入式板下弹性垫板平整设置扣压;母铁垫板用于将嵌入式子铁垫板和嵌入式板下弹性垫板扣压在一起;绝缘缓冲嵌套圈用作母铁垫板与嵌入式子铁垫板和嵌入式板下弹性垫板之间的垫圈。
在一个优选的实施方式中,如图6所示,绝缘缓冲嵌套圈6包括环状底面141、以及在底面内缘与底面垂直的隔圈14,在隔圈14顶部设置向绝缘缓冲嵌套圈6内腔凸出的凸缘15。其中,环状底面141将其上嵌套的母铁垫板与绝缘缓冲嵌套圈6下设置的垫圈或基座隔开,隔圈14腔内嵌套设置嵌入式子铁垫板和嵌入式板下弹性垫板,隔圈14嵌套母铁垫板,隔圈14将母铁垫板与嵌入式子铁垫板和嵌入式板下弹性垫板隔开,母铁垫板的扣压边通过凸缘15扣压到嵌入式子铁垫板上,可见,绝缘缓冲嵌套圈6起到一体化垫圈的作用。
在根据本发明的分体嵌套式高弹轨道扣件中,母铁垫板5的内腔及扣压边17将绝缘缓冲嵌套圈6、嵌入式子铁垫板10和嵌入式板下弹性垫板9完全约束,只允许嵌入子式铁垫板10和嵌入式板下弹性垫板9在垂向产生“压缩~回弹”运动。
为了确保扣压效果以及与轨道和基座如轨枕之间的安装效果,优选地,本发明的分体嵌套式高弹轨道扣件中设置至少两个扣压位置,更优选两个扣压位置。所述扣压位置,即母铁垫板5对嵌入式子铁垫板10的扣压位置,与凸缘15的位置、母铁垫板5的扣压边16的位置或嵌入式子铁垫板10的扣压处17的位置相当。
在进一步优选的实施方式中,两个扣压位置呈中心对称或轴对称,例如,处于对角位置(如图1所示)或者处于相对两侧对称处。当两个扣压位置处于对角位置时,两个凸缘15设置于隔圈14的相对拐角处顶部,如图6所示,相应地,母铁垫板的两个扣压边17也设置于母铁垫板的相对拐角处,如图7所示。当两个扣压位置处于相对两侧对称处时,两个凸缘15设置于隔圈14的相对两侧立面中间的顶部,相应地,母铁垫板的两个扣压边17也设置于母铁垫板的相对两侧立面中间。
凸缘15包括与隔圈相连的凸缘底面151和与凸缘底面151外缘相连的凸缘立面152,以便于扣压边17经由凸缘15扣压于扣压处17上。
在优选的实施方式中,凸缘底面151下表面的高度略小于嵌入式板下弹性垫板9和嵌入式子铁垫板10的高度之和。此处,嵌入式板下弹性垫板9的高度以基础弹性垫板91的高度计。这样,有利于母铁垫板紧密扣压于嵌入式子铁垫板上。
在优选的实施方式中,在绝缘缓冲嵌套圈6的底面141上,在凸缘15附近开设套管孔18,在母铁垫板5的相应位置开设套管孔18’,在套管孔18和套管孔18’中穿设有套管7,套管7用于容纳道钉3,道钉3头部经由弹簧垫圈4紧固于母铁垫板5上,如图2所示。这样,扣压位置和道钉紧固位置紧邻,安装时道钉对扣压的影响最小。
在优选的实施方式中,在绝缘缓冲嵌套圈6的底面141的下表面设有沟槽,这些沟槽起到排水的作用。
为了通过绝缘缓冲嵌套圈使得母铁垫板紧固地嵌套扣压于嵌入式子铁垫板和嵌入式板下弹性垫板上,优选地,母铁垫板内腔形状与嵌入式子铁垫板和嵌入式板下弹性垫板外缘形状一致,而且,与绝缘缓冲嵌套圈的隔圈形状一致;嵌入式子铁垫板的下底面形状和嵌入式板下弹性垫板上表面形状相当。
对于母铁垫板内腔形状、嵌入式子铁垫板和嵌入式板下弹性垫板外缘形状、以及绝缘缓冲嵌套圈的隔圈形状,可以根据需要进行适当设计,这在本领域技术人的能力范围内。图1-图7中仅示出了其中的一种示例性情形,当然,所述形状并不限于图中所示。
在一个优选的实施方式中,如图4所示,嵌入式板下弹性垫板9包括基础弹性垫板91,在基础弹性垫板91上开设有通孔93,在通孔93中穿设弹性柱92,基础弹性垫板91的厚度与弹性柱92的高度不同。
根据本发明提供的嵌入式板下弹性垫板,可以由各种弹性材料制成,并没有特别限制。例如,基础弹性垫板91可以由天然橡胶或热塑性弹性体如热塑性弹性体TPEE制成,弹性柱92可以由天然橡胶或热塑性弹性体制成,两者的材质可以相同或不同。优选地,弹性柱的弹性大于基础弹性垫板的弹性。
在本发明中,为了提供更高的弹性和刚度控制,嵌入式板下弹性垫板采用分体镶嵌组合结构,在基础弹性垫板上设置用来镶嵌弹性柱的通孔结构,在通孔中设置弹性柱,基础弹性垫板和弹性柱之间是可拆分的,这样,基础弹性垫板和弹性柱分别受压变形,分别提供刚度。
此外,通过设置弹性柱高度不同于基础弹性垫板高度,当弹性垫板受到载荷时,弹性柱或基础弹性垫板首先受压变形,由其提供刚度,随着载荷进一步增大,弹性柱或基础弹性垫板的高度进一步降低,当其与基础弹性垫板的高度(也称为厚度)或弹性柱的高度相等时,随着载荷继续增大,基础弹性垫板和弹性柱同时受压变形,同时提供刚度,两者组合提供更高的刚度。
在进一步优选的实施方式中,弹性柱的高度高于基础弹性垫板的高度。在进行扣压安装时,弹性柱首先受压变形,由此提供的刚度即可满足扣压需要,可以防止其上设置的嵌入式子铁垫板松动,使得基础弹性垫板并未受到预压,从而最大程度地保持了基础弹性垫板的弹性,当在安装后承受载荷时,基础弹性垫板和弹性柱分别受压变形,组合提供高刚度,从而显著提高减振降噪性能。
对于在基础弹性垫板表面开设的通孔形状以及弹性柱的形状没有限制,例如可以为圆柱形、棱柱形等,不过,综合考虑受力变形情况和应力集中情况,优选为圆柱形。
在根据本发明的优选实施方式中,通孔与弹性柱之间可以为过盈配合、过渡配合或间隙配合,不过,优选通孔的尺寸与弹性柱一致,为紧密配合,这样有利于弹性柱卡紧于通孔中。
在另一个优选的实施方式中,弹性柱为侧面内凹的类圆柱形,这样,在受压变形时,弹性柱的侧面与通孔之间的空隙可以容纳弹性柱受压产生的形变。
在优选的实施方式中,嵌入式子铁垫板10的在嵌入式子铁垫板10上表面设有向上的凸起,其中设置通孔,通孔用来安装扣压件2。通过扣压件2将根据本发明的分体嵌套式高弹轨道扣件和钢轨1扣压在一起,特别地在钢轨1和扣压件2之间设置绝缘轨距块12,在钢轨1和分体嵌套式高弹轨道扣件之间设置轨下弹性垫11。
作为扣压件2,也称为弹条,对其并没有特别限制,可以使用本领域已知的各种扣压件,只要其能将钢轨1扣压于在分体嵌套式高弹轨道扣件上设置的轨下弹性垫11上即可。
安装时,在基座8(即轨枕或道床)中预埋套管,套管分别位于钢轨两侧,位于嵌入式子铁垫板10下方的嵌入式板下弹性垫板9直接铺设于基座8上,嵌入式子铁垫板10安装于嵌入式板下弹性垫板9正上方,以绝缘缓冲嵌套圈6的隔圈以及凸缘15将嵌入式铁垫板10及嵌入式板下弹性垫板9包围,在绝缘缓冲嵌套圈6上嵌套放置母铁垫板5,将配有弹簧垫圈4的道钉3通过套管孔18’和套管孔18中拧入套管7,从而把分体嵌套式高弹轨道扣件固定在基座8上;在嵌入式铁垫板10上放置轨下弹性垫板11,钢轨放置在轨下弹性垫板11上,在钢轨1和嵌入式子铁垫板10的扣压件2安装铁座之间设置绝缘轨距块12,扣压件2将钢轨1和绝缘轨距块12扣紧在轨下弹性垫板11上,如图1所示。
在优选的实施方式中,在分体嵌套式高弹轨道扣件和基座8之间设置调高垫板19,如图1所示。通过调高垫板将分体嵌套式高弹轨道扣件和钢轨1设置于期望的高度。
在根据本发明的分体嵌套式高弹轨道扣件中,母铁垫板5为一体化结构,母铁垫板5的内腔和绝缘缓冲嵌套圈6上隔圈14的外形相一致,扣压边16的下表面高度和绝缘缓冲嵌套圈6上凸缘15的凸缘底面151的上表面高度相同。一体化的垫板,同时起到镶嵌和扣压的作用,将嵌入式子铁垫板和嵌入式板下弹性垫板牢固地嵌套扣压于其中,从而避免或降低由于振动导致的扣件内部松动,使得嵌入式板下弹性垫板只能沿着垂直方向产生压缩-回弹的运动,有效改善减振降噪性能。此外,由于仅在嵌套于外部的母铁垫板上设置套管孔,嵌入式子铁垫板和嵌入式板下弹性垫板上并未设置套管孔,道钉只需紧固母铁垫板即可,紧固效果好,不易产生松动。
根据本发明提供的扣件,经过组合后安装在铁轨与基座之间;在应用的过程中,既能保证铁轨安装的稳定,又能简便的安装与拆卸,同时又能符合国家不断更改的新标准。
以上结合具体实施方案对本发明进行了说明。不过,这些实施方案仅是说明性的,其对本发明的保护范围并不构成任何限制。本领域技术人员理解,在不超出或偏离本发明保护范围的情况下,本发明的技术方案及其实施方式有多种修饰、改进或等价物,这些均应落入本发明的保护范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。