CN103741563B - 一种尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，加厚心轨区域包括从心轨实际尖端断面开始，至心轨宽度等于标准钢轨轨头宽度断面为止。所述加厚心轨区域包括心轨实际尖端截面A-A与心轨最大加厚起始截面B-B为过渡区域；心轨最大加厚起始截面B-B至心轨理论宽度50mm截面C-C之间为最大平行加厚区域，心轨理论宽度50mm截面C-C至心轨宽度等于标准钢轨轨头宽度断面的截面D-D为过渡区域。本发明的有益效果是：通过增加心轨尖端作用边的承压面积，从而使该部位接触应力明显减小，提高抵抗被破坏的能力，达到提高使用寿命的目的。有利于改善辙叉该区域的受力状况，减缓垂直磨耗、剥落掉块过早发生的现象，提高产品的使用寿命。

Description

一种尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨

技术领域

本发明涉及一种铁路线路道岔的尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，属于铁路路轨的改进技术领域。

背景技术

道岔是使机车车辆实现由一条线路进入或越过另一条线路的连接与交叉设备。辙叉是铁路线路实现列车交叉运行的关键设备，是使车轮由一股钢轨越过另一股钢轨的设备。由于车轮走行的要求，使锐角辙叉形成两侧为翼轨，中间为心轨（叉心）的特殊结构形式。心轨尖端指心轨实际尖端至心轨断面50mm区域，为列车运行中翼轨与心轨轮缘踏面受力的转换区域，车轮轮对的垂直冲击较大，因心轨该区域承载面积小，易发生磨耗、压溃、剥落掉块现象，影响行车安全，增大铁路工务部门维修工作量。在固定型锐角辙叉的线路运营状况调研统计中也显示，心轨尖端区域最易伤损，是造成部分辙叉未达到承载运量提前下道的主要原因。

我国重载铁路，尤其是大秦铁路线目前的年运载量已超过4亿吨，重载线路大轴重、高密度和超大运量的“三大”特征既对工务道岔设备构成了及其严酷的运行条件，同时保证道岔设备的完好提高使用寿命减少线路维修又为实现超大运量的必须条件。

发明内容

为了解决锐角辙叉心轨前端易磨耗伤损的问题，本发明采用了对辙叉心轨薄弱断面，即与标准钢轨轨头宽度相同宽度的心轨断面之前的轮轨作用边（工作边）外移加厚的技术，以达到通过增加承载面积提高承载力，减缓因垂直磨耗、压溃而发生的剥落掉块现象，从而提高辙叉的使用寿命。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：这种尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，加厚心轨区域包括从心轨实际尖端断面开始，至心轨宽度等于标准钢轨轨头宽度断面为止。

所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，所述加厚心轨区域包括心轨实际尖端截面A-A与心轨最大加厚起始截面B-B为过渡区域；心轨最大加厚起始截面B-B至心轨理论宽度50mm截面C-C之间为最大平行加厚区域；心轨理论宽度50mm截面C-C至心轨宽度等于标准钢轨轨头宽度断面的截面D-D为过渡区域。

所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，所述的心轨最大平行加厚起始断面的理论宽度d根据Vsinβ_o＜3km/h计算出β_o带入如下公式：

2（L-L₀）tan（β₀+α/2）+d₀’=2（L-L₀）tan（α/2）+2δ+d₀

计算出L，带入公式：d=2Ltan（α/2）

其中：

V—辙叉容许通过列车速度，整组道岔设计时给定。

β_o—锁尖角度，是依据Vsinβ_o＜3km/h进行限定，把心轨实际尖端进行宽度减小处理；

d—最大平行加厚起始断面的理论宽度，

d₀—表示心轨实际尖端的理论宽度，

d₀’—表示心轨实际尖端的实际宽度，

α—辙叉夹角，

L—理论尖端至最大平行加厚起始断面在辙叉角平分线上的投影长度，

L₀—理论尖端至实际尖端在辙叉角平分线上的投影长度，

δ—单侧加宽量，单位mm。

所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，所述心轨实际尖端截面A-A与心轨最大加厚起始截面B-B的过渡区域轨距线处呈直角三角形。

所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，所述的心轨最大加厚起始截面B-B至心轨理论宽度50mm截面C-C之间每侧增加δ。

所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，所述的心轨最大加厚起始截面B-B至心轨理论宽度50mm截面C-C之间轨距线处单侧最大加厚区域呈平行四边形。

所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，其特征在于：心轨理论宽度50mm截面C-C至心轨宽度等于标准钢轨轨头宽度断面的截面D-D之间轨距线处单侧过渡区域呈直角三角形。

所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，所述的锁尖角度限定也可以依据Vsinβ_max=3km/h，计算出最大容许冲击角度，然后按β_o小于β_max选取锁尖角。

所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，所述的心轨实际尖端的理论宽度与实际宽度之差即锁尖量，按确保心轨实际尖端实际宽度度d₀’小于等于实际尖端理论宽度度d₀的原则选择。道岔设计中，根据强度适应性考虑，实际尖端的理论宽度选择范围6～16mm。

本发明的有益效果是，通过增加心轨尖端作用边的承压面积，从而使该部位接触应力明显减小，提高抵抗被破坏的能力，达到提高使用寿命的目的。有利于改善辙叉该区域的受力状况，减缓垂直磨耗，剥落掉块过早发生的现象，提高产品的使用寿命。

附图说明

图1是现有辙叉线型及心轨应用设计，

图2是本发明心轨加厚形式的辙叉线型及应用设计，

图3是图2中W放大示意图

图4是图2的A-A视图，为心轨实际尖端，锁尖的起点断面；

图5是图2的B-B视图，心轨最大平行加厚起始断面，

图6是图2的C-C视图，心轨最大加厚终止断面，

图7是图2的D-D视图，心轨加厚终止断面，选取与钢轨轨头宽度相同的断面，图中：

1、心轨，2、轮缘槽平直段，3、心轨实际尖端断面（锁尖断面），

3-1、锁尖后心轨宽度在轨距线上交点与轮缘槽底圆弧连线，

d、最大平行加厚起始断面的心轨理论宽度，

d₀、锁尖前心轨实际尖端的理论宽度，

d₀’、锁尖后心轨实际尖端的实际宽度，δ、单侧加宽量α、辙叉夹角

4、心轨最大平行加厚起始断面，

5、心轨最大平行加厚终止断面，即心轨宽度50mm断面，

5-1、心轨理论宽度50mm，

6、心轨宽度等于标准钢轨轨头宽度断面，

6-1、心轨理论宽度等于标准钢轨轨头宽度

7、心轨理论尖端，8、心轨理论工作边，9、心轨实际工作边，

10、起始加厚过渡区域，11、心轨最大平行加厚区域，

12、过渡区域，13、叉心加厚区域（网格部分），

14、轨距测量基准线（俗称16mm线），15、轮缘槽槽底圆弧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明，图1所示现有的固定型锐角辙叉心轨，辙叉线形在心轨部分原为直线型。图2阴影部分所示本发明加厚心轨区域，增加2δ（单侧增加δ）的辙叉心轨部分区段线形为折线型。

具体技术方案为：上述加厚心轨区域包括从心轨实际尖端断面3开始，至心轨宽度等于标准钢轨轨头宽度断面6为止。

加厚心轨区域包括心轨实际尖端3截面A-A与心轨最大加厚起始截面B-B为过渡区域10；心轨最大加厚起始截面B-B至心轨理论宽度50mm截面C-C之间为最大平行加厚区域11，从心轨理论宽度50mm截面C-C到心轨宽度等于标准钢轨轨头宽度断面的截面D-D为过渡区域12。

所述的心轨最大平行加厚起始断面的理论宽度d根据Vsinβ_o＜3km/h计算出β_o带入如下公式，参见图3：

2（L-L₀）tan（β₀+α/2）+d₀’=2（L-L₀）tan（α/2）+2δ+d₀

计算出L，带入公式d=2Ltan（α/2）

其中：

V—辙叉容许通过列车速度，整组道岔设计时给定。

β_o—锁尖角度，是依据Vsinβ_o＜3km/h进行限定，把心轨实际尖端进行宽度减小处理；

d—最大平行加厚起始断面的理论宽度

d₀—表示心轨实际尖端的理论宽度

d₀’—表示心轨实际尖端的实际宽度

α—辙叉夹角，

L—理论尖端至最大平行加厚起始断面在辙叉角平分线上的投影长度，

L₀—理论尖端至实际尖端在辙叉角平分线上的投影长度，

δ—单侧加宽量，单位mm。

实际应用中，本发明以75kg/m-12#重载固定型辙叉为例，首先确定心轨最大平行加厚的起始端：已知：L₀=144.2mm；δ=3mm；α=4.7636°；V=80km/h；d₀=12；d₀’=9；求出L=265.8mm，带入公式：b=2Ltan（α/2），可求出b=22mm，而取值b=25mm。在实际设计中可选择大于计算宽度的整数值作为加宽起点断面，从而确定最大平行加厚断面B-B为心轨理论厚度25mm处。而最大平行加厚终止断面C-C选择在心轨独立承受荷载的断面，一般选择在心轨50mm断面。

本发明心轨实际尖端3截面A-A与心轨最大加厚起始截面B-B的过渡区域10轨距线处呈直角三角形。

图5、图6所示心轨最大加厚起始截面B-B至心轨理论宽度50mm截面C-C之间每侧增加δ，轨距线处单侧最大平行加厚区域11呈平行四边形。

心轨理论宽度50mm截面C-C至心轨宽度等于标准钢轨轨头宽度断面6截面D-D之间轨距线处单侧过渡区域12呈直角三角形。

本发明与现有的心轨结构无加厚相比，加厚设计应用可有效增加心轨尖端的顶面宽度。

实际尖端3的锁尖设计：“锁尖”是为了确保列车运行安全而采取的补充措施，把心轨实际尖端进行宽度减小处理。从图2中可以看到，心轨加厚虽然能够提高辙叉使用寿命，但是心轨工作边位置的凸出，则预示着车轮对工作边的撞击，这种撞击越突然，就愈易引起脱轨危险，而导致安全事故的发生。为了消除安全隐患，这里引入锁尖角度β_o（过渡区域工作边方向与工作边理论方向的夹角）作为衡量撞尖安全性的具体指标。通过铁路运行的实践经验总结，依据Vsinβ_o＜3km/h进行限定和验证，这里V为辙叉容许通过列车速度，β_o为锁尖角度。也可以依据Vsinβ_max=3km/h，计算出最大容许冲击角度，然后按β_o小于β_max选取锁尖角。

本发明的使用限制：

1、心轨尖端加厚的设计应用，只能铺设在重载列车方向，不宜铺设在快速列车方向，辙叉容许通过速度120km/h；

2、为了解决由加厚尖设计带来的可能撞尖问题，采取了锁尖处理。

通过上述措施，可满足列车安全通过的要求。

Claims (9)

1.一种尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，其特征在于：加厚心轨区域包括从心轨实际尖端断面(3)开始，至心轨宽度等于标准钢轨轨头宽度断面(6)为止。

2.根据权利要求1所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，其特征在于：所述加厚心轨区域(13)包括心轨实际尖端断面(3)A-A与心轨最大加厚起始截面B-B为过渡区域(10)；心轨最大加厚起始截面B-B至心轨理论宽度50mm截面C-C之间为最大平行加厚区域(11)；心轨理论宽度50mm截面C-C至心轨宽度等于标准钢轨轨头宽度断面(8)的截面D-D为过渡区域(12)。

3.根据权利要求2所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，其特征在于：所述的心轨最大平行加厚起始断面的理论宽度d根据Vsinβ₀＜3km/h计算出β₀带入如下公式：

2(L-L₀)tan(β₀+α/2)+d₀’＝2(L-L₀)tan(α/2)+2δ+d₀

计算出L，带入公式：d＝2Ltan(α/2)

其中：

V—辙叉容许通过列车速度，整组道岔设计时给定，

β₀—锁尖角度，是依据Vsinβ₀＜3km/h进行限定，把心轨实际尖端进行宽度减小处理；

d—最大平行加厚起始断面的理论宽度，

d₀—锁尖前心轨实际尖端的理论宽度，

d₀’—锁尖后心轨实际尖端的实际宽度，

α—辙叉夹角，

L—理论尖端至最大平行加厚起始断面在辙叉角平分线上的投影长度，

L₀—理论尖端至实际尖端在辙叉角平分线上的投影长度，

δ—单侧加宽量，单位mm。

4.根据权利要求2所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，其特征在于：所述心轨实际尖端断面(3)A-A与心轨最大加厚起始截面B-B的过渡区域(10)轨距线处呈直角三角形。

5.根据权利要求2所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，其特征在于：所述的心轨最大加厚起始截面B-B至心轨理论宽度50mm截面C-C之间每侧增加δ。

6.根据权利要求2所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，其特征在于：所述的心轨最大加厚起始截面B-B至心轨理论宽度50mm截面C-C之间轨距线处单侧最大加厚区域(11)呈平行四边形。

7.根据权利要求2所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，其特征在于：心轨理论宽度50mm截面C-C至心轨宽度等于标准钢轨轨头宽度断面(8)的截面D-D之间轨距线处单侧过渡区域(12)呈直角三角形。

8.根据权利要求3所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，其特征在于：所述的锁尖角度限定也可以依据Vsinβ_max＝3km/h，计算出最大容许冲击角度，然后按β_o小于β_max选取锁尖角。

9.根据权利要求3所述尖端加厚的固定型锐角辙叉心轨，其特征在于：所述的心轨实际尖端的理论宽度与实际宽度之差即锁尖量，按确保心轨实际尖端实际宽度度d₀’小于等于实际尖端理论宽度度d₀的原则选择，道岔设计中，根据强度适应性考虑，实际尖端的理论宽度选择范围6～16mm。