CN103790080B - 城市轨道护轮轨装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种城市轨道护轮轨装置及其安装方法。护轮轨装置包括护轨支架，护轨支架为“L”形，护轨支架一端位于走行轨下方并与走行轨轨底紧固连接；护轨支架另一端与护轨连接，护轨支架端头部套有套靴式弹性垫块，护轨位于套靴式弹性垫块上方，护轨顶部高于走行轨顶部。本发明结构简单，使用安全可靠，方便拆装，为城市轨道交通车辆的安全行驶提供了保障，减缓了曲线外股钢轨轨头的侧面磨耗，延长了钢轨使用寿命，增强轨道框架结构抵抗横向变形的能力，减少了小半径曲线段轨道维修养护的工作量，降低了运营成本。

Description

城市轨道护轮轨装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及一种交通设施，尤其是涉及一种城市轨道交通用新型护轮轨装置及其安装方法。

背景技术

城市轨道交通运量大、行车密集、速度快，由于轨道线路受到城市地形限制，不仅有很多高架轨道线路区间，还有大量曲线轨道线路，尤其小半径曲线轨道是轨道线路的薄弱环节，列车脱轨事故多发生于此。同时城市轨道交通轨道线路维修极其不便，特别是小半径曲线轨道地段的轨道框架结构抵抗横向变形能力薄弱，致使大部分的轨道维修工作量集中于此，且小半径曲线轨道钢轨侧面磨耗严重，缩短了钢轨使用寿命。

现有的护轮轨装置中，没有专适用于城市轨道交通轨道线路的防止列车车轮脱轨、减缓钢轨侧面磨耗并能增强轨道框架结构的护轮轨装置。

发明内容

本发明旨在提供一种新型城市轨道护轮轨装置，既填补了城市轨道交通防止列车车轮脱轨及减缓钢轨侧面磨耗护轮轨领域的空白，又为城市轨道交通车辆的安全行驶提供了保障，减缓了曲线外股钢轨轨头的侧面磨耗，延长了钢轨使用寿命，增强轨道框架结构抵抗横向变形的能力，减少了小半径曲线段轨道维修养护的工作量，降低了运营成本。

本发明的技术方案是一种新型城市轨道护轮轨装置，包括护轨支架，护轨支架为“L”形，护轨支架一端位于走行轨下方并与走行轨轨底紧固连接；护轨支架另一端与护轨连接，护轨支架端头部套有套靴式弹性垫块，护轨位于套靴式弹性垫块上方，护轨顶部高于走行轨顶部。

进一步的，所述走行轨轨底一侧卡入护轨支架的卡槽内，轨底另一侧通过楔形扣钣压紧，楔形扣钣通过紧固件连接在护轨支架上。

进一步的，所述套靴式弹性垫块前后两侧面的厚度不同，套靴式弹性垫块的侧面外壁设置有凹坑。

优选的，所述护轨为变截面护轨或国标轻轨，所述变截面护轨包括左、右两个平行布置的翼缘，两翼缘之间垂直连接有轨腰，左翼缘顶部高于右翼缘顶部，左翼缘底部高于右翼缘底部。

进一步的，所述护轨轨腰中心位置设置有护轨支架连接螺栓孔，六角螺栓穿过护轨支架连接螺栓孔、套靴式弹性垫块与护轨支架连接。

优选的，所述护轨顶部比走行轨顶部高10mm～15mm。

优选的，所述护轨与走行轨之间的距离为护轨轮缘槽宽度K，护轨轮缘槽宽度K为55mm～74mm±5mm。

进一步的，所述护轨支架与走行轨之间设有绝缘垫片。

本发明还公开了所述护轮轨装置的安装方法如下，所述护轮轨装置安装时，护轨与走行轨之间的K值由下式确定：

$K=K_1\left(7.6\frac{{V^2}_{max}}{R}\right)+K_2(q_{max}+\frac{L^2}{2R}-S_0)+K_3(\frac{q}{g}.\frac{d^{2}y}{{\mathrm{dt}}^2})+K_4\left(\frac{H}{6}{i}^2\right)+K_5{\left(\frac{0.3P(1-a)\∂}{D}\right)}^2---\left(1\right)$

式中，K—护轨缘轮槽宽度；K₁、K₂、K₃、K₄、K₅—为常数；V_max—设计地段最大行车速度；R—曲线半径；q_max—最大轮对宽度；L—转向架固定轴距；S₀—直线轨道轨距；q—簧下重量；g—重力加速度；—冲击加速度；H—超高；i—坡度；P—轮载荷；a—分配系数；—轮轨冲击角；D—护轨组合刚度。

进一步的，根据实际工况需要，在安装所述护轮轨装置时，适当调整式(1)中K₁、K₂、K₃、K₄、K₅的取值，从而改变K值，使得所述护轮轨装置的安装为下述两种方式之一：

方式一，防脱功能型：护轮轨装置用与防止车轮从走行轨上脱轨并增强轨道框架结构抵抗横向荷载的能力；

方式二，防脱并减磨功能型：当列车正常工况通过较小半径曲线轨道线路时，车辆转向架的导向轴的内侧车轮轮缘背与护轨工作边适量接触；护轮轨装置分担一部外轮缘作用于外股钢轨的横向力，减少外侧车轮对曲线外股钢的侧面磨耗，同时引导车轮处于稳定的路径行驶，防止车轮脱轨。

本发明有如下有益效果：

1、本发明采用了专为城市轨道交通轨道线路护轨设计的变截面护轨，护轨工作边厚度是原有护轨3倍，使用寿命延长，同时护轨可以倒边使用，使用寿命是原有护轨6倍；护轨设置了合理的轨腰高度，护轨与护轨支架的连接孔中心位于轨腰中心位置；变截面护轨每米质量比原有护轨仅增加10％，而截面的惯性矩达到Ix＝208.22cm⁴比原有护轨(Ix＝156.1cm⁴)增强了33.3％,提高了材料利用率，降低了成本；变截面护轨采用55Q材质，硬度(HB)≥197，而车轮轮背的硬度(HB)≥248，当车轮轮背与护轨接触时，对轮背的磨耗很小。

2、原有护轨轨腰的支架连接螺栓孔中心需根据垫块厚度测量定位，不同厚度的垫块定位不同的钻孔中心位置，通过改变护轨支架尺寸和护轨断面，本发明的护轨轨腰支架螺栓孔直接定位于轨腰中心线，使得安装钻孔更为简便。

3、本发明采用了套靴式弹性垫块，根据左右两边的不同厚度可以简便的调整护轨轮缘槽宽度“K”值，简化了垫块的繁杂的型号，套靴式弹性垫块安装时直接套入护轨支架端部、安装简便、安装和使用过程中不会发生脱落，垫块前后两面具有不同的厚度面，可以选择不同厚度面调节轮缘槽宽度K，表面设有小凹槽，可使垫块具有定量的弹性形变，垫块具有的弹性使护轨具有柔性效应，可以缓冲车轮在不利工况条件下对护轨的冲击荷载，消耗部分车轮对外侧钢轨的冲击破坏能量。

4、楔形扣钣与护轨支架连接之间采用了“T”型螺栓连接，可以将螺栓自上而下进行安装，避免了螺母向下安装而不便于维修检查，同时扣钣螺栓采用了法兰防松螺母，使安装更为简单、结构更紧密。

5、楔形扣钣采用楔形扣紧方式，使扣钣与护轨支架密贴，消除了各零部件制造公差而产生的间隙。

6、本发明不仅可以应用于城市轨道(地铁、轻轨、有轨电车)线路的高架轨道区间，而且还可以应用于地下线轨道区间、小半径曲线轨道区间。

本发明结构简单，使用安全可靠，方便拆装，科学合理的设置K值，为城市轨道交通车辆的安全行驶提供了保障，减缓了曲线外股钢轨轨头的侧面磨耗，延长了钢轨使用寿命，增强轨道框架结构抵抗横向变形的能力，减少了小半径曲线段轨道维护养护的工作量，降低了运营成本，可以满足城市轨道交通(地铁、轻轨、有轨电车)的所有轨道结构通用的要求。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为护轨夹板连接示意图；

图3a为套靴式弹性垫块主视图；

图3b为套靴式弹性垫块侧视图；

图3c为套靴式弹性垫块俯视图；

图4a为变截面护轨断面图；

图4b为变截面护轨端部侧视图；

图5a为楔形扣钣侧视图；

图5b为楔形扣钣俯视图；

图6为本发明平面安装布置图；

图中：1、护轨支架，2、楔形扣钣，3、六角螺母，4、平垫圈，5、弹条垫圈，6、六角螺栓，7、T型螺栓，8、平垫圈，9、法兰防松螺母，10、绝缘垫片，11、走行轨，12、套靴式弹性垫块，13、护轨，14、护轨夹板，15、轨枕，16、护轨夹板连接螺栓孔，17、护轨支架连接螺栓孔，18、楔形踏面，19、弯头护轨，20、“K”值缓冲区，21、“K”值固定区，22、开口处，A、B、C、D、E₀、E…为护轨支架安装位置，K为护轨轮缘槽宽度，△h为护轨顶面与走行轨高度差。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

如图1至图6所示，本发明公开了一种新型城市轨道护轮轨装置，包括护轨支架1，护轨支架1为“L”形，护轨支架1一端位于走行轨11下方并与走行轨11轨底紧固连接；护轨支架1另一端连接护轨13，护轨支架1与护轨13连接端的端头部套有套靴式弹性垫块12，套靴式弹性垫块12内表面与护轨支架1端头紧密接触，走行轨11轨底一侧卡入护轨支架1的卡槽内，轨底另一侧通过楔形扣钣2压紧，楔形扣钣2通过紧固件与护轨支架1连接，楔形扣钣2与护轨支架1为楔形面压紧，紧固件包括T型螺栓7、平垫圈8和法兰防松螺母9，护轨支架1与走行轨11之间设有绝缘垫片10，护轨13的端部设置有护轨夹板连接螺栓孔16，使用时通过护轨夹板14将两根护轨13首尾连接在一起，护轨13首尾连接处应预留轨缝。所述护轨13为变截面护轨或国标轻轨，所述变截面护轨包括左、右两个平行布置的翼缘，两翼缘之间垂直连接有轨腰，左翼缘顶部高于右翼缘顶部，左翼缘底部高于右翼缘底部，套靴式弹性垫块12外表面与护轨13两翼缘内表面紧密接触，护轨顶部比走行轨11顶部高△h＝10mm～15mm，护轨13与走行轨11之间的距离为护轨轮缘槽宽度K，即护轨13与走形轨11的间距K为55mm～74mm±5mm，护轨13轨腰上设置有护轨支架连接螺栓孔17，护轨13与护轨支架1通过六角螺栓6连接，连接护轨13的护轨支架1端头部有开口处22，该开口处22适用于六角螺栓6和六角螺母3的连接。

实际使用时，如图6所示，首先检查安装线路的圆顺度、轨向、超高等，使之符合轨道线路技术标准，其次检查安装里程内是否存在与护轨装置冲突的设备(如：计轴器、钢轨伸缩调节器)等，最后确定护轨装置的安装位置以及安装长度。将护轨支架1安装于A、B、C、D、E₀、E…位置，中间普通位置为每隔两根轨枕15安装一个护轨支架1，特殊情况下可隔一根轨枕15或三根轨枕15安装一个护轨支架1，护轨支架1应安装于两根轨枕15之间，用石笔在护轨13上做好护轨支架1对应的护轨支架连接螺栓孔17位置并钻孔；结合图1所示，所述的护轨支架1为“L”形，安装时在走行轨11的轨底部对称放入两片绝缘垫片10，借助T型螺栓7、平垫圈8和法兰防松螺母9将楔形扣钣2与护轨支架1紧锁于走行轨11的轨底，在护轨支架1上未安装护轨13时，紧固件呈半松半紧状态。所述楔形扣钣2设有楔形踏面18，与护轨支架1楔形压紧，使法兰防松螺母9拧紧时护轨支架1与走行轨11能更好的压紧，这消除护轨支架1、走行轨11和楔形板2之间因制造公差而产生的结构间隙。

护轨13可选用变截面护轨或国标轻轨，轨腰中心设置有护轨支架连接螺栓孔17，根据护轨支架1的安装位置，调整护轨支架1与护轨支架连接螺栓孔17一一对齐，在护轨支架1的顶端部，采用六角螺母3、平垫圈4、弹条垫圈5及六角螺栓6，将护轨支架1与护轨13紧固在一起，且护轨轮缘槽宽度K值未达到设计要求前，紧固件呈半松半紧状态；护轨支架1顶端部与护轨13之间套有套靴式弹性垫块12，套靴式弹性垫块12套入护轨支架1顶端部，根据轨道线路和使用功能要求的不同，选择不同厚度面的套靴式弹性垫块12对护轨轮缘槽宽度K值进行调节。

结合图6所示，在护轨13的始端部设置有弯头护轨19，弯头护轨19区段内为护轨轮缘槽宽度“K”值缓冲区20，护轨轮缘槽宽度“K”值由护轨轮缘槽宽度“K”值缓冲区20从大到小逐渐过渡到护轨轮缘槽宽度“K”值固定区21；根据护轮轨装置不同的使用功能要求及轨道线路参数确定护轨轮缘槽宽度“K”值固定区21数值，其范围K＝55mm～74mm±5mm；护轨轮缘槽宽度K值在满足设置要求时，再将所有紧固件拧紧；护轨13终端对称布置一根弯头护轨19。

需要说明的是，本实施例中突出的特点是护轨轮缘槽宽度“K”值确定，其设置原理是：

即： $K=K_1\left(7.6\frac{{V^2}_{max}}{R}\right)+K_2(q_{max}+\frac{L^2}{2R}-S_0)+K_3(\frac{q}{g}.\frac{d^{2}y}{{\mathrm{dt}}^2})+K_4\left(\frac{H}{6}{i}^2\right)+K_5{\left(\frac{0.3P(1-a)\∂}{D}\right)}^2---\left(1\right)$

式中，K—护轨缘轮槽宽度；K₁、K₂、K₃、K₄、K₅—为常数；V_max—设计地段最大行车速度；R—曲线半径；q_max—最大轮对宽度；L—转向架固定轴距；S₀—直线轨道轨距；q—簧下重量；g—重力加速度；—冲击加速度；H—超高；i—坡度；P—轮载荷；a—分配系数；—轮轨冲击角；D—护轨组合刚度。

本发明可根据使用功能不同分为防脱功能型和防脱并减磨功能型。

护轮轨装置仅用于防脱功能型时：设置合理的“K”值后，当列车的车轮在正常工况条件下行驶时，车轮轮缘背不与护轨工作边接触；当列车在运行中，由于轮轨出现诸多不利因素的可能偶合，发生了轮轨处于非正常工况条件，例如：发生了车轮减载(或悬浮)；与此同时，该轮轴又因故产生了较大的横向力或列车—轨道(桥)时效系统发生了强烈横向振动，促使该车轮轮缘出现企图爬(或跳)轨脱线时，车轮的轮缘背将与护轨工作边接触，护轨对车轮造成约束，引导车轮恢复到正常工况，防止车轮脱轨事故发生。

护轮轨装置用于防脱并减磨功能型时：设置合理的“K”值后，当列车正常工况通过较小半径曲线轨道线路时，车辆转向架的导向轴的内侧车轮轮缘背，必须(或基本上)要与护轨工作边适量接触；护轮轨装置分担一部分外轮缘作用于外股钢轨的横向力，减少外侧车轮对曲线外股钢的侧面磨耗。同时引导车轮处于稳定的路径行驶，防止车轮脱轨。

如图1所示，护轨13顶部高出走行轨11顶面△h＝10mm～15mm，能有效的防止车轮跳轨(爬轨)而引起的脱轨事故，同时增大护轨13与车轮轮缘背的接触面积，减少护轨13对车轮轮缘背的磨损；护轨支架1底部到走行轨11轨底的高度不大于55mm，可以满足现行所有无碴和有碴轨道的使用要求；所述的护轨13采用的是变截面护轨或国标轻轨，护轨可倒边使用，使得护轨13的使用寿命延长，是原有护轨的6倍使用寿命；采用了套靴式弹性垫块12，套靴式弹性垫块12左右两侧设置了不同厚度调整面，简化了垫块的繁杂的型号，套靴式弹性垫块12起到缓冲车轮在不利工况条件下对护轨13的横向冲击荷载作用；同时安装套靴式弹性垫块12时套入护轨支架1端部，在使用过程中垫块不会发生脱落现象。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种城市轨道护轮轨装置，其特征在于：包括护轨支架(1)，护轨支架(1)为“L”形，护轨支架(1)一端位于走行轨(11)下方并与走行轨(11)轨底紧固连接；护轨支架(1)另一端与护轨(13)连接，护轨支架(1)端头部套有套靴式弹性垫块(12)，护轨(13)位于套靴式弹性垫块(12)上方，护轨(13)顶部高于走行轨(11)顶部；所述走行轨(11)轨底一侧卡入护轨支架(1)的卡槽内，轨底另一侧通过楔形扣钣(2)压紧，楔形扣钣(2)通过紧固件连接在护轨支架(1)上；所述套靴式弹性垫块(12)前后两侧面的厚度不同，套靴式弹性垫块(12)的侧面外壁设置有凹坑；所述护轨(13)为变截面护轨或国标轻轨，所述变截面护轨包括左、右两个平行布置的翼缘，两翼缘之间垂直连接有轨腰，左翼缘顶部高于右翼缘顶部，左翼缘底部高于右翼缘底部。

2.根据权利要求1所述的城市轨道护轮轨装置，其特征在于：所述护轨(13)轨腰中心位置设置有护轨支架连接螺栓孔(17)，六角螺栓(6)穿过护轨支架连接螺栓孔(17)、套靴式弹性垫块(12)与护轨支架(1)连接。

3.根据权利要求2所述的城市轨道护轮轨装置，其特征在于：所述护轨(13)顶部比走行轨(11)顶部高10mm～15mm。

4.根据权利要求1所述的城市轨道护轮轨装置，其特征在于：所述护轨(13)与走行轨(11)之间的距离为护轨轮缘槽宽度K，护轨轮缘槽宽度K为55mm～74mm。

5.根据权利要求1所述的城市轨道护轮轨装置，其特征在于：所述护轨支架(1)与走行轨(11)之间设有绝缘垫片(10)。

6.一种适用于权利要求1所述的城市轨道护轮轨装置的安装方法，其特征在于：所述护轮轨装置安装时，护轨(13)与走行轨(11)之间的距离由下式确定：

式中，K—护轨轮缘槽宽度；K₁、K₂、K₃、K₄、K₅—为常数；V_max—设计地段最大行车速度；R—曲线半径；q_max—最大轮对宽度；L—转向架固定轴距；S₀—直线轨道轨距；q—簧下重量；g—重力加速度；—冲击加速度；H—超高；i—坡度；P—轮载荷；a—分配系数；—轮轨冲击角；D—护轨组合刚度。

7.根据权利要求6所述的安装方法，其特征在于：根据实际工况需要，适当调整式(1)中K₁、K₂、K₃、K₄、K₅的取值，从而改变K值，使得所述护轮轨装置的安装为下述两种方式之一：

方式一，防脱功能型：护轮轨装置用于防止车轮从走行轨上脱轨并增强轨道框架结构抵抗横向变形的能力；

方式二，防脱并减磨功能型：当列车正常工况通过较小半径曲线轨道线路时，车辆转向架的导向轴的内侧车轮轮缘背与护轨工作边适量接触；护轮轨装置分担一部分外轮缘作用于外股钢轨的横向力，减少外侧车轮对曲线外股钢轨的侧面磨耗，同时引导车轮处于稳定的路径行驶，防止车轮脱轨。