CN103938504A - 无铸件无塑料大调整量高弹性防盗的钢轨扣件 - Google Patents

Abstract

本发明是一种涉及轨道交通的钢轨扣件。用以解决现有钢轨位置调整量大、减震性好的钢轨扣件结构复杂、价格昂贵等问题。本发明以轧制型钢与机械加工相结合的方法制造钢轨扣件零部件。其结构是：预埋座下部埋在轨下基础内；预埋座与防松螺母一起使弹条产生扣压力；扣压力经轨距块、钢轨、胶垫、调高垫板和减震垫施加于轨下基础，在垂直方向固定钢轨；预埋座和轨距块在水平方向固定钢轨；轨高和轨距最大调整量分别达到30mm和24mm以上；可设置低的垂直刚度，增加轨道弹性。本发明具有无铸件、无塑料、高强度、高弹性、大调整量、可防盗而且零部件少造价低廉等特点，适用于铁路和城市轨道交通的有砟、无砟等多种形式轨道上。

Description

无铸件无塑料大调整量高弹性防盗的钢轨扣件

技术领域

本发明涉及轨道交通中用于固定线路上钢轨的钢轨扣件，涉及一种以新原材料、新制造方法和新结构的钢轨扣件。本发明适用于铁路和城市轨道交通的有砟、无砟等多种形式轨道上。

背景技术

在轨道交通中，钢轨扣件把钢轨与轨下基础牢固地联结在一起，是轨道构造中的重要部件。

在现有技术中，有砟轨道上普遍使用有轨枕挡肩、不分开式、有螺栓弹性钢轨扣件。该类钢轨扣件由11～14个零部件组成，由轨枕挡肩承受钢轨的横向力；该类钢轨扣件的轨高和轨距最大整调量分别为10mm和20mm。有砟轨道上还有一种无轨枕挡肩、无螺栓弹性钢轨扣件，由9个零部件组成，由铸铁制成的预埋铁座来承受钢轨的横向力；该钢轨扣件不能调整轨高，最大轨距调整量为12mm。

高速铁路和城市轨道交通广泛采用无砟轨道，为保持轨道的平顺，需要钢轨扣件系统提供较大的钢轨位置调整量。在现有技术中，用于无砟轨道的钢轨扣件结构都很复杂，少的需要11种18～21个零部件，多的需要14种23～26个零部件组成；该类钢轨扣件中都含有用铸铁制成的铁垫板，调整钢轨位置以改变铁垫板与轨枕的相对位置为主，以增加轨下调高垫板为辅；轨高和轨距最大调整量分别达到30mm和24mm。

由此可见，在现有技术系统中，结构简单、零部件少的钢轨扣件的钢轨位置调整量小，不适用无砟轨道；而钢轨位置调整量大的钢轨扣件的零部件多，结构复杂，价格昂贵。

城市轨道交通的列车穿行于居民区内，存在噪声扰民问题，因此除要求其钢轨扣件具备钢轨位置调整量大外，还需要具有较高的弹性，用以减轻轨道振动，降低噪声，满足环保要求。在现有技术中，具备钢轨位置调整量大、高弹性的钢轨扣件结构复杂，制造成本高，维修困难。

在现有技术的有螺栓钢轨扣件系统中，硫磺锚固和预埋套管两种接口技术都存在着诸多缺点。硫磺锚固存在着：①抗拔力低；②现场施工复杂，费工费时；③硫磺在加热过程中，产生大量有害气体，严重污染环境，影响作业人员健康；④硫磺锚固剂中的H₂S、S₂、SO₂和水结合时会使螺纹道钉锈蚀等缺点。预埋套管存在着：①强度低，螺纹容易破损而使连接失效；②螺旋道钉松弛时铁垫板下的摩擦力会减小，引起螺旋道钉弯曲甚至折断失效等缺点。在无螺栓弹性钢轨扣件中，用工程塑料制成的绝缘轨距块强度低，有压溃现象等缺点。

在现有技术的钢轨扣件系统中，有多种零部件的材质为铸铁或塑料，其强度低，材料用量大，制造成本高。特别是铸铁件的生产工艺复杂，环境污染大。

发明内容

本发明核心是采用新原材料、新方法制造钢轨扣件零部件，并在此基础上制成新结构的无轨枕挡肩、不分开式、有螺栓弹性钢轨扣件。

本发明由防松螺母、弹条、轨距块、胶垫、预埋座和减震垫6种10个零部件组成；调整轨高时增加1～4块调高垫板，由7种11～14个零部件组成；适用于高弹性无砟轨道，以下称为高弹型钢轨扣件。在轨道不需要高弹性时，可以去掉减震垫，缩小预埋座尺寸；适用于有砟轨道和普通无砟轨道，以下称为普通型钢轨扣件。

本发明的工作原理是：通过扭紧预埋座螺丝上的防松螺母使弹条弹性变形，产生扣压力；扣压力经轨距块、钢轨、胶垫、调高垫板和减震垫施加在轨下基础上(不调整轨高时无调高垫板，普通型钢轨扣件无减震垫)，在垂直方向固定钢轨。预埋座与轨距块一起在水平方向固定钢轨，承受钢轨的横向力。通过改变调高垫板的厚度调整轨高，调换不同号码轨距块调整轨距，轨高和轨距最大调整量分别达到30mm和24mm以上。

本发明各零部件的作用和功能：

1.防松螺母：防松螺母置于预埋座螺丝上，给弹条施力。防松螺母下部设有凹形底面法兰盘，除具有平垫圈功能外，凹形底面还兼顾有对弹条辅助定位和往中间收拢弹条两趾作用。法兰盘上设有自锁突台可防止防松螺母松动，从而引起扣压力的变化。防盗型防松螺母的特殊施力结构，需用专用扳手装卸，实现防盗功能。为便于维修，防松螺母上部也可采用六角形结构，不需专用扳手，不防盗，适用于封闭线路。

2.弹条：弹条置于预埋座和轨距块上，其首端、中部和尾端三点受力产生弹性变形，形成固定钢轨的扣压力。弹条首端置于预埋座支撑台上接受支撑力，可沿着预埋座支撑台的长度方向水平移动；弹条中部接受防松螺母法兰盘的压力；弹条尾端置于轨距块承力槽内，对轨距块施力，可在距块承力槽内有限移动。

3.轨距块：轨距块由钢制部分和橡胶部分组成。轨距块置于钢轨轨底和预埋座之间，与预埋座一起在水平方向固定钢轨。轨距块上设有定位卡槽，以滑动方式与预埋座定位桩密贴，随钢轨高度位置移动。轨距块上设有承力槽，接受弹条的扣压力，限定弹条相对轨距块的移动范围。轨距块的橡胶部分起到减震和绝缘作用，周边设有凸肋可提高水膜电阻。

4.胶垫：胶垫置于钢轨和轨下基础之间，调整轨高时置于钢轨和调高垫板之间，同时起到减震和绝缘作用。胶垫上设有定位卡口，卡在预埋座定位桩上。

5.调高垫板：调高垫板置于胶垫和轨下基础之间，用于调整轨高。调高垫板上设有定位卡口，卡在预埋座定位桩上。

6.预埋座：预埋座设有埋入定位面。定位面以下部分埋入设有轨底坡的轨下基础，是扣件系统与轨枕的接口，承受钢轨的纵向力和横向力；设有抗拔台，用以提高接口强度。预埋座定位面以上的露出部分上设有预埋座定位桩，为轨距块、胶垫、调高垫板和减震垫提供定位基点；设置的预埋座螺丝与防松螺母一起给弹条施力；设有预埋座支撑台，为弹条提供支撑力。

7.减震垫：减震垫置于胶垫和轨下基础之间，调整轨高时置于调高垫板和轨下基础之间，用于提高扣件系统弹性，衰减轨道振动，降低噪声。减震垫上设有定位卡口，卡在预埋座定位桩上。

本发明的零部件中新创的原材料选用、制造方法和安装特点：

1.轨距块原材料选用钢坯。其制造方法是：首先将钢坯轧制成为轨距块坯料型钢；其次用锯床将坯料型钢切成料段；最后机械加工完成深度不同的轨距块定位卡槽，根据卡槽深度确定轨距块号码。轨距块的橡胶部分可以与钢制部分硫化在一起；也可以分别单独制造，用胶粘在一起。

2.预埋座原材料选用钢坯。其制造方法是：首先将钢坯轧制成为预埋座坯料型钢；其次用锯床将坯料型钢切成料段；最后用机械加工完成预埋座螺丝。由于预埋座埋入轨下基础后不易更换，需采用热镀锌工艺防锈。为提高两轨间绝缘电阻，预埋座和轨下基础内的钢筋不能直接接触，当预埋座不能避开轨下基础内的钢筋时，可在其间设置绝缘材料。

3.本发明的减震垫原材料的选择余地大，除采用传统的橡胶堆弹性元件外，还可用碟簧、气垫等多种材质的弹性元件。

本发明与现有技术相比，具有以下特点和优点：

1.本发明的新结构中多处是一个零部件具有多种用途。本发明具有结构合理、紧凑、简洁，零部件少，零部件互换性强、钢轨位置调整量大，有防盗功能且造价低廉，适用于多种类型轨道等优点。本发明克服了现有技术中，结构简单零部件少的钢轨扣件的钢轨位置调整量小，不适用无砟轨道；而钢轨位置调整量大的钢轨扣件的零部件多，结构复杂，价格昂贵等缺点。

2.本发明由预埋座承受钢轨的横向力，轨道的横向稳定性好，且不受垂直刚度影响，可以通过设置较低的垂直刚度，充分发挥减震垫的弹性减震作用，衰减轨道振动，降低噪声。本发明克服了现有技术系统中，高弹性钢轨扣件结构复杂，制造成本高，维修困难等缺点。

3.本发明采用新原材料和新制造方法，整个系统无铸铁和塑料零部件。本发明具有强度高，保持轨距能力强，寿命长，维护工作量少，制造方法简单，制造成本低，对环境污染小等优点。本发明淘汰了现有技术中用铸铁制造的强度低、韧性差的预埋铁座和铁垫板，淘汰了用塑料制造的低强度绝缘轨距块。本发明预埋座直接埋入轨下基础中，淘汰了由塑料预埋套管和螺旋道钉组成的低强度接口，淘汰了有诸多缺点的硫磺锚固法。

4.本发明的胶垫和轨距块与钢轨接触部分均采用绝缘性能优良的橡胶，预埋座埋入轨下基层时也采取了绝缘措施，扣件系统具有良好的绝缘性能。

附图说明

图1是钢轨扣件的俯视图；

图2是例1钢轨扣件的半剖主视图；

图3是例2钢轨扣件的半剖主视图；

图4是防盗型防松螺母的半剖主视图、俯视图及A-A剖面图；

图5是非防盗型防松螺母的半剖主视图、俯视图及A-A剖面图；

图6是弹条的三视图；

图7是轨距块钢制部分的主视图和俯视图；

图8是轨距块钢制部分和橡胶部分复合后的主视图和俯视图；

图9是轨距块橡胶部分的主视图和俯视图；

图10是胶垫的主视图和半剖俯视图；

图11是调高垫板的主视图和半剖俯视图；

图12是例1预埋座的主视图；

图13是例2预埋座的主视图；

图14是减震垫的主视图和半剖俯视图。

附图标号说明

1-防松螺母，11-内螺纹，12-法兰盘，13-自锁突台，14-施力卡槽；

2-弹条，21-首端，22-中部，23-尾端；

3-轨距块，31-定位卡槽，32-承力槽，33-橡胶部分，34-钢制部分；

4-胶垫，41-胶垫定位卡口；

5-调高垫板，51-调高垫板定位卡口；

6-预埋座，61-定位桩，62-螺丝，63-支撑台，64-埋入定位面，65-抗拔台；

7-钢轨；

8-轨下基础；

9-减震垫，91-减震垫定位卡口。

具体实施方式

下面结合附图详细地描述本发明具体实施例。为叙述简便，现将高弹型钢轨扣件的实施例和普通型钢轨扣件的实施例分别简称为例1和例2。

图1为例1和例2俯视图。因为例2没有减震垫9，因此图1中的减震垫9以(9)表示。图2和图3分别是例1和例2钢轨扣件的半剖主视图。2个图中左侧一半为不剖主视图，钢轨7处于不调整轨高状态；右侧一半为剖视图，且钢轨7处于调整轨高状态，在胶垫4下面垫入调高垫板5。上述3图中左侧一半均为防盗型的防松螺母1，右侧一半均为普通六角形的非防盗型防松螺母1。对比图1、图2和图3可看出，2个实施例的结构基本相同，仅预埋座6形状存在差异，例2少一个减震垫9。2个实施例的工作原理相同：预埋座6定位面61以下部分埋入设有轨底坡的轨下基础8。通过扭力扳手控制扭力，扭紧预埋座6螺丝62上的防松螺母1，使弹条2弹性弹性变形，产生扣压力，扣压力经轨距块3、钢轨7、胶垫4、调高垫板5和减震垫9施加在轨下基础8上(不调整轨高时无调高垫板5，例2中没有减震垫9)，在垂直方向固定钢轨7。预埋座6和轨距块3在水平方向固定钢轨7，承受钢轨7的横向力。胶垫4和轨距块3的橡胶部分33同时起到减震和绝缘作用。通过在胶垫4下面垫入1～4块不同厚度的调高垫板5调整钢轨7高度，轨高最大调整量30mm。通过调换不同号码轨距块3改变钢轨7与预埋座6之间的距离，调整轨距，轨距最大调整量24mm。钢轨7高度和轨距每档调整间隔均为1mm。

图4是例1和例2防盗型防松螺母1的半剖主视图、俯视图和A-A面剖视图；图5是例1和例2非防盗型防松螺母1的半剖主视图、俯视图和A-A面剖视图。在图4和图5中，11处是防松螺母1的内螺纹11，与预埋座6螺丝62一起施力于弹条2中部22；12处是防松螺母1的凹形底面法兰盘12，除具有平垫圈功能外，凹形底面还兼顾对弹条2进行辅助定位和往中间收拢弹条2两趾作用；13处为防松螺母1的自锁突台13，可防止防松螺母1松动，从而引起的扣压力变化；14处是防盗型防松螺母1的专用扳手施力卡槽14。图4中防盗型防松螺母1的上部是带施力卡槽14的圆柱形，需用专用扳手安装拆卸防松螺母1，有防盗功能。图5非防盗型防松螺母1的上部采用六角形结构，用普通扳手可安装拆卸防松螺母1，不防盗，适用于封闭线路。

图6为例1和例2弹条2的三视图。在图6中，21点是弹条2的首端21，置于预埋座6支撑台63上接受支撑力，可沿着预埋座6支撑台63的长度方向水平移动；22点是弹条2的中部22，接受防松螺母1法兰盘12的压力；23点是弹条2的尾端23，置于轨距块3承力槽32内，是弹条2对轨距块3的施力点。当调整钢轨7位置时，首端21相对于预埋座6支撑台63的位置，中部22相对于防松螺母1法兰盘12的位置，尾端23相对于轨距块3承力槽32的位置都将有相应移动，最终由轨距块3承力槽32和防松螺母1法兰盘12的凹形底面确定弹条2与相邻零部件之间的相互位置。

图7为例1和例2轨距块3钢制部分34的主视图和俯视；图8为例1和例2轨距块3钢制部分34和橡胶部分33合成后的主视图和俯视图；图9为例1和例2轨距块3橡胶部分33的主视图和俯视。3个图中的31处为轨距块3定位卡槽31，控制预埋座6与钢轨7之间的距离，调整轨距，以滑动方式与预埋座6定位桩61密贴，随钢轨7高度位置移动；32处为轨距块3承力槽32，接受弹条2尾端23的扣压力，限定弹条2尾端23的移动范围；33处为轨距块3的橡胶部分33，34处为轨距块3的钢制部分34。图7中的d-d段是轨距块3定位卡槽31深度，按轨距调整量24mm设计，定位卡槽31深度为6～18mm，分成12档。根据轨距块3定位卡槽31的深度确定轨距块3的号码。

轨距块3制造方法是：首先，将钢坯轧制成为轨距块3坯料型钢，坯料型钢截面形状如图7轨距块3钢制部分34的主视图；其次用带锯床将坯料型钢锯切成料段；最后由铣床加工完成深度不同的轨距块3定位卡槽31。轨距块3的橡胶部分33可以与钢制部分34硫化在一起，也可以单独制造后再用胶粘在一起。轨距块3坯料型钢截面积约8.5cm²，料段长度48mm，重量约为350g。

图10为例1和例2胶垫4的主视图和半剖俯视图。图10中41处是胶垫4定位卡口41，卡在预埋座6定位桩61上。

图11为例1和例2调高垫板5的主视图和半剖俯视图。图11中的51处是调高垫板5的定位卡口51，卡在预埋座6定位桩61上。通过垫入1～4块不同厚度的调高垫板5，实现0～30mm，每档相差1mm的轨高调整量。调高垫板5厚度有1mm、2mm、5mm、10mm和20mm共5种规格；1mm和2mm2种选用橡胶材质，5mm、10mm和20mm3种用钢材等材料。

图12和图13分别为例1和例2预埋座6的主视图。2个图中的61处是预埋座6定位桩61，为轨距块3、胶垫4、调高垫板5和减震垫9提供定位基点；62处是预埋座6螺丝62，与防松螺母1内螺纹11匹配，给弹条2中部22施力；63处是预埋座6支撑台63，为弹条2首端21提供支撑力；64处是预埋座6埋入定位面64，定位面以上是露出部分，以下埋入设有轨底坡的轨下基础8，是扣件系统与轨下基础8的接口位置，承受钢轨7的纵向力和横向力；65处是预埋座6抗拔台65，为扣件系统提供可靠的接口强度。

预埋座6制造方法是：首先将钢坯轧制成预埋座6坯料型钢，例1和例2坯料型钢截面形状分别如图12和图13中预埋座6的主视图；其次用带锯床将坯料型钢锯切成料段；最后由车床或专用机床加工完成预埋座6螺丝62。由于预埋座6埋入轨下基础8后不易更换，需采用热镀锌工艺防锈。为提高两轨间绝缘电阻，预埋座6和轨下基础8内的钢筋不能直接接触；当预埋座6不能避开轨下基础8内的钢筋时，可在其间设置绝缘材料。例1预埋座6的坯料型钢截面积为66cm²，料段长度24mm，重量约为1250g。例2中减少了震垫9，预埋座6的定位桩61高度降低，截面缩小；预埋座6的坯料型钢截面积为55cm²，料段长度24mm，重量约为1000g。

图14是例1减震垫9的主视和半剖俯视图。图14中91处是减震垫9定位卡口61，卡在预埋座6定位桩61上。本发明的减震垫9原材料可采用橡胶堆、碟簧和气垫等结构。

以上所述仅是本发明示意性的具体实施方式，不是限定本发明的范围。在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何人员所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种钢轨扣件零部件制造方法，其特征在于：首先将钢坯轧制成坯料型钢；其次用锯床将坯料型钢切成料段；最后由机械加工完成零部件之间相互配合部分。

2.根据权利要求1制成的一种钢轨扣件零部件预埋座，其特征在于：预埋座设有埋入定位面，定位面以下部分设有抗拔台，埋入轨下基础；预埋座定位面以上是露出部分，其上设有轨距块、胶垫、调高垫板和减震垫共用的预埋座定位桩，其上设有与螺母一起给弹条施力的预埋座螺丝，其上设有为弹条提供支撑力的预埋座支撑台。

3.根据权利要求1制成的一种钢轨扣件零部件轨距块，其特征在于：轨距块置于钢轨轨底和预埋座之间，由钢制和橡胶两部分组成；轨距块上设有与轨距块号码相对应且不同深度的定位卡槽；定位卡槽以滑动方式与预埋座的定位桩密贴，随钢轨高度位置移动；轨距块上设有承力槽，接受弹条的扣压力，限定弹条的移动范围；轨距块橡胶部分用以绝缘和减震；钢制和橡胶两部分可以硫化在一起，也可以分别单独制造，用胶粘在一起。

4.一种钢轨扣件零部件防松螺母，其特征在于：防松螺母上设有凹形底面法兰盘，除具有平垫圈功能外，凹形底面还兼顾有对弹条辅助定位和往中间收拢弹条两趾作用；防松螺母法兰盘底面上设有自锁突台，防止因防松螺母松动而引起的扣压力变化；防松螺母上设有专用扳手施力卡槽，具有防盗功能。

5.一种钢轨扣件零部件弹条，其特征在于：弹条首端置于预埋座支撑台上接受支撑力，可沿着预埋座支撑台的长度方向水平移动；弹条中部接受防松螺母法兰盘的压力；弹条尾端置于轨距块承力槽内，对轨距块施力。

6.依据权利要求1、2、3、4和5制成的一种钢轨扣件，其特征在于：钢轨扣件由防松螺母、弹条、轨距块、胶垫和预埋座5种9个零部件组成；调整轨高时增加1～4块调高垫板，由6种10～13个零部件组成；通过扭紧与预埋座螺丝配合的防松螺母使弹条变形，产生扣压力；扣压力经轨距块、钢轨、胶垫和调高垫板施加在轨下基础上(不调整轨高时无调高垫板)，在垂直方向固定钢轨；预埋座和轨距块在水平方向固定钢轨，承受钢轨的横向力；胶垫和轨距块的橡胶部分同时起到减震和绝缘作用；通过改变调高垫板的厚度调整轨高；调换不同号码轨距块调整轨距。

7.依据权利要求6制成的一种高弹性钢轨扣件，其特征在于：在调高垫板和轨下基础之间增加一个减震垫；高弹性钢轨扣件由防松螺母、弹条、轨距块、胶垫、调高垫板、预埋座和减震垫7种10～14个零部件组成；通过扭紧与预埋座螺丝配合的防松螺母使弹条变形，产生扣压力；扣压力经轨距块、钢轨、胶垫、调高垫板和减震垫施加在轨下基础上(不调整轨高时无调高垫板)，在垂直方向固定钢轨；预埋座和轨距块在水平方向固定钢轨，承受钢轨的横向力；胶垫和轨距块的橡胶部分起到绝缘作用，同时也有辅助减震作用；通过改变调高垫板的厚度调整轨高；调换不同号码轨距块调整轨距；减震垫采用橡胶堆、碟簧和气垫等结构。