CN104775337A - 一种重载铁路用弹性垫板及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重载铁路用弹性垫板，其包括垫板本体，所述垫板本体的正反面上设置有若干用于承重吸能的圆锥台或六棱锥台，其中，垫板本体正面的圆锥台或六棱锥台与反面的圆锥台或六棱锥台交替错位设置；所述垫板本体的正面和/或反面上的圆锥台由中央向两侧依次形成高度呈阶梯状渐高的锥台区，所述锥台区左右对称设置。本发明具有阶梯刚度，压力不同所用到的承压接触面也不同，实现了静刚度的自动调节，并且这样能够增加垫板弹性、进而增加轨道的弹性，减缓列车通过时对轨道瞬间的高剪切力和强压力。本发明还提供了上述重载铁路用弹性垫板的制备方法。

Description

一种重载铁路用弹性垫板及其生产工艺

技术领域

本发明涉及到一种重载铁路用铁垫板下弹性垫板及其生产工艺，具体为30吨轴重重载铁路用铁垫板下弹性垫板。

背景技术

我国铁路从 20 世纪 80 年代开始发展重载运输，起步较晚，但发展迅速。自 2006 年以来，随着大秦线 2万吨组合列车的大量开行及 23 t 轴重通用货车在全路推广使用。山西中南部铁路通道项目的实施对我国能源发展战略、建设大型煤炭生产基地、保证沿海和华东地区煤炭需求、保障我国能源安全、强化煤运通道能力和煤运系统运输安全以及实施中部崛起战略、促进沿线地区经济发展、建设和谐社会、盘活国家存量资产具有重要意义。

重载运输条件下的轨道与一般轨道相比，承受列车轴重由原来的10多吨增加到25t，以致最大达到35t；列车牵引总重，从原来的1000多吨增加到最大数万吨，重裁铁路的路基基床承受着更大的荷载。重裁条件下列车对基床的作用有着更复杂的动力效应。因此加剧轨道部件的损坏、道床残余变形的积累，严重影响行车安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有阶梯刚度的重载铁路用铁垫板下弹性垫板。

本发明采用如下技术方案：

一种重载铁路用弹性垫板，其包括垫板本体，所述垫板本体的正反面上设置有若干圆锥台或六棱锥台，其中，垫板本体正面的圆锥台或六棱锥台与反面的圆锥台或六棱锥台交替错位设置；

其关键技术在于：所述垫板本体的正面和/或反面上的圆锥台或六棱锥台由中央向两侧依次形成高度呈阶梯状渐高的锥台区，所述锥台区左右对称设置。

作为本发明的进一步改进，所述的圆锥台底面圆的半径相等，所述的六棱锥台底面为正六边形，且各六棱锥台的底边相等。

作为本发明的进一步改进，相邻的圆锥台底面圆相切或相交，相邻的两六棱锥台共用一个底边。

作为本发明的进一步改进，所述的垫板本体的四周为半圆锥台或半六棱锥台，所述半圆锥台或半六棱锥台与其所在锥台区的圆锥台或六棱锥台高度相等。

作为本发明的进一步改进，所述的弹性垫板采用质地和硬度均一的TPEE热塑性聚酯弹性体材料制成。

作为本发明的进一步改进，所述的锥台区包括位于所述垫板本体中央的第一锥台区和对称设置于所述第一锥台区左右两侧的第二锥台区，位于所述第一锥台区中的第一锥台高度小于位于所述第二锥台区中的第二锥台。

作为本发明的进一步改进，所述的锥台区包括位于所述垫板本体中央的第一锥台区以及对称设置于所述第一锥台区左右两侧的第二锥台区和第三锥台区，位于所述第一锥台区中的第一锥台高度小于位于所述第二锥台区中的第二锥台；位于所述第二锥台区中的第二锥台高度小于位于所述第三锥台区中的第三锥台。

作为本发明的进一步改进，三个或四个所述的圆锥台围成一个凹陷部，所述凹陷部的相反面对应设置有圆锥台。

本发明另一方面还提供一种上述重载铁路用弹性垫板的生产工艺。

其包括如下步骤：

（1）原料干燥处理：采用烘干设备进行烘干，烘干温度为80℃-100℃，保证原材料满足注塑成型要求，即水含量≤0.2％；

（2）注塑成型：采用注塑机进行注塑成型，将干燥处理后的原料加入到注塑机的料筒内进行加热处理，料筒内从加料处到喷嘴处的温度分为八段，加热温度分别是：一段215±10℃ 、二段230±10℃ 、三段235±10℃ 、四段230±10℃、五段225±10℃、 六段220±10℃ 、七段215±10℃ 、八段210±10℃；

然后进行锁模、注塑、保压、冷却、启模完成注塑成型；

（3）切水口：将注塑成型后的产品从模腔中取出，使用切水口机去除毛边，达到符合生产图纸和产品技术的要求；

（4）检验测试: 将合格的产品入库。

进一步的，在步骤（2）中：

所述锁模的压力≥100T；

其中，注塑采用三级注塑工艺，其具体工艺参数为：

所述保压工艺的具体工艺参数为：

所述冷却过程的冷却时间为≥40S。

本发明的积极效果如下：

本发明由正反面交替错位设置的圆锥台或六棱锥台形成承压接触面，圆锥台或六棱锥台由中央向两侧依次形成高度呈阶梯状渐高的锥台区，不同高度的锥台区形成不同的承压接触面，不同高度的锥台区具有不同的静刚度，因此使弹性垫板具有阶梯刚度，压力不同所用到的承压接触面也不同，实现了静刚度的自动调节，并且这样能够增加垫板弹性、进而增加轨道的弹性，减缓列车通过时对轨道瞬间的高剪切力和强压力。

采用质地和硬度均一的热塑性聚酯弹性体材料制成的弹性垫板能够在通过调整圆锥台或六棱锥台高度差来调整弹性垫板在使用过程中承压接触面积继而来调整垫板的静刚度，并且同时保证了弹性垫板的机械强度。

附图说明

附图1为本发明实施例1的剖视结构示意图。

附图2为本发明实施例1的俯视结构示意图。

附图3为本发明实施例1的仰视结构示意图。

附图4为本发明实施例2的剖视结构示意图。

附图5为本发明实施例3的剖视结构示意图。

附图6为本发明实施例3的俯视结构示意图。

在附图中：1垫板本体、10第一锥台区、20第二锥台区、30第三锥台区、100半圆锥台、200凹陷部、101第一锥台、201第二锥台、301第三圆锥台。 

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详细的描述。

如附图1-4所示的一种重载铁路用铁垫板下弹性垫板，其包括垫板本体1，所述垫板本体1的正反面上设置有若干圆锥台，其中，垫板本体1正面的圆锥台与反面的圆锥台交替错位设置，即三个或四个所述的圆锥台围成一个凹陷部200，所述凹陷部200的相反面对应设置有圆锥台；本实施例中，四个所述的圆锥台围成一个凹陷部200，所述的圆锥台的顶面构成弹性垫板与铁垫板和地基的承压接触面。所述垫板本体1的正面和/或反面上的圆锥台由中央向两侧依次形成高度呈阶梯状渐高的锥台区，所述锥台区左右对称设置。即位于中央的锥台区中的锥台高度最低，位于两侧的锥台区的锥台高度组件增高，但位于同一锥台区中的所有圆锥台高度相等，并且所述的呈阶梯状的锥台区相对于弹性垫板的中线对称设置。

不同高度的锥台区形成不同的承压接触面，不同高度的锥台区具有不同的静刚度，因此使弹性垫板具有阶梯刚度，压力不同所用到的承压接触面也不同，实现了静刚度的自动调节，并且这样能够增加垫板弹性、进而增加轨道的弹性，减缓列车通过时对轨道瞬间的高剪切力和强压力。

即受到较小压力时，位于垫板两侧高度最高的两锥台区承压变形，此时高度较低的锥台区不受力。

所述的圆锥台底面圆的半径相等，且相邻的圆锥台底面圆相切或相交。所述的垫板本体1的四周为半圆锥台100，所述半圆锥台100与其所在锥台区的圆锥台高度相等。所述的弹性垫板采用质地和硬度均一的热塑性聚酯弹性体材料制成。采用质地和硬度均一的热塑性聚酯弹性体材料制成的弹性垫板能够在通过调整圆锥台高度差来调整弹性垫板的静刚度，并且同时保证了弹性垫板的机械强度。

所述的TPEE（热塑性聚酯弹性体）具体为含有聚酯硬段和聚醚软段的嵌段共聚物。其中聚醚软段和未结晶的聚酯形成无定形相聚酯硬段部分结晶形成结晶微区，起物理交联点的作用。TPEE具有橡胶的弹性和工程塑料的强度；软段赋予它弹性，使它象橡胶；硬段赋予它加工性能，使它象塑料；与橡胶相比，它具有更好的加工性能和更长的使用寿命；与工程料相比，同样具有强度高的特点，而柔韧性和动态力学性能更好。

本发明的弹性垫板板体由于上下两面均设计了两种高度的圆锥台，当载荷加到第一个设定值后，仅是在垫板两边外侧高的圆锥台接触，承受加载力，对应加载钢板会向下有一个位移，此时对应的刚度值为第一刚度值，当载荷继续增加时，垫板上的高圆锥台受力后慢慢变矮，当高圆锥台的高度与矮圆锥台等高时，弹性垫板上的所有圆锥台均受力，接触面积增大，此时对应的加载钢板向下的位移为第二刚度值。通过设计垫板的阶梯刚度，保证垫板具有一定的刚度的同时增加了垫板的弹性。

实施例1

参见附图1-3所示，为一种具有二节阶梯刚度的弹性垫板，其包括垫板本体1，所述垫板本体1的正反面上设置有若干用于承重吸能的圆锥台，其中，垫板本体1正面的圆锥台与反面的圆锥台交替错位设置，即四个所述的圆锥台围成一个凹陷部200，所述凹陷部200的相反面对应设置有圆锥台；所述的圆锥台的顶面构成弹性垫板与铁垫板和地基的承压接触面。所述垫板本体1的正面和反面上的圆锥台由中央向两侧依次形成高度呈阶梯状渐高的锥台区，所述锥台区左右对称设置。

所述的锥台区包括位于所述垫板本体1中央的第一锥台区10和对称设置于所述第一锥台区10左右两侧的第二锥台区20，位于所述第一锥台区10中的第一锥台101高度小于位于所述第二锥台区20中的第二锥台201。

其中，所述的第一锥台区10的正反两承压接触面之间的厚度为9mm，所述的第二锥台区20的正反两承压接触面之间的厚度为11.5-12.5mm；所述的第二锥台区20中的第二锥台201的高度为4.5mm，底面圆的直径为19mm，顶面圆的直径为8.5mm。

实施例2

参见附图4所示，为一种具有三节阶梯刚度的弹性垫板，即所述的锥台区包括位于所述垫板本体1中央的第一锥台区10以及对称设置于所述第一锥台区10左右两侧的第二锥台区20和第三锥台区30，位于所述第一锥台区10中的第一锥台101高度小于位于所述第二锥台区20中的第二锥台201；位于所述第二锥台区20中的第二锥台201高度小于位于所述第三锥台区30中的第三锥台301。

其中，第一锥台区10的正反两承压接触面之间的厚度为8.6mm，所述的第二锥台区20的正反两承压接触面之间的厚度为10.3mm；所述的第三锥台区30的正反两承压接触面之间的厚度为11.5-12.5mm；所述的第三锥台区30中的第三圆锥台301的高度为4.5mm，底面圆的直径为22.5mm，顶面圆的直径为11.5mm。

所述的重载铁路用弹性垫板的生产工艺包括如下步骤：

（1）原料干燥处理：烘干设备：欧化除湿干燥组合，型号为 SDD-1200U/700H-GB（干燥能力192kg/hr）；检测仪器为水分快速检测仪，型号为XM-60；

烘干温度为80℃-100℃，保证原材料满足注塑成型要求。批量生产每4小时检验水分一次，确保原材料水分满足生产要求（水含量≤0.2％）；

（2）注塑成型：采用注塑机进行注塑成型，将干燥处理后的原料加入到注塑机的料筒内进行加热处理，料筒内从加料处到喷嘴处的温度分为八段，加热温度分别是：一段215±10℃ 、二段230±10℃ 、三段235±10℃ 、四段230±10℃、五段225±10℃、 六段220±10℃ 、七段215±10℃ 、八段210±10℃；

然后进行锁模、注塑、保压、冷却、启模完成注塑成型；其中，注塑、保压、冷却、储料、开闭模为一个循环周期，所述循环周期：≥90S；

其中，闭模压力≥100T；

其中，注塑采用三级注塑工艺，其具体工艺参数为：

所述保压工艺的具体工艺参数为：

所述冷却过程的冷却时间为≥40S。

（3）切水口：将注塑成型后的产品从模腔中取出，使用切水口机去除毛边，达到符合生产图纸和产品技术的要求；

（4）检验测试: 将合格的产品入库。

本发明所述的重载铁路用弹性垫板的物理性能见表1：

表1

静刚度；铁垫板下弹性垫板的静刚度为50kN/mm±10kN/mm。

动静刚度比：铁垫板下弹性垫板的动静刚度比不大于2.0。

疲劳性能：铁垫板下弹性垫板经300万次疲劳试验后，静刚度变化率不大于30%。

在铁道部下发的铁垫板下弹性垫板的静刚度指标为40-60 kN/mm，所述静刚度的计算方法为：

，

其中：  ——  向被测铁垫板下弹性垫板施加的最小荷载，20 kN；

  ——  向被测铁垫板下弹性垫板施加的最大荷载，90 kN；

  ——  被测弹性板在加载至时的位移，mm；

  ——  被测弹性板在加载至时的位移，mm；

 ——  静刚度，kN/mm。

铁垫板下弹性垫板的厚度也有严格的要求，在厚度较小的情况下，需要采用硬度较高的TPEE，所采用的材料的硬度越高，和则越小，其中和一方面和材料本身的硬度有关，另一方面和弹性垫板的接触面积有关，因此需要将弹性垫板设置成阶梯状，通过改变其在不同压力下的接触面积不同，来到达静刚度的要求。

本发明通过设置两侧向中央渐低的阶梯状锥台区，可以设置两节以上的阶梯刚度，可以通过控制每个高度的锥台区来控制弹性垫板的静刚度。由于国产的TPEE硬度稳定性差，本发明所述的弹性垫板的结构能够适应不同硬度的TPEE材料，即适应材料的硬度变化范围较宽们能够保证产品的稳定性和合格率高，并且能够在试验过程中不断的调整模具来改变不同高度的锥台区的接触面积，直至达到和材料硬度相匹配的接触面积。以附图1所示的两节刚度的弹性垫板为例，在开设模具的时候，使两侧第二锥台区20的接触面积较小，中央区域的第一锥台区10的接触面积较大，这样W2则会较大，在试验过程中，根据材料的硬度和试验数据，可以不断的对模具用铣床加工，将第一锥台区10的凹槽加深，使其成为第二锥台区20的第二锥台201，这样就改变了第一锥台区10和第二锥台区20的接触面积的比例，从而改变了弹性垫板的静刚度，更好的适应材料的硬度。

根据不同硬度的TPEE，可设计不同的模具，使第一锥台区10和第二锥台区的棉结各不相同，使用方便，适应性强。

实施例3

如附图5和附图6所示的一种重载铁路用铁垫板下弹性垫板，其于实施例1的区别在于，用六棱锥台代替圆锥台，六棱锥台底边两两相接，形成蜂窝状结构。其制作工艺、作用原理以及技术效果与实施例1相同。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种重载铁路用弹性垫板，其包括垫板本体（1），所述垫板本体（1）的正反面上设置有若干圆锥台或六棱锥台，其中，垫板本体（1）正面的圆锥台或六棱锥台与反面的圆锥台或六棱锥台交替错位设置；

其特征在于：所述垫板本体（1）的正面和/或反面上的圆锥台或六棱锥台由中央向两侧依次形成高度呈阶梯状渐高的锥台区，所述锥台区左右对称设置。

2.根据权利要求1所述的一种重载铁路用弹性垫板，其特征在于：所述的圆锥台底面圆的半径相等，所述的六棱锥台底面为正六边形，且各六棱锥台的底边相等。

3.根据权利要求1或2所述的一种重载铁路用弹性垫板，其特征在于：相邻的圆锥台底面圆相切或相交，相邻的两六棱锥台共用一个底边。

4.根据权利要求3所述的一种重载铁路用弹性垫板，其特征在于：所述的垫板本体（1）的四周为半圆锥台（100）或半六棱锥台，所述半圆锥台（100）或半六棱锥台与其所在锥台区的圆锥台或六棱锥台高度相等。

5.根据权利要求1所述的一种重载铁路用弹性垫板，其特征在于：所述的弹性垫板采用质地和硬度均一的热塑性聚酯弹性体材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种重载铁路用弹性垫板，其特征在于：所述的锥台区包括位于所述垫板本体（1）中央的第一锥台区（10）和对称设置于所述第一锥台区（10）左右两侧的第二锥台区（20），位于所述第一锥台区（10）中的第一锥台（101）高度小于位于所述第二锥台区（20）中的第二锥台（201）。

7.根据权利要求1所述的一种重载铁路用弹性垫板，其特征在于：所述的锥台区包括位于所述垫板本体（1）中央的第一锥台区（10）以及对称设置于所述第一锥台区（10）左右两侧的第二锥台区（20）和第三锥台区（30），位于所述第一锥台区（10）中的第一锥台（101）高度小于位于所述第二锥台区（20）中的第二锥台（201）；位于所述第二锥台区（20）中的第二锥台（201）高度小于位于所述第三锥台区（30）中的第三锥台（301）。

8.根据权利要求1所述的一种重载铁路用弹性垫板，其特征在于：三个或四个所述的圆锥台围成一个凹陷部（200），所述凹陷部（200）的相反面对应设置有圆锥台。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的一种重载铁路用弹性垫板的生产工艺，其特征在于：其包括如下步骤：

（1）原料干燥处理：采用烘干设备进行烘干，烘干温度为80℃-100℃，保证原材料满足注塑成型要求，即水含量≤0.2％；

（2）注塑成型：采用注塑机进行注塑成型，将干燥处理后的原料加入到注塑机的料筒内进行加热处理，料筒内从加料处到喷嘴处的温度分为八段，加热温度分别是：一段215±10℃ 、二段230±10℃ 、三段235±10℃ 、四段230±10℃、五段225±10℃、 六段220±10℃ 、七段215±10℃ 、八段210±10℃；

然后进行锁模、注塑、保压、冷却、启模完成注塑成型；

（3）切水口：将注塑成型后的产品从模腔中取出，使用切水口机去除毛边，达到符合生产图纸和产品技术的要求；

（4）检验测试: 将合格的产品入库。

10.根据权利要求9所述的一种重载铁路用弹性垫板的生产工艺，其特征在于：在步骤（2）中

所述锁模的压力≥100T；

其中，注塑采用三级注塑工艺，其具体工艺参数为：

所述保压工艺的具体工艺参数为：

所述冷却过程的冷却时间为≥40S。