CN104947552A - 复合结构重载弹性垫板及其设计方法 - Google Patents

Abstract

复合结构重载弹性垫板，包括骨架层和包覆层，骨架层设置在包覆层内，骨架层由中间部分的平板和平板左右两侧的曲折板组成，平板上具有通孔，包覆层内表面具有与曲折板相对应的曲折面使包覆包的内表面贴覆在曲折板表面上，骨架层为热塑性聚酯弹性体，包覆层为橡胶，通孔被橡胶填满，通孔所在位置对应的包覆层的外表面设有凹坑。本发明的复合结构重载弹性垫板，在提高垫板的承载能力和压变特性，降低其在疲劳承载中的刚度变化率的基础上提高重载弹性垫板的水平刚度，延长重载弹性垫板的使用寿命，提高轨道扣件系统的可靠性。本发明还提供复合结构重载弹性垫板的设计方法，根据轨道的运行速度和载重重量设计重载弹性垫板。

Description

复合结构重载弹性垫板及其设计方法

技术领域

本发明涉及轨道扣件系统中所使用的重载弹性垫板，是用来保持同一轨道上的两条钢轨距离相等，以及降低轨道振动，保持路基不受列车或负载的影响的安全部件，特别涉及复合结构重载弹性垫板。还发明还涉及复合结构重载弹性垫板的设计方法。

背景技术

重载弹性垫板是重载轨道扣件系统中最为关键的部件之一，是用来保持同一轨道上的两条钢轨距离相等，以及安全和信号系统状态良好的安全部件。重载弹性垫板还可以大幅度地降低轨道振动，保持路基不受列车或负载的影响，提高列车运行的平稳性。现有的重载弹性垫板多采用单一材料制造，依靠单一材料的压缩变形承载，在动态垂向载荷下易产生较大的永久压缩变形，从而导致产品刚度变化率较大，整个扣件系统减振性能下降，振动加剧，扣件系统中部件磨损加剧，即缩短扣件系统的使用寿命也给重载轨道运输系统带来了大量的养护和维修工作。

申请号为201420706929.1，名称为“铁轨用重载垫板”的实用新型专利，公开了一种铁轨用重载垫板，包括里层和包覆层，所述的包覆层包裹在里层的外表面，所述的里层由热塑性弹性体制成，所述的包覆层由橡胶制成，所述的里层的硬度大于包覆层的硬度。上述实用新型专利通过里层的热塑性弹性体提高了重载垫板的承能力，通过包覆层的橡胶的弹性回复能力减小重载垫板在动态垂向载荷下的永久压缩变形率，然而上述的重载垫板只注重满足垂向承载要求，在列车运行过程中，重载垫板受到水平方向的剪切力还需满足水平承载要求，重载垫板的水平方向刚度过小，里层与包覆层的粘结强度不足，在横向剪切力的作用下容易出现横向相对滑动，损伤重载垫板，缩短其使用寿命，再者，水平刚度过小，垫板受到水平载荷后回弹力不足，容易导致与垫板接触的铁垫板与轨道之间发生相对移动，加速铁垫板的磨损，导致扣件系统的松动，给列车运行带来安全隐患。

近几年来，重载铁路得到了快速发展。随着铁路运行速度的提高和载重重量的增加，轮轨动力效应加剧，轨道扣件系统承载条件越来越恶劣，因此对轨道扣件系统的要求也不断提高。根据轨道的运行速度和载重重量设计出与轨道配装的扣件系统中的弹性垫板的承载能力、永久压缩变形率、垂向刚度、水平刚度以及垫板的整体载承刚度可有效的延长弹性垫板的使用寿命 ，从而延长扣件系统的使用寿命，减轻重载轨道运输系统的养护和维修工作量。

发明内容

本发明提供一种复合结构重载弹性垫板，在提高垫板的承载能力和压变特性，降低其在疲劳承载中的刚度变化率的基础上提高重载弹性垫板的水平刚度，延长重载弹性垫板的使用寿命，提高轨道扣件系统的可靠性。本发明还提供复合结构重载弹性垫板的设计方法，根据轨道的运行速度和载重重量设计重载弹性垫板，从而延长扣件系统的使用寿命，减轻重载轨道运输系统的养护和维修工作量。

    为达到上述目的，本发明的技术方案是：复合结构重载弹性垫板，包括骨架层和包覆层，骨架层设置在包覆层内，其特征在于所述的骨架层由中间部分的平板和平板左右两侧的曲折板组成，所述的平板上具有通孔，所述的包覆层内表面具有与曲折板相对应的曲折面使所述的包覆包的内表面贴覆在曲折板表面上，所述的骨架层为热塑性聚酯弹性体，包覆层为橡胶，所述的通孔被橡胶填满，所述的通孔所在位置对应的包覆层的外表面设有凹坑。

    进一步的，所述的通孔在骨架层的中间部分的数量为多个且成矩形阵列或环形阵列分布。

    进一步的，所述的包覆层的外表面具有与曲折板相对应的曲折面。

    进一步的，所述的曲折板的上表面和下表面为锯齿面、波浪面、呈一定规律变化的曲面和无规律变化的曲面中的一种或几种连接组成。

    进一步的，填满所述的通孔的橡胶为液体橡胶。

    进一步的，所述的凹坑为球面型凹坑、倒圆台面凹坑、锥面凹坑和圆柱面凹坑中的一种或几种。

    进一步的，所述的曲折板边缘处为与所述的平板对齐的条板状。

    上述的复合结构重载弹性垫板的设计方法，根据轨道的运行速度和载重重量设计重载弹性垫板，包括：

（一）设计所述的骨架层上通孔的数量以及直径尺寸和凹坑的深度、内凹形状以及凹坑面的尺寸，调节所述的复合结构重载弹性垫板的垂向刚度；

（二） 设计所述的曲折板宽度、曲折面的形状和曲折的深度，调节所述的复合结构重载弹性垫板的横向向刚度和骨架层与包覆层在横向剪切载荷作用下的粘结强度；

（三）  设计骨架层与包覆层的厚度比例，调节所述的复合结构重载弹性垫板的承载能力和永久压缩变形率。

     进一步的，还包括设计骨架层中平板与曲折板的宽度比例，调节所述的复合结构重载弹性垫板在承载时的压缩变形率。

本发明的有益效果是：

一、本发明的复合结构重载弹性垫板中的骨架层为热塑性聚酯弹性体，利用热塑性聚酯弹性体的承载能力，提高重载弹性垫板的承载能力，满足重载铁路大载荷的要求。包覆层为橡胶，利用橡胶良好的回弹性能，提高了垫板的压变特性，降低了垫板在疲劳承载过程中的刚度变化率。

二、骨架层中的左右两则具有曲折板，包覆层内表面具有与曲折板相对应的曲折面使包覆包的内表面贴覆在曲折板表面上，当重载垫板受到水平剪切力时，曲折板与包覆层内表面的粘结强度更好，骨架层与包覆层不会发生相对水平滑动，有效的保护报重载弹性垫板不受损坏，延长了重载弹性垫板的使用寿命。曲折板提高了重载弹垫板的水平刚度，有效的减小了铁垫板的磨损，提高了轨道扣件系统的可靠性。

三、本发明还提供还复合结构重载弹性垫板的设计方法，根据轨道的运行速度和载重重量设计出与轨道配装的扣件系统中的弹性垫板的承载能力、永久压缩变形率、垂向刚度、水平刚度以及垫板的在承载时的压缩变形率，可有效的延长弹性垫板的使用寿命 ，从而延长扣件系统的使用寿命，减轻重载轨道运输系统的养护和维修工作量。

附图说明

图1为实施例中的复合结构重载弹性垫板立体示意图。

图2为骨架层的立体示意图。

图3为实施例中的复合结构重载弹性垫板的横截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做详细说明。

如图1至图3所示，复合结构重载弹性垫板，包括骨架层1和包覆层2，骨架层1设置在包覆层2内，所述的骨架层1由中间部分的平板11和平板11左右两侧的曲折板12组成，所述的平板11上具有通孔13，所述的包覆层2内表面具有与曲折板12相对应的曲折面使所述的包覆包12的内表面贴覆在曲折板12表面上，所述的骨架层1为热塑性聚酯弹性体，包覆层2为橡胶，所述的通孔11被橡胶填满，所述的通孔13所在位置对应的包覆层2的外表面设有凹坑21所述的凹坑21为球面型凹坑。所述的通孔13在骨架层1的中间部分的数量为多个且成矩形阵列。 所述的包覆层2的外表面具有与曲折板12相对应的曲折面。所述的曲折板12的上表面和下表面为波浪面，填满所述的通孔13的橡胶为液体橡胶。液体橡胶的流动性较好，在垫板承载时，通孔12的体积被压缩，液体橡胶从通孔13被挤压流出，在垫板设计时可通过调节橡胶的可流动空间大小来调节垫板的垂向刚度。所述的曲折板12边缘处为与所述的平板11对齐的条板状。

    上述的复合结构重载弹性垫板在承载时，骨架层1为热塑性聚酯弹性体，利用热塑性聚酯弹性体的承载强度大能力高的特性，提高重载弹性垫板的承载能力，满足重载铁路大载荷的要求。包覆层2为橡胶，利用橡胶良好的回弹性能，使得载弹性垫板在疲劳承载的过程中的永久压缩变形率减小，提高了垫板的压变特性，降低了垫板在疲劳承载过程中的刚度变化率。骨架层2中的左右两则具有曲折板12，包覆层2内表面具有与曲折板12相对应的曲折面使包覆包的内表面贴覆在曲折板表面上，随着车辆的运行，垫板不仅受到来自垂直方向压力也同时受到水平方向的横向剪切力，曲折板12与包覆层2的内表面贴覆，曲折板12与包覆层2内表面的粘结强度更好，当重载垫板受到水平剪切力时，骨架层1与包覆层2不会发生相对水平滑动，有效的保护报重载弹性垫板不受损坏，延长了重载弹性垫板的使用寿命。曲折板12提高了重载弹垫板的水平刚度，垫板的水平回弹力更好，减小了与垫板接触的铁垫板的磨损率，提高了轨道扣件系统的可靠性。

   上述的复合结构重载弹性垫板的设计方法，根据轨道的运行速度和载重重量设计重载弹性垫板，包括：

（一）设计所述的骨架层1上通孔13的数量以及直径尺寸和凹坑21的深度、内凹形状以及凹坑面的尺寸，调节所述的复合结构重载弹性垫板的垂向刚度；

（二）设计所述的曲折板12宽度、曲折面的形状和曲折的深度，调节所述的复合结构重载弹性垫板的横向向刚度和骨架层1与包覆层2在横向剪切载荷作用下的粘结强度；

（三）设计骨架层1与包覆层2的厚度比例，调节所述的复合结构重载弹性垫板的承载能力和永久压缩变形率。

还包括设计骨架层1中平板11与曲折板12的宽度比例，调节所述的复合结构重载弹性垫板在承载时的压缩变形率。调节平板11与曲折板12的宽度比例，即调节平板11与曲折板12分别对应的包覆层2的宽度比例，平板11与曲折板12对应的包覆层的橡胶量、包覆结构和承载时压缩变形率均不相同，因此调节平板11与曲折板12的宽度比例即可调节所述的复合结构重载弹性垫板在承载时整体的压缩变形率。

    以上所述的复合结构重载弹性垫板的设计方法，根据轨道的运行速度和载重重量设计出与轨道配装的扣件系统中的弹性垫板的承载能力、永久压缩变形率、垂向刚度、水平刚度以及垫板的在承载时的压缩变形率，可有效的延长弹性垫板的使用寿命 ，从而延长扣件系统的使用寿命，减轻重载轨道运输系统的养护和维修工作量。

以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.复合结构重载弹性垫板，包括骨架层（1）和包覆层（2），骨架层（1）设置在包覆层（2）内，其特征在于所述的骨架层（1）由中间部分的平板（11）和平板（11）左右两侧的曲折板（12）组成，所述的平板（11）上具有通孔（13），所述的包覆层（2）内表面具有与曲折板（12）相对应的曲折面使所述的包覆包（12）的内表面贴覆在曲折板（12）表面上，所述的骨架层（1）为热塑性聚酯弹性体，包覆层（2）为橡胶，所述的通孔（11）被橡胶填满，所述的通孔（13）所在位置对应的包覆层（2）的外表面设有凹坑（21）。

2.根据权利要求1所述的复合结构重载弹性垫板，其特征在于所述的通孔（13）在骨架层（1）的中间部分的数量为多个且成矩形阵列或环形阵列分布。

3.根据权利要求2所述的复合结构重载弹性垫板，其特征在于所述的包覆层（2）的外表面具有与曲折板（12）相对应的曲折面。

4.根据权利要求3所述的复合结构重载弹性垫板，其特征在于所述的曲折板（12）的上表面和下表面为锯齿面、波浪面、呈一定规律变化的曲面和无规律变化的曲面中的一种或几种连接组成。

5.根据权利要求4所述的复合结构重载弹性垫板，其特征在于填满所述的通孔（13）的橡胶为液体橡胶。

6.根据权利要求5所述的复合结构重载弹性垫板，其特征在于所述的凹坑（21）为球面型凹坑、倒圆台面凹坑、锥面凹坑和圆柱面凹坑中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的复合结构重载弹性垫板，其特征在于所述的曲折板（12）边缘处为与所述的平板（11）对齐的条板状。

8.权利要求1至权利要求7任一项所述的复合结构重载弹性垫板的设计方法，根据轨道的运行速度和载重重量设计重载弹性垫板，包括：

设计所述的骨架层（1）上通孔（13）的数量以及直径尺寸和凹坑（21）的深度、内凹形状以及凹坑面的尺寸，调节所述的复合结构重载弹性垫板的垂向刚度；

设计所述的曲折板（12）宽度、曲折面的形状和曲折的深度，调节所述的复合结构重载弹性垫板的横向向刚度和骨架层（1）与包覆层（2）在横向剪切载荷作用下的粘结强度；

设计骨架层（1）与包覆层（2）的厚度比例，调节所述的复合结构重载弹性垫板的承载能力和永久压缩变形率。

9. 根据权利要求8所述的复合结构重载弹性垫板的设计方法，其特征在于还包括设计骨架层（1）中平板（11）与曲折板（12）的宽度比例，调节所述的复合结构重载弹性垫板在承载时的压缩变形率。