CN105386371B9 - 斜口钢轨铁路 - Google Patents

Abstract

本发明的(IPC)国际专利分类号是B61B，用于各种铁路及轨道设施。铁路的轮轨之间撞击问题和钢轨热应力问题一直无法同时彻底解决。普通铁路解决了钢轨热应力问题，带来了轮轨之间撞击问题。无缝钢轨铁路能减少而不能消除轮轨之间撞击，能限制和控制而不能彻底解决钢轨热应力问题；既成倍提高了铁路修建成本，还有安全隐患。第三代斜口钢轨铁路采用小锐角斜向轨缝联接设计和预留纵向轨缝设计，能同时彻底解决轮轨之间撞击问题和钢轨热应力问题。斜平口钢轨兼容互补设计还能大幅度降低铁路建设与改造成本。本发明设计结构简单、安全可靠耐用、行车快速平稳安静、运营高效节能、易于建设改造、维修保养方便、成本优势明显、性能效益俱佳，推广应用价值极高。

Description

斜口钢轨铁路

一、技术领域

本发明的(IPC)国际专利分类号是B61B，归类于铁路系统；能广泛用于各种铁路及轨道设施。

二、背景技术

自从1825年英国建成世界第一条铁路至今，车轮与钢轨轨缝撞击问题和钢轨热应力问题一直都无法同时彻底解决。

标准钢轨铁路为解决钢轨热应力问题，是在钢轨之间预留轨缝，虽然解决了钢轨热应力问题，但却在铁路上人为造成了大量轨缝凹口，随之带来了车轮与钢轨轨缝撞击问题。轮轨之间的撞击，既明显加快了车轮和钢轨的损耗，还产生了令人讨厌的撞击震动和噪声；既明显增加了列车和铁路的维修与更换成本，还严重影响了旅客乘坐的舒适感和货物运输的安全性。

无缝钢轨铁路为解决轮轨之间撞击问题，是把标准钢轨焊接成几百米至几千米长的无缝钢轨或者使用超长无缝钢轨，虽然在无缝钢轨上能消除轮轨之间撞击，但在无缝钢轨之间仍有横向轨缝，所以无缝钢轨铁路只能减少而不能彻底消除轮轨之间撞击。

无缝钢轨铁路主要采用热应力式无缝线路设计来限制钢轨的热应力，就是使用高强度螺栓、扣板式扣件或弹条扣件等锁定钢轨，利用线路阻力限制无缝钢轨的自由伸缩；或者采用放散热应力式无缝线路设计来减少和控制钢轨的热应力；这两种方法都只能在一定范围内限制和控制钢轨的热应力，一旦限控热应力的某个环节出现问题(如钢轨锁定环节)，或者环境温度的变化超出设计范围(如出现极端天气)，就会出现拉断钢轨焊缝或胀轨的事故。无缝钢轨铁路需要焊接和锁定钢轨，钢轨焊缝、钢轨紧固件、枕木和路基的质量对铁路安全的影响更大，不确定因素更多，故障概率更高；无缝钢轨长度更长，热应力更大，每条钢轨上的附件更多，不确定因素更多，故障概率也更高；在高温差地区，钢轨热应力的变化幅度更大，钢轨焊缝、钢轨紧固件、枕木和路基的受力强度更高，不确定因素更多，安全隐患必然更大；无缝钢轨铁路对线路稳定性的要求更高，地质条件变化因素、气候条件变化因素和自然灾害因素对铁路安全的影响都更大；此外，无缝钢轨铁路在使用中还存在着焊缝质量不稳定、断头率偏高的问题。因此，无缝钢轨铁路既没有彻底解决钢轨热应力问题，还留下了安全隐患。

无缝钢轨铁路需要焊接和锁定钢轨，明显提高了钢轨焊缝、钢轨紧固件、枕木和路基的质量要求及施工难度，因而成倍提高了铁路的建设与维修成本；无缝钢轨更长，还需要现场焊接，需要大型的铺路装备和更多的技术人员配合工作，也提高了铁路建设的装备成本和人工成本；无缝钢轨更长，也增加了钢轨的生产与运输成本；无缝线路维修与保养的难度和要求都更高，也明显增加了维修与保养的成本。因此，无缝钢轨铁路的建设与维修成本都很高。

综上所述，标准钢轨铁路解决了钢轨热应力问题，随之带来了轮轨之间撞击问题；无缝钢轨铁路既不能彻底消除轮轨之间的撞击，还成倍提高了建设与维修成本；既不能彻底解决钢轨热应力问题，还留下了安全隐患；无论是无缝钢轨铁路还是标准钢轨铁路，都不能同时彻底解决轮轨之间撞击问题和钢轨热应力问题。

三、发明内容

斜口钢轨铁路采用小锐角斜向轨缝联接设计和预留纵向轨缝设计，能同时彻底解决车轮与钢轨轨缝撞击问题和钢轨热应力问题。斜口钢轨铁路还采用斜平口钢轨兼容互补设计，能大幅度降低斜口钢轨铁路的建设与改造成本。

斜口钢轨铁路采用小锐角斜向轨缝联接设计，能彻底消除车轮与钢轨轨缝之间的撞击；既能明显降低列车和铁路的维修与更换成本，还能明显减少列车的行驶阻力、震动和噪声，还能进一步提高车速和降低能耗。采用小锐角斜向轨缝联接设计还能成倍提高铁路的热应力调节性能，能使斜口钢轨铁路正常工作在各种温差(如沙漠)地区。

斜口钢轨铁路同时采用了预留纵向轨缝设计，不需要限制和锁定钢轨就能彻底解决钢轨热应力问题；既能全面提高铁路的安全性和可靠性，还能明显降低铁路建设与维修的技术难度。斜口钢轨铁路不需要焊接、限制和锁定钢轨，能按照标准钢轨铁路的技术标准和质量要求进行修建，既能彻底消除断轨和胀轨安全隐患，还能明显提高铁路建设与维修的效率，还能成倍降低铁路建设与维修的成本。

斜口钢轨铁路还采用了斜平口钢轨兼容互补设计，能继续利用现有设备和技术生产标准斜口钢轨，能将现有的标准钢轨改造成斜口钢轨继续使用，能将端口磨损而报废的标准钢轨改造成斜口钢轨废物利用，能继续使用现有枕木和线路配件；既能避免更换钢轨、枕木、线路配件及生产设备所造成的既往巨额投资浪费，还能避免巨额的重新投资。采用斜平口钢轨兼容互补设计，标准斜口钢轨能与斜口改造的标准钢轨兼容互补，能按照“局部间隔更换”和“间隔更换”方式在线路上直接改造各种无缝钢轨铁路和标准钢轨铁路，还能成倍降低现有铁路的改造成本。

斜口钢轨铁路同时彻底解决了制约铁路发展190年的两大技术难题，全面提高了铁路的技术性能，为铁路的升级换代奠定了技术基础；斜口钢轨铁路设计结构简单、易于建设改造、施工方法灵活、成本优势明显，为斜口钢轨铁路的大规模建设与改造创造了有利条件；斜口钢轨铁路安全可靠耐用、行车快速平稳安静、维修保养方便，为铁路的高效率运转和高效益运营提供了技术保障；斜口钢轨铁路的性能和效益俱佳，推广应用价值极高。

(一)技术方案

1、轮轨之间撞击的消除

要解决轮轨之间撞击的问题，必须了解撞击产生的原因，再设法消除撞击产生的条件。

(1)车轮与钢轨之间不撞击的基本条件

列车在铁路上行驶时，车轮是在钢轨的轨道平面上连续滚动的；列车刹车时，车轮是在钢轨的轨道平面上滑动的；只要铁路的轨道平面保持连续和平滑，只要列车的车轮踏面保持圆滑，车轮与钢轨之间就不会产生撞击。

(2)平口钢轨铁路产生轮轨撞击的原因

标准钢轨铁路和无缝钢轨铁路上的钢轨都是平口，为了便于对比和说明，以下将标准钢轨联接处和无缝钢轨联接处统称为平口钢轨联接处，将标准钢轨铁路和无缝钢轨铁路统称为平口钢轨铁路。

①车轮与平口钢轨轨缝撞击的原因

火车的圆形车轮有一定宽度和弧度，当车轮在钢轨上滚动(行驶)或者滑动(刹车)时，只有车轮轮轴垂线下方极窄的横向踏面与轨道平面接触；在标准钢轨铁路和由标准钢轨焊接而成的无缝钢轨铁路上，钢轨联接处的轨缝都是横向凹口，当车轮滚动到钢轨轨缝凹口时，由于车轮的横向踏面无法得到横向轨缝凹口的支撑，车轮就会在车厢压力(垂直向下)与机车牵引力(向前)形成合力的作用下向前下方跌落，随之就会与轨缝凹口前方钢轨始端的棱角发生撞击。由于列车很重，行驶的速度较快，车轮踏面与轨缝凹口两端钢轨棱角的相互作用力巨大，车轮踏面在压过轨缝凹口一端棱角和撞击轨缝凹口另一端棱角时，就会产生两次明显的震动和较大的“咔、嚓”响声，巨大的冲击力就会对车轮踏面和轨缝凹口两端的钢轨棱角造成损害。

从理论上讲，列车的重量越大，行驶的速度越快，车轮与钢轨轨缝凹口两端棱角的相互作用力就越大，碰撞产生的震动就越大，车轮、钢轨和铁路附件受损害的程度就越严重；铁路上的轨缝凹口越多，车轮与钢轨端口撞击的次数就越多，损耗就越严重。

②平口钢轨联接处的受力转换过程

平口钢轨联接处的受力转换过程如图1所示，图1由平口钢轨联接处轨道平面俯视图和与之上下对应的直角坐标系组成。

在平口钢轨联接处轨道平面俯视图中，两个扁长的矩形就是相邻两条标准钢轨的轨道平面，其中A点是平口钢轨联接处左侧标准钢轨的端点，B点是平口钢轨联接处右侧标准钢轨的端点，AB之间就是平口钢轨联接处的横向轨缝宽度。

在直角坐标系中标出的是平口钢轨联接处左、右两条标准钢轨的受力转换过程，其中0～ A区间是平口钢轨联接处左侧标准钢轨的受力过程，B之后的区间是平口钢轨联接处右侧标准钢轨的受力过程，直角坐标系中的纵轴W1代表钢轨受力的大小，横轴t代表时间。

可以看出：在车轮通过平口钢轨联接处的过程中，在A点，左侧标准钢轨的受力是从承受车轮全部压力瞬间降到零的；在B点，右侧标准钢轨的受力是从零突然上升到最大值的，右侧标准钢轨的B端点在瞬间突然受到了车轮压力与机车牵引力所形成合力的巨大冲击，合力的大小明显大于车轮的压力，合力的方向指向列车前进方向的前下方(合力的大小和方向可以用矢量图准确标出)；在车轮通过B点之后，右侧标准钢轨的受力恢复正常，就等于车轮的全部压力(方向垂直向下)；在平口钢轨联接处的A点和B点之间，由于相邻的标准钢轨之间出现了轨缝缺口，既导致了钢轨支撑力的急剧波动(突然消失又突然恢复)，也导致了平口钢轨联接处受力转换过程的突然间断和受力大小的极值起伏，也就必然导致车轮与平口钢轨联接处产生撞击并引起震动。

(3)斜口钢轨铁路消除轮轨撞击的原理

钢轨是长条状结构，钢轨的轨道平面及两侧边线都与钢轨的延长线平行；为便于斜口钢轨的设计参照与说明，以下将钢轨轨道平面上(与轨道平面两侧边线平行并且等距离)的中心线设定为钢轨纵轴线。

①斜向轨缝能消除轮轨之间的撞击

我们已经知道，当列车的车轮在钢轨上滚动(行驶)或者滑动(刹车)时，只有车轮轮轴垂线下方极窄的横向踏面与钢轨的轨道平面接触；平口钢轨铁路的车轮与钢轨轨缝撞击问题，就是因为车轮的横向踏面无法得到横向轨缝凹口的支撑而造成的。因此，消除钢轨联接处的横向轨缝凹口是解决车轮与钢轨轨缝撞击问题的关键。

如果将钢轨两端的横向直角切割(钢轨端口的切割面与钢轨轨底所在平面垂直、与钢轨纵轴线垂直)改为斜向切割(钢轨端口的切割面与钢轨轨底所在平面垂直、与钢轨纵轴线不垂直)，就可以将钢轨联接处的横向轨缝转变成斜向轨缝(钢轨之间的轨缝与钢轨纵轴线不垂直)，就能消除钢轨联接处轨道平面上的横向贯通凹口，车轮的横向踏面在通过斜口钢轨联接处交错联接的轨道平面时就不会向下坠落，车轮与钢轨轨缝之间的撞击就可以消除。

为确保所有的车轮都能顺利通过斜口钢轨联接处，还必须确保斜口钢轨联接处轨道平面的平滑和无阻碍。因此，斜口钢轨铁路上钢轨的型号、规格、材质和相邻斜口钢轨的切割角度都必须相同，还必须将相邻的斜口钢轨交错联接并固定安装在同一平面和同一纵轴线上。

如果将钢轨联接处的轨缝设计成交错契合的斜+斜组合轨缝或者纵+斜组合轨缝，虽然也能消除钢轨联接处的横向轨缝凹口，但就会破坏钢轨联接处受力转换的线性过程和钢轨的承重结构，还会增加钢轨生产与安装的难度，还会降低铁路的热应力调节性能。因此，此类组合轨缝设计与单一斜向轨缝设计相比都相形见绌。

综上所述，将钢轨两端的横向直角切割改为斜向切割，也就是将钢轨两端的平口改成能交错联接的斜口，就可以将钢轨联接处的横向轨缝转变成斜向轨缝，就可以消除钢轨联接处轨道平面上的横向轨缝凹口，车轮的横向踏面在通过斜口钢轨联接处的轨道平面时就不会向下坠落，车轮与钢轨轨缝之间的撞击就可以消除。

②斜口钢轨联接处的受力转换过程

斜口钢轨联接处的受力转换过程如图2所示。

图2由图2(a)、图2(b)、图2(c)和图2(d)四组分图组成，四组分图都是由斜口钢轨联接处的轨道平面俯视图和与之上下对应的直角坐标系组成。

在四组分图中，虽然斜口钢轨的切割角(钢轨端口的切割面与钢轨纵轴线之间的最小夹角)和切割方向各不相同，但为了进行研究结果的对比，在四组斜口钢轨联接处轨道平面的俯视图中，D点都是斜口钢轨联接处右侧斜口钢轨的端点，E点都是斜口钢轨联接处的中心点， F点都是斜口钢轨联接处左侧斜口钢轨的端点，C点和G点之间都是两条斜口钢轨的联接区域， D点和F点之间都是两条斜口钢轨的重合区域和同时受力区域。

在四组分图中，分别与轨道平面俯视图上下对应的直角坐标系中标出的都是斜口钢轨联接处两条斜口钢轨的受力转换过程，其中较细的实线都是斜口钢轨联接处左侧斜口钢轨的受力过程，较粗的实线都是斜口钢轨联接处右侧斜口钢轨的受力过程；为了便于研究结果的对比，车轮都是以相同压力和相同速度通过四组分图中的斜口钢轨联接处；直角坐标系中的纵轴W2都代表钢轨受力大小，横轴t都代表时间。

在四组分图中，图2(a)和图2(b)中的斜口钢轨切割角完全相同，斜口切割方向相反；图 2(a)中的斜口钢轨是(以钢轨纵轴线为基准)逆时针的小锐角切割方向，图2(b)中的斜口钢轨是(以钢轨纵轴线为基准)顺时针的小锐角切割方向。通过对比图2(a)和图2(b)中的斜口钢轨受力转换过程，可以了解斜口钢轨联接处的受力转换过程是否受到钢轨斜口方向改变的影响；进而可以了解斜口钢轨铁路是否具有双向通行能力。

在四组分图中，图2(a)、图2(c)和图2(d)三组分图中斜口钢轨的斜口方向都是(以钢轨纵轴线为基准)逆时针的锐角切割方向，但三组分图中斜口钢轨的切割角不同；其中图2(d) 中斜口钢轨的切割角最大，图2(a)中斜口钢轨的切割角较大，图2(c)中斜口钢轨的切割角最小。通过对比图2(a)、图2(c)和图2(d)中的斜口钢轨受力转换过程，可以了解斜口钢轨的切割角对斜口钢轨联接处的受力转换过程是否有影响。

A、斜口钢轨联接处的受力转换过程

下面以图2(a)为例分析斜口钢轨联接处的受力转换过程：

在图2(a)中：当车轮进入斜口钢轨联接处的D点之前时，车轮的压力全部由左侧的斜口钢轨承担；当车轮进入斜口钢轨联接处DE之间的区段时，车轮的主要压力仍由左侧的斜口钢轨承担，并逐渐向右侧的斜口钢轨过渡和转移；当车轮到达斜口钢轨联接处的中心E点时，交叉重合的两根斜口钢轨同时承重，各自承受车轮压力的一半；当车轮进入斜口钢轨联接处的EF区段时，车轮的压力就由两根斜口钢轨承重相同逐渐向以右侧斜口钢轨承重为主过渡和转移；当车轮通过斜口钢轨联接处的F点之后，车轮的压力已经全部转移到右侧的斜口钢轨之上。

从图2(a)中的直角坐标系上可以看出：在车轮从斜口钢轨联接处的D点到F点的过程中，左侧斜口钢轨的受力过程是从承受车轮的全部压力开始线性缓慢下降到零的，而右侧斜口钢轨的受力过程是从零开始线性缓慢上升到承受车轮的全部压力的；相邻两条斜口钢轨承受车轮压力的合力则是线性和稳定不变的；所以车轮与斜口钢轨联接处之间不会产生撞击和震动。

按照相同方法，就可以在另外三组分图中的直角坐标系上分别标出斜口钢轨联接处相邻斜口钢轨的受力转换过程，如图2(b)、图2(c)和图2(d)所示，由于三组分图中斜口钢轨的受力转换过程与图2(a)基本相同，此处不再重复说明。

B、在斜口钢轨切割角相同、斜口切割方向相反时，斜口钢轨联接处的受力转换过程对比分析

将图2(a)和图2(b)进行对比可以看出：

在斜口钢轨切割角完全相同、斜口切割方向相反时，斜口钢轨联接处两条斜口钢轨的受力转换过程都发生在两条斜口钢轨的斜口重合区域，两条斜口钢轨的受力转换过程都是保持线性，两条斜口钢轨承受车轮压力的合力都是线性和稳定不变的，两条斜口钢轨的受力转换过程和受力大小都完全相同。因此，斜口钢轨联接处的受力转换过程与斜口钢轨的切割方向无关。

由于斜口钢轨联接处的受力转换过程与斜口钢轨的切割方向无关，列车行驶方向的改变就不会影响斜口钢轨联接处的受力转换过程。因此，斜口钢轨铁路具有双向通行的能力。

C、在斜口钢轨斜口方向基本相同、斜口切割角不同时，斜口钢轨联接处的受力转换过程对比分析

将图2(a)、图2(c)和图2(d)三组分图进行对比可以看出：

在斜口钢轨斜口方向基本相同、斜口切割角不同时，在斜口钢轨联接处两条斜口钢轨的受力转换过程都发生在两条斜口钢轨的斜口交错重合区域，相邻两条斜口钢轨的受力转换过程都是保持线性，相邻两条斜口钢轨承受车轮压力的合力都是线性和稳定不变的，所以车轮与斜口钢轨联接处之间都不会产生撞击和震动；但随着斜口钢轨的切割角由大逐渐变小(钢轨端口切割面与钢轨纵轴线之间的最小夹角由大变小)，相邻两条斜口钢轨受力转换的时间过程就会逐渐延长，相邻两条斜口钢轨受力大小的线性变化率就会逐渐变小。因此，斜口钢轨联接处的受力转换过程与斜口钢轨的切割角有关，斜口钢轨联接处受力转换的时间过程与斜口钢轨的切割角成反比关系，斜口钢轨受力大小的线性变化率与斜口钢轨的切割角成正比关系。

D、在斜口钢轨轨道平面受力宽度改变和受力区域位置改变时，斜口钢轨联接处的受力转换过程对比分析

研究此问题的目的是了解斜口钢轨铁路是否具有良好的通行性。

如果列车分别在钢轨型号不同的铁路上行驶时，或者车轮踏面宽度不同的列车在同一条铁路上行驶时，或者车头与车厢的车轮踏面宽度不同时，或者不同车厢上车轮的磨损程度不同时，就会在斜口钢轨联接处出现轨道平面受力宽度改变或受力区域位置改变的情况。

在轨道平面受力宽度改变和受力区域位置改变的斜口钢轨联接处，相邻斜口钢轨的受力转换过程都发生在与车轮横向踏面有效接触的轨道平面上的带状延长面上，而且是在带状延长面上两条斜口钢轨的斜口交错重合区段，其实际效果就等同于斜口钢轨切割角不变、轨道平面宽度的改变或者斜口钢轨切割角不变、斜口钢轨联接处的位置改变。因此，按照与图2 相同的分析方法，将钢轨切割角相同、轨道平面宽度不同的斜口钢轨联接处的受力转换过程进行对比分析，或者将钢轨切割角相同、轨道平面受力区域位置改变前后的、斜口钢轨联接处的受力转换过程进行对比分析即可。

在斜口钢轨切割角相同、轨道平面受力宽度改变时(受力转换过程对比图省略)，斜口钢轨联接处相邻两条斜口钢轨的受力转换过程都是保持线性，相邻两条斜口钢轨的受力大小都完全相同，相邻两条斜口钢轨承受车轮压力的合力都是线性和稳定不变的，所以车轮与斜口钢轨联接处之间都不会产生撞击和震动。但随着斜口钢轨联接处轨道平面的宽度由窄变宽(或由宽变窄)，相邻两条斜口钢轨受力转换的时间过程就会略微延长(或缩短)，相邻两条斜口钢轨受力大小的线性变化率也会略微变小(或变大)；所以斜口钢轨联接处的受力转换过程与轨道平面的宽度有关，斜口钢轨联接处受力转换的时间过程与轨道平面的宽度成正比关系，斜口钢轨受力大小的线性变化率与轨道平面的宽度成反比关系。

在斜口钢轨切割角相同、轨道平面受力宽度相同、受力区域位置改变时(受力转换过程对比图省略)，斜口钢轨联接处相邻两条斜口钢轨的受力转换过程都完全相同；由于斜口钢轨受力转换的过程都发生在相邻斜口钢轨的斜口交错重合区段，随着轨道平面受力区域位置在轨道平面上的横向位移，相邻斜口钢轨的斜口交错重合位置也会在轨道平面上发生纵向位移，斜口钢轨受力转换的起始位置也会受钢轨斜口方向、列车行驶方向和受力区域位置改变的影响而提前或延迟。

在斜口钢轨切割角相同、轨道平面受力宽度和受力位置都改变时(受力转换过程对比图省略)，斜口钢轨联接处相邻两条斜口钢轨的受力转换过程都是保持线性，相邻两条斜口钢轨的受力大小都完全相同，相邻两条斜口钢轨承受车轮压力的合力都是线性和稳定不变的，所以车轮与斜口钢轨联接处之间也不会产生撞击和震动；随着斜口钢轨联接处轨道平面的宽度由窄变宽(或由宽变窄)，相邻两条斜口钢轨受力转换的时间过程就会略微延长(或缩短)，相邻两条斜口钢轨受力大小的线性变化率也会略微变小(或变大)；随着斜口钢轨联接处轨道平面受力位置的改变，斜口钢轨受力转换的起始位置也会略微提前或者延迟。

综上所述，轨道平面受力宽度的变化和受力区域的位置改变都不影响斜口钢轨联接处的防轮轨撞击性能，而且轨道平面受力宽度的变化和受力区域的位置改变都受到轨道平面宽度的限制而影响甚微，轨道平面受力宽度的改变只能略微增加或减少斜口钢轨联接处的受力转换时间过程和斜口钢轨受力大小的线性变化率，轨道平面受力区域的位置改变只能略微提前或者延迟斜口钢轨联接处受力转换过程的起始位置。因此，斜口钢轨铁路具有良好的通行性。

综上所述可以得出结论1：

(1)将钢轨两端的横向直角切割改为斜向切割(钢轨端口切割面与钢轨轨底所在平面垂直、与钢轨纵轴线不垂直)，就可以将钢轨联接处的横向轨缝转变成斜向轨缝(钢轨之间的轨缝与钢轨纵轴线不垂直)，当车轮通过斜口钢轨联接处时，斜口钢轨联接处既能确保相邻两根斜口钢轨承重受力过程的线性逐渐过渡和平稳转移，还能使相邻两根斜口钢轨承受压力的合力始终保持线性和稳定不变，车轮与斜口钢轨联接处之间就不会产生撞击和震动。

(2)斜口钢轨联接处的受力转换过程与斜口钢轨的切割方向无关，斜口钢轨铁路具有双向通行能力。

(3)斜口钢轨联接处的受力转换过程与斜口钢轨的切割角(钢轨端口的切割面与钢轨纵轴线之间的最小夹角)有关，斜口钢轨联接处受力转换的时间过程与斜口钢轨的切割角成反比关系，斜口钢轨受力大小的线性变化率与斜口钢轨的切割角成正比关系。

(4)斜口钢轨联接处轨道平面受力宽度的改变和受力区域的位置改变都不影响斜口钢轨铁路的防轮轨撞击性能，斜口钢轨铁路具有良好的通行性；斜口钢轨联接处的受力转换过程与轨道平面的受力宽度有关，斜口钢轨联接处受力转换的时间过程与轨道平面的受力宽度成正比关系，斜口钢轨受力大小的线性变化率与轨道平面的受力宽度成反比关系；斜口钢轨联接处轨道平面受力区域的位置改变，不影响斜口钢轨联接处的受力转换过程，只能略微提前或者延迟受力转换过程的起始位置。

2、解决钢轨热应力问题

斜口钢轨铁路采用预留纵向轨缝设计解决钢轨热应力问题。

斜口钢轨铁路采用预留纵向轨缝设计，在相邻的斜口钢轨之间都预留有一定宽度的纵向轨缝间隙，当斜口钢轨的长度随着温度的升降变化产生伸缩时，斜口钢轨可以在预留的纵向轨缝间隙之间沿着钢轨的纵轴线自由伸缩，使钢轨的热应力得到完全释放；由于斜口钢轨之间既无焊接又有纵向轨缝间隙，当然就不会出现断轨和胀轨的问题。因此，斜口钢轨铁路可以不留隐患的解决钢轨热应力问题。

采用预留纵向轨缝设计可以完全释放钢轨的热应力，不需要限制和锁定钢轨就能彻底解决钢轨热应力问题；既可以消除安全隐患，还可以成倍降低铁路的建设与维修成本。

斜口钢轨铁路同时采用了斜向轨缝联接设计和预留纵向轨缝设计，在斜口钢轨铁路的钢轨联接处，既有纵向的预留轨缝间隙，也有较长的斜向轨缝。

3、钢轨切割角优化设计

我们已经知道，斜口钢轨联接处受力转换的时间过程与斜口钢轨的切割角成反比关系，斜口钢轨受力大小的线性变化率与斜口钢轨的切割角成正比关系。因此，有必要深入研究钢轨切割角的变化对斜口钢轨铁路防轮轨撞击性能和热应力调节性能的影响程度。

由于斜口钢轨联接处的受力转换过程与斜口钢轨的切割方向无关，为了便于研究结果的对比，在本文中除了特殊说明之外，都以钢轨端口切割面与钢轨纵轴线之间的逆时针锐角θ作为钢轨切割角。

(1)钢轨切割角对防撞性能影响

图3是五种锐角切割的斜口钢轨联接俯视图。

从图3可以看出：

A、在钢轨预留斜向轨缝的宽度相同时，如果钢轨的切割角(在0°～90°范围内)由大逐渐变小，在钢轨联接处轨道平面上(黑色粗线包围区域)形成的横向轨缝缺口长度也会由长逐渐变短(如虚线经过的轨缝空白区域所示)，在钢轨联接处轨道平面上形成横向贯通缺口的概率也越来越小，车轮与钢轨轨缝发生碰撞的概率就越来越低。

B、如果斜口钢轨的切割角(在0°～90°范围内)越大，斜口钢轨预留轨缝的宽度变化对钢轨轨缝横向缺口长度变化的影响就越大；如果斜口钢轨的切割角越小，斜口钢轨预留轨缝的宽度变化对钢轨轨缝横向缺口长度变化的影响就越小。

斜口钢轨切割角与钢轨轨缝横向缺口长度之间的准确关系如图4所示。

图4是斜口钢轨联接处轨道平面的俯视图，在图4中，∠θ是斜口钢轨的切割角，线段 AB和线段DC是斜口钢轨联接处两条斜口钢轨之间预留纵向轨缝的宽度，线段BE是斜口钢轨轨道平面的宽度，线段PC(与线段DC垂直)是斜口钢轨联接处横向缺口的宽度。

在直角△PCD中，∠PDC＝∠θ等于斜口钢轨的切割角，线段DC是斜口钢轨之间纵向轨缝的宽度，线段PC是斜口钢轨之间横向缺口的宽度。根据三角函数的定义，DC、PC和∠θ之间的关系是：

公式(1)：

变换公式(1)可以得出：

公式(2)：PC(横向缺口宽度)＝tanθ×DC(纵向轨缝宽度)

公式(3)：

我们知道，当90°＞θ＞0°时，tanθ＞0；当90°＞θ＞45°时，tanθ＞1。

由公式(2)可以看出：

A、当90°＞θ＞45°时，由于tanθ＞1，纵向轨缝的宽度(DC)变化对横向缺口长度(PC) 变化的影响就大；如果选择大锐角(90°＞θ＞45°)的斜口钢轨，虽然也能通过减少预留纵向轨缝宽度来消除轮轨之间的撞击，但会导致铁路热应力调节能力的明显下降，就只能选用长度更短的钢轨，斜口钢轨铁路就只能工作在温差更小的地区。

B、当45°＞θ＞0°时，由于tanθ＜1，纵向轨缝的宽度(DC)变化对横向缺口长度(PC) 变化的影响就小；在45°＞θ＞0°的区间，随着∠θ逐渐变小，横向轨缝的宽度(PC)也因为正切值的明显变小而迅速变小，车轮与钢轨轨缝产生碰撞的概率也就迅速降低，这就是斜口钢轨铁路尽量选择小锐角斜口钢轨的根本原因。

由公式(3)可以看出：

在横向轨缝的宽度(PC)不变时，如果斜口钢轨的切割角(θ)越小，纵向轨缝的宽度(DC) 会因为正切值的明显变小而明显变大。也就是说，在确保轮轨之间不碰撞(PC＜BE)的前提下，如果斜口钢轨的切割角越小，纵向轨缝的宽度变化对横向缺口长度变化的影响也就越小。

我们知道，在铁路建成之后，纵向轨缝的宽度变化主要是由钢轨热胀冷缩导致的；如果斜口钢轨纵向轨缝的宽度变化对横向缺口长度变化的影响越小，温度变化对斜口钢轨铁路防轮轨碰撞性能的影响也就越小，斜口钢轨铁路正常工作的温差范围就更大。

由此得出结论2：

如果斜口钢轨的切割角越小(钢轨端口的切割面与钢轨纵轴线之间的最小夹角越小)，斜向轨缝与钢轨纵轴线之间的最小夹角也越小，斜口钢轨铁路的防轮轨撞击性能就越好，热应力调节能力就越强，正常工作的温差范围就更大。

(2)钢轨切割角与热应力的关系

斜口钢轨铁路采用预留纵向轨缝的方式释放钢轨的热应力，预留轨缝的宽度变化直接影响斜口钢轨铁路释放热应力的能力。因此，有必要深入研究斜口钢轨的切割角度与斜口钢轨轨缝之间的关系。

斜口钢轨切割角与斜口钢轨轨缝之间的关系如图5所示。

图5是斜口钢轨联接处轨道平面的俯视图，在图5中，斜口钢轨联接处两条斜口钢轨的斜边与预留轨缝组成了平行四边形ABCD。其中，线段AB和线段DC是两条斜口钢轨之间预留轨缝的纵向宽度，线段CE是平行四边形ABCD的高，也是斜口钢轨联接处斜向轨缝的宽度。

在平行四边形ABCD中，由于线段CE是平行四边形ABCD的高，就组成了直角△CED。在直角△CED中，∠CDE＝∠θ等于斜口钢轨的切割角，线段DC是两条斜口钢轨之间预留轨缝的纵向宽度，线段CE是平行四边形ABCD的高，也是斜口钢轨联接处斜向轨缝的宽度。因此，根据三角函数的定义，DC、CE和∠θ之间的关系是：

公式(4)：

变换公式(4)可以得出：

公式(5)：CE(斜向轨缝宽度)＝Sinθ×DC(纵向轨缝宽度)

公式(6)：

我们知道，当∠θ在0°～90°之间变化时，正弦值也随之在0～1之间变化；而且，正弦值是随着∠θ增大(或减小)而增大(或减小)。

由公式(5)可以看出：在纵向轨缝宽度(DC)不变时，随着∠θ逐渐变小，斜向轨缝宽度(CE) 也因为正弦值的明显变小而成倍缩小(倍数等于Sinθ值)。

利用公式(5)还可以计算出，随着∠θ逐渐变小，纵向轨缝的宽度变化对斜向轨缝宽度的影响也随之明显变小。

例如：在θ＝30°时，如果纵向轨缝的宽度(DC)变化±10mm，斜向轨缝的宽度(CE)只能变化±5mm，铁路调节热应力的能力就是原来的2倍。在θ＝15°时，如果纵向轨缝的宽度(DC) 变化±10mm，斜向轨缝的宽度(CE)只能变化±2.59mm，铁路调节热应力的能力就是原来的3.86 倍。在θ＝10°时，如果纵向轨缝的宽度(DC)变化±10mm，斜向轨缝的宽度(CE)只能变化± 1.74mm，铁路调节热应力的能力就是原来的5.75倍。

我们已知，在铁路建成之后，纵向轨缝的宽度变化主要是由钢轨热胀冷缩导致的；如果钢轨纵向轨缝的宽度变化对钢轨斜向轨缝宽度变化的影响越小，铁路调节热应力的能力就越强。

斜向轨缝的宽度随着钢轨切割角的明显变小而成倍缩小，既能成倍提高斜口钢轨铁路的热应力调节能力，还能使斜口钢轨铁路正常工作在高温差地区。

由公式(6)看出：在斜向轨缝宽度(CE)不变时，随着∠θ逐渐变小(正弦值也越来越小)，纵向轨缝的宽度(DC)就逐渐变大。也就是说，如果斜口钢轨的切割角θ越小，在确保铁路不胀轨和轮轨不撞击的前提下，斜口钢轨之间的预留纵向轨缝宽度就可以更大，斜口钢轨铁路就能在高温差地区正常工作。

以标准钢轨铁路约为6mm的纵向轨缝计算，当钢轨切割角θ＝15°时，斜口钢轨之间的斜向轨缝宽度只有1.554mm，钢轨联接处的轨道平面几乎成为一体；以无缝钢轨之间约为11mm 的纵向轨缝计算，当钢轨切割角θ＝15°时，斜口钢轨之间的斜向轨缝宽度也只有2.849mm，钢轨联接处的轨道平面也几乎成为一体。我们知道，钢轨的轨道平面越平滑、越完整，列车的行车阻力、行车振动及噪声就越小，运行也更平稳。因此，斜口钢轨的切割角度越小，列车的行车阻力、行车振动及噪声就越小，列车的运行也更平稳。

斜口钢轨联接处斜向轨缝的宽度随着切割角的明显变小而成倍缩小，既能成倍提高斜口钢轨铁路的热应力调节能力，使其正常工作在高温差地区；还能提高斜口钢轨联接处轨道平面的平滑度和完整性，明显减少列车的行驶阻力和震动；还能在满足热应力调节需要的前提下，进一步减少纵向轨缝的设计预留宽度，使斜口钢轨联接处轨道平面的平滑度和完整性更好、列车的行车阻力和震动更小，为铁路进一步提速创造条件。

由此得出结论3：

如果斜口钢轨的切割角越小，斜口钢轨铁路的热应力调节能力就越强，就能正常工作在高温差地区；如果斜口钢轨的切割角越小，列车的行车阻力、行车振动及噪声就越小，就能进一步提高行驶稳定性和提高行驶速度。

(3)钢轨切割角度与斜口的长度

斜口钢轨的每个端口都有两个斜口：一是钢轨的斜口，二是钢轨的轨头斜口。

斜口钢轨切割角θ与两种斜口长度的关系如图6所示。

图6是钢轨的俯视图，在图6中，∠θ是斜口钢轨的切割角，AD是斜口钢轨的斜口长度， FD是斜口钢轨的底宽，AF是斜口钢轨的斜边长度；BC是轨头斜口的长度，EC是钢轨的头宽， BE是轨头斜口的斜边长度。

在直角△FDA中，∠θ是斜口钢轨的切割角，FD是斜口钢轨的底宽，AD是钢轨斜口的长度。根据三角函数的定义，AD、FD和∠θ之间的关系是：

公式(7)：

变换公式(7)可以得出：

公式(8)：

同理，在直角△ECB中，∠θ是斜口钢轨的切割角，BC是轨头的斜口长度，EC是钢轨的头宽。根据三角函数的定义，BC、EC和∠θ之间的关系是：

公式(9)：

变换公式(9)可以得出：

公式(10)：

在选定钢轨的型号和切割角之后，就可以根据公式(8)和公式(10)分别计算出斜口钢轨的斜口长度和轨头斜口的长度。

如果还要计算斜口钢轨的斜边长度和轨头斜口的斜边长度，可以根据图6和三角函数的定义，分别列出计算的公式。

(4)斜口钢轨切割角的优化选择

斜口钢轨切割角的选择，对斜口钢轨铁路的防轮轨撞击性能和热应力调节性能影响很大，对斜口钢轨的加工、运输和安装也有影响。

根据结论2和结论3，如果斜口钢轨的切割角越小(钢轨端口的切割面与钢轨纵轴线之间的最小夹角越小)，斜口钢轨铁路的防轮轨撞击性能就越好，热应力调节能力就越强，正常工作的温差范围就更大，列车的行车阻力、行车振动及噪声就越小，还可以进一步提高行驶稳定性和提高行驶速度。因此，从铁路技术性能的角度来看，斜口钢轨的切割角越小越好。但如果斜口钢轨的切割角太小，就会明显增加斜口钢轨的斜口长度，就会增加斜口钢轨的联接固定难度和生产加工难度，还会提高斜口钢轨生产、运输和安装过程中的损坏概率，就会导致生产、运输和安装成本的上升。

经过优化论证，将斜口钢轨的切割角定为15°(钢轨端口的切割面与钢轨纵轴线之间的最小夹角为15°)，既能使斜口钢轨铁路具有优良的防轮轨撞击性能和热应力调节性能，还能降低斜口钢轨的加工难度、联接固定难度和废品率，可以确保斜口钢轨铁路的技术性能和综合效益俱佳。

(5)斜口钢轨切割方式优化选择

斜向轨缝联接设计是将钢轨两端的平口改成斜口实现的，由于斜口钢轨联接处的受力转换过程与斜口钢轨的切割方向无关，要实现斜向轨缝联接设计，斜口钢轨可以有多种切割方向、多种切割方式、多种切割角度和多种组合方式。

如果斜口钢轨铁路采用平行轨缝设计，既能用两端切割面平行(钢轨俯视图是平行四边形) 的、(以钢轨纵轴线为基准)顺时针锐角方向切割的、切割角相同的斜口钢轨组成斜口钢轨铁路；也能用两端切割面平行(钢轨俯视图是平行四边形)的、(以钢轨纵轴线为基准)逆时针锐角方向切割的、切割角相同的斜口钢轨组成斜口钢轨铁路；还能分别按照上述两种切割方式，分别改变锐角切割角度，再分别组成更多种轨缝平行的、(以钢轨纵轴线为基准)顺时针锐角方向轨缝或者逆时针锐角方向轨缝的、轨缝角度不同的斜口钢轨铁路。

如果斜口钢轨铁路采用不平行轨缝设计，既能用钢轨两端分别是(以钢轨纵轴线为基准) 顺时针锐角方向切割和逆时针锐角方向切割(钢轨俯视图是等腰梯形梯)的、切割角相同的斜口钢轨，颠倒组成轨缝不平行的斜口钢轨铁路；还能按照与此相同的切割方式，分别改变锐角切割角度、再分别组成更多种轨缝不平行的斜口钢轨铁路；还能选择相同的钢轨切割角度，分别对钢轨的两端进行(以钢轨纵轴线为基准)顺时针锐角方向平行切割(钢轨俯视图是平行四边形)、(以钢轨纵轴线为基准)逆时针锐角方向平行切割(钢轨俯视图也是平行四边形)、(以钢轨纵轴线为基准)分别为顺时针锐角方向切割和逆时针锐角方向切割(钢轨俯视图是等腰梯形梯)，再将这三种相同切割角度的、不同切割方式的斜口钢轨间隔组合成比较复杂的斜口钢轨铁路；还能按照这三种切割方式，同时改变钢轨的锐角切割角度，再将这三种钢轨间隔组合成更多种轨缝角度不同的斜口钢轨铁路；还能分别选择不同切割角度、不同切割方式、不同切割方向的斜口钢轨，再对应组合成更多种更加复杂的斜口钢轨铁路。

虽然斜口钢轨可以有多种切割方向、多种切割方式、多种切割角度和多种组合方式的设计选择，但只有两端切割面平行的斜口钢轨在铺设和更换时不需要掉头对缝；两端切割面平行的斜口钢轨还可以简化斜口加工工序，更便于斜口钢轨的快速连续生产。因此，选择两端切割面平行的斜口钢轨，既能避免斜口钢轨生产、铺设和更换过程中的不必要麻烦，还能明显提高生产效率、铺设效率和降低综合成本。

经过优化论证，将标准斜口钢轨的斜口加工标准确定为：钢轨两端的切割面平行，钢轨端口的切割面与钢轨轨底所在平面垂直、与钢轨纵轴线之间的夹角为逆时针15°。

4、斜平口钢轨通用兼容设计

为了尽量降低斜口钢轨铁路的建设成本和改造成本，为了尽量提高铁路建设与改造的效率和效益，采用斜平口钢轨兼容互补设计十分必要。

斜平口钢轨兼容互补设计包括标准斜口钢轨与标准钢轨的结构兼容设计、长度兼容互补设计和标准钢轨与标准斜口钢轨的斜口兼容设计。

(1)结构兼容设计

标准钢轨的承重设计和可靠性已得到长期验证，为确保斜口钢轨铁路安全可靠并能兼容使用现有铁路配件，标准斜口钢轨尽量沿用标准钢轨的设计；标准钢轨的头宽大于腰厚，斜向切割后在轨头斜口的锐角尖端部位会悬空突出于轨腰，在悬空部位就会出现承重受力问题；标准钢轨的轨腰是对称曲面设计，斜向切割必然造成斜口部位轨腰结构不对称和承重结构破坏，就会造成斜口部位抗弯性能下降和承重性能下降的问题。因此，需要论证用标准钢轨改造斜口钢轨的可行性。标准钢轨的轨头上表面是复合圆弧设计，轨道平面位于轨头上表面中间圆弧的延长面上，在轨道平面两侧的部位都(不是轨道平面)不直接承受车轮压力；将标准钢轨斜向切割后，从轨头俯视图(省略)可看出，在轨头斜口上只有中间的直角梯形部位是轨道平面，在轨道平面两侧的直角三角形部位和长直角梯形部位都(不是轨道平面)不直接承受车轮压力，不影响承重性能；在轨道平面上的矩形部位，承重结构未经过切割，承重性能不变；在轨道平面斜口上的有轨腰支撑(直角梯形)部位，随着钢轨切割面逐渐收窄于轨头斜口锐角一侧的轨道平面边缘线，轨道平面也逐渐变窄，轨腰的承重结构和对称性被破坏的越严重，承重性能和抗弯性能也逐渐降低；在轨道平面斜口上的锐角尖端(小直角三角形)部位，已没有轨腰支撑，但此部位靠近轨腰(越靠近轨腰抗压性能越好)，而且在轨头斜口连体结构的中部(结构较宽、较厚)，受压时只能产生较大弹力；从轨头俯视图还可看出，在轨头斜口尖端悬空突出(于轨腰支撑点所在横截面)的直角三角形部位上，只有很小的(小直角三角形) 部位在轨道平面上承受压力，而悬空突出的主体(直角梯形)部位不在轨道平面上，对承重性能并没有影响。因此，标准钢轨斜向切割后，只有轨头斜口上的轨道平面斜口部位的承重性能随之下降。将斜向切割的标准钢轨用于斜口钢轨铁路时，由于斜口钢轨铁路采用斜向轨缝设计，将相邻斜口钢轨的两个斜口用夹板交错组合联接，使斜口钢轨联接处的组合结构与标准钢轨基本相同(区别是有斜向轨缝)；因为车轮压力是通过横向踏面施加到轨道平面上的，所以斜口钢轨联接处两个钢轨斜口是同时受力和受力互补的[见图2(a)]，斜口钢轨联接处组合轨道平面上的两个锐角尖端部位(也是悬空小直角三角形部位)都只承受很小的车轮压力(主要由交错联接的另一个钢轨斜口的轨道平面钝角部位承受)，加之轨道平面上的锐角尖端部位(也是悬空小直角三角形部位)具有较大弹力，而且轨头斜口连体结构在斜口钢轨联接处还能得到夹板的辅助支撑，就使(在轨头斜口连体结构中部)悬空的小直角三角形部位具有了 (夹板和轨腰)平衡支撑结构，所以斜向轨缝联接设计能解决轨头斜口尖端悬空部位的承重受力问题；标准钢轨的轨腰是对称曲面设计，斜向切割必然造成斜口部位轨腰的结构不对称和承重结构破坏，就会导致斜口部位的抗弯性能和承重性能明显下降，虽然斜口钢轨联接处是由两个组合联接的钢轨斜口同时受力，但是斜口钢轨联接处的整体抗弯性能和承重性能都会明显下降。综上所述可以得出结论4：标准钢轨斜向切割后，只有轨头斜口上的轨道平面斜口部位的承重性能随之下降；要将斜向切割的标准钢轨用于斜口钢轨铁路，必须改进或者加强斜口部位的承重结构。《标准斜口钢轨的结构设计方案》：标准钢轨斜向切割后，只有轨头斜口上的轨道平面斜口部位的承重性能随之下降；而造成轨道平面锐角尖端部位悬空问题的原因是轨道平面宽度大于轨腰厚度，造成轨道平面斜口部位抗弯性能和承重性能下降问题的原因是轨腰采用对称曲面设计。因此，要彻底解决斜向切割造成的轨道平面锐角尖端悬空部位承重受力问题、斜口部位的抗弯性能和承重性能下降问题，必须将标准斜口钢轨斜口部位的轨腰厚度加宽至与轨道平面宽度相同；为了进一步提高斜口钢轨联接处的承重性能、抗弯性能和结构强度，同时彻底解决轨头斜口锐角尖端部位出现悬空的问题，标准斜口钢轨最终采用两端斜口部位轨腰厚度与轨头宽度相同设计；为了防止车轮的冲击损坏轨头斜口的尖端部位，在生产标准斜口钢轨和用标准钢轨改造斜口钢轨时，还要将轨头斜口的尖端部位稍微打磨，使之略微低于交错联接的另一条斜口钢轨的轨道平面；标准斜口钢轨采用结构兼容设计后，除长度、端口切割方式和斜口部位结构设计与标准钢轨不同之外，其余设计(型号、规格、材质、主要结构和生产标准)都与标准钢轨相同。《用标准钢轨改造斜口钢轨的方案》：要将斜向切割的标准钢轨直接用于斜口钢轨铁路，必须解决斜向切割造成的轨道平面锐角尖端部位承重受力问题、斜口部位的抗弯性能和承重性能下降问题；因为联接夹板是用螺栓紧固在钢轨联接处两侧的轨腰部位，如果采用加宽、加厚“外加轨腰型夹板”设计，使夹板的三个侧面分别能与轨腰曲面、轨头下表面和轨底上表面紧密组合，并使夹板外侧的平面在安装时与轨头同宽，夹板就同时具有了联接钢轨功能和外加轨腰功能；利用“外加轨腰型夹板”在斜口钢轨联接处两侧对轨头斜口悬空部位的有效支撑，就能使位于轨头斜口连体结构中部的轨道平面悬空部位具有(夹板和轨腰组成的)平衡支撑结构，就能彻底解决轨道平面悬空(小直角三角形)部位的承重受力问题；利用“外加轨腰型夹板”在斜口钢轨联接处两侧对组合轨头外侧的平衡支撑，就能明显提高斜口钢轨联接处的整体承重性能和抗弯性能，就能有效解决斜向切割造成的斜口部位车轮压力偏移问题和斜口部位承重性能下降问题；利用加宽、加厚“外加轨腰型夹板”在斜口钢轨联接处两侧对两个钢轨斜口的组合联接，还能提高斜口钢轨联接处的结构强度和联接可靠性。因此，只要按照标准斜口钢轨的生产标准将标准钢轨进行斜口切割，同时使用“外加轨腰型夹板”进行联接，就能将斜口改造的标准钢轨直接用于斜口钢轨铁路，就能有效解决斜向切割造成的轨道平面锐角尖端部位承重受力问题、斜口部位的抗弯性能和承重性能下降问题。现有各种钢轨的结构都与标准钢轨基本相同，能将斜口改造的标准钢轨直接用于斜口钢轨铁路，就能直接斜口改造现有的各种铁路。

(2)长度兼容互补设计

斜口钢轨铁路的热应力调节能力超强，标准斜口钢轨长度设计的选择范围更大，标准斜口钢轨的长度兼容互补设计更具有灵活性。

虽然标准斜口钢轨长度设计的选择范围更大，但如果标准斜口钢轨长度太长，就会增加钢轨的制造与运输成本，还会明显增加铁路铺设的装备与人工成本；如果标准斜口钢轨的长度太短，就会增加铁路的钢轨接头数量与联接成本；而使用长度适中的标准斜口钢轨，既便于钢轨的生产、运输、铺设和更换，还可以进一步减少预留纵向轨缝的宽度，就可以进一步提高斜口钢轨联接处轨道平面的平滑度，就可以进一步减少行车阻力和提高行驶速度。因此，标准斜口钢轨的长度设计，应该综合各种因素进行全面优化论证。

鉴于标准钢轨铁路和无缝钢轨铁路已大量使用25米和12.5米的标准钢轨，而长度为12.5 米×N(N＝1、2、4、6、8、10)的钢轨都能与25米和12.5米的标准钢轨实现长度兼容互换，并且能满足斜口钢轨铁路的热应力调节要求；再者，如果在线路上直接改造标准钢轨铁路和无缝钢轨铁路，既要将标准钢轨的端口进行斜向切割，还要将相邻钢轨的斜口进行交错联接，“平口改斜口铁路”就会出现斜口空缺问题，为了能够弥补“平口改斜口铁路”的斜口切割空缺，标准斜口钢轨的单轨长度还应该增加2个斜口的长度。因此，将标准斜口钢轨的单轨长度按照(12.5×N+2a)米进行设计[a是标准斜口钢轨斜口长度，N＝1、2、4、6、8、10]，就都能满足长度兼容互换和斜口互补的要求。

在综合考虑铁路性能、应用范围、改造需要、生产成本、运输成本和铺设便利等因素后，最终将标准斜口钢轨的“有效长度”设计为25米，将标准斜口钢轨的单轨长度设计为(25 +2a)米[a是标准斜口钢轨的斜口长度]。

“有效长度”：在斜口钢轨铁路上，标准斜口钢轨两端的斜口都是交错联接，还要预留纵向轨缝，而且不同型号斜口钢轨的斜口长度和轨头斜口长度也不相同，铁路的长度设计与计算比较麻烦；将各种斜口钢轨去掉两端斜口的中间部分设定为“有效长度”，就能以“有效长度”和交错联接的斜口为单位计算线路长度，就能使斜口钢轨铁路的长度设计与计算化繁为简；而设定标准斜口钢轨的单轨长度，则是为了便于标准斜口钢轨的生产和检验；如果用a 表示标准斜口钢轨的斜口长度，标准斜口钢轨的单轨长度与“有效长度”之间的关系是：标准斜口钢轨单轨长度＝有效长度+2a，如果标准斜口钢轨的“有效长度”为25米，则标准斜口钢轨的单轨长度＝(25+2a)米。

标准钢轨铁路和无缝钢轨铁路上的标准钢轨都是平口，标准钢轨的“有效长度”就等于标准钢轨的长度；如果将标准钢轨的两端切割改造成斜口，“平口改斜口钢轨”的“有效长度”＝(标准钢轨长度-2a)米[a是标准斜口钢轨的斜口长度]。

在新建斜口钢轨铁路和改造各种平口钢轨铁路时，必须考虑斜口钢轨铁路的斜口交错联接特点，以及不同型号斜口钢轨的斜口长度和轨头斜口长度不相同的特点，将各种斜口钢轨的“有效长度”和交错联接的斜口作为计算线路长度的依据，同时还要考虑到预留纵向轨缝的因素，以避免出现设计“断轨”和设计“胀轨”问题。

在新建斜口钢轨铁路时，应该使用标准斜口钢轨；在重建斜口钢轨铁路时，既能只使用标准斜口钢轨，也能只使用“平口改斜口钢轨”；在以“局部间隔更换”和“间隔更换”方式改造现有铁路时，为了弥补斜口切割后的缺口，需要更换上长度(25+2a)米的同型号“平口改斜口钢轨”或者标准斜口钢轨，“平口改斜口铁路”就要同时使用长度(25+2a)米和(25- 2a)米的两种斜口钢轨；由于长度(25+2a)米的“平口改斜口钢轨”能与同型号标准斜口钢轨通用，为了在“局部间隔更换”和“间隔更换”的章节中明确区分两种长度不同的“平口改斜口钢轨”，将长度(25+2a)米“平口改斜口钢轨”和标准斜口钢轨都统称为标准斜口钢轨。

(3)斜口兼容设计

在标准斜口钢轨与标准钢轨结构兼容和长度兼容互补的基础上，只要按照标准斜口钢轨相同的斜口切割标准对标准钢轨的端口进行斜口切割改造，即可实现标准钢轨与标准斜口钢轨的斜口兼容。

采用斜平口钢轨兼容互补设计，就能利用现有设备和技术生产标准斜口钢轨，还能将大量的标准钢轨改造成“平口改斜口钢轨”继续使用，还能继续使用现有枕木和线路配件，还能在线路上直接改造标准钢轨铁路和无缝钢轨铁路；既能避免更换钢轨、枕木、线路配件及生产设备所造成的既往巨额投资浪费，还能避免巨额的重新投资；可以获得巨大经济效益。

采用斜平口钢轨兼容互补设计，就能满足标准斜口钢轨与“平口改斜口钢轨”的通用兼容和斜口互补要求，就能按照“局部间隔更换”和“间隔更换”方式改造存量巨大的标准钢轨铁路和无缝钢轨铁路，就能成倍降低铁路的改造成本(“局部间隔更换”和“间隔更换”详见本文第22页)。

采用斜平口钢轨兼容互补设计，还能将报废的钢轨废物利用。平口钢轨报废的主要原因是轮轨撞击导致的钢轨端口损坏(约占60％)，而标准斜口钢轨是采用锐角斜向切割的，如果将端口损坏而报废的标准钢轨改造成斜口钢轨，就可以切除报废钢轨的损坏平口，从而将报废的标准钢轨改造成合格的斜口钢轨废物利用；在标准斜口钢轨生产、运输和安装的过程中，如果长度为(25+2a)米的标准斜口钢轨出现斜口损坏，可以按照长度为(25-2a)米的规格重新切割，将其用于“平口改斜口铁路”。

(二)技术特征

斜口钢轨铁路有四个明显技术特征：

1、钢轨联接处斜向轨缝与钢轨纵轴线之间的最小夹角(θ)小于45°(θ＝15°时综合性能最好)，在斜口钢轨之间都留有纵向的轨缝间隙。[将钢轨轨道平面上(与轨道平面两侧边线平行并且等距离)的中心线设定为钢轨纵轴线]

斜口钢轨铁路采用小锐角斜向轨缝联接设计和预留纵向轨缝设计，能同时彻底解决车轮与钢轨轨缝撞击问题和钢轨热应力问题。

斜口钢轨铁路采用小锐角斜向轨缝联接设计，将钢轨两端的横向直角切割改为小锐角斜向切割，就能将横向轨缝转变成小锐角斜向轨缝；由(第6页)结论1(2)可知：斜口钢轨联接处的受力转换过程与斜口钢轨的切割方向无关；所以斜口钢轨铁路的斜向轨缝设计可以有多种方向、多种角度和多种组合方式的选择。由(第7页)公式(2)可知：当斜口钢轨的切割角 90°＞θ＞45°时，由于tanθ＞1，纵向轨缝的宽度变化对横向缺口长度变化的影响就大；因为铁路纵向轨缝的宽度变化主要是由钢轨热胀冷缩导致的；如果选择大锐角的斜口钢轨(钢轨端口切割面与钢轨纵轴线之间的最小夹角90°＞θ＞45°)，就会导致铁路热应力调节性能明显下降；当斜口钢轨的切割角45°＞θ＞0°时，由于tanθ＜1，纵向轨缝的宽度变化对横向缺口长度变化的影响就小；在45°＞θ＞0°区间，随着∠θ逐渐变小，横向轨缝的宽度也因为正切值的明显变小而迅速变小，车轮与钢轨轨缝产生撞击的概率也就迅速降低。因此，斜口钢轨铁路选择小锐角(斜向轨缝与钢轨纵轴线之间的最小夹角θ＜45°)斜向轨缝设计。根据(第8页)结论2和(第9页)结论3，如果斜口钢轨的切割角越小，斜向轨缝与钢轨纵轴线之间的最小夹角也越小，斜口钢轨铁路的防轮轨撞击性能和热应力调节性能就越好，正常工作的温差范围就更大，行车的阻力、振动及噪声就越小，还能进一步提高行驶稳定性和提高行驶速度。因此，从铁路技术性能的角度来看，斜向轨缝与钢轨纵轴线之间的最小夹角越小越好。但如果斜口钢轨的切割角太小，就会明显增加斜口长度，就会增加斜口钢轨的加工和联接难度，还会提高斜口钢轨生产、运输和安装过程中的损坏概率，就会导致生产、运输和安装成本上升；经过优化论证，当斜向轨缝与钢轨纵轴线之间的最小夹角为15°(θ＝15°)时，既能使斜口钢轨铁路具有优良的防轮轨撞击性能和热应力调节性能，还能降低斜口钢轨的加工难度、联接难度和综合成本，可以使斜口钢轨铁路的技术性能和综合效益俱佳。综合上述因素，斜口钢轨铁路最终采用小锐角斜向轨缝联接设计，将斜向轨缝与钢轨纵轴线之间的最小夹角(θ)限定在小于45°(θ＜45°)的区间，并且提出了优化设计的15°(θ＝15°)斜向轨缝方案；当然，在温差极大的地区或者区段，还可以进一步减少斜向轨缝的设计角度。无论采用何种斜向轨缝设计，无论钢轨联接处的斜向轨缝是(以钢轨纵轴线为基准)逆时针的锐角方向还是顺时针的锐角方向，无论铁路线上的斜向轨缝是相同方向还是不同方向，无论铁路上的斜向轨缝是单一斜向轨缝还是组合斜向轨缝，无论铁路上的斜向轨缝角度是否相同，斜口钢轨铁路的斜向轨缝与钢轨纵轴线之间最小夹角都小于45°。

小锐角斜向轨缝联接设计的技术特征是：钢轨联接处斜向轨缝与钢轨纵轴线之间的最小夹角(θ)小于45°(θ＝15°时综合性能最好)。

斜口钢轨铁路同时采用预留纵向轨缝设计，在斜口钢轨之间都预留有纵向的轨缝间隙，当斜口钢轨的长度随着温度变化产生伸缩时，斜口钢轨可以在预留的纵向轨缝间隙之间沿着钢轨纵轴线自由伸缩，使钢轨的热应力得到完全释放，从而彻底解决钢轨热应力问题。

预留纵向轨缝设计的技术特征是：在斜口钢轨之间都留有纵向的轨缝间隙。

综上所述，斜口钢轨铁路的技术特征是：钢轨联接处斜向轨缝与钢轨纵轴线之间的最小夹角(θ)小于45°(θ＝15°时综合性能最好)，在斜口钢轨之间都留有纵向的轨缝间隙。

2、标准斜口钢轨斜口部位的轨腰厚度与轨头宽度相同，钢轨两端的切割面平行，钢轨端口的切割面与钢轨轨底所在平面垂直、与钢轨纵轴线之间的最小夹角小于45°。

斜口钢轨铁路采用小锐角斜向轨缝联接设计，将钢轨两端的横向直角切割改为小锐角斜向切割，就能将钢轨联接处的横向轨缝转变成小锐角斜向轨缝。由(第7页)公式(2)可知：要使斜口钢轨铁路具有优良的防轮轨撞击性能和热应力调节性能，必须使斜口钢轨的端口切割面与钢轨纵轴线之间的最小夹角小于45°；由(第6页)结论1(2)可知：斜口钢轨联接处的受力转换过程与斜口钢轨的切割方向无关；因此，要实现小锐角斜向轨缝联接设计，斜口钢轨有多种切割方式、多种切割方向、多种切割角度和多种组合方式选择；由(第8页)结论2 和(第9页)结论3可知：如果斜口钢轨的切割角越小，斜口钢轨铁路的防轮轨撞击性能和热应力调节性能就越好；通过优化论证，当斜口钢轨的切割角为15°(钢轨端口的切割面与钢轨纵轴线之间的最小夹角为15°)时，斜口钢轨铁路的综合性能最好。

斜口钢轨虽然有多种切割方向、多种切割方式和多种组合方式的设计选择，但只有两端切割面平行的斜口钢轨不用掉头对缝，更便于快速的生产、铺设和更换。因此，标准斜口钢轨采用两端切割面平行设计。

标准钢轨的承重设计和可靠性已得到长期验证，为确保斜口钢轨铁路安全可靠并能兼容使用现有铁路配件，标准斜口钢轨尽量沿用标准钢轨的设计。标准钢轨的头宽大于腰厚，斜向切割后在轨头斜口的锐角尖端部位会悬空突出于轨腰，在悬空部位就会出现承重受力问题；标准钢轨的轨腰是对称曲面设计，斜向切割必然造成斜口部位轨腰结构不对称和承重结构破坏，就会造成斜口部位的抗弯性能和承重性能下降问题；虽然斜口钢轨联接处的两个钢轨斜口可以同时受力和受力互补[见图2(a)]，但由于斜口部位轨腰的对称承重结构已被破坏，在由斜向切割标准钢轨组成的斜口钢轨联接处，整体的抗弯性能和承重性能都会明显下降。因此，要将斜向切割的标准钢轨用于斜口钢轨铁路，必须改进或者加强斜口部位的承重结构。标准钢轨斜向切割后，只有轨头斜口上的轨道平面斜口部位的承重性能随之下降(详见第11 页--结构兼容设计)；而造成轨道平面锐角尖端部位悬空问题的原因是轨道平面宽度大于轨腰厚度，造成轨道平面斜口部位抗弯性能和承重性能下降问题的原因是轨腰采用对称曲面设计；因此，要彻底解决斜向切割造成的轨道平面锐角尖端悬空部位承重受力问题、斜口部位的抗弯性能和承重性能下降问题，必须将标准斜口钢轨斜口部位的轨腰厚度加宽至与轨道平面宽度相同；为了进一步提高斜口钢轨联接处的承重性能、抗弯性能和结构强度，同时彻底解决轨头斜口尖端部位出现悬空的问题，标准斜口钢轨最终采用两端斜口部位轨腰厚度与轨头宽度相同的设计(详见第12页--《标准斜口钢轨的结构设计方案》)。

综上所述，标准斜口钢轨的技术特征是：斜口部位的轨腰厚度与轨头宽度相同，钢轨两端的切割面平行，钢轨端口的切割面与钢轨轨底所在平面垂直、与钢轨纵轴线之间的最小夹角(θ)小于45°。

3、在斜口改造的标准钢轨之间，用加宽、加厚的“外加轨腰型夹板”联接。

如果能将标准钢轨改造成斜口钢轨继续使用，就能节约巨额的钢轨生产与更换成本。

标准钢轨的头宽大于腰厚，斜向切割后在轨头斜口的锐角尖端部位会悬空突出于轨腰，在悬空部位就会出现承重受力问题；标准钢轨的轨腰是对称曲面设计，斜向切割必然造成斜口部位轨腰结构不对称和承重结构破坏，就会造成斜口部位的抗弯性能和承重性能下降问题。因此，要将斜向切割的标准钢轨直接用于斜口钢轨铁路，必须加强斜口部位的承重结构。

标准钢轨斜向切割后，只有轨头斜口上的轨道平面斜口部位的承重性能随之下降(详见第 12页结论4)，而且联接夹板是用螺栓紧固在钢轨联接处两侧的轨腰部位；如果采用加宽、加厚“外加轨腰型夹板”设计，使夹板的三个侧面分别能与轨腰曲面、轨头下表面和轨底上表面紧密组合，并使夹板外侧的平面在安装时与轨头同宽，夹板就同时具有了联接钢轨功能和外加轨腰功能；利用“外加轨腰型夹板”在斜口钢轨联接处两侧对轨头斜口悬空部位的有效支撑，就能使位于轨头斜口连体结构中部的轨道平面悬空部位具有(夹板和轨腰组成的)平衡支撑结构，就能彻底解决轨道平面悬空(小直角三角形)部位的承重受力问题；利用“外加轨腰型夹板”在斜口钢轨联接处两侧对组合轨头外侧的平衡支撑，就能明显提高斜口钢轨联接处的整体承重性能和抗弯性能，就能有效解决斜向切割造成的斜口部位车轮压力偏移问题和斜口部位承重性能下降问题；利用加宽、加厚“外加轨腰型夹板”在斜口钢轨联接处两侧对两个钢轨斜口的组合联接，还能提高斜口钢轨联接处的结构强度和联接可靠性。因此，只要按照标准斜口钢轨的生产标准将标准钢轨进行斜口切割，同时使用“外加轨腰型夹板”进行联接，就能将斜口改造的标准钢轨直接用于斜口钢轨铁路，就能有效解决斜向切割造成的轨道平面锐角尖端部位承重受力问题、斜口部位的抗弯性能下降问题和承重性能下降问题(详见第12页《用标准钢轨改造斜口钢轨的方案》)。

现有各种钢轨的结构都与标准钢轨基本相同，能将斜口改造的标准钢轨直接用于斜口钢轨铁路，就能直接斜口改造现有各种铁路。

“外加轨腰型夹板”的技术特征是：夹板的三个侧面分别能与轨腰曲面、轨头下表面和轨底上表面紧密组合，夹板的外侧平面与轨头同宽。

4、标准斜口钢轨能与斜口改造的标准钢轨兼容互补

斜口钢轨铁路采用斜平口钢轨兼容互补设计，同型号的标准斜口钢轨能与斜口改造的标准钢轨兼容互补。斜平口钢轨兼容互补设计包括标准斜口钢轨与标准钢轨的结构兼容设计、长度兼容互补设计和标准钢轨与标准斜口钢轨的斜口兼容设计。

斜平口钢轨兼容互补设计的技术特征：为实现结构兼容，除长度、端口切割方式和斜口部位结构设计不同之外，标准斜口钢轨的其余设计(型号、规格、结构、材质和生产标准)都与标准钢轨相同；为实现长度兼容和斜口互补，标准斜口钢轨单轨长度在(12.5×N+2a)米的设计范围内选择[a是标准斜口钢轨斜口长度，N＝1、2、4、6、8、10]；为解决标准钢轨斜向切割造成的轨头斜口尖端悬空问题、斜口部位的抗弯性能和承重性能下降问题，标准斜口钢轨斜口部位的轨腰厚度与轨头宽度相同；为实现斜口兼容，将标准钢轨的端口按照标准斜口钢轨相同切割标准进行斜口改造。

采用斜平口钢轨兼容互补设计，标准斜口钢轨既能用于建设斜口钢轨铁路，也能用于改造标准钢轨铁路和无缝钢轨铁路，还能继续利用现有设备生产标准斜口钢轨，还能将标准钢轨改造成斜口钢轨继续使用，还能继续使用现有枕木和线路配件，还能将端口磨损而报废的标准钢轨改造成合格的斜口钢轨废物利用；就能大幅度降低斜口钢轨铁路的建设成本和现有各种铁路的改造成本；采用斜平口钢轨兼容互补设计，标准斜口钢轨就能弥补标准钢轨斜口改造后的斜口切割空缺，就能按照“局部间隔更换”和“间隔更换”的方式在线路上直接改造无缝钢轨铁路和普通钢轨铁路，就能成倍提高改造效率和成倍降低改造成本(“局部间隔更换”和“间隔更换”详见本文第22页)。

“局部间隔更换”的技术特征：采用局部间隔更换标准斜口钢轨和局部改造标准斜口钢轨两端相邻的标准钢轨端口的方式，将无缝钢轨之间的横向轨缝转换成具有纵向轨缝间隙的斜向轨缝，将无缝钢轨用具有纵向轨缝间隙的斜向轨缝分割成多个较短的区段。

“间隔更换”的技术特征：采用间隔更换标准斜口钢轨和间隔改造标准斜口钢轨两端相邻的标准钢轨端口的方式，将标准钢轨铁路或者无缝钢轨铁路钢轨之间的横向轨缝或者焊缝全部改换成具有纵向轨缝间隙的斜向轨缝。

标准斜口钢轨能与斜口改造的标准钢轨兼容互补，既是斜口钢轨铁路大幅度降低建设与改造成本的设计优势，也是斜口钢轨铁路的技术特征之一。

(三)主要优点

斜口钢轨铁路的主要优点：

1、轮轨之间的撞击已消除

斜口钢轨铁路采用小锐角斜向轨缝联接设计，消除了钢轨联接处轨道平面上的横向轨缝凹口，能彻底消除轮轨之间的撞击。

斜口钢轨铁路彻底消除了轮轨之间的撞击，也同时消除了车轮和钢轨的撞击损耗、撞击震动导致的金属疲劳和相关损害，因此能明显降低车轮、钢轨、枕木、路基和线路配件的维修与更换成本；轮轨之间撞击的消除，能明显减少行车的阻力、震动和噪声，因此能明显提高车速、降低能耗、提高行车稳定性和舒适性。斜向轨缝联接设计既能彻底消除轮轨之间的撞击震动，还能明显提高轨道联接处的轨道平面平滑度，因此行车极为平稳；如果用于发射场转运轨道的联接，就能消除发射转运过程中在轨道联接处的运行震动，对于测试后转运的火箭和精密载荷来讲，就能进一步提高可靠性；如果用于各种吊车轨道的联接，就能消除吊车移动吊装过程中在轨道联接处的运行震动；对于易燃、易爆、易碎货物和精密装备来讲，就能进一步提高移动吊装过程中的安全性。

2、热应力问题已彻底解决

斜口钢轨铁路同时采用了预留纵向轨缝设计，能完全释放钢轨的热应力，能不留隐患的解决钢轨热应力问题。

斜口钢轨铁路在相邻的斜口钢轨之间都预留有一定宽度的纵向轨缝间隙，当斜口钢轨随着温度的变化产生热胀冷缩时，斜口钢轨可以在预留的纵向轨缝间隙之间纵向自由伸缩，使钢轨的热应力得到完全释放；由于斜口钢轨之间既无焊缝又有纵向轨缝间隙，当然就不会出现断轨和胀轨的问题。因此，斜口钢轨铁路能不留隐患的解决钢轨热应力问题。

小锐角斜向轨缝联接设计还可以成倍提高铁路的热应力调节性能，可以使斜口钢轨铁路正常工作在各种温差地区。

采用预留纵向轨缝设计可以完全释放钢轨的热应力，不需要限制和锁定钢轨，既能彻底消除铁路的安全隐患，还能成倍降低铁路建设与维修的成本。

3、安全性和可靠性都更高

斜口钢轨铁路组成结构非常简单，根据可靠性理论，一个系统的组成结构越简单，其可靠性就越高；系统的组成结构越简单，必然使安装更容易、检查更方便、维修更快速，也更有利于系统保持设计性能和可靠性。

斜口钢轨铁路彻底消除了轮轨之间的撞击，同时也消除了车轮和钢轨的撞击损耗、撞击震动导致的金属疲劳和相关损害；能明显降低车辆、车轮、钢轨、路基和线路配件的故障发生概率，能明显提高铁路的安全性和可靠性。

斜口钢轨铁路不需要限制和锁定钢轨，能明显降低钢轨紧固件、枕木和路基的受力强度、质量要求和故障发生概率，也能明显提高铁路的安全性和可靠性；斜口钢轨铁路不需要焊接钢轨，能彻底消除铁路的断轨安全隐患；斜向轨缝联接设计和预留纵向轨缝设计的热应力调节能力超强，既能彻底消除胀轨和断轨的安全隐患，还能使铁路正常工作在各种温差地区；也能明显提高铁路的安全性和可靠性。

4、列车运行快速平稳安静

斜口钢轨铁路彻底消除了轮轨之间的撞击，当然就不会产生撞击震动和“咔嚓！咔嚓！”的碰撞噪声；轮轨之间撞击的消除还可以明显减少行车的阻力，还能进一步降低能耗和为列车进一步提速；斜口钢轨铁路的斜向轨缝宽度更小，斜口钢轨联接处的轨道平面更加平滑和完整，也可以进一步减少行车阻力、降低行车振动及噪声。因此，在斜口钢轨铁路上列车能更快速、更平稳、更安静运行，旅客乘坐更加舒适，货物运输更加安全。

5、建设和改造效率都更高

斜口钢轨铁路的组成结构简单，斜口钢轨长度适中，能根据施工条件灵活选择(人力或者机械化)施工的方式，能明显提高铁路建设的工作效率和经济效益。在施工条件恶劣地区、战争时期和灾后重建时期，斜口钢轨铁路具有更大的优势。

斜口钢轨铁路不需要焊接和锁定钢轨，能明显降低铁路建设与维修的技术难度和质量要求，也能明显提高铁路建设与维修的工作效率。

斜口钢轨铁路采用斜平口钢轨兼容互补设计，标准斜口钢轨能通用于斜口钢轨铁路和“平口改斜口铁路”，还能将标准钢轨改造成斜口钢轨继续使用，还能继续使用现有枕木和线路配件，还能按照“局部间隔更换”和“间隔更换”的方式在线路上直接改造现有各种平口钢轨铁路。因此，斜口钢轨铁路能明显提高铁路改造的效率，能明显提高铁路建材和配件的利用效率，能明显提高铁路建设和改造的综合效益。

6、能大幅度降低铁路成本

斜口钢轨铁路彻底消除了轮轨之间的撞击，也就消除了车轮和钢轨的撞击损耗、撞击震动导致的金属疲劳和相关损害。因此，斜口钢轨铁路能明显延长车辆、钢轨、路基和线路配件的使用寿命，能明显降低列车和铁路的维修成本和更换成本。

斜口钢轨铁路不需要焊接和锁定钢轨，能按照标准钢轨铁路的技术标准和质量要求进行建设，能成倍降低铁路建设的材料成本和人工成本。

标准斜口钢轨长度适中，易于加工、易于改造、易于运输、易于铺设，不需要大型的生产设备、运输设备和铺设装备，也能明显降低斜口钢轨生产、改造、运输和铺设的成本。

斜口钢轨铁路采用斜平口钢轨兼容互补设计，标准斜口钢轨既能用于建设斜口钢轨铁路也能用于改造平口钢轨铁路，还能将现有大量的标准钢轨改造成斜口钢轨继续使用，还能将端口磨损而报废的标准钢轨改造成合格的斜口钢轨废物利用，能节约巨额的钢轨生产成本与更换成本；采用斜平口钢轨兼容互补设计，斜口钢轨铁路还能继续使用现有枕木和线路配件，也能节约大量的枕木和线路配件更换成本；采用斜平口钢轨兼容互补设计，还能继续利用现有设备、技术和熟练工人生产标准斜口钢轨，既能避免既往巨额投资的浪费，还能避免巨额的重新投资，还能迅速形成生产的规模，也能节约大量的投资成本。

采用斜平口钢轨兼容互补设计，标准斜口钢轨就能弥补“平口改斜口铁路”上的斜口切割空缺，就能按照“局部间隔更换”和“间隔更换”的方式改造无缝钢轨铁路和普通钢轨铁路，也能成倍降低现有铁路的改造成本。

斜口钢轨铁路的安全可靠性更高，列车运行更平稳、更安全，事故概率和货物损坏率更低，还能进一步降低铁路的运营赔付成本。

四、附图说明

(一)图1

图1是平口钢轨联接处的钢轨受力转换过程示意图；图1由平口钢轨联接处轨道平面俯视图和与之上下对应的直角坐标系组成。

通过图1可以深入分析车轮通过平口钢轨联接处时相邻两条标准钢轨的受力转换过程，从而揭示车轮与平口钢轨联接处产生撞击的内在原因。

(二)图2

图2是斜口钢轨联接处的受力转换过程示意图；图2由图2(a)、图2(b)、图2(c)和图 2(d)四组分图组成，四组分图都是由斜口钢轨联接处的轨道平面俯视图和与之上下对应的直角坐标系组成。

在对四组分图中斜口钢轨联接处的受力转换过程进行分别研究和对比分析之后，就可以得出结论1。

(三)图3

图3是五种锐角切割的斜口钢轨联接俯视图；通过图3可以直观了解斜口钢轨切割角与斜口钢轨横向轨缝缺口长度的关系；通过图3还可以直观了解在斜口钢轨的切割角不同时，斜口钢轨预留轨缝的宽度变化对钢轨轨缝横向缺口长度变化的影响程度。

(四)图4

图4是斜口钢轨联接处的轨道平面俯视图；通过图4可以准确了解斜口钢轨联接处横向缺口宽度、纵向轨缝宽度和斜口钢轨切割角之间的关系，就可以得出结论2。

(五)图5

图5是斜口钢轨联接处的轨道平面俯视图；通过图5可以准确了解斜口钢轨联接处斜向轨缝宽度、纵向轨缝宽度和斜口钢轨切割角之间的关系，就可以得出结论3。

(六)图6

图6是钢轨的俯视图；通过图6可以准确了解斜口钢轨切割角与钢轨斜口长度和轨头斜口长度的关系。

(七)图7

图7是钢轨俯视图；在图7左侧是横向直角切割钢轨示意图，在图7右侧是小锐角斜向切割钢轨示意图。

通过图7可以直观了解横向直角切割钢轨与小锐角斜向切割钢轨的明显区别；从图7中还可以看出，在预留相同宽度纵向轨缝的条件下，小锐角斜口钢轨的斜向轨缝宽度明显小于标准钢轨的横向轨缝宽度。

(八)图8

图8是标准斜口钢轨联接处的俯视图；通过图8可以直观了解斜口钢轨铁路的钢轨联接方式，还可以了解标准斜口钢轨与标准钢轨的结构设计区别。

五、具体实施方式

斜口钢轨铁路设计结构简单，易于建设改造，施工方法灵活，成本优势明显，极易推广实施。

(一)标准斜口钢轨的生产与改造

为了建设标准化的斜口钢轨铁路，必须制定统一的斜口钢轨铁路建设标准；为了避免斜口钢轨生产、铺设和更换过程中的不必要麻烦，必须制定统一的斜口钢轨生产标准。

1、斜口钢轨的生产标准

(1)斜口钢轨的结构

标准斜口钢轨的结构：标准斜口钢轨除长度、端口切割方式和斜口部位结构设计与标准钢轨不同之外，其余设计(型号、规格、材质、主体结构和生产标准)都与标准钢轨相同。“平口改斜口钢轨”的结构：“平口改斜口钢轨”只是将平口钢轨(标准钢轨或无缝钢轨)的端口进行斜向切割，除端口切割方式和“有效长度”与平口钢轨不同之外，其余设计都没有改变。

(2)斜口加工的标准

标准斜口钢轨的斜口加工标准：钢轨两端的切割面平行，钢轨端口的切割面与钢轨轨底所在平面垂直、与钢轨纵轴线之间的夹角为逆时针15°。

标准斜口钢轨的切割方式如图7所示；图7是钢轨的俯视图，在图7左侧是横向直角切割钢轨示意图，在图7右侧是按照斜口钢轨生产标准切割的标准斜口钢轨示意图。

从图7可以看出：钢轨坯件按照标准斜口钢轨生产标准切割之后，钢轨的端口已经由横向直角切割时的平口变成了(以钢轨纵轴线为基准)逆时针15°的小锐角斜口；从图7还可以看出，在预留相同宽度纵向轨缝的条件下，标准斜口钢轨的斜向轨缝宽度明显小于标准钢轨的横向轨缝宽度。

(3)斜口钢轨的长度

标准斜口钢轨长度：标准斜口钢轨的“有效长度”为25米，标准斜口钢轨的单轨长度为 (25+2a)米[a是斜口钢轨的斜口长度]。

标准斜口钢轨采用15°钢轨切割角和25米“有效长度”设计，因为不同型号钢轨的底宽和轨头宽度都不同，所以不同型号标准斜口钢轨的斜口长度和轨头斜口长度也不相同，不同型号标准斜口钢轨的单轨长度也不相同。由于采用了斜平口钢轨兼容互补设计，对于相同型号的标准斜口钢轨和由相同型号标准钢轨改造的斜口钢轨，都可以实现长度兼容和斜口互补。

在选定钢轨的型号之后，可以根据公式(8)计算出该种型号斜口钢轨的斜口长度(a)，就可以随之计算出该种型号斜口钢轨的单轨长度。

以P50钢轨为例：P50钢轨的底宽＝0.132米，tan15°＝0.2679，根据公式(8)可以计算出标准P50斜口钢轨的斜口长度(a)＝0.4926米，标准P50斜口钢轨的单轨长度＝(25+2a) 米≈25.99米。

2、标准斜口钢轨的生产

标准斜口钢轨能用现有标准钢轨生产线生产，只要将标准钢轨生产线的轧制工序和切割工序稍加改造，再根据钢轨型号设定单轨长度，就能将标准钢轨生产线改造成标准斜口钢轨生产线。在以“局部间隔更换”和“间隔更换”方式改造现有铁路时，需要更换上长度(25 +2a)米的同型号“平口改斜口钢轨”或者标准斜口钢轨，长度(25+2a)米“平口改斜口钢轨”的生产更为简单，只要将标准钢轨生产线的切割工序稍加改造，再根据钢轨型号设定单轨长度，即可完成生产线改造。

3、标准钢轨的斜口改造

标准钢轨的斜口改造非常简单，只要将标准钢轨的端口重新按照标准斜口钢轨的斜口加工标准进行斜口切割即可。

按照标准斜口钢轨的生产标准将标准钢轨的两端重新切割后，25米标准钢轨可以改造成“有效长度”＝(25-2a)米的“平口改斜口钢轨”；12.5米标准钢轨可以改造成“有效长度”＝(12.5-2a)米的“平口改斜口钢轨”。

在改造标准钢轨铁路和无缝钢轨铁路时，还能利用轨道式钢轨斜口切割机在线路上对保留(不拆卸)的标准钢轨和无缝钢轨的端口直接进行斜口切割。

(二)标准化斜口钢轨铁路的建设

标准化斜口钢轨铁路的建设，应该采用新建和改造“两条腿走路”的方式进行，以尽量减少既往投资浪费和重新投资；还应该制定统一技术标准，优化选择建设方案，科学进行施工管理，严格进行质量验收，采用竞争招标的方式进行，以尽量提高建设与改造的效率和效益。

1、斜口钢轨铁路的建设标准

斜口钢轨铁路采用斜向轨缝联接设计，不需要焊接钢轨就能解决轮轨撞击问题；同时采用预留纵向轨缝设计，不需要限制和锁定钢轨就能解决钢轨热应力问题。因此，斜口钢轨铁路能按照标准钢轨铁路的技术标准和质量要求建设，还能根据施工条件灵活选择(人力或机械化)施工的方式；既能明显降低铁路建设的难度，还能成倍降低铁路建设的成本。

2、斜口钢轨铁路的联接方式

斜口钢轨铁路仍然用夹板联接的方式组成连续轨线，在斜口钢轨联接处，使用夹板、螺栓、螺母和弹簧垫圈进行联接和固定。在建设和改造斜口钢轨铁路时，在标准斜口钢轨之间，用加长的常规夹板联接；在“平口改斜口钢轨”之间，用“外加轨腰型夹板”联接；在标准斜口钢轨和“平口改斜口钢轨”之间，用专用夹板联接。

斜口钢轨铁路的联接方式如图8所示，图8是标准斜口钢轨联接处的俯视图。从图8可以看出：标准斜口钢轨联接处的轨缝是小锐角斜向轨缝，图8中两条黑色的粗线是钢轨联接处的夹板；从图8还可以看出：A点左侧和B点右侧标准斜口钢轨的结构与标准钢轨完全相同，AB之间标准斜口钢轨斜口部位的轨腰厚度是与轨头宽度相同的，图8中相邻两条虚线之间的距离为轨腰厚度。

3、斜口钢轨铁路的建设步骤

根据标准化斜口钢轨铁路的建设标准，只要按照标准钢轨铁路的技术标准和质量要求铺设路基、道床和枕木，并在标准斜口钢轨之间按照设计要求预留纵向轨缝间隙，再将标准斜口钢轨依次用夹板联接并固定在枕木上，就能建成低成本、高性能的标准化斜口钢轨铁路。

(三)平口钢轨铁路的低成本改造

平口钢轨铁路的存量巨大，全面废弃必然造成极大的浪费，按照传统方式进行改造也要耗费巨资，研究平口钢轨铁路的低成本改造方法意义重大。

斜口钢轨铁路采用斜平口钢轨兼容互补设计，能利用现有设备生产斜口钢轨，能将标准钢轨改造成斜口钢轨继续使用，能继续使用现有枕木和线路配件，因而能大幅度降低铁路建材的生产成本和更换成本；采用斜平口钢轨兼容互补设计，标准斜口钢轨能与斜口改造的标准钢轨通用兼容和互补，能按照“局部间隔更换”或者“间隔更换”方式直接改造平口钢轨铁路，只要更换和改造线路上少量的标准钢轨即可完成改造，也能成倍降低平口钢轨铁路的改造成本；按照“局部间隔更换”、“间隔更换”或者“全部更换”方式进行改造，只需更换和改造平口钢轨铁路上的钢轨，并不需要改造原有的路基、道床和枕木，也能大幅度降低平口钢轨铁路的改造成本；斜口钢轨铁路还能按照标准钢轨铁路的质量标准和技术要求进行建设和改造，也能大幅度降低平口钢轨铁路的改造成本。

1、平口铁路的改造方法

现有平口铁路可以分为两类：一是由标准钢轨组成、采用常规方式固定的标准钢轨铁路；二是由焊接无缝钢轨或超长无缝钢轨组成、采用锁定方式固定的无缝钢轨铁路；由于高速铁路都采用无缝线路设计和使用无缝钢轨，所以高速铁路也归类于无缝钢轨铁路之中。现有各种无缝钢轨铁路和标准钢轨铁路都能用多种方式进行改造，针对铁路路况、钢轨联接方式、地区温差和铁路重要性等不同情况，还能优化选择“局部间隔更换”、“间隔更换”、“全部更换”或者“全面重建”的方式进行改造。

(1)“局部间隔更换”

“局部间隔更换”适用于无缝钢轨铁路的高效率、低成本改造，以及各种斜口钢轨铁路的维修更换。

“局部间隔更换”：就是在无缝钢轨铁路的无缝钢轨之间间隔更换标准斜口钢轨，将无缝钢轨之间的横向轨缝全部转换成斜向轨缝，从而彻底消除无缝钢轨铁路仍然存在的车轮与无缝钢轨之间的轨缝撞击问题；同时根据不同温差地区热应力释放的需要，在每条无缝钢轨上都等间隔更换适当比例的标准斜口钢轨，用具有纵向轨缝间隙的斜向轨缝将无缝钢轨分割成多个较短的区段，利用斜口钢轨联接处超强的钢轨热应力释放能力和锁定在枕木上各个较短区段无缝钢轨的热应力限制功能，就可以达到间隔释放钢轨热应力与间隔限制钢轨热应力的综合效果，从而消除无缝钢轨铁路的钢轨热应力隐患问题；通过在无缝钢轨之间和无缝钢轨上间隔更换标准斜口钢轨，就可以彻底消除无缝钢轨铁路仍然存在的轮轨撞击问题和钢轨热应力隐患问题。

“局部间隔更换”的技术特征：采用局部间隔更换标准斜口钢轨和局部改造标准斜口钢轨两端相邻的标准钢轨端口的方式，将无缝钢轨之间的横向轨缝转换成具有纵向轨缝间隙的斜向轨缝，将无缝钢轨用具有纵向轨缝间隙的斜向轨缝分割成多个较短的区段。

“局部间隔更换”的施工方法：在无缝钢轨之间的平口联接处一侧拆除一条标准钢轨，将钢轨空缺处两端的标准钢轨平口按照标准斜口钢轨的斜口切割标准进行斜口切割，然后在钢轨空缺处换装标准斜口钢轨即可；在无缝钢轨上，先根据不同温差地区热应力释放的需要设计更换标准斜口钢轨的数量，然后在无缝钢轨等间隔的焊缝处分别拆除一条标准钢轨，将钢轨空缺处两端的标准钢轨平口分别按照标准斜口钢轨的斜口切割标准进行斜口切割，然后在钢轨空缺处分别换装标准斜口钢轨即可；改造施工可以在无缝钢轨铁路上同时进行，在设计拆换钢轨的位置时，还应该考虑后续改造时标准斜口钢轨与“平口改斜口钢轨”的长短间隔组合问题。

“局部间隔更换”铁路的性能：无缝钢轨铁路按照“局部间隔更换”方式进行首次改造后，防轮轨撞击性能与标准斜口钢轨铁路完全相同；通过调整间隔更换在无缝钢轨上斜口钢轨的比例，就可以调整各个区段无缝钢轨的热应力释放能力，同时继续利用各个区段锁定在枕木上无缝钢轨的热应力限制功能，就可以达成间隔释放钢轨热应力与间隔限制钢轨热应力的综合效果，就可以使“平口改斜口铁路”的热应力调节性能与标准斜口钢轨铁路基本相同；在此后结合线路维修和更换周期进行的后续改造时，就可以继续按照“局部间隔更换”的方式，逐步将无缝钢轨铁路上焊接的标准钢轨间隔更换成标准斜口钢轨和间隔改造成“平口改斜口钢轨”，就可以将无缝钢轨铁路逐步改造成“间隔更换”式的“平口改斜口铁路”，“平口改斜口铁路”的防轮轨撞击性能和热应力调节性能就与标准斜口钢轨铁路完全相同，就可以完全按照标准钢轨铁路的技术要求进行维修保养。

(2)“间隔更换”

“间隔更换”主要用于钢轨、路基和枕木整体质量都达标的标准钢轨铁路的高效率、低成本改造，以及位于高温差地区或者主要干线上的无缝钢轨铁路的高效率、低成本改造。

“间隔更换”：就是将标准钢轨铁路或者无缝钢轨铁路上的标准钢轨按照联接顺序或者焊接顺序排位，将偶数位置上的标准钢轨全部拆除由标准斜口钢轨替换；将奇数位置上的标准钢轨全部保留不拆卸，并将保留标准钢轨的两端都按照标准斜口钢轨的斜口切割标准进行斜口切割；然后，将保留并经过斜口改造的“平口改斜口钢轨”与换装上的标准斜口钢轨重新联接组成“平口改斜口铁路”。

“间隔更换”的技术特征：采用间隔更换标准斜口钢轨和间隔改造标准斜口钢轨两端相邻的标准钢轨端口的方式，将各种平口钢轨铁路钢轨之间的横向轨缝或者焊缝全部改换成具有纵向轨缝间隙的斜向轨缝。

“间隔更换”铁路的性能：标准钢轨铁路和无缝钢轨铁路按照“间隔更换”的方式改造后，线路上钢轨之间的所有横向轨缝或者焊缝都已经全部转换成具有纵向间隙的斜向轨缝。因此，“平口改斜口铁路”的防轮轨撞击性能和热应力调节性能都与标准斜口钢轨铁路完全相同，并且可以按照标准钢轨铁路的技术要求进行全线路的维修与保养，此种“平口改斜口铁路”还具有标准斜口钢轨[长度＝(25+2a)米]与“平口改斜口钢轨”[长度＝(25-2a)米] 间隔组合联接的特点。

(3)“全部更换”

“全部更换”主要用于路基、道床和枕木整体质量都达标、线路上钢轨整体质量不达标的标准钢轨铁路和无缝钢轨铁路。

“全部更换”：就是在原有路基、道床和枕木上全部换装标准斜口钢轨或者全部换装“平口改斜口钢轨”，由标准斜口钢轨或者“平口改斜口钢轨”重新组装成斜口钢轨铁路。

“全部更换”铁路的性能：“全部更换”铁路的性能与标准斜口钢轨铁路完全相同，能按照标准钢轨铁路的技术要求进行全线路维护与保养。

(4)“全面重建”

“全面重建”主要用于路基、道床或者枕木整体质量不能全部达标的标准钢轨铁路和无缝钢轨铁路。

“全面重建”：就是在铁路的线路原址上按照标准钢轨铁路的质量标准和技术要求重建斜口钢轨铁路。

“全面重建”铁路的性能：“全面重建”铁路的性能与标准斜口钢轨铁路完全相同，能按照标准钢轨铁路的技术要求进行全线路维护与保养。

2、无缝钢轨铁路的低成本改造

无缝钢轨铁路的建设标准明显高于标准钢轨铁路，线路配件、枕木和路基的质量指标也都明显高于标准钢轨铁路，而且铁路修建的时间普遍较短，路况普遍较好。为了尽量降低无缝钢轨铁路的改造成本和提高改造效率，应该根据铁路所在地区的温差状况和线路重要性，尽量按照“局部间隔更换”或者“间隔更换”的方式进行改造。

(1)在温差较小地区

在温差较小的地区，如果无缝钢轨铁路的钢轨、路基、道床和枕木的质量全部达标，应该按照“局部间隔更换”方式进行改造。

(2)在温差较大地区

在温差较大的地区，如果无缝钢轨铁路的钢轨、路基、道床和枕木的质量全部达标，也应该按照“局部间隔更换”方式进行改造；但要在无缝钢轨上等间隔更换数量更多的标准斜口钢轨，以有效增强“平口改斜口铁路”的钢轨热应力释放能力。

(3)在高温差的地区

在高温差的地区，由于线路上的钢轨热应力更大，为了确保铁路安全，应该按照“间隔更换”方式进行一次性彻底改造，使“平口改斜口铁路”的防轮轨撞击性能和热应力调节性能都与标准斜口钢轨铁路完全相同。

在改造无缝钢轨铁路时，除了温差因素之外，还应该考虑线路重要性、线路状况和建设时间等因素，对于重要干线铁路，只要位于温差较大地区或者高温差地区，就应该按照“间隔更换”方式进行一次性彻底改造；如果无缝钢轨铁路的整体状况一般，也应该按照“全部更换”方式进行一次性改造；如果无缝钢轨铁路的路基、道床或者枕木的质量不能全部达标，无论钢轨的状态是否良好，都应该按照“全部重建”方式进行一次性彻底改造。

3、标准钢轨铁路的低成本改造

标准钢轨铁路修建的时间普遍较长，线路老化问题比较突出；加之车轮与钢轨轨缝之间的频繁撞击，也会使线路的质量和可靠性明显降低。因此，在改造标准钢轨铁路时，应该根据线路的实际状况，分别选择“间隔更换”、“全部更换”或者“全面重建”的方式进行一次性改造。

(1)铁路整体状况很好

如果标准钢轨铁路的钢轨、路基、道床和枕木的质量全部达标，应该按照“间隔更换”方式进行一次性改造。

(2)铁路整体状况一般

如果标准钢轨铁路的路基、道床和枕木的质量全部达标，钢轨的状况一般，应该按照“全部更换”方式进行一次性改造。

(3)铁路整体状况较差

如果标准钢轨铁路的路基、道床或者枕木的质量不能全部达标，无论钢轨的状态是否良好，都应该按照“全部重建”方式进行彻底改造。

为了全面降低铁路的综合成本，还应该将铁路改造时更换下来的标准钢轨和无缝钢轨(局部)改造成“平口改斜口钢轨”，用于“平口改斜口铁路”的更换储备或者用于建设全部由“平口改斜口钢轨”组成的支线铁路。

斜口钢轨铁路采用小锐角斜向轨缝联接设计和预留纵向轨缝设计，首次、同时、彻底解决了轮轨之间撞击问题和钢轨热应力问题。斜口钢轨铁路还采用了斜平口钢轨兼容互补设计，能大幅度降低斜口钢轨铁路的建设成本和现有各种铁路的改造成本。

斜口钢轨铁路既能全面提高铁路的安全性、可靠性、舒适性和耐用性，还能大幅度降低铁路建设、改造、维修和运营的成本；既能避免既往巨额投资的浪费，还能节省巨额的重新投资；为铁路的高性能设计、高效率使用、高效益运营、低成本建设、低成本维修和低成本改造开创了全新的模式，具有极高的推广应用价值。

Claims (5)

1.斜口钢轨铁路，采用小锐角斜向轨缝联接设计和预留纵向轨缝设计；斜口钢轨铁路的 技术特征是：钢轨联接处斜向轨缝与钢轨纵轴线之间的最小夹角选择在15°≤θ＜45°区间， 在斜口钢轨之间都留有纵向的轨缝间隙；本申请所述的钢轨纵轴线是钢轨轨道平面上与轨道 平面两侧边线平行并且等距离的中心线。

2.斜口钢轨铁路，利用斜口钢轨实现小锐角斜向轨缝联接设计；标准斜口钢轨的技术特 征是：斜口部位的轨腰厚度与轨头宽度相同，钢轨两端的切割面平行，钢轨端口的切割面与 钢轨轨底所在平面垂直、与钢轨纵轴线之间的最小夹角选择在15°≤θ＜45°区间。

3.斜口钢轨铁路，采用“外加轨腰型夹板”设计，专门用于联接斜口改造的标准钢轨； “外加轨腰型夹板”的技术特征是：夹板的三个侧面分别能与轨腰曲面、轨头下表面和轨底 上表面紧密组合，夹板的外侧平面与轨头同宽。

4.斜口钢轨铁路，采用斜平口钢轨兼容互补设计；斜平口钢轨兼容互补设计的技术特征 是：为实现结构兼容，除长度、端口切割方式和斜口部位结构设计不同之外，标准斜口钢轨 的其余设计(型号、规格、结构、材质和生产标准)都与标准钢轨相同；为实现长度兼容和斜 口互补，标准斜口钢轨单轨长度在(12.5×N+2a)米的设计范围内选择[a是标准斜口钢轨斜 口长度，N＝1、2、4、6、8、10]；为解决标准钢轨斜向切割造成的轨头斜口尖端悬空问题、 斜口部位的抗弯性能和承重性能下降问题，标准斜口钢轨斜口部位的轨腰厚度与轨头宽度相 同；为实现斜口兼容，将标准钢轨的端口按照标准斜口钢轨相同切割标准进行斜口改造。

5.斜口钢轨铁路，采用斜平口钢轨兼容互补设计，标准斜口钢轨能与斜口改造的标准钢 轨兼容互补，能用“局部间隔更换”和“间隔更换”的方式改造现有各种铁路；“局部间隔更 换”的技术特征是：采用局部间隔更换标准斜口钢轨和局部改造标准斜口钢轨两端相邻的标 准钢轨端口的方式，将无缝钢轨之间的横向轨缝转换成具有纵向轨缝间隙的斜向轨缝，将无 缝钢轨用具有纵向轨缝间隙的斜向轨缝分割成多个较短的区段；“间隔更换”的技术特征是： 采用间隔更换标准斜口钢轨和间隔改造标准斜口钢轨两端相邻的标准钢轨端口的方式，将标 准钢轨铁路或者无缝钢轨铁路钢轨之间的横向轨缝或者焊缝全部转换成具有纵向轨缝间隙的 斜向轨缝；本权利要求所述的标准斜口钢轨，同时具有标准斜口钢轨的技术特征和斜平口钢 轨兼容互补设计的技术特征。