CN108691254A - 用于修复轨道和铁路交叉的损害的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种修复铁路轨道的受损轨道中的缺陷的方法，包括：将轨道成形装置定位在接近缺陷的铁路轨道的轨道上；将轨道成形装置固定到铁路轨道上；根据选定的轮圆锥角的值调节其研磨机，以在受损轨道部分的上方产生成形的运行表面；在至少对应于缺陷的最大深度的深度处，使用研磨机从邻近缺陷的受损轨道移除材料来产生中间区段，通过使用研磨机研磨掉受损轨道的材料，从轨道的顶部产生斜面并且通向中间区段以及使中间区段离开轨道的顶部的一个斜面。

Description

用于修复轨道和铁路交叉的损害的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.SC§119(e)要求于2017年4月4日提交的美国临时专利申请No.62/481384的优先权，其说明书全文通过引用并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及铁路维护的领域。更具体地，本发明涉及一种用于对轨道尤其是铁路交叉的损害(例如凹陷和褶皱表面)的装置和方法，尤其是由车轮的不稳定性和撞击引起的损害。

背景技术

沿铁路交叉的长度铸造的滚动表面轮廓早已经预先定义，并且意在为车轮通过提供水平状态。当轨道车辆通过(固定的或者可移动的点构造的)典型的钢交叉或“辙叉”时，与交叉的表面接触的车轮的表面高度和独特形状应该理想地支撑车轮和转向轮负载，并且在行进方向上具有最小的垂直和横向变化。

当固定的或可移动的心轨辙叉最初被供应于岔道装置时，所供应的岔道铸件内的点到翼轮廓形状通常未充分地成形以在通过期间完全支撑车轮。因此，撞击力和轨道磨损会在点到翼过渡区域加剧，并随着时间的推移产生修复的需要。通常，这种修复是使用焊接和研磨修复动作来进行的。然而，该修复过程不仅需要很长时间(长达5小时)，在此期间没有列车能够在轨道上行进，而且修复结果仅在点到翼过渡区域上方产生近似水平的运行表面。因此，尽管运行表面恢复到接近其新的状态，但它仍然仅与车轮圆锥形轮廓近似匹配，仍然允许发生一些车轮倾斜，导致轨道磨损的循环和更高的轨道噪声。通常，当辙叉磨损达到在9mm至12mm(0.35至0.47英寸)之间时，并且当噪音水平变得不可接受时，再次施加焊接修复并且循环重新开始。

尽管交叉辙叉铸件已经被供应了100多年，并且已经被每个主要铁路所采用，但除了替换铸件、通过焊接重建局部凹陷、或者仅仅通过降低车辆速度之外，在避免这些短的瞬态长度凹陷上的车轮撞击损害的加剧方面的技术改进非常小。

因此，需要一种方案来解决由于车轮撞击造成的对轨道和交叉的加剧损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种克服或减轻已知修复方法的一个或更多个缺点或至少提供有用的替代方案的修复轨道或交叉的方法。

本发明提供了在无需任何预先焊接的情况下，修复受损的固定的或可移动的心轨辙叉以及由于正常磨损或撞击而造成的其他轨头损害，以及通常在辙叉或轨道的顶部表面上产生凹陷的优点。

有利地，本发明允许延长轨道部件的寿命以及减轻轨道区域对噪声和振动敏感的抱怨。

根据本发明的实施例，提供了一种用于修复具有两个轨道的铁路轨道的受损轨道的缺陷的轨道成形装置。轨道成形装置包括框架、两个轮轴组件、固定机构、滑轨和研磨机。两个轮轴组件中的每一个具有安装在一个轴上的一对第一截头圆锥形轮。第一截头圆锥形轮中的每一个具有第一圆锥角或锥角。两个轮轴组件被安装到框架。第一个截头圆锥形轮可操作地(就像轨道车辆的轮)置于铁路轨道的轨道上。固定机构连接到框架，并且可操作地将框架固定到铁路轨道。在框架的纵向侧上安装到框架的滑轨可以是各种长度的，并且至少2000mm(78.7英寸)长、至少1500mm(59.1英寸)长，或者甚至至少1000mm(39.4英寸)长。研磨机可滑动地安装到滑轨，并且能够操作用于在沿着滑轨移动的同时从受损轨道移除材料。

优选地，两个轮轴组件彼此间隔至少相距1500毫米(59.1英寸)。更优选地，第一对截头圆锥形轮中的每一个能够从其相应的轮轴组件移除。

根据本发明的另一实施例，提供了一种用于对轨道重新成形的设备。设备包括如上所述的轨道成形装置以及第二组四个第二截头圆锥形轮。第二截头圆锥形轮的第二圆锥角与第一截头圆锥形轮的第一圆锥角不同，并且因此适于替换两个轮轴组件上的第一截头圆锥形轮。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种修复具有两个轨道的铁路轨道的受损轨道的缺陷的方法。使用上述轨道成形装置的修复方法，包括：

a)将轨道成形装置定位在铁路轨道的轨道或交叉辙叉上的接近缺陷的位置；

b)将轨道成形装置固定到铁路上；例如，固定机构可以用于将轨道成形装置固定到轨道上；

c)根据选定的轮圆锥角的值调节轨道成形装置的研磨机，以在包括缺陷的受损轨道部分上方产生成形的运行表面；

d)在至少对应于缺陷相对于受损轨道的顶部运行表面的最大深度的深度处，使用轨道成形装置的研磨机，从邻近缺陷的受损轨道移除材料来产生中间区段。中间区段应基本上平行于轨道的顶部运行表面延伸；

e)使用研磨机从中间区段的第一端点开始，并且在中间区段之前的上方行进第一纵向距离，逐渐到达受损轨道的顶部运行表面，以研磨受损轨道来产生邻近中间区段的第一斜面；以及

f)使用研磨机从中间区段的第二端点开始，并且在水平的中间区段之后的上方行进第二纵向距离，逐渐到达受损轨道的顶部运行表面，以研磨受损轨道来产生邻近中间区段的第二斜面。

可选地，产生中间区段包括在至少200mm(7.9英寸)的长度上研磨受损轨道中的缺陷，优选在缺陷的两侧上。

产生第一斜面可以包括在至少1500mm(59.1英寸)的第一纵向距离上研磨受损轨道。优选地，产生第二斜面还可以包括在至少1500mm(59.1英寸)的第二纵向距离上研磨受损轨道。

本方法可以使用成形装置以及设备的任何变型。在使用设备的情况下，本方法还可以包括由第二截头圆锥形轮替换两个轮轴组件上的第一截头圆锥形轮。

有利地，本修复方法在修复发生之前没有预焊接操作。

附图说明

根据以下参考附图的描述，本发明的这些和其他特征将变得更加明显，其中：

图1是新的状态下的典型单轨的俯视图；

图2是受损轨道和心轨辙叉的等距视图；

图3是在交叉的固定的心轨辙叉上方滚动并且即将在相邻的受损轨道上滚动的锥形轮的横截面图；

图4a是受损轨道的侧视图；

图4b是根据本发明的实施例的修复的图4a的受损轨道的侧视图；

图5是根据本发明实施例的线性成形装置的等距视图；

图6是轨道工人使用图5的线性成形装置施加在受损的交叉上的等距视图；以及

图7是根据本发明的实施例的修复方法的步骤的示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种轨道成形装置以及一种使用该轨道成形装置在没有预先焊接操作的情况下修复铁路轨道的受损轨道或辙叉(无论是固定的还是可移动的)的方法。特别地，本轨道成形装置和相关的修复方法被用于修复铁路的轨道和交叉辙叉，其中，允许的修复时间非常短，或者由于可能的由焊接引起的应力失效而不建议进行焊接。在本说明书中，简单的术语“辙叉”将被使用并且将被理解为取决于上下文来表示固定的辙叉或者可动心轨辙叉。在一些情况中，术语“辙叉”甚至可以意指两者。

现在参照图1，示出了在新的状态下的铁路轨道11的交叉10。交叉10使用辙叉14。现在同时参考图2，示出了轨道12和辙叉14两者中的缺陷16。这种缺陷16是由轨道车辆的车轮在点到翼区域15(轨道车辆的车轮从轨道12转移到辙叉14处的衔接处)的重复通过和撞击而产生的，撞击本身是轮在辙叉14和轨道12之间的不平稳的转移(反之亦然，取决于轨道车辆行进的方向)的结果。这种缺陷16是轨道12的表面中的凹陷，其能够在轨道的顶部滚动表面下方达到相当大的深度(大约10mm或0.4英寸)。

现在同时参考图3，示出了固定的交叉的横截面，该横截面示出了在辙叉14(在本例中固定)上方滚动并且将要转移到具有缺陷16的轨道12上的车轮18。此时，辙叉14和轨道12二者都应支撑车轮18。然而，如可以看到的，缺陷16在车轮18的下方形成空隙。一旦辙叉14不再支撑，车轮18落在缺陷16上，造成更多的损害。

现在同时参考图4a和4b。原始的缺陷16在图4a中表示，而其修复19在图4b中表示。本修复方法提供了缺陷16的受控的线性重新成形，其有效地拉伸或“混合”(blends-out)了磨损轨道12或磨损辙叉14中的局部缺陷16，并精确地重新成形其头部以更好地匹配轨道车辆的轮18的圆锥形状。换句话说，不是使用通常需要重建大约600mm(23.6英寸)长的区域的焊接来重建缺陷16，而是在长度上将缺陷16(其是轨道12的顶部中的凹陷)渐进地拉伸到约3400mm(133.9英寸)。

修复19包括三部分：引导斜面20、中间区段24和离开斜面26。沿着轨道12，引导斜面20在位于顶部运行表面22(对应于轨道12的顶部)的第一点21处开始，并且逐渐向下引导到中间区段24的开始处的第二点23。中间区段24相对于顶部运行表面22以恒定的深度基本上水平地延伸至第三点25。该深度基本上对应于原始的缺陷16的深度，或者甚至可以多一点。离开斜面26从中间区段24的端部处的第三点25延伸，并且逐渐向上引导到垂直地位于顶部运行表面22处的第四点27。虽然通常是直线的(在沿着轨道12的垂直平面中)，但是引导斜面20和离开斜面26也能够采用曲线轮廓。引导斜面20和中间区段24之间以及中间区段24和离开斜面26之间的过渡可以被磨圆以确保这三个部分之间的平滑过渡。轨道12的未受损部分与引导斜面20和离开斜面26之间的过渡也可以被同样处理。事实上，引导斜面20、中间区段24和离开斜面26的整个顺序能够被平滑到使得它们相互融合为一系列正切曲线，该正切曲线在第一点21和第四点27也可以是相切的。

在横向平面中，引导斜面20、离开斜面26和中间区段24的头部29的形状，通过精确地研磨轨道12的这些部分的顶部来确定，以匹配在轨道12或辙叉14上循环的轨道车辆的车轮18的锥形。该头部29的形状很容易由北美和国际铁路标准(例如AREMA和UIC)来确定，并且仅可能通过使用高精度的轨道成形装置28来精确研磨，最好如现在同时参考的图5和6中所示。

可以用于重新成形铁路轨道11的轨道12或辙叉14的轨道成形装置28包括框架30、两个轮轴组件32(每个轮轴组件具有轴33和一对截头圆锥形轮34)、固定机构36、滑轨38和研磨机40。研磨机本身配备有可替换的研磨石42。

固定机构36被设计为可拆卸地但牢固地将框架30固定到铁路轨道11。这允许精确地研磨轨道12或辙叉14。连接到框架30的纵向侧44的滑轨38至少1000mm长(39.4英寸)，并且甚至可以至少2000mm(78.7英寸)长。连接到滑轨38的研磨机40可以沿着框架30的纵向侧44上的并且与轨道12对齐的滑轨38的整个长度上自由地移动，以从轨道12移除材料并且形成中间区段24、引导斜面20和离开斜面26。

研磨机40被设计为使用数字校准标准精确地调节到具有+/-0.2度精度的预定研磨角度。研磨石42允许在辙叉14的整个长度上，在单程中向辙叉14和轨道12的翼表面提供至少100mm(3.9英寸)宽的平整切口。

两个轮轴组件32连接到框架30，以便截头圆锥形轮34可以在轴33上旋转并且沿着轨道12滚动。可替选地，轮34可以牢固地附接到轮轴组件32，并且轮轴组件32可在附接到框架30的轴承中旋转。换句话说，轴33可以随着轮34旋转或不旋转，但这仅仅是设计选择。而且，轮34可以可移除地连接到轴33，以便其能够容易地与具有不同锥形(或圆锥形)角度θ的其他轮34互换，最好图3中所示。例如，轮34可以具有200mm(7.9英寸)的直径并且具有与车轮18相同的轮廓和轮距间距。实际上，为了进行精密的研磨操作，优选的是，车轮34的圆锥角θ与在待研磨的特定轨道12上行进的轨道车辆的车轮18的圆锥角相同。

因此，将轨道成形装置28提供为包括具有不同圆锥角θ的多组可互换轮34的成套工具是方便的，因为在修复方法的研磨操作之前，可以选择具有适当圆锥角的轮并将其安装在轨道成形装置28上。

现在同时参考图7，其示意性地表示了使用轨道成形装置28修复铁路轨道11的轨道12或辙叉14的方法。本方法的一个重要优点是受损轨道12或交叉辙叉14可以在不必依靠预先焊接操作的情况下被修复，而预焊接操作对于现有的修复方法来说通常是必需的。

根据本方法，在步骤98，首先基于车轮18的自身轮廓(圆锥角)确定轨道成形装置28的截头圆锥形轮34的右圆锥角θ。一旦这被确定，右组的截头圆锥形轮34被选择并被安装在轨道成形装置28上。

然后在步骤100，将轨道成形装置28定位在缺陷16的上方。有利地，轨道成形装置28可以在轨道11上滚动到该位置，因为其配备有适于在轨道12上滚动的截头圆锥形轮34。轨道成形装置28应该被定位成使得通过研磨机40在滑轨38上的行进，可以到达缺陷16并且形成如下所述的水平中间区段24。注意，步骤98和步骤100可以被颠倒，并且一旦轨道成形装置28被设置在缺陷16的上方，右组的截头圆锥形轮34能够被安装在轨道成形装置28上。然而，更加方便地是，确定右组的截头圆锥形轮34并且在轨道成形装置28在移动到缺陷16上方之前安装它们。

在步骤102，使用固定机构36将轨道成形装置28牢固地固定到铁路上，以便可以精确地进行之后的研磨操作。例如，轨道成形装置28可以被固定到轨道12。在104，形成中间区段24。

在步骤103，调节研磨机40以再现轨道12的运行表面的选定的头部轮廓，该选定的头部轮廓将充分匹配通常在轨道12上行进的车轮18的选定的车轮锥角或车轮轮廓。当不同的车轮锥角或车轮轮廓在轨道12上行进时，可以选择中间角度值来调节研磨机40。类似地，将使用截头圆锥形轮34的最佳配合中间轮廓。

除非需要从轨道12移除非常少量的材料，否则很少有仅在单程中就研磨所有这些材料的情况，这仅因为研磨石42和研磨机40不能同时研磨如此多的材料。因此，在大多修复中，在研磨机40被设置在一个给定角度的情况下，需要进行多个行程来移除所需的材料。此外，为了产生选定的头部轮廓，可能需要以不同的角度调节研磨机40。实际上，这是必需的，因为研磨机40的研磨石42在轨道12或辙叉14上生产纵向平坦表面，并且因为头部轮廓具有弯曲的轮廓。因此，通常，在修复辙叉14期间，研磨机40需要被设置为至少3至5个不同的角度中的两个不同角度以根据车轮锥形和现有的轨头状态来修复轨道12。因此，产生的轨道12或辙叉14的头部轮廓由多个直线段构成，该多个直线段近似选定的头部轮廓并且由研磨机40不同角度下的多次行程而产生。在研磨操作期间使用越多不同的研磨机角度，所产生的头部轮廓越精确。研磨机40的这种角度调整和重复行程在下文中描述的研磨步骤104、106和108中的每一个都是必需的。为了便于阅读，描述了研磨机40的单次行程，但是应该理解，通常需要以不同角度重复行程以产生选定的头部轮廓。

步骤104包括使用轨道成形装置28来移除缺陷16的最深部分的两侧上的材料，以在至少对应于缺陷16的该最大深度的深度处产生中间区段24。该最大深度是相对于轨道12的顶部运行表面22测量的。中间区段24基本上与轨道12的顶部运行表面22水平地并且平行地延伸。可选地，水平中间区段24在长度上可以是至少100mm(3.9英寸)并且可能是至少200mm(7.9英寸)。

在步骤106，产生第一斜面。该第一斜面对应于图4b中所示的引导斜面20。可替选地，第一斜面也可以对应于离开斜面26，因为首先产生哪个斜面并不重要。为了阐明本方法，仍将考虑产生第一斜面的步骤104对应于产生引导斜面20。

产生第一斜面的步骤106包括使用轨道成形装置28，从第二点23处的中间区段24的第一端点开始并且逐渐到达第一点21处的轨道12的顶部运行表面22，通过从轨道12移除材料来产生引导斜面20。引导斜面20在中间区段24之前延伸过第一纵向距离50。

在步骤108，产生第二斜面。与本方法的本示例相一致，第二斜面对应于离开斜面26。可以理解，如果第一斜面对应于离开斜面26，则第二斜面因此将对应于引导斜面20。根据本方法的本示例，因此步骤108对应于形成离开斜面26。类似于产生第一斜面106的步骤，产生第二斜面108的步骤包括使用轨道成形装置28，从第三点25处的中间区段24的第二端点开始，并且经过中间区域24后的第二纵向距离54逐渐到达在第四点27处的顶部运行表面22，从轨道12移除材料。

分别在第一纵向距离50和第二纵向距离54上被研磨的引导斜面20和离开斜面26可以是至少500mm(19.7英寸)、至少1000mm(39.4英寸)或者甚至至少1500mm(59英寸)。如果轨道成形装置28的滑轨38甚至更长，例如1600mm(63英寸)以及例如更多，则引导斜面20和离开斜面26也可以被制造得更长。引导斜面20的第一纵向距离50越长，位于与顶部运行表面22相同高度的第一点21与位于距离顶部运行表面22的最大垂直距离处(或最大深度以下)的中间区段24之间的过渡越平滑。类似地，离开斜面26的第二纵向距离54越长，中间区段24与位于与顶部运行表面22相同高度处的第四点27之间的过渡越平滑。

虽然明显的，引导斜面20和离开斜面26的长度与第一纵向距离50和第二纵向距离54的长度不完全相同(引导斜面20和离开斜面26对应于直角三角形的斜边，其相邻侧分别是纵向距离50、54，并且相对侧分别是第二点23和第三点25到顶部运行表面22的距离)。但是可以理解，纵向距离50、54非常接近于斜面20、26的长度，因为缺陷16的深度决不会高于10mm(0.4英寸)很多。该垂直距离相对于纵向距离50、54非常小意味着在纵向距离50、54与相应的引导斜面20和离开斜面26的长度之间仅存在微小差异。例如，1600mm(63英寸)的纵向距离50和10mm(0.4英寸)的缺陷深度将产生纵向距离50、54与相应的斜面20、26的长度之间的0.002％的非显著差异。

使用具有导入和导出缺陷16的合适的车轮轮廓的轨道表面的受控线性重新成形的本修复方法，轨道12中的局部缺陷或凹陷实际上在长度上被拉伸了大约30倍，从而在没有预先焊接缺陷16的情况下，为轨道和辙叉修复提供减少的撞击和噪音。

以下表示的测量结果尽管表示数量级，但不应该认为是精确可再现的。测量已经示出，如图4a的缺陷16所描绘的，当车辆在600km(23.6英寸)×10mm(4英寸)深的凹陷上方以65kph(40.4mph)行进时，在轨道12上产生14.5G的撞击，产生的撞击噪声高达100dBa。当根据本发明的修复方法将相同的凹陷重新成形为被分布在3400mm(133.9英寸)长的轨道截面上时，所产生的撞击和轨道噪声分别被显著地降低至0.5G和76dBa的可接受水平。

已经参考优选实施例描述了本发明。与附图一样的描述意在帮助理解本发明，而不是限制其范围。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离如本文所述的本发明的范围的情况下，可以对本发明进行各种修改，并且这些修改意在被本说明书所涵盖。本发明由以下权利要求书限定。

Claims (14)

1.一种轨道成形装置，用于修复具有两个轨道的铁路轨道的受损轨道上的缺陷，所述轨道成形装置包括：

框架；

两个轮轴组件，所述两个轮轴组件中的每一个具有安装在一个轴上的一对第一截头圆锥形轮，所述第一截头圆锥形轮中的每一个具有第一圆锥角，所述两个轮轴组件安装到所述框架，所述第一截头圆锥形轮可操作地置于所述铁路轨道的轨道上；

固定机构，所述固定机构连接到所述框架，并且可操作地将所述框架固定到所述铁路轨道；

滑轨，所述滑轨在所述框架的纵向侧上安装到所述框架，所述滑轨至少1000mm(39.3英寸)长；以及

研磨机，所述研磨机可滑动地安装到所述滑轨，所述研磨机能够操作用于在沿着所述滑轨移动的同时从所述受损轨道移除材料。

2.根据权利要求1所述的轨道成形装置，其中，所述滑轨至少1500mm(59.1英寸)长。

3.根据权利要求1所述的轨道成形装置，其中，所述第一对截头圆锥形轮中的每一个能够从所述两个轮轴组件中的相应轮轴组件移除。

4.一种用于对轨道重新成形的设备，所述设备包括：

权利要求3所述的轨道成形装置；以及

两对第二截头圆锥形轮，所述第二截头圆锥形轮中的每一个具有第二圆锥角，所述第二截头圆锥形轮中的每一个适于替换所述两个轮轴组件上的所述第一截头圆锥形轮中的相应截头圆锥形轮。

5.一种修复具有两个轨道的铁路轨道的受损轨道的缺陷的方法，修复方法使用具有研磨机的轨道成形装置，所述方法包括：

将所述轨道成形装置定位在轨道上接近所述缺陷的位置；

将所述轨道成形装置固定到所述铁路轨道；

根据选定的车轮圆锥角的值调节所述轨道成形装置的研磨机，以在所述受损轨道部分的上方产生成形的运行表面；

产生中间区段，所述产生中间区段包括在至少对应于所述缺陷相对于所述受损轨道的顶部运行表面的最大深度的深度处，使用所述轨道成形装置的研磨机，从邻近所述缺陷的受损轨道移除材料，所述中间区段基本上平行于所述轨道的顶部运行表面延伸；

产生第一斜面，所述产生第一斜面包括使用研磨机从所述中间区段的第一端点开始，并且经过所述中间区段之前的第一纵向距离，逐渐到达所述受损轨道的顶部运行表面，来研磨所述受损轨道；以及

产生第二斜面，所述产生第二斜面包括使用研磨机从所述中间区段的第二端点开始，并且经过所述中间区段之后的第二纵向距离，逐渐到达所述受损轨道的顶部运行表面，来研磨所述受损轨道。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述产生中间区段包括在至少200mm(7.9英寸)的长度上研磨所述受损轨道。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述产生第一斜面包括在至少1500mm(59.1英寸)的所述第一纵向距离上研磨所述受损轨道。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述产生第二斜面包括在至少1500mm(59.1英寸)的所述第二纵向距离上研磨所述受损轨道。

9.根据权利要求5所述的方法，使用权利要求1所述的轨道成形装置。

10.根据权利要求5所述的方法，使用权利要求2所述的轨道成形装置。

11.根据权利要求5所述的方法，使用权利要求3所述的轨道成形装置。

12.根据权利要求5所述的方法，使用权利要求4所述的设备。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括用所述第二截头圆锥形轮来替换所述两个轮轴组件中的每一个上的第一截头圆锥形轮。

14.根据权利要求5所述的方法，没有预焊接操作。