CN111188229A - 一种焊缝夹板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊缝夹板，焊缝夹板包括具有正面、背面、顶面和底面的主体；正面包括半径略小于钢轨的配合弧面，正面上开设有沿Z轴向内凹陷的焊缝避让凹槽，背面上与焊缝避让凹槽相对的位置设置有加强凸台，加强凸台沿Z轴凸出于背面，顶面具有临近背面的车轮避让凹槽，车轮避让凹槽包括水平槽面和倾斜槽面，焊缝避让凹槽在加强凸台与底面的接合处形成沿X轴朝顶面延伸预设宽度值，在加强凸台上形成豁口。本发明能够较好地分散避让凹槽的边缘与凹槽侧面的交界处的应力。

Description

一种焊缝夹板

技术领域

本发明涉及钢轨接头夹板技术领域，特别是关于一种焊缝夹板。

背景技术

为满足铁路线路上的无缝化要求，将两根钢轨采用焊接方式连接在一起的钢轨焊接接头越来越多。但受焊接技术、现场工艺操作等诸多因素影响，焊接后的钢轨焊接接头在焊后检查和使用一段时间时都会存在一定程度的焊接缺陷和伤损问题。当发现钢轨有问题，可以利用钢轨焊接接头采取一些补救措施，如将其切除重新焊接或采用夹板加固的方式，以保证行车安全。其中，重新焊接需将焊缝两端各至少6米钢轨锯下，重新下一根新轨放入重新焊接，这样修复方式具有使用时间长、安全系数高的优势。但是，重新焊接也存在操作繁琐、安装复杂，受外界因素如天气等影响较大的缺点。焊缝夹板通常用于临时或短期修复，加固时，焊缝夹板需要于钢轨两侧的焊缝或者重伤部位进行加固处理，这样可以防止焊缝伤情扩展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焊缝夹板来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

为实现上述目的，本发明提供一种焊缝夹板，所述焊缝夹板包括主体，所述主体的厚度方向为Z轴，宽度方向为X轴，长度方向为Y轴；所述主体具有正面、背面、顶面和底面，所述正面和背面在所述Z轴上相对设置，所述顶面和底面在所述X轴上相对设置，所述正面包括半径略小于钢轨的配合弧面，所述正面上开设有沿所述Z轴向内凹陷的焊缝避让凹槽，所述背面上与所述焊缝避让凹槽相对的位置设置有加强凸台，所述加强凸台沿所述Z轴凸出于所述背面，且凸出预设厚度值，所述加强凸台在所述Y轴方向上的尺寸为预设长度值，且大于所述焊缝避让凹槽在所述Y轴方向上的尺寸，所述顶面具有临近所述背面的车轮避让凹槽，所述车轮避让凹槽包括水平槽面和倾斜槽面，所述顶面还包括临近所述正面的上斜面，所述水平槽面比所述上斜面更靠近所述底面，所述焊缝避让凹槽沿所述X轴贯穿所述上斜面，所述加强凸台的一侧沿所述X轴的一个方向延伸至与所述水平槽面平齐，另一侧沿所述X轴的另一个方向延伸至所述底面，所述焊缝避让凹槽在所述正面沿所述X轴贯穿所述加强凸台，并在所述加强凸台与所述底面的接合处形成沿所述X轴朝所述顶面延伸预设宽度值，在所述加强凸台上形成豁口。

进一步地，所述上斜面通过过渡弧面连接到所述配合弧面的上部，所述底面通过过渡弧面连接到所述配合弧面的下部。

进一步地，所述上斜面、下斜面、配合弧面和过渡弧面上设置有绝缘层。

进一步地，所述焊缝避让凹槽的两端沿所述X轴分别贯穿所述顶面和底面，所述焊缝避让凹槽内凹的最低处为矩形平面，所述矩形平面沿所述Z轴与所述正面之间的距离为预设值，所述矩形面两侧边缘均沿所述Y轴和Z轴之间的方向上逐渐向外、朝所述正面倾斜延伸，形成两个圆弧面，所述圆弧面的半径不小于所述预设值，使得由所述矩形平面和所述圆弧面组成的所述焊缝避让凹槽的内凹表面能够用于分散临近所述焊缝避让凹槽的部位的应力集中。

进一步地，所述圆弧面的半径不小于所述预设值，所述两个圆弧面相对于所述矩形面沿所述X轴和Y轴对称布置。

进一步地，所述预设值和所述圆弧面的半径均为22mm。

进一步地，所述焊缝避让凹槽锻造成形。

进一步地，所述预设厚度值设置在8mm到10mm的范围内，所述预设长度值设置在120mm～150mm范围内。

进一步地，所述焊缝夹板还包括贯通所述正面和背面的沿所述Y轴的两个方向延伸且间隔设置的多个螺栓孔，所述加强凸台的预设长度值为其边缘临近所述螺栓孔设置。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

本发明的避让凹槽较好避让焊缝接结构，且避让凹槽的内凹表面形状能够较好地分散避让凹槽的边缘与凹槽侧面的交界处的应力。

附图说明

图1和图2为本发明实施例所提供的焊缝夹板的立体结构示意图；

图3为图1中的焊缝夹板背面视角下的立体结构示意图；

图4为图1中的焊缝夹板背面视角下的主视图；

图5为图1中的焊缝夹板的俯视图；

图6为图1中的焊缝夹板的侧视图；

图7为图1中的焊缝夹板的使用状态示意图；

图8为图7中的焊缝夹板组装后的状态示意图；

图9至图11为图1中的焊缝夹板的三种不同圆弧面半径所对应的应力测试分布示意图。

附图标记：

1	焊缝夹板	2	钢轨
				3	螺栓	11	正面
12	背面	13	顶面
				14	底面	15	端面
16	焊缝避让凹槽	17	螺栓孔
				18	加强凸台	21	腹板部
22	翼板部	111	上过渡弧面
				131	水平槽面	132	上斜面
133	倾斜槽面	161	矩形面
				162	圆弧面	181	豁口

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1至图5所示，本实施例所提供的焊缝夹板包括长条形板块状主体1，主体1的宽度方向为X轴，长度方向为Y轴，厚度方向为Z轴，该Z轴同时垂直于图中的X轴和Y轴，但在图中未显示。

主体1具有正面11、背面12、顶面13、底面14和端面15，正面11和背面12在Z轴上相对设置，顶面13和底面14在X轴上相对设置，两个端面15在Y轴上相对设置。

正面11设置成能够以面-面相贴合的方式贴设到钢轨2外侧面的曲面。其中以及本文其它位置中的“外”均是相对于整个物体的整体结构而言的，即从该物体的几何中心指向物体以外的方向视为“向外”。“面-面相贴合”可以理解为两个物体的表面与表面贴合在一起。

本实施例中，正面11包括配合弧面113，焊缝夹板1的正面11的弧形面(配合弧面113)的设计初衷是为了贴合钢轨，从而利于安装并起到良好的支撑作用。配合弧面113半径略小于钢轨相应弧面。例如，钢轨相应弧面的半径为400mm；所述配合弧面的半径为398mm，或398.5mm，或398.5mm-398mm之间的数值。

如图6示出的是主体1的侧视图，从侧视图可以看到主体1的端面15，同时也可以看到正面11的形状。本发明实施例的焊缝夹板1的正面11为与钢轨的轨腔侧面配合的面；背面12是与外侧面相背对的面，且与外侧面与螺栓3上的螺母配合，以实现从钢轨2的两侧对钢轨的夹紧。在本发明中，焊缝夹板的厚度是指正面11与侧面12的距离，即图1和图2中左右方向上的尺寸。焊缝夹板1还具有顶面和底面。顶面例如包括车轮避让槽。底面例如包括水平底部141。

正面11上开设有沿Z轴向内凹陷的焊缝避让凹槽16，焊缝避让凹槽16的两端沿X轴分别贯穿顶面13和底面14，以避开铁道伤损钢轨的焊筋，方便焊缝夹板在复杂的铁路环境中现场安装。

但是，通过计算机软件辅助计算得出：焊缝夹板安装到钢轨2之后，会承受应力，该应力集中区域主要包括图1中圆圈标记的位置，分布在焊缝避让凹槽16的边缘与凹槽侧面的交界处(如图1示出的四个圆圈所在的位置)。

为了减少或分散这些集中的应力，焊缝避让凹槽16内凹的最低处设置为矩形平面161，矩形平面161沿Z轴与正面11之间的距离为预设值H(如图5所示)，预设值H即为焊缝避让凹槽16的深度。矩形面161两侧边缘均沿Y轴和Z轴之间的方向上逐渐向外、朝正面11倾斜延伸，形成两个圆弧面162，两个圆弧面162相对于矩形面161沿X轴和Y轴对称布置。

计算机软件辅助计算还显示：焊缝避让凹槽16的圆弧面162的半径大小、位置以及实现方式的不同，均会导致焊缝夹板的应力集中区域及强度有所变化。

鉴于此，首先，针对圆弧面162的半径大小，在考虑钢轨2、焊缝夹板的尺寸刚性要求，试验验证了焊缝避让凹槽16的深度H设置为22mm，圆弧面162半径大小分别为10mm、15mm、22mm，在同样载荷下应力的分布图实例。如图9至图11所示，图中的图9对应的圆弧面162的半径为10mm，图10对应的圆弧面162的半径为15mm，图11对应的圆弧面162的半径为22mm。根据图9、图10和图11可以看到，图9和图10依然会有较为集中的应力区域，可以直观观察到的是，这个应力集中区域始终伴随在焊缝避让凹槽16的边缘与凹槽侧面的交界处(箭头数量较多的位置)。而图11中，可以很明显地观察到：焊缝避让凹槽16处应力集中的区域消失了。那么，圆弧面162的半径大小应全面覆盖凹槽深度范围的结论，圆弧面越大，力的分散效果更好，即圆弧半径R等于凹槽深度H或接近于凹槽深度。因此本实施例中的圆弧面162的半径设置为不小于预设值H，这样能够使得由矩形平面161和圆弧面162组成的焊缝避让凹槽16的内凹表面能够用于最大限度分散临近焊缝避让凹槽16的部位的应力集中。本实施例通过增加焊缝避让凹槽16的圆弧面162进行过渡，极大地减少了焊缝夹板2在使用过程中承受到的来自钢轨2的应力集中。

其次，针对圆弧面162的位置，应力求圆弧面162可以包络整个焊缝避让凹槽16，这样才能最大限度减少应力集中。

再者，针对圆弧面162的实现方式，焊缝避让凹槽16锻造成形，而不进行其他机械加工，从而获得更完整的金属流线纤维面，保留锻造强度。同时，焊缝避让凹槽16的内凹弧面可以减少应力集中。

在一个实施例中，正面11与顶面13的连接处设置成过渡弧面111，正面11也与底面14的连接处也设置成过渡弧面111，通过过渡弧面，有利于分散焊缝夹板承受的应力。

在一个实施例中，顶面13包括临近背面12的车轮避让凹槽，所述车轮避让凹槽包括水平槽面131、上斜面132、以及位于水平槽面131和上斜面132的倾斜槽面133，这样可以避让火车的车辕，一般夹板都有这样的设计，水平槽面131比上斜面132更靠近底面14，焊缝避让凹槽16沿X轴贯穿上斜面132。

在一个实施例中，如图3所示，为了解决焊缝避让凹槽16所导致的焊缝夹板的厚度变薄，无法满足强度的要求，背面12上与焊缝避让凹槽16相对的位置设置有加强凸台18，加强凸台18沿Z轴凸出于背面12，加强凸台18在Y轴方向上的尺寸为预设长度值，且大于焊缝避让凹槽16在所述Y轴方向上的尺寸。本实施例在焊缝夹板的最薄弱的位置增加产品厚度，这样能够保证产品拥有足够大的强度。

如图7和图8所示，焊缝夹板1使用时,焊缝夹板1对称设置于钢轨2的两侧,组成焊缝夹板接头。钢轨2具有腹板部21和翼板部22，腹板部21沿其长度方向间隔开设有多个螺栓孔，与此相对应地，焊缝夹板1还包括贯通正面11和背面12的沿Y轴的两个方向延伸且间隔设置的多个螺栓孔17，采用螺栓3和垫片通过螺栓孔17和腹板部21上的螺栓孔，便可以将焊缝夹板1固定连接到钢轨2上。加强凸台18的预设长度值为其边缘临近螺栓孔17设置。于是，加强凸台18沿Y轴的两个方向的长度大于焊缝避让凹槽16，且大于预设长度值，该预设长度值要求保证两侧的螺栓3和螺母有足够的安装及扳手空位，同时也要完全覆盖焊缝避让凹槽16的Y轴方向的长度，比如70mm。因此，加强凸台18沿Y轴的两个方向的预设长度值设置在120mm～150mm范围内，比如135mm左右为佳。

在焊缝夹板1安装到钢轨2上之后，还需要在焊缝夹板1的外侧安装轨距挡板(图中未示出)，为了保证该轨距挡板的安装牢靠性，为焊缝夹板1的底面14提供向上支撑力的钢轨2底部的翼板部22同时也需要为轨距挡板提供向上支撑力，因此，钢轨2底部的翼板部22沿Z轴向外凸出于焊缝夹板1和轨距挡板同时安装到钢轨2上之后的加强凸台18和轨距挡板的外侧缘，这样才能够保证轨距挡板的正常安装。因此，加强凸台18的凸出预设厚度值设置要求在8mm到10mm的范围内为宜。

例如：焊缝夹板1安装到钢轨2之后，钢轨2的翼板部22的外侧缘为6号规距挡板在加强凸台18的底面外侧缘A与钢轨2的翼板部22的外侧缘之间留有6mm左右的安装位置，同样地，钢轨2的翼板部22的外侧缘为10号规距挡板在背面12的加强凸台18之外部分的外侧缘B与钢轨2的翼板部22的外侧缘之间留有15mm左右的安装位置。在焊缝夹板1除加强凸台18之外的部分沿Z轴的厚度为50mm时,钢轨2的翼板部22的外侧缘为10号规距挡板在背面12的加强凸台18之外部分的外侧缘B与钢轨2的翼板部22的外侧缘之间留有15.5mm的安装位置。

在一个实施例中，上斜面132通过一段过渡弧面(上过渡弧面111)连接到配合弧面113的上部，底面14例如包括水平底部141，水平底部141通过一段过渡弧面(下过渡弧面112)连接到配合弧面113的下部。由于上斜面132、下斜面142的倾斜形状，上斜面132也可以看做正面11的一部分，下斜面142也可以看做底面14的一部分。当然，在配合弧面113和上斜面132之间，以及在所述配合弧面113和所述下斜面142之间，还可以分别设置多段过渡弧面。有利的是，过渡弧面根据钢轨的相应部分的尺寸来设置，大体上保持与配合弧面处有相同或基本相同的间隙。

在现有技术中，焊缝夹板1的正面的配合弧面、上斜面、下斜面设计为恰好完全贴合钢轨，或者与钢轨之间具有一致的均匀间隙。恰好完全贴合或一致的均匀间隙有利于使得焊缝夹板与钢轨之间的胶层更均匀，因而可以使胶层有更好的整体一致性能。

但是，本发明的发明人发现：实际上因为加工误差与安装误差的存在，会出现配合弧面、上斜面、下斜面随机某一处没有接触到钢轨的情形。当出现上斜面、下斜面未接触钢轨的情况时，钢轨的压力无法被焊缝夹板有效分担，焊缝夹板的加固性能将大打折扣。因此，需要克服现有技术中的设置均匀间隙或均匀厚度胶层的技术偏见。

本发明的实施例旨在通过在产品自身结构上的设计规避这种情形。本发明的实施例提供焊缝夹板、焊缝夹板加工方法或钢轨接头结构来在一定程度上容许加工误差，实现焊缝夹板与钢轨的良好配合。在一个实施例中，在上斜面132、下斜面142和配合弧面113上设置有绝缘层4；在带有前述过渡弧面的情况下，在过渡弧面上也设置有绝缘层4。绝缘层4可以常用任何适当的材质与成型方法。绝缘层4的厚度可以根据需要设置。例如，绝缘层的厚度设置在0.5mm-3mm的范围内；或者设置在0.8mm-2.0mm的范围内。

为了确保上斜面132、下斜面142对钢轨的支撑，所述配合弧面113处的第一绝缘层厚度大于所述上斜面132、下斜面142处的第二绝缘层厚度。因为绝缘层的弹性(受压变形能力)优于焊缝夹板的弹性，所以，在将焊缝夹板坚固至钢轨上时，能够确保上斜面132、下斜面142处压紧钢轨，对钢轨提供良好的支撑。焊缝夹板为钢质材料。

具体地，所述第一绝缘层厚度和所述第二绝缘层厚度之差大于等于0.3mm，小于等于1.0mm。更具体的，所述厚度之差例如设置在0.5mm-0.8mm的范围内。

第一绝缘层厚度和第二绝缘层厚度可以根据具体情况设置。在一个实施例中，所述配合弧面113处的第一绝缘层厚度设置在1.3mm-1.6mm的范围内；所述上斜面132、下斜面142处的第二绝缘层厚度设置在0.8mm-1.2mm的范围内。形成所述不同绝缘层厚度的方法，可以采用现有技术中的任何适当方法。

本发明设计也可用于同领域内胶接绝缘夹板、鱼尾板等用于钢轨轨腰两侧进行加固、连接的系列产品。

本发明的实施例提供了一种更为合理的产品型式——弧面避空、斜面加高以保证上下两斜面能够接触钢轨并起到支撑作用。使用上述结构来保证钢轨压力得到分担，消除了现有产品在加工中出现的不确定性，产品加固性能更加稳定。

上述实施例有两个要点，一是要上下斜面略高于理论位置，可以保证两点是完全可以接触到钢轨的；或者，二是要求配合圆弧要小于理论位置(即厚度方向上偏薄或缩进，例如缩进0.5mm-1.5mm)。

具体实施方式可以在原工艺基础上对上下斜面补焊垫块，或者打磨弧面时打磨更深等都可以实现这种设计方案，其要点在于上下斜面加工高于理论值，或者前凸与理论值，而弧面低于理论值，结果在于安装后钢轨轨腰与夹板金属弧面间存在很小的间隙；或者在施加绝缘层之后，配合弧面处的绝缘层厚度略大于上下斜面处的绝缘层厚度。

也就是说，在本发明的一个可选实施例中，相对于焊缝夹板正面与钢轨轨腔侧面等间距配合的标准设计方案，上斜面132、下斜面142凸起0.5mm-1.5mm。在本发明的另一个可选实施例中，相对于焊缝夹板正面与钢轨轨腔侧面等间距配合的标准设计方案，上斜面132、下斜面142关于配合弧面113前移0.5mm-1.5mm；或者配合弧面113关于上斜面132、下斜面142后移0.5mm-1.5mm。本发明的等间距配合包括零间距配合方式。标准设计方案是指理想设计方案，焊缝夹板正面与钢轨轨腔侧面完美贴合，或具有恒定间距。

在一个实施例中，加强凸台18的一侧沿X轴的一个方向延伸至与水平槽面131平齐，另一侧沿X轴的另一个方向延伸至与底面14，焊缝避让凹槽16在正面11沿X轴贯穿加强凸台18，并在加强凸台18与底面14的接合处形成沿X轴朝顶面13延伸预设宽度值，在加强凸台18上形成豁口181,这样焊缝避让凹槽16的圆弧面162对整个焊缝避让凹槽16进行环绕,全面覆盖凹槽侧面与凹槽底部的交界处，最大限度地分散了应力分布。

越是复杂的形状结构在加工制造上越是困难，相应的，制造成本也会大幅增加。通过特定的机械加工如加工中心等，可以加工出这样的复杂曲面，但存在加工效率低的缺点，同时因为此凹槽只需要避开焊筋即可，不需要非常高的精度，所以通过机械加工获得这样的曲面并不划算。因此选择通过锻造模具一次锻造成形，既提高了生产效率，又大大降低了生产成本，并且良好的锻造工艺能加强凹槽部分的整体强度——通过这种方式得到的产品圆弧，有非常好的初始强度——而不需要进行二次加工。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各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；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各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种焊缝夹板，其特征在于，其包括主体(1)，所述主体(1)的厚度方向为Z轴，宽度方向为X轴，长度方向为Y轴；所述主体(1)具有正面(11)、背面(12)、顶面(13)和底面(14)，所述正面(11)和背面(12)在所述Z轴上相对设置，所述顶面(13)和底面(14)在所述X轴上相对设置，所述正面(11)包括半径略小于钢轨(2)的配合弧面(113)，所述正面(11)上开设有沿所述Z轴向内凹陷的焊缝避让凹槽(16)，所述背面(12)上与所述焊缝避让凹槽(16)相对的位置设置有加强凸台(18)，所述加强凸台(18)沿所述Z轴凸出于所述背面(12)，且凸出预设厚度值，所述加强凸台(18)在所述Y轴方向上的尺寸为预设长度值，且大于所述焊缝避让凹槽(16)在所述Y轴方向上的尺寸，所述顶面(13)具有临近所述背面(12)的车轮避让凹槽，所述车轮避让凹槽包括水平槽面(131)和倾斜槽面(133)，所述顶面(13)还包括临近所述正面(11)的上斜面(132)，所述水平槽面(131)比所述上斜面(132)更靠近所述底面(14)，所述焊缝避让凹槽(16)沿所述X轴贯穿所述上斜面(132)，所述加强凸台(18)的一侧沿所述X轴的一个方向延伸至与所述水平槽面(131)平齐，另一侧沿所述X轴的另一个方向延伸至所述底面(14)，所述焊缝避让凹槽(16)在所述正面(11)沿所述X轴贯穿所述加强凸台(18)，并在所述加强凸台(18)与所述底面(14)的接合处形成沿所述X轴朝所述顶面(13)延伸预设宽度值，在所述加强凸台(18)上形成豁口(181)。

2.如权利要求1所述的焊缝夹板，其特征在于，所述上斜面(132)通过过渡弧面连接到所述配合弧面(113)的上部，所述底面通过过渡弧面连接到所述配合弧面(113)的下部。

3.如权利要求2所述的焊缝夹板，其特征在于，所述上斜面(132)、下斜面(142)、配合弧面(113)和过渡弧面上设置有绝缘层(4)。

4.如权利要求1至3中任一项所述的焊缝夹板，其特征在于，所述焊缝避让凹槽(16)的两端沿所述X轴分别贯穿所述顶面(13)和底面(14)，所述焊缝避让凹槽(16)内凹的最低处为矩形平面(161)，所述矩形平面(161)沿所述Z轴与所述正面(11)之间的距离为预设值(H)，所述矩形面(161)两侧边缘均沿所述Y轴和Z轴之间的方向上逐渐向外、朝所述正面(11)倾斜延伸，形成两个圆弧面(162)，所述圆弧面(162)的半径不小于所述预设值(H)，使得由所述矩形平面(161)和所述圆弧面(162)组成的所述焊缝避让凹槽(16)的内凹表面能够用于分散临近所述焊缝避让凹槽(16)的部位的应力集中。

5.如权利要求4所述的焊缝夹板，其特征在于，所述圆弧面(162)的半径不小于所述预设值(H)，所述两个圆弧面(162)相对于所述矩形面(161)沿所述X轴和Y轴对称布置。

6.如权利要求5所述的焊缝夹板，其特征在于，所述预设值(H)和所述圆弧面(162)的半径均为22mm。

7.如权利要求4所述的焊缝夹板，其特征在于，所述焊缝避让凹槽(16)锻造成形。

8.如权利要求4所述的焊缝夹板，其特征在于，所述预设厚度值设置在8mm到10mm的范围内，所述预设长度值设置在120mm～150mm范围内。

9.如权利要求5所述的焊缝夹板，其特征在于，还包括贯通所述正面(11)和背面(12)的沿所述Y轴的两个方向延伸且间隔设置的多个螺栓孔(19)，所述加强凸台(18)的预设长度值为其边缘临近所述螺栓孔(19)设置。

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