CN111827012A - 一种组合复合轨枕的结构与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于钢结构骨架的组合复合轨枕结构和方法。组合结构复合轨枕装置包括：钢结构和2块复合轨枕(基于废旧轮胎或者塑料),钢结构通过夹板与复合轨枕(基于废旧轮胎或者塑料)端头连接后，通过螺栓或者铆钉连接。本发明涉及的这种新型复合材料轨枕结构，通过使用可再生塑料、废旧轮胎或者聚氨酯材料和钢结构进行生产，该结构具有优良力学性能。满足有砟轨道结构中对轨枕作用的要求，克服现有的木枕、混凝土枕、复合材料轨枕等形式的轨枕的缺点。主要优点：采用弹性复合材料承轨台，弹性好，减振性能好，绝缘性能好；提高枕中抵抗弯矩和折断能力，避免负弯矩造成轨枕横向裂纹病害。增强复合轨枕可靠性、安全性、可用性。

Description

一种组合复合轨枕的结构与方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种复合轨枕的结构及方法。

背景技术

在铁路有砟轨道结构中，轨枕作为重要的组成部分具有如下作用：轨枕承受来自钢轨的各向压力，并弹性地传布于道床，同时必须有效地保持轨道的几何形位，特别是轨距和轨枕方向。因此，轨枕必须具有必要的坚固性、弹性和耐久性，且便于固定钢轨，具有抵抗纵向和横向位移的能力。随着轨道结构的发展，轨枕的结构和材料都发生了很大的变化。从材质上，目前现存并投入使用的轨枕包括木枕、钢筋预应力混凝土枕和钢枕以及复合材料(包括废旧轮胎、塑料等)制成的轨枕，它们各有优点，但缺点也十分明显。下面根据不同材料的轨枕进行分析。

第一类为木枕。木枕是指由木材制成的轨枕，是铁路最早采用而且目前仍在使用的一种轨枕，木枕的主要优点是弹性好、质量轻、便于运输、加工、绝缘性能好。但木枕的主要缺点不容忽视：

1.由于轨枕特殊力学性能要求，耗费大量优质林业资源，且由于我国森林自然资源有限，木枕价格较贵，500元一根；

2.由于木材种类和部位不同，无法保证线路木枕强度、弹性均匀一致，导致轨道刚度不均匀；

3.如果木枕不防腐，易腐朽和磨损，使用寿命短，只有不足10年，甚至在干湿交替环境下只有5年；如果木枕采用煤焦油等防腐剂进行防腐处理，防腐剂会逐渐渗透、挥发对环境和人造成污染；

第二类轨枕为预应力钢筋混凝土轨枕。我国从20世纪50～60年代开始预应力钢筋混凝土轨枕的研制，目前已经遍及全国各铁路干线，使用量巨大。然而传统预应力钢筋混凝土轨枕虽然具有承载力高、稳定性强、线路平顺性好等优点，但是以下明显缺点不可避免，具体表现为：

1.预应力钢筋混凝土轨枕刚度大，使得冲击作用力大，道床和路基容易劣化，导致维修周期缩短；

2.预应力钢筋混凝土轨枕采用钢筋和水泥制成，耗费大量钢筋及水泥材料，且难于回收再次利用。

3.预应力钢筋混凝土轨枕笨重、难于运输，同时与道床接触难于密实，容易导致空吊板。

第三类为复合轨枕。复合轨枕主要由循环再生的废旧轮胎、塑料等制成，或者由玻璃纤维和聚氨酯材料构成，前者具有弹性好、绿色环保的优点，后者具有强度高、刚度适中优点。但复合材料制成的轨枕的缺点也十分明显：

1.复合轨枕由于材料密度低、质量轻、表面光滑，可提供纵、横向阻力偏低，而纵横向阻力是铁路无缝线路最重要稳定指标和控制参数；

2.由循环再生的废旧轮胎、塑料等制成的复合轨枕，成本虽然便宜，但是由于材料本身特性，轨枕抗压强度，尤其是抗弯、抗折强度不足，容易在列车荷载作用下发生折断，尤其在轨枕中部发生折断，极易导致列车脱轨，因此限制了复合轨枕应用。

3.玻璃纤维聚氨酯材料构成的轨枕(简称FFU轨枕)具有强度和承载力高特点，但是成本过高，每根售价达到5000元以上，是普通钢筋预应力混凝土轨枕的20倍，因为价格过高，限制了复合轨枕应用和发展。

通过以上论述可知，采用既有材料及结构轨枕都具有不可避免及忽视的缺点，在实际的运营中，与线路条件不能适应。

发明内容

本发明中设定：钢轨延伸的方向为纵向，平行于轨枕的方向为横向。

本发明第一方面提供一种组合复合轨枕的结构，以提供一种高效率、高可靠性、低成本的轨枕装置。

所述组合复合轨枕的结构包括钢结构连接装置与复合轨枕(废旧轮胎和塑料)组合的双块式复合轨枕，弥补复合轨枕(废旧轮胎和塑料)枕中容易开裂、热膨胀系数高(轨距变形大)、轨枕横向道床阻力不足等缺点。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供一种组合复合轨枕的结构，其包括：钢结构连接装置和两个复合轨枕，所述钢结构连接装置嵌装于所述复合轨枕内部，所述两个复合轨枕位于所述钢结构连接装置的骨架两侧，所述两个复合轨枕上分别设置承轨槽。

优选的是，所述复合轨枕和所述钢结构连接件采用夹板与轨枕端头外侧连接。

更优选的是，夹板与轨枕外立面搭接。

优选的是，所述复合轨枕深入钢结构夹板内侧，所述复合轨枕套装在所述钢结构内部。

更优选的是，所述钢结构夹板设置两个或三个螺栓孔，通过螺栓或铆钉将夹板与复合轨枕端头固定连接，该固定连接能够抵抗弯矩，保持轨道几何形位。

优选的是，所述复合轨枕采用废旧轮胎或者塑料制造而成。

优选地，所述复合轨枕为常规梯形结构，所述钢结构连接装置为工字型结构，所述复合轨枕套装在所述钢结构内部。

优选地，所述钢结构连接装置的骨架通过焊接槽钢或者角钢构成。

优选的是，所述钢结构连接件包括一只连杆，该连杆两端连接槽形钢，该槽形钢包括纵向设置的端面，该端面前后两侧连接夹板，所述两个夹板上分别包括至少一个通孔，用于嵌装连接销。

优选的是，复合轨枕嵌装于所述槽形钢的两个夹板之间，所述连接销穿过夹板的通孔并将槽形钢的两个夹板之间的所述复合轨枕及夹板连接起来。

优选的是，所述复合轨枕上表面具有1:40的斜坡以适应轨底坡的要求。

优选的是，对于标准轨距，所述复合轨枕的承轨槽中心距组合复合轨枕的结构整体的中心距离为750mm。

优选地，所述复合轨枕采用废旧轮胎或者塑料复合铸造而成。

本发明第一方面所述组合复合轨枕的结构在既有复合轨枕材料和工艺的基础上，提出一种基于废旧轮胎和塑料组合成复合轨枕的结构，构成绿色环保轨枕结构。

本发明涉及的这种新型复合材料轨枕结构，通过使用可再生塑料、废旧轮胎或者聚氨酯材料和钢结构进行生产，该结构具有优良的力学性能。满足有砟轨道结构中对轨枕的作用的要求，弹性好、阻尼优良，克服现有的木枕、混凝土枕、玻璃纤维聚氨酯轨枕(价格高昂)

等形式的轨枕的缺点。同时利用钢结构中间连接装置，具有以下3个显著优点：

1.提高枕中抵抗弯矩和折断能力，避免负弯矩造成轨枕横向裂纹病害。增强复合轨枕可靠性、安全性、可用性。

2.降低复合材料成本，轨枕较轻、不需要预应力，容易生产和维修。

3.提高轨枕横向阻力，构成双块式轨枕，有利于提高道床阻力，约10％以上，弥补复合轨枕质量轻、表面光滑导致的道床阻力不足缺陷，对无缝线路稳定性和复合轨枕适用性具有重要意义。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

本发明第二方面提供一种组合复合轨枕的方法，其包括：

步骤A：采用弹性材料制作长度为不大于传统轨枕长度1/2的复合轨枕；

步骤B：将两块弹性材料制成的长方体形轨枕利用一个钢结构连接件连接于一起；

优选的是，步骤A中复合轨枕的横截面形状为长方形或梯形。

优选的是，步骤B中钢结构连接件包括一只连杆，该连杆两端连接槽形钢，该槽形钢的纵向前后两端面包括连接孔。

优选的是，步骤A中的复合轨枕嵌装于步骤B中所述的钢结构连接件的槽形钢中，连接销穿过槽形钢的连接孔并将所述复合轨枕及槽形钢连接起来。

优选的是，所述槽形钢的形状与所述复合轨枕的外形相应并相互配合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述组合复合轨枕的结构中基于钢结构骨架复合轨枕结构的一优选实施例的主视图；

图2为图1所示实施例的基于钢结构骨架复合轨枕装置的俯视图；

图3为图1所示实施例提供的螺栓连接部位侧视图；

图4为图1-图3所述实施例提供的基于钢结构骨架复合轨枕装置的三维结构图；

图5为图4所示实施例中钢结构连接件的三维结构示意图；

图1-图5中数字标记的含义是：

1复合轨枕 2钢结构连接件 3螺栓 4夹持件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的优选实施方式，所述实施方式的示例在附图1-图5中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

以下通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。

应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例1.1:一种基于钢结构骨架的复合轨枕装置，其包括：钢结构1、基于废旧轮胎或者塑料制成的复合轨枕2。轨枕的结构设计主要取决于受力情况和材料特点，下面结合轨枕受力特点和材料性质介绍本实施例中的轨枕。

一、尺寸及材料

将复合轨枕2支撑在弹性基础上的短梁，在钢轨传来的荷载作用下，复合轨枕底面对复合轨枕产生反力，复合轨枕各截面承受弯应力，并按照设计规定：复合轨枕界面上部受拉为“－”，下部受拉为“+”。

1.复合轨枕的形状

本实施例所述组合复合轨枕的结构中基于钢结构骨架的复合轨枕装置包括两个部件，即钢结构连接件2和复合轨枕1。

钢结构连接件2为工字型结构，该工字型结构的总长度为700-800mm，工字型结构的高度为250mm，如图1所示。在本实施例中，在钢结构连接件2的两端焊接槽钢。焊接槽钢应位于钢结构的骨架上平直的位置上。焊接槽钢的主要目的在于增加钢结构连接件2的钢轨骨架与复合轨枕之间的连接性能，保证结构的整体性。

本实施例中采用的焊接槽钢宽为为40mm，高为50mm，槽宽度为40mm。

本实施例中，基于废旧轮胎或者塑料制成的复合轨枕1共两块。该复合轨枕1构成钢轨的承轨台，该承轨台为长方体，长度为700-900mm，宽度250-320mm，高度为200-280mm。

该承轨台还可采用梯形结构。

承轨台上部包括承轨槽，长度为310mm，深度25mm，具有1:40的斜坡以适应轨底坡的要求。根据标准轨距的要求，承轨槽中心距轨枕整体中心距离为750mm。

钢结构连接件2与基于废旧轮胎或者塑料的复合轨枕1之间可采用螺栓、铆钉连接或其它可以保证二者紧密连接的施工方式。

在此，需特别说明的是，钢结构连接件2与基于废旧轮胎或者塑料复合轨枕1之间的连接方式并不仅限于在钢结构连接件2上栓接、铆接。也可采用除焊接方式外的其他连接方式。

2.材料性质

现就本实施例中的部件材料性质进行说明。

钢结构连接件2为钢材质，可选用Q235等级及以上材料。弹性模量为：不低于20Gpa；泊松比为：0.3，如图2所示，

复合轨枕1为废旧轮胎或者塑料回收利用制成的复合轨枕。其性质满足如表1所示的国家标准。

表1复合轨枕材料特性表

综上所述，本实施例在既有复合轨枕1(基于废旧轮胎和塑料)的基础上，提出一种基于钢结构连接件1和复合材料组成组合复合轨枕结构，构成绿色环保轨枕结构。

本发明涉及的这种复合材料轨枕结构，通过使用可再生塑料、废旧轮胎或者聚氨酯材料进行生产，该结构具有优良的力学性能。满足有砟轨道结构中对轨枕作用的要求，克服现有的木枕、混凝土枕、复合材料轨枕等形式的轨枕的缺点，本发明的优点为：

1、采用弹性复合材料承轨台，弹性好，减振性能好，绝缘性能好；

2、提高枕中抵抗弯矩和折断能力，避免负弯矩造成轨枕横向裂纹病害。增强复合轨枕可靠性、安全性、可用性。

降低复合材料成本，轨枕较轻、不需要预应力，容易生产和维修。

4、提高轨枕横向阻力，构成双块式轨枕，有利于提高道床阻力，约10％以上，对无缝线路稳定性和复合轨枕适用性具有重要意义。

5、制作材料来源广泛，且利用可回收材料，易加工，材料耐久性强，绿色环保。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种组合复合轨枕结构，其特征在于，包括：钢结构连接装置和两个复合轨枕，所述钢结构连接装置嵌装于所述复合轨枕内部，所述两个复合轨枕位于所述钢结构连接装置的骨架两侧，所述两个复合轨枕上分别设置承轨槽。

2.根据权利要求1所述的一种组合复合轨枕结构，其特征在于，所述复合轨枕和所述钢结构连接件采用夹板与轨枕端头外侧连接。

3.根据权利要求1所述的一种组合复合轨枕结构，其特征在于，夹板与轨枕外立面搭接。

4.根据权利要求3所述的组合复合轨枕结构，其特征在于，所述复合轨枕深入钢结构夹板内侧，所述复合轨枕套装在所述钢结构内部。

5.根据权利要求2－4中任一项所述的组合复合轨枕结构，其特征在于，在所述钢结构夹板设置两个或三个螺栓孔，然后通过螺栓或者铆钉，将夹板与复合轨枕端头固定连接，该固定连接能抵抗弯矩，保持轨道几何形位。

6.根据权利要求2－4中任一项所述的组合复合轨枕结构，其特征在于，所述复合轨枕采用废旧轮胎或者塑料制造而成。

7.根据权利要求2－4中任一项所述的组合复合轨枕结构，其特征在于，所述复合轨枕为梯形结构，所述钢结构连接装置为工字型结构，所述复合轨枕套装在所述钢结构内部。

8.根据权利要求7所述的组合复合轨枕结构，其特征在于，所述钢结构连接装置的骨架通过焊接槽钢或者角钢构成。

9.根据权利要求1所述的组合复合轨枕结构，其特征在于，所述钢结构连接件包括一只连杆，该连杆两端连接槽形钢，该槽形钢包括纵向设置的端面，该端面前后两侧连接夹板，所述两个夹板上分别包括至少一个通孔，用于嵌装连接销。

10.一种组合复合轨枕的方法，其特征在于：包括

步骤A：采用弹性材料制作长度为不大于传统轨枕长度1/2的复合轨枕；

步骤B：将两块弹性材料制成的长方体形轨枕利用一个钢结构连接件连接于一起；

将步骤A中的复合轨枕嵌装于步骤B中所述的钢结构连接件的槽形钢中，连接销穿过槽形钢的连接孔并将所述复合轨枕及槽形钢连接起来。

Images