CN1135279C - 梯形轨枕和铁路轨道 - Google Patents

Abstract

本发明包含沿钢轨的纵向设置在一对钢轨的每一根下面的纵向梁，和多个沿纵向按指定间隔将这些纵向梁相互连接起来的连接件。由于本发明的梯型轨枕具有这样一种结构，其中纵向梁沿着钢轨的纵向连续地放置，因此轨架在纵向上的抗弯刚性提高了，通过改善了列车荷载的分布而降低了道碴压力。因此，就可能降低由列车荷载反复加载引起的轨道变形。

Description

梯形轨枕和铁路轨道

技术领域

本发明涉及铁路轨道和用于铁路轨道的轨枕。

背景技术

图16为一采用横向轨枕的常规道碴铁路轨道的结构图。图中4为一钢轨，6为道碴，7为一钢轨紧固件，8为一横向轨枕。常规的道碴铁路包括一种这样的结构，其中的轨道架是由相对于钢轨横向放置的单块式或两截的横向轨枕8构成。列车在钢轨纵向和横向上的荷载由道碴的承载压力和摩擦力所支承。

上述使用横向轨枕的常规轨道因为受到列车反复荷载的严重影响而易于出现轨道变形。其结果是，这种变形加剧了列车的震动，使运行稳定性和乘坐舒适性变坏。因此，需定期进行保养，精确测量出轨道变形情况，如有需要，就要对出现轨道变形的部位进行校正或维修。

然而，这需要花费大量劳动力和资金，不仅是由于保养和维修工作仍依赖体力劳动，而且特别是因为这种工作通常要在夜间作业并要在很短时间内完成。此外，劳动力短缺以及铁路维修工人老年化已成为当今的问题。因此，需要有一种能够减少所需维修作业量的轨道结构。

使用这种常规横向轨枕的轨道，不仅由于对轨道断断续续的支承使局部道碴压力变大，而且由于列车经过时车轮的重复荷载，使钢轨出现变形。这些钢轨变形变大将加剧列车震动，使运行稳定性和乘坐舒适性变坏。因此，定期的维修工作是必不可少的。

此外，法国专利76-22586提出使用平行于钢轨设置的短轨枕。但即使使用这种轨枕仍需解决如何保持轨道的几何形状及如何使沿钢轨纵向的道碴压力均匀这类问题。

本发明的梯型轨枕是作为上述问题的一种解决方案而提出的。这种轨枕旨在减少所需的维修工作的工作量，其机理和手段为：(1)通过改进列车荷载的分布来减少因重复的列车荷载引起的轨道变形，(2)利用连续的纵向轨枕所提供的高横向阻力来减小因钢轨的横向荷载、例如横向推力所引起的变形。本发明的梯型轨枕的另一目的是，提供一种由这些轨枕与钢轨联结而成的铁路轨道。通过采用沿平行于钢轨的方向的连续梁结构和设置连续地支承钢轨的连续轨垫，本发明的梯型轨枕能够减小地基震动、滚动噪音和钢轨的波浪变形。

发明内容

为实现上述目的，本发明包含沿所述钢轨纵向在各对钢轨的下面设置的纵向梁，和将这些纵向梁沿纵向按设定的间隔相连接的多个连接件。所述连接件的特征为，其挠性大于所述纵向梁的挠性。

除了上面所叙述的以外，本发明的特征如下：

所述纵向梁与钢轨沿钢轨纵向在多点上联结。

所述连接件具有圆形横截面。

在纵向梁之间设置防爬板，以增加轨枕对纵向荷载的阻力，其高度大致与所述纵向梁相等。

在所述纵向梁的内表面上沿垂直方向设置用来使所述防爬板的端部插入的槽。

所述纵向梁包含预应力混凝土，所述连接件要做得足够长以便能够伸至两根纵向梁的外面部份，与埋在所述纵向梁内的预加应力钢筋交叉。

置于道床上的纵向梁包含道碴、水泥沥青砂浆、橡胶或合成树脂，或上述材料的混合物。

在纵向上连续放置的纵向梁联接在一起。

所述纵向梁的横截面面积应设定在根据埋入深度、混凝土表面层和成对的用于将钢轨联结到纵向梁上的坚固装置之间的距离所能允许的适当的最小横截面上。

本发明的铁路轨道包含在每对钢轨的每根下面的沿所述钢轨的纵向设置的纵向梁，和沿纵向按一定间隔将这些纵向梁相互联结起来的许多连接件。所述连接件的挠性大于所述纵向梁的挠性，并且所述纵向梁沿轨道纵向在多点上与钢轨联结。

由于本发明的梯型轨枕具有这样一种结构，其中纵向梁沿钢轨纵向连续放置，轨架的围绕着横向轴线的抗弯刚性增大，并且通过改善列车荷载的分布降低了道碴压力。从而能够降低因列荷载的重复加载所引起的轨道变形。还能够将梯型轨枕做成在纵向单位长度上具有与单块式轨枕大致相同的混凝土体积。

通过使用诸如钢管或多角形钢管的细长形连接件可使其只受到很小的道碴反作用力。因此，沿纵向的轨道刚性只有微小的波动，由于道碴承载力的不平衡而施加到连接件上的弯曲或扭曲应力大大地降低了。使用细长形连接件还能够将其插入作为纵向梁的主要加强件的预加应力钢筋之间并牢固地埋入在钢轨紧固件之间。

本发明的轨枕可用于由道碴、水泥沥青砂浆、橡胶、或合成树脂，或上述材料的混合物构成的道床中。

通过在纵向上相邻的纵向梁相互联接，就实现了轨道刚性在长距离上是均匀的连续轨道结构。

由于纵向梁在钢轨的纵向上放置，就可以通过连续地铺设轨垫来实现钢轨的连续支承，从而可以降低地基震动、滚动噪音和钢轨的波浪变形。

当轨枕在长的焊接钢轨的可动部份承受到纵向力而使其在纵向上不能够提供足够的抗力时，可通过设置防爬板来抗御纵向荷载。

如果出现了轨道变形，可用维修机械在任意点上将轨枕提起，就可以进行捣固道碴、吹入小碎石或注入砂浆等轨道维修作业。

采用梯型轨枕与钢轨联结的总体结构，可实现比较高的轨架抗弯刚性。

如上所述，使用本发明的梯型轨枕，由于采用了在钢轨纵向上设置纵向梁的结构，轨架围绕横向轴线的抗弯刚性增强了，列车荷载的分布得到改善，从而减小了由重复荷载所引起的轨道变形，因而减少了维修工作量。此外，由于纵向梁增大了横向阻力，在横向上的轨道变形如同在垂直方向的一样是减小了，因此也减小了维修工作量。

进而，由于沿纵向采用类似于长的焊接钢轨的方式将连续放置的纵向梁互相联接起来，可能防止在纵向梁端部的轨道质量下降。而且，通过连续放置轨垫，可以减小地基震动、滚动噪音和轨道的波浪变形。

结果，减少了轨道保养的工作量，劳动力短缺和铁路维修工人老年化的问题可以克服了。此外，用水泥沥青砂浆、橡胶、合成树脂或类似物作为道碴的替代方案，可减少材料成本和造价。

此外，由于结构设计成使防爬板能够插入形成在纵向梁的内表面上的槽中，可按需要插入这些防爬板以增加纵向抗力，而不影响梯型轨枕的结构性能。

附图说明

图1是本发明的实施例1的梯型轨枕的组合图。

图2是沿图1中的A-A线切取的横截面图。

图3A是一简图，示出实施例1的梯型轨枕轨道结构的道碴压力分布状态。

图3B是一简图，示出常规的横向轨枕型轨道结构的道碴压力分布状态。

图4A是一曲线图，示出按照一项分析得到的常规的横向轨枕型轨道结构的道碴压力分布状态。

图4B是一曲线图，示出实施例1的梯型轨枕轨道结构的道碴压力分布状态。

图5是一结构图，示出本发明的实施例2，其中采用了水泥沥青砂浆作为道床材料。

图6是一结构图，示出本发明的实施例3，其中纵向梁在纵向上互相联接，钢轨由连续放置的轨垫所支承，形成长距离的、连续均匀的轨道。

图7是一结构图，示出本发明的实施例4，其中在一对构成梯型轨枕的纵向梁之间设置一防爬板。

图8是一结构图，示出本发明的实施例5，其中本发明的梯型轨枕用于轨道的一个转弯段。

图9是一横截面图，示出图2中所用的常规的钢轨紧固件的组成。

图10是一示意图，示出本发明的实施例6，在该实施例中，用维修机械将轨道提升来进行轨道维修作业。

图11是本发明的实施例7的俯视图，示出梯型轨枕内部加强钢筋的设置。

图12是图11中的连接件的连接部份的放大图。

图13是沿图12中的B-B线切取的横截面图。

图14是沿图12中的C-C线切取的横截面图。

图15是一透视图，示出图11中的连接件的外观。

图16是常规的使用横向轨枕的道碴轨道结构的结构图。

具体实施方式

图1是示出本发明的实施例1的结构图。图2是沿图1中的A-A线切取的横截面图。图3A和3B是分别示出实施例1的梯型轨枕轨道结构的道碴压力的分布状态和常规的横向轨枕型轨道结构的道碴压力的分布状态的简图。在图中，1是梯型轨枕，2是纵向梁，3是将纵向梁2联结起来的连接件，4是钢轨，5是置于钢轨4与纵向梁2之间用以吸收震动的轨垫(例如由校胶片制成的弹性材料)，6是梯型轨枕埋在其中的道碴，7是用于将钢轨4联结到纵向梁2上的钢轨紧固装置，8是常规的横向轨枕，10是一个车轮。

本实施例的梯型轨枕1包含成对的纵向梁2，其抗弯刚性使其能够采用常规的轨道保养方法进行保养，轨枕1还包含细长并耐用的连接件3，这种连接件连接着纵向梁2并沿纵向按一定间距设置。为了使纵向梁2具有适当的抗弯刚性，它们的横截面的高度比较矮。此外，纵向梁2支承着联结在其上表面上的钢轨4。通过分配列车荷载，减小了列车的重复荷载所引起的轨道变形。连接件3联结着成对的纵向梁2，并起到保持轨距的作用。

在常规的横向轨枕轨道中，轨枕只是轨道的支撑点。围绕轨架的横向轴线的抗弯刚性仅取决于钢轨4。结果是，列车荷载引起的钢轨变形很大，产生较强烈的车辆震动。对比之下，梯型轨枕1由于具有连续地围绕着钢轨的横向轴线的纵向梁2而具有纵向梁2与钢轨4的联合刚性。因此，轨架的纵向抗弯刚性增加了，从而分散了列车荷载，单位面积上的道碴的垂直压力减小了。

由于纵向梁2在纵向上被连续地埋入道碴内，道碴6的横向阻力是大的，从而能够减小钢轨的变形。

图3A和3B分别示出在列车经过时从车轮10施加一个朝下的荷载到直接在其下的钢轨4和轨枕1与8的情况下的在轨枕下面的道碴内的压力分布9的简图。对于梯型轨枕1，如图3A所示，由于来自车轮10的荷载由纵向梁2和钢轨4联合支承，荷载没那么集中在车轮10正下方的部份上。对比之下，对于横向轨枕8，如图3B所示，荷载集中在车轮10正下方的轨枕8上。因此，道碴压力的局部增大是很明显的。

采用了梯型轨枕，道碴压力的最大值降低了，道碴压力的波动得以减弱。此外，由于列车通过引起的道碴加速明显地降低了。结果是，可以防止由于道碴磨损或流动引起的轨道的质量下降或变形。

图4A和4B则进一步示出一个分析的结果，其中由车轮沿箭头所指方向施加荷载而在道碴内产生的压力的分布沿纵向与朝下方向进行了计算。如果施加80KN的车轮荷载，对于常规的横向轨枕，在车轮正下方的压力显然出现极度的增大。相比之下，对于梯型轨枕，如图4B所示，证实了无局部压力增大。进一步说，证实了本发明的梯型轨枕的道碴内的最大压力值大约为常规的横向轨枕的相应值的一半。

图5是本发明的实施例2的结构图，其中采用了水泥沥青砂浆作为道床材料。在该例中，1表示梯型轨枕，2为纵向梁，16是由水泥沥青砂浆构成的道床。

与在其内的支承力中很容易出现不均匀现象的道碴道床不同，由水泥沥青砂浆、橡胶、合成树脂之类材料构成的道床很少在支承力中出现不均匀现象。在实施例2中，作为轨枕板或大型板状轨枕(宽轨枕)的替代品，本发明的梯型轨枕可放置在由水泥沥青砂浆构成的道床1 6上。同理，本发明的梯型轨枕也可放置在由橡胶或合成树脂构成的道床上。

图6示出了本发明的实施例3。该梯型轨枕具有在纵向上互相联接的纵向梁，由于在长距离内连续放置，因此这种梯型轨枕构成了连续均匀的轨道。1是梯型轨枕，2是纵向梁，4是钢轨，5是轨垫。

采用实施例3的梯型轨枕1，通过将在纵向上邻接的纵向梁2相继地联接，可实现一种具有纵向梁2与钢轨4的联合抗弯刚性的连续均匀的轨道结构。

此外，这种轨枕与常规的只能间断地支承着钢轨4的横向轨枕不同。由于采用了纵向梁2，就能够通过连续放置轨垫5来连续地支承着钢轨。因此，由纵向梁2和钢轨4构成的轨道具有均匀的横截面，因此就能够降低滚动噪音和钢轨的波浪变形。

图7是本发明的实施例4的结构图，在该例子中在梯型轨枕的成对的纵向梁之间放置防爬板。图中1为梯型轨枕，2为纵向梁，4为钢轨，6是道碴，11是防爬板，12是供防爬板插入的槽部。

本实施例的轨枕是基于如下假设而构成的，即：长焊接钢轨的可动部分对纵向荷载的抗力不足。在纵向梁内表面上按适当间隔设置槽部12。将混凝土或钢防爬板11的端部插入槽中就可增大纵向抗力(抵抗在道碴床内纵向运动的抗力)。如图所示，使防爬板11的高度接近等于纵向梁2的高度就可获得最大的纵向抗力。由于防爬板11只是如上所述地插入槽部12中，防爬板仅起到增大纵向抗力的作用，而不会对梯型轨枕的结构性能、例如轨道的刚性产生任何负面作用。这就是说，道床内的压力分布几乎不受防爬板11的存在所影响。

也可按特定间隔在多个位置上设置所述槽部12，并根据所需抗力在一些槽部12中插入所述防爬板11。以这种方式，通过使防爬板11的高度接近等于纵向梁的高度，因采用圆形连接件3或因将这些连接件3的直径设定成使其具有最小所需刚性和强度值所引起的低抗力就可以得到补偿。换句话说，由于通过加入防爬板就可以随意地调整纵向抗力，设计连接件3时就不必考虑其纵向抗力。采用比纵向梁2高的防爬板甚至可获得更大的抗力。如图所示，由于用于插入防爬板11的槽部12仅设在纵向梁2的内表面上，各纵向梁的水平横截面由于槽部12的存在而出现了不对称。这种不对称的结果是，如果存在预应力，纵向梁就有可能产生横向弯曲，因此希望采取下述措施来解决这个问题。即，可通过在纵向梁2的外表面上设置虚设槽来使水平横截面对称；或者，不改变构成纵向梁2的预应力混凝土的横截面形状，而是在从纵向梁2的内表面伸出的夹持凸起上设置与上述槽部完全相同的槽，将防爬板插入这些槽中。

图8示出了本发明的实施例5。在此实施例5中，通过将带有短纵向梁的梯型轨枕与诸如采用系板或底板的紧固件的可调节的钢轨紧固件结合，就可以用于轨道的转弯部份。图中1为梯型轨枕，2为纵向梁，4是钢轨，7是钢轨紧固件。实施例5中的这些轨枕是由较短的纵向梁采用可调节的钢轨紧固件7构成的梯型轨枕。虽然纵向梁是直的，但可采用类似于多边形的直边切合到一个圆上的方式使轨枕切合到圆弧上来构成轨架的弯道部份。

图9示出了用于本发明的常规的钢轨紧固件的一个详细的示例。嵌入件20竖直埋在混凝土梁内。在嵌入件20内设有大致平行于钢轨4的支撑孔21。扣件22插入支撑孔21中。所述扣件22通过将钢杆成形成图示的形状制成来起到类同于弹簧的作用。所述扣件22通过将其一部份插入支撑孔21中来通过所述嵌入件20固定到纵向梁2上。钢轨4被夹紧并支撑在扣件22与纵向梁2之间。23是一绝缘材料。埋置在纵向梁2内的钢轨紧固件的嵌入件20需要得到足够力度的支撑。因此，纵向梁2的绝对最小横截面面积由承受嵌入件20的紧固力所需的混凝土覆盖层的最小厚度来决定，而每对钢轨紧固件之间的距离则取决于钢轨4的宽度。

图10是说明本发明的梯型轨枕的维修工作过程的附图，用维修机械将轨道提起来进行维修工作。图中1为梯型轨枕，4为钢轨，6为道碴，13是一个轨道提升装置，14为细碎石的捣固装置或吹入装置，15为轨道维修机械。

用常规的横向轨枕，轨道围绕着横向轴线的抗弯刚性仅取决于钢轨4，因为轨枕只是间断设置的。结果是，轨道结构的抗弯刚性低。采用本发明的纵向梁的轨道，由于钢轨4的抗弯刚性与纵向梁的加在一起，所以轨道结构的抗弯刚性比较高。对于道碴轨道，轨道维修通常通过诸如多头捣固装置这样的使用机械动力的道碴捣固程序来进行。将轨架提升大约3cm来进行道碴捣固。但是，如果轨道的抗弯刚性太大，维修机械就难以将整个轨架提起。采用本发明，通过赋予纵向梁2绝对最小横截面面积，纵向梁2与钢轨4的联合刚性可设定成一个适当的最小值。因此整个轨道结构有最合适的抗弯刚性。这样就可以用常规方式进行轨道维修工作，用轨道维修机械15将轨枕提起，捣固道渣，吹入细小碎石或浇注砂浆。

图11至15示出涉及纵向梁2和连接件3的连接部份的结构的实施例7。

连接件3由钢管构成，其长度大致等于梯型轨枕1的宽度减去两边的必要的混凝土覆盖层的厚度。在纵向梁2内沿纵向设置有多个互相平行的预加应力钢筋32。在与这些预加应力钢筋32垂直的方向上设置有第一加强杆33。在所述连接件3附近，除预加应力钢筋32和第一加强杆33外，还设有第二加强杆34来增大连接件3与附近的混凝土之间的联结力。所述第二加强杆34成形成弯曲形状以从上至下将连接件3围住。为确保连接件3与附近的混凝土之间的联结力，在连接件3埋入纵向梁2内的部位设有螺旋状加强杆35。在纵向梁2内埋入管子36以便插入缆索和类似物。围绕着这些管子36设有螺旋状加强杆37以增大与混凝土的联结强度。

所述连接件3的结构如图15所示。在每个连接件3的两端设有径向伸出并将连接件3的扭力传给混凝土的肋条38。这些肋条38在上下表面上还设有小肋条39以将横向力从连接件3传到混凝土。如图9所示，钢轨紧固件7的嵌入件20埋置在纵向梁2内避开所述连接件3的位置上。围绕着这些嵌入件以螺旋的方式设置加强杆也是提高嵌入件与混凝土之间的联结强度的有效措施。对于用于将纵向梁2联接到另一相邻的纵向梁的嵌入件(特别是在带螺纹孔的圆筒)，也希望围绕着这些嵌入件以螺旋方式设置加强杆来提高这些嵌入件与混凝土之间的联结强度。至于这些纵向梁2的长度，则需考虑使其易于运到施工现场。因此可设定成12.5米，但不一定要限制在这一数值上。此外，嵌入件(钢轨紧固件)之间的间距例如可设定为约0.6米，连接件3之间的间距可设定为约2.5米，但上述间距不一定要限于这些数值。

此外，在上述实施例中，通过使用圆形横截面的管子来制成连接件来使连接件3与纵向梁2之间的连接部份在任一方向上达到抗力均匀。但也可采用多角形管子或任何其他横截面形状的管子来提高在任何所需方向上的抗力。

Claims (11)

1.一种梯型轨枕，包含有：

一对由预应力混凝土制成的纵向梁，这对纵向梁被构形成设置在一对钢轨的下面，使得该对纵向梁中的每一个将沿着钢轨的纵向设置在一根相应的钢轨的下面；以及

多个连接件，这些连接件沿钢轨的纵向按一个设定间隔将所述纵向梁联结起来，其特征在于，

所述连接件包括钢制成的导管，所述钢的挠性比所述预应力混凝土的挠性好，并且所述连接件包括有埋入该纵向梁内、处于埋置在纵向梁上表面下方的预应力钢筋和埋置在纵向梁下表面上方的其它预应力钢筋之间的第一与第二端。

2.按权利要求1所述的梯型轨枕，其特征在于，所述纵向梁成形成沿着钢轨的纵向在多个位置上联结到钢轨上。

3.按权利要求1或2所述的梯型轨枕，其特征在于，所述连接件的横截面是圆形，其半径小于所述纵向梁的高度。

4.按权利要求1或2所述的梯型轨枕，其特征在于，在所述纵向梁对之间、在离开所述连接件一个距离的位置上设置其高度大致等于所述纵向梁的高度的防爬板。

5.按权利要求4所述的梯型轨枕，其特征在于，在所述成对的纵向梁的内表面上、在垂直方向上设置用于插入所述防爬板的端部的槽。

6.按权利要求5所述的梯型轨枕，其特征在于，所述槽成形在设置成从所述成对纵向梁突出的夹持凸起内。

7.按权利要求1或2所述的梯型轨枕，其特征在于，所述纵向梁是具有加强钢筋的预应力混凝土，所述连接件具有足够的长度以在纵向梁内的加强钢筋交叉。

8.按权利要求1或2所述的梯型轨枕，其特征在于，所述纵向梁铺设在由下列材料：道碴、水泥沥青砂浆、橡胶、与合成树脂中的至少一种构成的道床上。

9.按权利要求1或2所述的梯型轨枕，其特征在于，在纵向上连续放置的纵向梁相互联接在一起。

10.按权利要求1或2所述的梯型轨枕，，其特征在于，还包含用于将钢轨紧固到所述纵向梁上的紧固件，其中所述纵向梁具有根据埋置深度、混凝土覆盖层、和在钢轨连接到纵向梁上时在每个所述紧固件之间的距离所确定的最小横截面面积。

11.一种铁路轨道，包含有：

一对由预应力混凝土构成的、大致相互平行地设置的纵向梁；

一对钢轨，每根钢轨固定到一个相应梁的上表面上；和

多个将所述纵向梁按设定间距联结起来的连接件，其特征在于，

所述连接件包括钢制成的导管，所述钢的挠性比所述预应力混凝土的挠性好，并且所述连接件包括有埋入该纵向梁内、处于埋置在纵向梁上表面下方的预应力钢筋和埋置在纵向梁下表面上方的其它预应力钢筋之间的第一与第二端。

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