CN113638272A - 能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板 - Google Patents

Abstract

本发明公开能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板，其特征在于，包括垫板本体，所述垫板本体的两面均包括均匀布置的凸台结构，垫板本体的一侧或两侧的凸台结构的顶面为平面，相邻凸台结构之间呈下凹状态，所述垫板本体应用于常规路段时，所述凸台结构的平面上具有凹槽，所述垫板本体应用于小阻力要求路段时，所述凸台结构的平面上具有凸起。本发明的有益效果：克服了现有产品为实现不同纵向阻力必须采用两种材质组合的缺点，仅使用同一材料，降低了制造成本，提高了产品寿命。

Description

能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板

技术领域

本发明涉及一种铁路设备领域，尤其涉及的是一种用于铁路铁路扣件系统用轨下垫板。

背景技术

铁路扣件系统是在建设铁路线路的过程中，把钢轨固定于道床上并使钢轨在垂向、横向和纵向可以进行必要运动的部件。扣件系统中一般包括轨下垫板、弹性扣压件、绝缘轨距块、预埋铁座或T型螺栓组件等，其中轨下垫板安装在钢轨和轨枕承轨面或铁垫板之间，起到为钢轨提供一定弹性并保证钢轨和轨枕承轨面或铁垫板耦合的作用。轨下垫板常用的材质分为两种，一种是橡胶，一种是热塑性弹性体(简称TPEE)，橡胶垫板采用硫化成型，TPEE垫板采用注塑成型。

扣件系统的纵向阻力指标是扣件系统的关键性能之一，指的是当列车车轮对钢轨施加纵向摩擦力时，扣件系统对钢轨轨底提供的纵向抗力。在普通路段，只有纵向抗力大于车轮对钢轨施加的纵向摩擦力，钢轨才不会发生爬行和窜动，保证行车安全；在长、大连续梁高架桥路段，扣件纵向抗力必须小于桥梁温度变形对钢轨施加的拉压应力，钢轨才不会发生上拱，避免造成行车事故。轨下垫板由于直接和钢轨轨底接触，所以其表面的摩擦系数大小和状态直接决定了扣件系统的纵向阻力大小。

目前在城市轨道交通扣件项目中，既有橡胶轨下垫板也有TPEE轨下垫板，橡胶轨下垫板的好处是隔振性能好，摩擦系数大；TPEE轨下垫板的优点是耐老化，使用寿命长，两种材料制作的轨下垫板均满足普通路段(如图2所示)的纵向阻力要求。但是在长、大连续梁高架桥路段，需要具有低摩擦系数的小阻力垫板，这两种材料均不能直接使用。为了使垫板表面具有较低的摩擦系数，橡胶轨下垫板采用在表面硫化一层不锈钢板的方法来实现低摩擦系数的要求，而TPEE轨下垫板通过锁扣结构在表面安装了一层光滑的复合垫层(如图1所示)，通过该复合垫层来实现低摩擦系数的要求。

这两种方案存在的问题是：

(1)橡胶层硫化的不锈钢板易沾染钢轨轨底的锈蚀，并随着时间的推移，逐渐嵌入钢轨轨底，导致轨下垫板和钢轨连成一体，彻底失去小阻力的滑动功能。

(2)TPEE轨下垫板通过锁扣结构安装的复合垫层在钢轨滑动时易直接损坏锁扣结构，导致复合垫层和轨下垫板分离，损坏的轨下垫板直接影响了行车安全。

目前国内的城市轨道交通扣件应用中，倾向于采用耐老化，使用寿命长的TPEE轨下垫板，现有的应用中，普通路段正常阻力轨下垫板采用了直接注塑成型的方法，常阻力垫板整体结构采用上下面交错凸台结构，凸台顶面和轨底接触面为平面，一般因为模具抛光造成平面光滑，摩擦系数小；小阻力轨下垫板采用了锁扣结构安装复合垫层的方案，小阻力垫板整体结构采用接触面为锁扣结构安装的复合垫层，复合垫层摩擦系数小，从而实现小阻力要求；在两种使用情况下，采用结构完全不同的两种结构，使得两者不能统一，在使用中存在增加铺设、管理成本高并且小阻力轨下垫板易损坏的问题。

如申请号：CN201621183342.2，一种30吨重载铁路扣件用垫板，包括一个矩形板体，其特征在于：所述矩形板体的上表面上间隔均匀设有成排且成列向下凹的矩形凹槽，使得相邻的矩形凹槽之间形成第一矩形凸起，矩形板体上表面上的第一矩形凸起对应处的矩形板块下表面上设置有向上凹的矩形凹槽；所述第一矩形凸起上均设有向外凸起的第二矩形凸起，第一矩形凸起上表面的面积大于第二矩形凸起底平面的面积形成台阶型凸，或所述矩形凹槽内设有向外凸起的平截四角锥体式的第三矩形凸起，第三矩形凸起的高度分别高出板体的上、下表面。

该TPEE轨下垫板如需实现小阻力的目标，就要如上面所述“通过锁扣结构在表面安装了一层光滑的复合垫层，通过该复合垫层来实现低摩擦系数的要求”。存在两种使用情况下，采用结构完全不同的两种结构，增加铺设、管理成本高并且小阻力轨下垫板易损坏的问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术中需要根据路段的不同，而采用结构差异较大的轨下垫板，使得管理成本高的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板，包括垫板本体，所述垫板本体的两面均包括均匀布置的凸台结构，垫板本体的一侧或两侧的凸台结构的顶面为平面，相邻凸台结构之间呈下凹状态，所述垫板本体应用于常规路段时，所述凸台结构的平面上具有凹槽，所述垫板本体应用于小阻力要求路段时，所述凸台结构的平面上具有凸起。

本发明对于要求纵向阻力不小于9kN的轨下垫板(常规路段)，在凸台结构的平面上设计了凹入的凹槽，在垫板本体使用受压过程中，圆弧凹槽发生变形，造成接触面性质由于负压发生变化，增大了平面摩擦系数，从而增大纵向阻力；对于要求纵向阻力约4kN的小阻力轨下垫板，在凸台结构平面上设计了凸起，降低摩擦系数，实现小阻力要求；两种情况下，采用垫板本体的整体结构相同，根据纵向阻力要求不同，选择性的增加凹槽或凸起，可以实现垫板本体结构不变情况下，正常阻力、大阻力和小阻力的性能要求，满足多种产品需要，因垫板本体的外形尺寸和静刚度、动静比等指标保持一致，克服了目前必须采用锁扣结构在垫板表面安装一层复合垫层以实现不同纵向阻力的要求，克服了现有产品为实现不同纵向阻力必须采用两种材质组合的缺点，仅使用同一材料，降低了制造成本，提高了产品寿命。

优选的，所述凸台结构的顶面为四边形，凸台结构的四个侧面呈弧形面，相邻凸台结构的弧形面通过线连接。

优选的，所述凹槽为圆弧形凹槽。

优选的，所述圆弧形凹槽的深度为2-4mm。

优选的，所述圆弧形凹槽的半径为10-15mm。

由于凹入的圆弧结构尺寸小，不会对垫板本体自身的静刚度性能产生明显的影响(垫板自身的静刚度指由于垫板的结构特性，在单位正压力下，垫板产生的垂直变形量)。

优选的，所述凸起为经抛光处理后的圆弧形凸起。

优选的，所述圆弧形凸起的高度2-4mm。

优选的，所述圆弧形凸起的半径10-15mm。

在所有接触圆弧面抛光处理，降低摩擦系数，实现小阻力要求。

优选的，所述凹槽或凸起均位于所述凸台结构的顶面的中心处。

优选的，所述垫板本体的两侧具有高于凸台结构的顶面的棱条，所述棱条与所述垫板本体为一体成型。

本发明的优点在于：

(1)本发明对于要求纵向阻力不小于9kN的轨下垫板(常规路段)，在凸台结构的平面上设计了凹入的凹槽，在垫板本体使用受压过程中，圆弧凹槽发生变形，造成接触面性质由于负压发生变化，增大了平面摩擦系数，从而增大纵向阻力；对于要求纵向阻力约4kN的小阻力轨下垫板，在凸台结构平面上设计了凸起，降低摩擦系数，实现小阻力要求；两种情况下，采用垫板本体的整体结构相同，根据纵向阻力要求不同，选择性的增加凹槽或凸起，可以实现垫板本体结构不变情况下，正常阻力、大阻力和小阻力的性能要求，满足多种产品需要，因垫板本体的外形尺寸和静刚度、动静比等指标保持一致，克服了目前必须采用锁扣结构在垫板表面安装一层复合垫层以实现不同纵向阻力的要求，克服了现有产品为实现不同纵向阻力必须采用两种材质组合的缺点，仅使用同一材料，降低了制造成本，提高了产品寿命；

(2)由于凹入的圆弧结构尺寸小，不会对垫板本体自身的静刚度性能产生明显的影响；

(3)在所有凸起的接触圆弧面抛光处理，进一步降低摩擦系数，实现小阻力要求；

附图说明

图1是现有技术中TPEE轨下垫板(底部安装了一层光滑的复合垫层)的结构示意图；

图2是现有技术中普通路段使用的TPEE轨下垫板的结构示意图；

图3是带有凹槽的垫板本体的立体图(顶面朝上)；

图4是带有凹槽的垫板本体的立体图(底面朝上)；

图5是带有凹槽的垫板本体的主视图；

图6是带有凹槽的垫板本体的俯视图；

图7是图6中A-A的剖视图；

图8是带有凸起的垫板本体的立体图；

图9是带有凸起的垫板本体的侧视图；

图10是普通的垫板进行纵向阻力试验的结果示意图；

图11是带有凹槽的垫板本体纵向阻力试验的结构示意图；

图12是带有凸起的垫板本体纵向阻力试验的结构示意图；

图13是轨下垫板安装示意图；

图中标号：

1、垫板本体；11、凸台结构；12、凹槽；13、凸起；14、棱条；2、铁轨；3、扣件；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图3所示，能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板，包括垫板本体1，所述垫板本体1的两面均包括均匀布置的凸台结构11，参照图4、图5所示，顶面和底面均包含呈矩阵排列的凸台结构11，其中，顶面的凸台结构11与底面的凸台结构11呈错开设置，如顶面的凸台结构11处对于的底面处为凹陷处，所述凸台结构11的顶面为四边形，多为正方形，凸台结构11的四个侧面呈弧形面，弧形面由正方形的边缘处向下延伸，相邻凸台结构11的弧形面通过线连接，凸台结构11的顶面为平面；垫板本体1两侧具有高于凸台结构11的顶面的棱条14，所述棱条14与所述垫板本体1为一体成型；本实施例中，垫板本体1采用TPEE材料直接注塑成型。

本实施例中，对于要求纵向阻力不小于9kN的轨下垫板(常规路段)，在凸台结构11的平面上设计了凹入的凹槽12，所述凹槽12为圆弧形凹槽；所述圆弧形凹槽的深度为2-4mm；所述圆弧形凹槽的半径为10-15mm。在垫板本体1使用受压过程中，圆弧凹槽发生变形，造成接触面性质由于负压发生变化，增大了平面摩擦系数，从而增大纵向阻力；由于凹入的圆弧结构尺寸小，不会对垫板本体1自身的静刚度性能产生明显的影响(垫板自身的静刚度指由于垫板的结构特性，在单位正压力下，垫板产生的垂直变形量)。

对于要求纵向阻力约4kN的小阻力轨下垫板，在凸台结构11平面上设计了凸起13，凸起为经抛光处理后的圆弧形凸起，所述圆弧形凸起的高度2-4mm；所述圆弧形凸起的半径10-15mm，抛光处理后的凸起，使得接触面降低摩擦系数，实现小阻力要求。

本实施例，给出了两种情况下，采用垫板本体1的整体结构相同，根据纵向阻力要求不同，选择性的增加凹槽12或凸起13，可以实现垫板本体1整体结构不变情况下，正常阻力、大阻力和小阻力的性能要求，满足多种产品需要，因垫板本体1的外形尺寸和静刚度、动静比等指标保持一致，克服了目前必须采用锁扣结构在垫板表面安装一层复合垫层以实现不同纵向阻力的要求，克服了现有产品为实现不同纵向阻力必须采用两种材质组合的缺点，仅使用同一材料，降低了制造成本，提高了产品寿命。

优选的，所述凹槽12或凸起13均位于所述凸台结构11的顶面的中心处，使得接触面的摩擦系数均匀。

实施例二：

本申请人进行了对比实验，实验方法可参照中华人民共和国铁道行业标注TB/T3396.1-2015中关于高速铁路扣件系统试验方法第1部分：钢轨纵向阻力的测定，具体如下：

如图10所示，目前普通的垫板，进行纵向阻力试验的结果一般不小于7kN；目前普通的垫板，采用电液伺服力学试验系统进行纵向阻力试验，试验的横坐标是位移，单位是毫米，试验的纵坐标是施加的拉力，单位是KN。即在拉动钢轨的过程中，通过钢轨的位移和拉动力曲线，观察钢轨的阻力情况。

如图11所示，本实施例中，为了提高纵向阻力，在垫板本体1的凸台结构11平面上设计了凹入的圆弧结构，本实施例中，圆弧深度3mm，半径15mm，显著增加了纵向阻力试验的结果，如图10所示，阻力平台从图10的约7.3kN提高到图11的约9.1kN，提高了24.7％。

当需要降低垫板本体1的纵向阻力时，采用了在凸台结构11的平面上设计了凸出的圆弧结构，本实施例中，圆弧高度3mm，半径10mm，同时所有接触圆弧面抛光处理，降低摩擦系数，实现小阻力要求。需要说明的是，在设计小阻力垫板凸出的圆弧结构时，需要注意圆弧高度和半径的设计，过大的圆弧半径和较高的圆弧高度对降低垫板纵向阻力的效果均不明显。

如图12所示，是在垫板大凸台表面做凸起13，降低纵向阻力的试验结果，试验的横坐标是位移，单位是毫米，试验的纵坐标是施加的拉力，单位是KN；纵向阻力峰值约6.2kN，相比图10所示约7.3kN的阻力峰值，降低约15.1％；(由于按照标准进行纵向阻力试验得出的数值不直观，可以直接用峰值数据代替)。0.36mm是D3值，表示钢轨滑移前的弹性纵向位移，此时参考标准约5.2kN，降低约28.8％。可见增加凸台后，可以降低垫板本体1的纵向阻力。

如图13所示，轨下垫板与铁轨2连接时，通过铁轨2两侧的扣件3压接的枕木上。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然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；而这些修改或者替换，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 (10)

1.能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板，其特征在于，包括垫板本体，所述垫板本体的两面均包括均匀布置的凸台结构，垫板本体的一侧或两侧的凸台结构的顶面为平面，相邻凸台结构之间呈下凹状态，所述垫板本体应用于常规路段时，所述凸台结构的平面上具有凹槽，所述垫板本体应用于小阻力要求路段时，所述凸台结构的平面上具有凸起。

2.根据权利要求1所述的能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板，其特征在于，所述凸台结构的顶面为四边形，凸台结构的四个侧面呈弧形面，相邻凸台结构的弧形面通过线连接。

3.根据权利要求1所述的能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板，其特征在于，所述凹槽为圆弧形凹槽。

4.根据权利要求3所述的能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板，其特征在于，所述圆弧形凹槽的深度为2-4mm。

5.根据权利要求3所述的能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板，其特征在于，所述圆弧形凹槽的半径为10-15mm。

6.根据权利要求1所述的能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板，其特征在于，所述凸起为经抛光处理后的圆弧形凸起。

7.根据权利要求6所述的能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板，其特征在于，所述圆弧形凸起的高度2-4mm。

8.根据权利要求6所述的能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板，其特征在于，所述圆弧形凸起的半径10-15mm。

9.根据权利要求1所述的能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板，其特征在于，所述凹槽或凸起均位于所述凸台结构的顶面的中心处。

10.根据权利要求1所述的能够兼顾不同阻力要求的轨下垫板，其特征在于，所述垫板本体的两侧具有高于凸台结构的顶面的棱条，所述棱条与所述垫板本体为一体成型。

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