CN114072556A - 铁路轨枕 - Google Patents

Abstract

一种用于固定铁路网的至少一对铁轨的铁路轨枕，该铁轨轨枕可以包括：接触表面，其中，一对铁轨中的各个铁轨彼此间隔地固定；锚固壁，其从接触表面伸出，在锚固壁的底部表面处具有支撑点，锚固壁具有形成于该锚固壁中的至少一个孔；以及由接触表面和锚固壁形成的空隙。

Description

铁路轨枕

背景技术

铁道轨枕代表铁路网的各种元件之一，并与道碴等紧固元件配合，以促进车厢在其上行驶的铁轨的正确锚固(固定)。常规地，这些元件中的绝大多数由木材制成(约90％)，其余为钢、混凝土或再生塑料轨枕。

木质轨枕的使用寿命估计为几十年；在这段时间之后，需要将其更换。据估计，全球每年有超过3000万个木质轨枕被更换，而且法律对使用确定类型的原材料有限制，使得业界寻找木质轨枕的替代品。一般而言，替代品主要集中于由木材、钢、混凝土、再造林木材、塑料(无论它是回收的还是原生的)制成的轨枕。

使用原生塑料制成的轨枕表现出良好的性能。然而，这种类型的轨枕的使用仅限于客运铁路，采用窄轨距，受限于除了负载系统之外的努力。

再生塑料轨枕被用于少数铁路网，并出现结构性问题，诸如裂缝蔓延、翘曲和固定问题。特别地，在使用回收轨枕的情况下，很难使形成所述轨枕的材料保持均匀。

混凝土轨枕虽然广泛用于世界各地的铁路网，但在一些国家(诸如巴西、美国)的路床的特性和线路的道碴中并没有被证明是最好的解决方案，这是由于最常见的商业模型具有很大的惯性和惰性。这往往会导致道碴的高断裂率，因而增加铁路维护成本并容易发生事故。此外，由于材料固有的吸水特性，所以在高湿度气候的国家安装混凝土轨枕是困难的。

混凝土轨枕根据其形状分类可以属于单块型，其由单个刚性且连续的片构成，并承受在轨枕的不同节段处出现的很大的弯曲力矩。还存在双块型混凝土轨枕(混合型轨枕)，其由布置在每个铁轨下方的两个刚性的钢筋混凝土块组成，并由柔性钢质栅条连结。由于梁的弹性，两个混凝土块将不受静态弯曲和交替弯曲的大部分应力的影响，由预应力混凝土制成的轨枕几乎不会受到伤害。

在混凝土轨枕中，还存在如下双块型轨枕：其中，两个钢筋混凝土块被布置在端部处，与同样由混凝土制成的中间件结合。两侧的块以及中间件由钢质杆件连接，所述钢质杆件具有高弹性极限、承受应力并被锚固在端部处。

另一方面，使用混凝土轨枕存在一些缺点，诸如运输成本较高，因为与木质轨枕相比，这种轨枕的重量更大；以及在发生脱轨之后轨枕的重复使用存在问题。另外，使用混凝土轨枕不能调节铁轨磨损和铁路加宽。另外，铁路需要昂贵的装备来安装和维持，并且在一些情况下，可能由于轨枕的重量很大而导致道碴损坏。

如前文所述，除了混凝土和塑料轨枕之外，一些轨枕也由钢制成。钢质轨枕在使用时表现出令人满意的性能。然而，它们可能具有很高且不确定的成本，因为它们的成本直接取决于钢材的价格，而钢材的价格非常不稳定。另外，这种类型的轨枕的紧固通常是利用螺钉和螺母完成的，并且需要永久维护。此外，由于在其中形成的孔，利用螺钉的紧固最终会削弱轨枕。

钢质轨枕的优点包括回收的可能性、使用寿命长(约60年)、惰性且无毒、安装成本低、运输简单、由于其制造材料而不可燃。它的缺点包括使用钢轨枕需要更多干预以及夯实区域的改变。另外，由于隔离危险，这种类型的轨枕可能导致行程中断，并且仍然可能出现腐蚀问题。

关于木质轨枕，这些轨枕应该被预先(以化学方式)处理以适合使用。这种化学处理对环境有害。化学处理站负责储存轨枕和施加防腐剂，以延长轨枕的使用寿命，防止真菌和昆虫的繁殖。处理轨枕的过程除了包括多个步骤的漫长过程之外，还可能由于储存罐、处理汽缸和含有防腐剂的管道的破裂而导致各种环境问题，例如空气污染。此外，员工不小心吸收、吸入和摄入化学产品的情况并不少见。此外，除草剂和杀虫剂的使用可能污染土壤和河流，导致动物群行为的变化和物种灭绝的可能性。

另外，可以使用由再造林木制成的轨枕，这种类型的轨枕表现出的阻力明显低于硬木。此外，(在某些国家)不能使用一些对环境具有强烈侵蚀性的产品(诸如杂酚油)来处理轨枕以使轨枕能够被生物药剂(诸如细菌和白蚁)附着，从而导致极短的使用寿命(大约三至四年)，这比由硬木制成的轨枕的使用寿命要短得多。

发明内容

提供本“发明内容”以介绍在下文中在“具体实施方式”中描述的概念选择。本发明内容不意图识别所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意图用于限制所要求保护的主题的范围的目的。

在一方面，本文公开的实施例涉及一种用于固定铁路网的至少一对铁轨的铁路轨枕，其中，铁路轨枕包括接触表面，其中，所述一对铁轨中的每个铁轨被固定至所述接触表面且彼此间隔开；锚固壁，所述锚固壁从所述接触表面向下延伸，并在所述锚固壁的底部表面处具有支撑点，所述锚固壁具有形成于该锚固壁中的至少一个孔；以及由所述接触表面与所述锚固壁限定的空隙。

在另一方面，本文公开的示例涉及一种紧固块，所述紧固块与铁路轨枕一起使用以固定铁路网的至少一对轨道，其中，所述紧固块包括于其中分隔形成的至少一个孔或空隙。

在另一方面，本文公开的实施例涉及一种铁路结构组件，包括铁路轨枕，所述铁路轨枕用于固定铁路网的至少一对铁轨，所述铁路轨枕包括：接触表面，其中，一对铁轨中的每个铁轨被固定至所述接触表面且彼此间隔开；锚固壁，所述锚固壁从所述接触表面向下延伸；和由所述接触表面与所述锚固壁限定的空隙空间；以及至少一个紧固块，所述至少一个紧固块在所述铁路轨枕的对应于铁轨的位置的部分处存在于空隙空间内，其中，所述锚固壁或所述至少一个紧固块中的至少一者具有形成于其中的孔，或者所述至少一个紧固块具有形成于该紧固块中的空隙。

将根据以下描述和随附的权利要求书明白所要求保护的主题的其他方面和优点。

附图说明

图1A是适用于接收本公开的铁路结构的简化铁路网的俯视图；

图1B是适用于接收本公开的铁路结构的多个铁轨的铁路网的俯视图；

图2是铁路轨枕的实施例的截面的示意图；

图3是铁路轨枕的实施例的截面的另一个示意图，示出了其尺寸；

图4A-图4B是铁路轨枕的附加实施例的截面的示意图；

图5是铁路轨枕的附加实施例的截面的示意图；

图6是图5所示的铁路轨枕的结构性实施例的截面的示意图，示出了其尺寸；

图7是铁路轨枕的附加实施例的截面的示意图；

图8是图7所示的铁路轨枕的截面的附加示意图，示出了其尺寸；

图9是铁路轨枕的附加实施例的示意图；

图10是铁路轨枕的附加实施例的示意图；

图11是铁路轨枕的附加实施例的示意图；

图12是铁路轨枕的附加实施例的示意图；

图13是铁路轨枕的附加实施例的示意图；

图14是图13所示的轨枕的结构性实施例的截面的示意图，突出显示了其尺寸；

图15是铁路轨枕的附加实施例；

图16是铁路轨枕的结构性实施例的截面的示意图，突出显示了其内壁和外壁以及中间层；

图17是铁路轨枕的附加实施例的截面的示意图；

图18是具有带紧固块的铁路轨枕的铁路网的轮廓示意图；

图19是利用横向布置在轨枕上的固定元件将铁路轨枕固定至紧固块的示意图；

图20A-图20F是图示紧固块的结构性实施例；

图21A-图21B示出了与本发明中提出的铁路轨枕结合使用的紧固块的附加实施例；

图22A-图22B示出了通过金属板进行本发明中提出的铁路轨枕的固定；

图23A-图23B分别示出了铁路轨枕的附加实施例的截面图和透视图；

图24示出了铁路轨枕的附加实施例的截面图；

图25示出了比较例的铁路轨枕的截面图；

图26示出了在模拟中使用的轨枕和紧固块的安装设计；

图27示出了在模拟中使用的比较例的轨枕和紧固块的安装设计；

图28示出了图27所示的安装设计的应力模拟结果；

图29示出了图26所示的安装设计的应力模拟结果；并且

图30示出了用于测量轨距的参数。

图31-图32示出了紧固块的实施例。

具体实施方式

在一个方面，本文公开的实施例涉及一种铁路网的部件，特别是铁路轨枕(在一些地区也被称为枕木或横枕)和紧固块，该紧固块可以与道碴及其他固定元件结合，促进其上行驶有列车的铁轨的正确锚固(固定)。铁路轨枕是用于铁路轨道中的铁轨的矩形支撑件，其大致垂直于铁轨铺设。铁路轨枕的作用是向铁轨道碴和路基传递载荷，保持铁轨竖直，并且使它们保持分开正确的轨距。如上所述，关注铁路轨枕中常用的不同材料类型，其中一些限制了轨枕的使用寿命，并且另一些限制了可以使用所述材料的铁路线的类型。本文公开的实施例涉及可以用于铁路线的铁路部件的用途，所述铁路部件可以用于运输货物和/或乘客的铁路线的构造和操作两者。

现有技术中已知的塑料复合工程轨枕(原生的或回收的)没有表现出工件重量与弹性模量之间的优化组合。用于轨枕的大多数已知的塑料方案完全模仿了木质轨枕的形状，使得工件较重，不仅消耗较多的原材料而且还消耗较多的人工工时和机器工时来制作这些工件。这些因素使生产过程缓慢并增加了轨枕的最终价格。

然而，本文公开的实施例涉及一种由聚烯烃材料制成的铁路轨枕，所述聚烯烃材料例如是具有聚丙烯的玻璃纤维，其由高生产率工艺(优选地是挤出)来制造，并且还具有能够实现与硬轨枕接近的刚度的结构形状，以及有竞争力的成本。本文公开的实施例还涉及通过挤出工艺来制造铁路轨枕的方法，该方法能够在挤出机的校准器内压实用于制造轨枕的复合材料，并且能够均匀地冷却正在被生产的轨枕的整个厚度。

有利地，本公开的轨枕可以降低最终价格，便于运输和安装所述工件。当前描述的轨枕也能够使用在木质轨枕上使用的标准固定装置，使用用于安装和维护轨枕的标准机器；并且，由于它们的制造材料的原因，能够在轨枕的使用寿命结束时回收所述产品。

在结构上，所提出的铁路轨枕形成倒U形(穿孔扇形)，这对于锚固在道碴上的功能和特性起着重要的作用。由于所提出的形状，铁路上使用的道碴将穿透轨枕，从而变成一个整体。另外，随着轨枕内的道碴的压实，将产生道碴/轨枕系统的更大惯性，并且最终的惯性矩是轨枕与布置在其内部的道碴层的惯性矩之和。

另外，由于所提出的铁路轨枕的形状，实施例涉及一种轻质轨枕，该轻质轨枕易于安装和维护，易于由两个工人携带，并且适合通过将一个工件与另一工件(一个轨枕与另一个轨枕)接合来运输，从而特别是与常规轨枕相比产生许多后勤优势。呈混凝土轨枕形式的常规轨枕具有高刚性和重量，损坏道碴层，对于低于质量较差的木材构成的轨枕而言使用寿命短，呈钢质轨枕形式的常规轨枕具有导电性，并且呈使用再生树脂的轨枕的形式的常规轨枕存在可靠性问题。

如上所述，本公开实施例涉及由聚烯烃复合材料生产的高性能铁路结构(轨枕和/或紧固块)，所述由聚烯烃复合材料包括例如聚丙烯和玻璃纤维，其中，复合材料中的玻璃纤维可以在复合材料的重量的5％至40％的范围内，并且可以有利地通过挤出工艺来制造。在一个或多个实施例中，轨枕可以包括聚丙烯外层(即，没有其他主要聚合物质或玻璃纤维，但包括常见的添加剂，诸如抗氧化剂、抗UV剂等)，作为围绕由聚丙烯和玻璃纤维组成的层的包层，其通过共挤工艺来被施加。在一个或多个实施例中，本公开的铁路结构可以形成具有包括于其中的一个或多个孔或结构间隙。与没有孔的设计相比，除了利用更少的材料来形成之外，包括这种孔或结构间隙可以不牺牲部件的机械性质。当前描述的铁路轨枕可以呈现接近木材的高弹性模量和性能，从而能够应用于铁路以便传递载荷和运输乘客。

转向所包括的附图，图2至图16、图23A-图23B和图24示出了铁路轨枕1的结构性实施例，它们全都具有空隙4，并且由本文中描述的聚烯烃构成。空隙4可以使铁路网中使用的道碴能够穿透并压入轨枕1中，从而增加轨枕/道碴组件的刚度。附图中还示出了轨枕1的侧壁内包括孔或结构间隙6，将下文中详细论述。

现参考图1A和图1B，图1A是适用于本公开的铁路结构的简化铁路网的俯视图，图1B表示多铁路的铁路网。如图1A和图1B所示，轨枕1可以用于将铁路的至少一对铁轨2、2’固定到轨枕1的接触表面3(优选地，平面表面)上。设想轨枕1适用于设置有一对铁轨2、2’的简化铁路网，如图1A所示，或者轨枕1也可以用于铁路网的包括许多铁轨2、2’的网点，如图1B所示。

现在参考图2，图2示出了图1A-图1B中图示的铁路轨枕的第一结构性实施例的截面图。如图所示，轨枕1可以形成为倒U形，所述倒U形形成上接触表面3(优选地，平面)，锚固壁或侧壁5和5’从所述上接触表面向下伸出，从而限定了它们之间的空隙4(上文提到的)。在一个或多个实施例中，锚固壁或侧壁5和5’是平行的。在其他实施例中，锚固壁或侧壁5和5’与上接触表面3正交。

在安装时，空隙4可以被道碴(未示出)填充。锚固壁5、5’的下部部分(即，将轨枕1支撑到土壤上的部分)被称为支撑点7、7’，这种支撑点7、7’与轨枕1的接触表面3与锚固壁5、5’之间的结合点相对。在锚固壁5、5’(也可以称为侧壁)内，可以形成有一个或多个孔6。孔6可以反映锚固壁5、5’的结构间隙或空隙，并且可以被编号、被设计尺寸，并且具有几何形状以保持锚固壁5、5’的机械性能，尽管使用少量的丙烯基材料来形成锚固壁5、5’。如图所示，每个锚固壁5、5’中都存在一对孔6，每个孔都呈半椭圆的柱形。然而，可以设想其他几何形状，例如圆形、椭圆形、矩形等。此外，可以选择形状的尺寸，以便可以减少形成锚固壁5、5’的材料的量而不会对轨枕1的机械性质产生负面影响(或仅在铁路网中使用轨枕时可接受的程度内)。

参考图2和图3，锚固壁5、5’(被示出为包括孔6)限定本文中描述的铁路轨枕1的第一宽度L1。如图3所示，并且考虑锚固壁5、5’的厚度E，第一宽度L1由锚固壁5、5’的最外侧部分(外壁)(即，不面向空隙4的部分)来限定。图2和图3中的实施例示出简化支撑点7、7’，其中轨枕1与地面的接触厚度为锚固壁5、5’的厚度E。

另一方面，图4A所示的实施例包括从锚固壁5、5’侧向突出的支撑脚8、8’，从而提供比支撑点7、7’更大的支撑。因此，轨枕1与地面的接触厚度呈现出比图2和图3所示的厚度E更大的尺寸。支撑表面的不同厚度导致轨枕1的宽度不同，其中L1被定义为锚固壁5、5’的外壁之间的距离，并且L2(如图4B所示)被定义为轨枕1的最宽范围之间的距离，所述最宽范围包括任何突出的支撑脚8、8’。因此，在使用简化支撑点7、7’的实施例中，第一宽度L1的尺寸等于第二宽度L2的尺寸，如图3所示。另一方面，在使用侧向突出的支撑脚8、8’的实施例中，第一宽度L1小于第二宽度L2，如图4B所示。

图5和图6示出了本公开的轨枕1的另一个实施例。在本实施例中，轨枕1包括接触表面3和锚固壁5、5’，如上文所描述的(包括其中形成的孔6)。图5所示的实施例包括简单支撑点7、7’，从而分别为第一宽度L1和第二宽度L2建立了相等的尺寸(如图6所示出的)。图5和图6所示的轨枕1中还存在可选的支撑突起部9(或支撑腿)，所述支撑突起部从锚固壁5、5’之间的接触表面3延伸，从而形成两个空隙空间4。支撑突起部9可以增强本文中公开的铁路轨枕1的支撑。此外，也可以设想支撑突起部9也可以在其中包括孔6(诸如上文中描述的孔)。

现在参考图7，图7示出了其中形成有孔的铁路轨枕1的另一个实施例，如上文所描述的。另外，在所图示的实施例中，轨枕1包括：侧向突出的支撑脚8、8’，如图4A和图4B中描述的；以及其中形成有孔6的支撑突起部9，如图5和图6中描述的。

如图所示，支撑突起部9可以伸出穿过空隙4的整个高度(即，在与锚固壁5、5’距离相同处终止)，如图6和图7所示的实施例所图示的，或者，替代地，支撑突起部9可以从接触表面3朝向空隙4自由伸出，如图9所示，但小于锚固壁的高度。虽然支撑突起部9没有延伸至与图9所示的实施例中的锚固壁同样的程度或范围，但是支撑突起部9仍然可以在安装时通过向填充在空隙4中的道碴(未示出)传递载荷来为轨枕1提供支撑。此外，将图9与前面的图进行比较，应注意，接触表面3与锚固壁5、5’之间的过渡在图9中是圆角过渡，而在上述实施例中存在角过渡。另外，如图23A-图23B所示的，锚固壁5、5’与侧向突出的支撑脚8、8’之间的过渡也可以是圆角的，或它可以是尖锐的交叉点(未示出)。特别地，如图23A-图23B所示的，各表面之间的任何(并且在特定实施例中为每个)过渡，诸如接触表面3与锚固壁5、5’之间的过渡，锚固壁5、5与侧向突出的支撑脚8、8’之间的过渡(在壁5、5’的外表面处)，在侧向突出的支撑脚8、8’的侧向最外侧范围中的过渡，以及侧向突出的支撑脚8的基部与锚固壁5、5’的内表面(与空隙4相邻)之间的过渡，可以是圆角的。此外，还设想孔6也可以形成平滑过渡。

如图10所示，在另实施例中，除了从接触表面3突出的支撑突起部9之外，轨枕1还包括从锚固壁5、5’中的至少一个朝向铁路轨枕1的空隙4侧向向内突出的支撑突起部9。此外，虽然图10示出了从接触表面3和锚固壁5、5’两者延伸的支撑突起部9，但是设想支撑突起部9可以由一个、或另一个、或它们两者来提供。另外，图中所示的支撑突起部9的数量不应视为对本公开的限制。

现在参考图11，示出了轨枕1的另一个实施例。如图所示，轨枕1包括锚固壁5、5’的外表面上的多个锚固齿12；然而，也可以设想，这样的齿也可以位于内壁表面上或替代地位于外壁表面上。如可以从图11中看出的，锚固齿12被配置为可以横跨轨枕1的整个长度的凹部(通道)。通常，锚固齿12不会干扰轨枕1的机械特性，而是认为齿12可以提供轨枕1对道碴(未示出)的更大锚固，从而使道碴能够穿透到每个锚固齿12中。此外，锚固齿12的布置可以有利地减少材料并优化轨枕1的制造。

现在参考图12，一个或多个实施例可以针对具有突出超过锚固壁5、5’的接触表面3的铁路轨枕1。此外还意图使具有这种侧向延伸的接触表面3的轨枕1也可以包括上文示出的特征中的一个或多个，包括侧向延伸的支撑脚8、8’以及一个或多个支撑突起部(未示出)、齿(未示出)等。

现在参考图24，虽然在上文描述的实施例中，在每个锚固壁5、5’中示出了两个孔6，但是一个或多个实施例可以涉及在每个壁5、5’中具有多于两个孔6的铁路轨枕1。特别地，如图所示，每个锚固壁5、5’具有四个孔6。最上侧孔6’和最下侧孔6”在其最上端和最下端处分别具有圆弧端，而中心孔6”’呈具有圆角的大致矩形。

在铁路轨枕1包括侧向延伸的支撑脚8、8’的实施例中，这样的脚8、8’可以远离空隙4突出(如图12所示)，或者替代地，这样的脚8、8’可以既远离空隙4又进入空隙4中，如图13所示。在另一替代实施例中，脚8、8’可以仅突出到空隙4中。在这种情况下，轨枕的第二宽度L2将呈现等于第一宽度L1的尺寸。

在上文描述的实施例中(并且为方便起见，具体参考图14)，锚固壁5，5’的厚度E可以在1厘米至4厘米的范围内。在轨枕1包括锚固齿12的实施例中，这种齿包括范围从0.2cm至0.5cm的厚度E1(如图11所示)和范围从0.5cm至2.0cm的高度h1。

对于本文中描述的用于铁路轨枕1的实施例中的任何一个实施例，宽度L1的范围可以是从18cm至30cm。在使用侧向延伸的支撑脚8、8’的实施例中可以具有优选地范围从19至48的第二宽度L2，条件是第二宽度L2(延伸的支撑脚)显著地大于第一宽度L1(简单支持点)。在支撑脚8、8’仅突出到空隙4中的实施例中，第二宽度L2将假定等于第一宽度L1的值。

关于被称为第三宽度L3(图4B、图8、图11和图14)的支撑脚8、8’的宽度，该宽度可以在1.5cm至12cm的范围内。在图14所示的实施例中，优选的第三宽度L3的范围是从2cm至20cm。

关于本文中公开的铁路轨枕1的高度，其被称为第一高度H，其范围例如可以是从14cm至20cm。在利用支撑突起部9的实施例中，这样的元件以在从0.5cm至19cm的范围内的值从接触表面3突出，并且最大值为锚固壁的高度。锚固突起部9(从锚固壁突出)的宽度，被称为L4，的范围可以从0.5cm至3.0cm。

锚固壁5、5’与接触表面3和/或支脚8、8’之间的过渡可以实现为正交或倾斜的，如先前的图中所示；可替代地，所述过渡可以通过呈弯曲形式或带圆角过渡的节段来实现，如图15所示的实施例中那样。这种过渡可以包括任何类型的过渡。

在一个或多个实施例中，孔6的宽度(在其最宽的点处测量)可以高达厚度E的50％或厚度E的40％，并且总长度(作为所有孔的长度之和)可以高达高度H的80％或高度H的70％。特别地，在一个或多个实施例中，孔6可以具有范围从厚度E的20％至40％的宽度和范围从高度H的50％至70％的总长度。

如上文提到的，为了使轨枕1能够承受其应用领域的应力，所述轨枕1可以由具有高弹性模量(高刚度)且具有高抗冲击、抗疲劳和高市场可购性的材料制成。更具体地，在一个或多个实施例中，轨枕可能由单一材料制成，然而，在其他实施例中，轨枕可能是具有内壁13(用虚线表示)和外壁的多层产品14(实线表示)，如图16所示。虽然具体的设想是整个轨枕1可以由单一材料形成，但其他实施例可以包括多层构造，其中外部表面(壁13和14)由第一种材料形成，并且轨枕1的中间或内部部分15由第二材料构成。例如，单种材料或第二材料可以包括包含聚丙烯和玻璃纤维的复合材料。在一个或多个实施例中，玻璃纤维含量的范围可以从复合材料的5重量％至40重量％，或在其他实施例中从复合材料的33重量％至37重量％。

在其他多层结构的实施例中，内壁13和外壁14可以由包括聚烯烃(诸如与内层聚丙烯相同或不同的聚丙烯)的复合材料来制造，并且中间层15可以由第二材料来制造。例如，可以在外表面层中使用聚丙烯，在轨枕的中间层中可以使用包括聚丙烯和玻璃纤维的复合材料。

注意，使用聚丙烯与玻璃纤维的复合材料作为单种材料、或在中间层15中使用聚丙烯与玻璃纤维的复合材料是本公开的一个实施例，而在其他实施例中，可以使用具有高于或等于5000MPa(如根据ISO178标准所确定的)的弯曲模量的任何材料或复合材料。

现在参考图19，为了将所提出的轨枕1固定至铁轨2、2’，可以在轨枕1的空隙4中布置紧固块10。这些块的主要功能是实现提锥的安装以及将铁轨2、2’紧固至轨枕1的固定装置的安装。更具体地，这样的块10防止铁路的侧向运移动并且可以被布置在轨枕1的位于铁轨2、2’下方的部分中，或者换句话说，位于轨枕1的与接触表面3的轨道的布置点相对的部分中。

图18示出了在其中使用本文中所描述的轨枕1的铁路网的轮廓视图或剖面图。在该图中，铁轨2、2’中的每个都通过支撑板20和提锥21被固定至轨枕1的接触表面3。在轨枕1的空隙4中，轨枕1在被固定至铁路网时使铁路的道碴能够穿透空隙4，并且随着空隙4中道碴的压实，将实现道碴/轨枕系统的更大的刚度。

另外，在图18中注意到，在铁轨2、2’中的每个下方都布置有紧固块10，这种块10被构造为实心块并且可以由木材、再生材料、混凝土、聚乙烯、聚丙烯制成，并且还可以由与用于制造轨枕1的相同材料以及包括聚丙烯和玻璃纤维制成。在特定实施例中，固定块10由聚乙烯制成。在特定实施例中，所述紧固块可以由纯聚乙烯、生物基聚乙烯(诸如来自Braskem公司的I’m Green^TM系列的聚乙烯)、再生树脂、消费后树脂以及它们的组合物制成。在特定实施例中，紧固块由高密度聚乙烯制成。

这样的紧固块10可以由不同工艺来制造，诸如挤出成型、拉挤成型、注塑成型、以及使用巨大块来获得工件的最终形状的机械加工工艺。另外，在一个或多个特定实施例中，(如在本文中描述的轨枕中的)紧固块可以包括一个或多个孔16或结构间隙以减少形成紧固块10所需的材料的量而不会对紧固块10的机械性质产生负面影响，或对机械性质有影响但仍允许使用轨枕结构中的那些块，如图20D所示。在一个或多个实施例中，这样的孔16的宽度可以高达紧固块10的宽度的50％或40％。例如，孔16的宽度的范围可以从紧固块10的宽度的20％至40％。在一个或多个实施例中，孔16的高度可能高达紧固块的高度的80％或70％。例如，孔16的高度的范围可以在紧固块的40％至70％之间。应理解，也可以使用较小的孔(或多个孔)，但可能无法提供与较大孔所实现的一样多的重量减少百分比。

为了更好地将块10固定至轨枕1，固定元件(优选地被配置为六角螺钉26)可以以横向于轨枕1的方式来布置，优选地如图19中呈现的那样。图20A-图20F、图21A-图21B和图31-图32示出了针对紧固块10所提出的形状。将理解的是，针对铁路轨枕1所提出的任何结构性实施例都可以与紧固块10的任何实施例结合使用。

图20E和图20F所示的实施例提供了由注塑过程制成的紧固块10。注意，图中所示的块10包括多个肋结构27，这些肋结构被设计用于支撑载荷，所述载荷涉及铁路列车车厢的布置。

因此，肋结构27结合了耐力和轻质，并且建立了布置所述紧固块10的新的可能性。另外，块10还可以包括孔口28，该孔口被设计用于布置适当的螺钉。应该指出的是，结构27的布置和形状不应该局限于图20E和图20F所示的实施例。

如图21A-图21B和图31-图32所示，紧固块10也可以包括一个或多个空隙空间24。在图21A-图21B所示的实施例中，空隙空间24导致紧固块采取与关于轨枕1所描述的倒U形类似的形式。在图31-图32所示的实施例中，每个紧固块10包括两个空隙空间24，从而使紧固块10呈H形。在一个或多个实施例中，空隙空间24的宽度可以高达紧固块10的宽度的50％或40％。空隙空间24的示例宽度的范围可以从紧固块10的宽度的15％至40％。在一个或多个实施例中，空隙空间24的总高度(所有高度的总和)可以高达紧固块10的高度的75％或65％。空隙空间24的示例总高度的范围可以为紧固块10的高度的50％至70％。虽然在紧固块10的一些实施例中可能有通常尖锐的边缘(具有小半径)，如图20A-图20D和图21A-图21B中示出的，但也可以设想紧固块可以具有更大半径的边缘。另外，还可以设想，紧固块10的上表面和/下表面可以比紧固块的竖直表面更突出，如图32所示(并且类似于图12中示出的轨枕实施例中示出的突起)。

在一个或多个实施例中，图20A-图20F、图21A-图21B和图31-图32中描述的紧固块10可以与关于图2-图17和图23-图24所描述的轨枕1中的任何一种轨枕结合使用；然而，还可以预期的是，当前描述的紧固块10可以与其他没有孔的轨枕结合使用，诸如美国专利公开No.2018/0327977中描述的那些轨枕，所述美国专利通过引用的方式整体并入本文中。

在其他实施例中，本公开中论述的且在图20A-图20D、图21A-图21B和图31-图32中公开的紧固块10可以通过注塑工艺制成，从而配置结构化块(具有肋结构内27或位于肋结构27内)。在其他实施例中，本公开中论述的且在图20A-图20D、图21A-图21B和图31-图32中公开的紧固块10可以通过挤出成型工艺制成，从而具有连续的表面，而不需要肋结构27。

在一个或多个实施例中，作为替代，将紧固块与轨枕一起使用，还可以预期的是，本公开的轨枕1可以由现有铸铁板25和金属板22(优选地由钢制成)通过常规固定元件2被固定至现有板(板25)，所述常规固定元件诸如螺钉、压力清洗机、以及通过孔口插入的螺母(在图23B中被示出为孔口29)。

在图22A和图22B中示出这种紧固形式，其中图22A示出金属板22具有比图22B中呈现的金属板22更小的尺寸。图22B所示的实施例(完全被布置在铁路网的铁轨之间)增加了轨枕1的强度。还指出，所使用的金属板22的数量不应限于图22A-图22B中示出的数量。

现在参考图17，还设想本公开的轨枕不形成倒U形。例如，如图17中示出的，铁路轨枕1’包括位于轨枕1’的基部处的接触表面3(铁轨与其接触)和与所述接触表面3相对的支撑表面3’(并且也在锚固壁5、5’之间延伸)。在这样的实施例中，空隙4实际上是轨枕的由接触表面3，锚固壁5、5’和支撑表面3’所限定的中空部分。应该指出的是，在本文中公开的实施例中，针对铁路轨枕1所提出的其他特性和实施例也适用于图17中示出的铁路轨枕1’且包括支撑表面3’的实施例。另外，还可以意图使轨枕1’中的锚固壁5、5’也可以包括上文中描述的孔6。

本文中描述的铁路轨枕1、1’的结构形式优选地可以通过挤出/共挤出工艺来获得。这样的工艺通过常规挤出机来实现，所述常规挤出机例如提供进料点、螺纹筒、底座、校准器和减速器。

通常，在挤出工艺期间，允许在熔融聚合物穿过模板并且在均匀冷却和真空的情况下工件的整个轮廓位于校准器内时发生复合材料(形成轨枕1、1’的结构)的压实。

本文中描述的方法包括将所使用的复合材料(优选地，聚丙烯与玻璃纤维)加入挤出机的加料器中的初始步骤，然后调节挤出机的所有熔融区的温度以及芯板中的温度以满足所述材料的特性。

在使用多层轨枕的实施例中，伴随上述步骤，可以在挤出机中加入第一聚合物材料(聚丙烯与玻璃纤维)，并在连接在芯板之前的共挤出时，其他树脂(诸如纯聚丙烯、具有黑色母材的聚丙烯、或具有添加剂的聚丙烯)可以与聚丙烯与玻璃纤维的复合材料一起添加。

因此，聚丙烯与玻璃纤维的复合材料可以涂覆有聚丙烯(不含玻璃纤维，诸如纯聚丙烯或具有其他添加剂的聚丙烯)，从而建立具有呈聚丙烯(不含玻璃纤维)形式的内壁和外壁14以及呈聚丙烯与玻璃纤维的形式的中间层15的布置的结构。因此，形成类似于已知为ABA的挤出工艺的结构，其中，第一层(层A)由确定的材料(在这种情况下为聚丙烯)组成，中间层(层B)由另一材料(在这种情况下为聚丙烯与玻璃纤维的复合材料)组成，并且第三层同样由材料A(聚丙烯)组成。还设想只有内层13或外层14与中间层15共挤出，因此形成AB或BA多层结构。

应该指出的是，使用与制造中间层15(在本例中为不含玻璃纤维的聚丙烯)时所使用的相同材料来制造内壁13和外壁14仅是示例性实施例。因此，壁13和14可以由与层15中使用的材料不同的材料制成，只要它显然提供对工件的必要粘附性即可。还设想到，对于使用单种材料结构的实施例，可以仅将包括聚丙烯与玻璃纤维的复合材料添加至挤出机。

按照上文提到的步骤的描述，将筒内的结构与挤出机的螺杆熔融后，在机台内挤出熔融结构，所述机台的主要功能是将机将所述结构成型为期望的形状。

随后，所述结构在从机台出来时穿过设置有水基冷却系统的校准器。所述冷却系统除了帮助冷却工件外，还旨在将熔融结构保持为其最终形状。

在从校准器出来之后，工件进入用于控制挤出机的速度的系统中，从而限制了过程的流量并使得能够压实校准器内的结构，从而防止气泡和材料损失。最后，将熔融结构切割成期望的尺寸。

根据铁路轨枕1、1’的期望的形状，挤出机的校准器可以被配置为带真空或不带真空的校准器。在不带真空的校准器上，示例长度的范围可以从0.3米至0.5米，而在带真空的校准器上，长度的范围可以在1米至4米之间，并且冷却腔室的真空度从0bar至0.4bar。

应该指出的是，不带真空的校准器可能特别适用于成型包括开放空隙的铁路轨枕1(如图2-图16所示)。另一方面，带真空的校准器可以用于成型轨枕1’，其空隙4由支撑件表面3’限定。

此外，挤出机可以使用以下优选参数：

·挤出机的温度的范围优选地为220℃至250℃；

·挤出机的电流范围为25A至350A；

·头部压力的范围从5bar至70bar；

·挤出机的速度(线速度)的范围从0.1米/分钟至0.5米/分钟；以及

·螺杆的转速的范围优选地为10至45转/分钟(rpm)。

虽然铁路轨枕1、1’的成型的方法被称为挤出工艺，但是应该理解的是，这样的特性仅是优选实施例，因此其他方法可以用于所提出的轨枕1的结构成型，诸如侵入、注塑成型或拉挤成型工艺。

在一个或多个实施例中，包括聚丙烯与玻璃纤维的复合材料包括复合材料的5重量％至40重量％，更特别地复合材料的33重量％至37重量％的范围内的玻璃纤维。

示例

通过使用ABAQUS(可以从Dassault Systems购买的有限元件分析软件)进行的模拟，将图24所示的类型的轨枕(S1)(具有孔)与图25所示的类型的比较例轨枕(S2)(没有孔)进行比较。在模拟中，S1和S2轨枕设计分别与紧固块(分别如图26-图27中示出)、道碴和铁轨相结合。与S1一起使用的紧固块属于图20D所示的类型(沿其长度包括孔或结构间隙)，而与S2一起使用的紧固块是没有这种孔的实心块。从图24-图25看出，突出区域(竖向方向)被保持，因此保留了两个设计之间的接触区域。特别地，S1设计的尺寸为2.60m、170mm和15mm。S2设计的尺寸为2.8m、190mm和20mm。设计的权重如下表1中示出：

	S1	S2
			轨枕	25.5kg	42.1kg
块	12.4kg(单位)	15.6kg(单位)
			总质量(轨枕+块×2)	50.3kg	73.3kg

对S2设计进行的研究表明，轨枕节段的中心区中的应力水平较低，如图28所示。轨枕的主要应力是由于弯曲。这些应力需要距中性线最远的区，并在这个区中保持最低应力水平。S1模型的数值模拟研究表明，应力水平(12.2MPa)保持低于70MPa的断裂应力(图29)。

由于S1的刚度小于S2，因此在铁路轨道轨距的情况下测试了这种刚度的影响。在常规铁路上应用特征载荷(竖直和水平)，如图30所示的，S2装置的轨距开度(X1+X2)为3.58mm，并且S1装置的轨距开度为3.94mm。模拟表明，孔的存在(导致轨枕组件更轻)仍允许其在铁路结构中使用，因为它通过了轨道轨距的1％极限偏移(16.8mm)的模型。

有利地，本公开中描述的铁路轨枕可以具有以下各项中的一项或多项：

·原材料的可购性和可靠性，以满足市场的大规模需求；

·良好的电绝缘体；

·高弹性模量；

·可回收性；

·与木质轨枕的安装、固定和维护相同，采用相同的工具和装备；

·更便于运输和维护，降低物流成本；

·惰性且不渗透；

·可以使用当前在木质轨枕上使用的固定系统；以及

·能够生产不同的轨枕长度和形状，以满足不同的轨距和铁路切换。

虽然上面仅详细描述了一些示例性实施例，但是本领域技术人员将容易理解，在本质上不脱离本发明的情况下，可以在示例性实施例中进行许多修改。因此，所有这些修改均旨在被包括在如随附权利要求所限定的本公开的范围内。在权利要求中，装置加功能方面旨在涵盖在本文中被描述为执行所叙述的功能的结构，并且不仅涵盖结构等效物，而且涵盖等效结构。因此，虽然钉子和螺钉可能不是结构等效物，但是由于钉子采用柱形表面来将木制部件固定在一起而螺钉采用螺旋表面，所以在紧固木质部件的环境下，钉子和螺钉可以是等效结构。申请人明确表示不援引35U.S.C.§112第6段以对本文中的任何一项权利要求进行任何限制，但权利要求中明确将词语“用于……的装置”与关联功能一起使用的限制除外。

Claims (17)

1.一种用于固定铁路网的至少一对铁轨的铁路轨枕，所述铁路轨枕包括：

接触表面，其中，所述一对铁轨中的每个铁轨被固定至所述接触表面且彼此间隔开；

锚固壁，所述锚固壁从所述接触表面向下延伸，并在所述锚固壁的底部表面处具有支撑点，所述锚固壁具有形成于该锚固壁中的至少一个孔；以及

由所述接触表面与所述锚固壁限定的空隙。

2.根据权利要求1所述的铁路轨枕，其中，所述铁路轨枕由聚合物材料形成。

3.根据权利要求1或2所述的铁路轨枕，其中，所述铁路轨枕由包括聚丙烯和玻璃纤维的复合材料形成。

4.根据权利要求3所述的铁路轨枕，其中，所述玻璃纤维以在所述复合材料的重量的5％至40％的范围内的量存在。

5.一种紧固块，所述紧固块与铁路轨枕一起使用以固定铁路网的至少一对轨道，所述紧固块包括形成于该紧固块中的至少一个孔或空隙空间。

6.根据权利要求5所述的紧固块，其中，所述紧固块由聚合物材料形成。

7.根据权利要求5或6所述的紧固块，其中，所述紧固块由包括聚丙烯和玻璃纤维的复合材料形成。

8.根据权利要求5或6所述的紧固块，其中，所述紧固块由原生聚乙烯、生物基聚乙烯、再生树脂、消费后树脂或它们的组合物形成。

9.根据权利要求8所述的紧固块，其中，所述紧固块由高密度聚乙烯形成。

10.一种铁路结构组件，包括：

铁路轨枕，所述铁路轨枕用于固定铁路网的至少一对铁轨，所述铁路轨枕包括：

接触表面，其中，一对铁轨中的每个铁轨被固定至所述接触表面且彼此间隔开；

锚固壁，所述锚固壁从所述接触表面向下延伸；和

由所述接触表面与所述锚固壁限定的空隙空间；以及

至少一个紧固块，所述至少一个紧固块在所述铁路轨枕的对应于铁轨的位置的部分处存在于空隙空间内，

其中，所述锚固壁或所述至少一个紧固块中的至少一者具有形成于其中的孔，或者所述至少一个紧固块具有形成于该紧固块中的空隙。

11.根据权利要求10所述的铁路结构组件，还包括被固定至所述接触表面并穿过所述至少一个紧固块的至少一个铁轨。

12.根据权利要求10或11所述的铁路结构组件，其中，所述铁路轨枕由聚合物材料形成。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的铁路结构组件，其中，所述铁路轨枕由包括聚丙烯和玻璃纤维的复合材料形成。

14.根据权利要求13所述的铁路结构组件，其中，所述玻璃纤维以在所述复合材料的重量的5％至40％的范围内的量存在。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的铁路结构组件，其中，所述至少一个紧固块由聚合物材料形成。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的铁路结构组件，其中，所述至少一个紧固块由包括聚丙烯和玻璃纤维的复合材料形成。

17.根据权利要求10至15中任一项所述的铁路结构组件，其中，所述至少一个紧固块由原生聚乙烯、生物基聚乙烯、再生树脂、消费后树脂或它们的组合物形成。

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