CN117403483A - 一种螺栓下压主轨的主辅复合轨 - Google Patents
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Abstract
一种螺栓下压主轨的主辅复合轨，由主轨和辅轨装配复合而成，简称复合轨；当所述主轨为T字轨时，所述轨身上部分为轨腰32，下部分为轨底33，所述辅轨两边定位板42设置有从外上位置朝内下位置的斜下方向的下压螺纹孔431；所述主轨轨底33与下压螺纹孔431底部相对应的位置有螺栓定位坑331；装配时，首先，横向螺栓螺母组件520将辅轨腰板42与主轨轨腰32相互压紧，然后，斜下压螺栓532旋入并穿过辅轨下压螺纹孔431后压到所述主轨螺栓定位坑331，使主轨底面往下压紧辅轨槽内底板，消除台阶病害。
Description
技术领域
本发明涉及铁路组件技术领域，具体涉及一种主辅复合轨。
背景技术
有缝钢轨接头存在台阶、折角和轨缝，接头处是钢轨的断点和最薄弱环节。当台阶、折角和轨缝超过各自的限度值后，就会形成台阶病害、折角病害和轨缝病害，这三大病害合成接头病害。接头病害是造成轨道不平顺和损坏的最主要因素。
按轨缝类型将轨道进行分类，可分为有缝轨道和无缝轨道两大类；
火车问世以来，有缝轨道消除接头病害一直是一种奢望。如果能实现这一奢望，意义将十分重大。
有缝轨道在接头处预留轨缝。相比无缝轨道，有缝轨道的优势是造价低和化解热胀冷缩容易：劣势是轨缝是钢轨的断点，会造成接头病害而损害轨道平顺性，容易造成接头区损伤，是整个轨道产生不平顺和破坏性的关键部位，运行高速列车会产生危险，因此有缝轨道只能运行非高速列车。
高铁取得了辉煌的成就，其主要原因就是采用无缝轨道消除了接头病害。
无缝轨道采用焊接方式连接钢轨接头，消除了钢轨断点，从而消除了接头病害。无缝轨道的优势是轨道非常平顺，所以在两个方向得到了应用：一个是制造高速铁路，一个是使重载铁路提高等级。但是，无缝轨道为对付热胀冷缩需要付出巨大的代价。首先是成本高昂，数倍于有缝轨道造价；其次是在高寒地区不适合建造无缝轨道，原因是温差太大，最低温度(冬季夜晚)与最高温度(夏季中午)的温差超过90℃。若必须要建，为避免跑轨或断轨，需要在每年春秋两季择机进行温度力放散，致使运营成本很高；其三是更换维修局部钢轨很困难。这些缺点致使无缝轨道难以全面取代有缝轨道。
有缝轨道接头处是钢轨的断点，会产生接头病害。自从铁路诞生起就有不少人致力于研究消除有缝轨道的接头病害，提出了大量的接头方案。目前的有缝轨道，世界通用的接头方案是双头鱼尾板，这是多年实践确定下来的最优接头方案。然而，双头鱼尾板并无法消除接头病害。本研究提出了一种主辅复合轨(以下简称复合轨)，使之既能消除接头病害，又具备造价低廉和应对热胀冷缩容易的优势，从而产生一种兼无缝轨道和有缝轨道两者优点的新型轨道。
轨道的品质主要取决于它行走面的平顺性，而影响平顺性的主要因素包括轨面平整度、钢轨的抗弯刚度、稳定性、减震性能和接头病害[1-3]等，其中接头病害是最关键因素。本研究发现，接头病害中最关键的是台阶病害，只要消除了台阶病害，折角病害和轨缝病害就迎刃而解。
发明内容和说明
设想一种理想化的轨道，应该具有以下性质，性质(1)——消除了台阶病害；性质(2)——消除了折角病害；性质(3)——消除了轨缝病害；性质(4)——可以化解热胀冷缩；性质(5)——全轨高抗弯刚度、高平顺；性质(6)——轨面高耐磨；性质(7)——可避免爬行；性质(8)——轨面定位精确和稳定；性质(9)——维护保养方便；性质(10)——高寿命；(11)——减震性好；(12)——造价低廉；
本发明提出了一种螺栓下压主轨的主辅复合轨，由主轨和辅轨装配复合而成，以下简称“复合轨”，使得铁路实现了性质(1)～性质(10)；
主轨的类型包括工字轨和T字轨，其中，工字轨包括轨头、轨腰和轨底，轨腰和轨底合称为轨身；T字轨包括轨头和轨身，轨身的上部分定义为轨腰，下部分定义为轨底，其轨腰与轨底是合体的；每根主轨的两端分别为送轮接头和迎轮接头，相邻的主轨之间，由某一主轨的送轮接头与另一主轨的迎轮接头对接形成主轨接头区，简称接头区；接头区的一对送轮接头和迎轮接头命名为对偶接头，对偶接头的对接缝隙称为轨缝，用于化解温度力，为了描述简便，全文定义对偶接头的截面对应相等，特别是高度对应相等。
所述辅轨为一根异形槽钢，包括底板及两块对称设置在所述底板上的定位板，所述底板与两块定位板形成一个定位槽，刚好将主轨的轨身紧贴包络于其中；两块定位板之间的底板称为槽内底板，两块定位板之外的底板称为槽外底板，相邻辅轨间的对接缝隙称为辅轨接缝；
与工字主轨配套的辅轨定义为工字辅轨，与T字主轨配套的辅轨定义为T字辅轨；
复合轨的技术特征1，这是对全程复合轨构造的整体描述：
在主轨轨身插入辅轨定位槽后，因为主轨和辅轨之间存在微间隙而可能产生位移，包括横向位移、垂向位移和轨向位移，根据轨道性能要求，需要消除横向位移和垂向位移；用横向螺栓垂直穿过定位板和主轨轨腰，将定位板向主轨轨腰方向压紧，消除主轨的横向位移，以保证轨距的精确和稳定(实现性质(8))；垂向位移在技术特征2中讨论，轨向位移在技术特征6中讨论；
辅轨上的两块定位板上有通过螺栓对主轨向下施压的螺纹孔，简称为下压螺纹孔，下压螺纹孔的方向包括垂直向下式231或从两边往中间倾斜向下式431；主轨轨底与下压螺纹孔的对应处有受力坑状部位，简称受力坑，下压螺栓包括下压螺栓531或斜下压螺栓532，下压螺栓从下压螺纹孔旋下，压在主轨的受力坑上，将主轨向下紧压紧在辅轨上，使得主轨与辅轨结构成了一个整体；主轨往下压紧辅轨的方式包括：主轨底面压紧辅轨槽内底板或主轨轨头下沿压紧辅轨定位板上沿，使主轨与辅轨在上下方向压紧，从而避免它们两者之间产生垂向位移和撞击。；
不平顺和破坏性的原因本质上产生于撞击，传统有缝轨道主要有三种撞击，其一是车轮与台阶的撞击，其二是钢轨与接头夹板的撞击，其三是钢轨与轨枕的撞击；复合轨如果没有下压螺栓紧固，也会有三种撞击，其一是车轮与台阶的撞击，其二是主轨与辅轨的垂向撞击，其三是辅轨底板与轨枕的撞击；通过下压主轨螺栓将主轨向下压紧辅轨，以消除主轨与辅轨之间产生垂向位移和撞击；通过下压槽外底板螺栓将辅轨向下紧压轨枕，以消除复合轨与轨枕撞击；由此已经消除两种撞击，只要再消除了台阶，就消除了车轮对台阶的全部三种撞击。
辅轨与每个轨枕之间有一块弹性垫板，用螺栓将槽外底板和弹性垫板紧固在每个轨枕上；
技术特征2.在技术特征1所述的全程复合轨构造的基础上，其进一步的技术特征是包括一种接头区复合轨；接头区复合轨是整体复合轨构造中的一个关键部分；
在复合轨中，因为接头是钢轨的断点，是钢轨的最薄弱处，所以对于接头区复合轨需要更高的抗弯性能要求，令每个接头区对应的复合轨为高抗弯性能复合轨，特命名为接头复合轨，接头区辅轨为高抗弯性能辅轨，特命名为接头辅轨，将非接头区复合轨命名为主体复合轨，非接头区辅轨命名为主体辅轨，辅轨定位槽的截面与主轨轨身的截面对应相等，两者形成互补，其定位槽刚好将主轨轨身紧贴包络于其中；
接头复合轨由接头辅轨和对偶接头组成；接头辅轨是一整根辅轨，对偶接头轨缝置于接头辅轨的中部区间；轨缝与辅轨接缝相互错开至少一个轨枕间距，轨缝与辅轨接缝都正对置于轨枕上方；
接头处是钢轨的断点，是轨道产生不平顺和破坏性的主要部位，在此会产生接头病害，接头病害由台阶病害、折角病害和轨缝病害三大病害叠加而成，提高轨道品质的关键是消除接头病害，消除接头病害的关键是消除台阶病害，而接头复合轨的作用是消除台阶病害，所以，决定复合轨性能的关键部位是接头复合轨。下面将看到，只要消除了台阶病害，其折角病害和轨缝病害可迎刃而解。
台阶的形成机理：轨缝两边是对偶接头，一边是送轮接头，一边是迎轮接头，车轮从送轮接头驶向迎轮接头；传统的钢轨接头，接头处采用接头夹板连接送轮接头和迎轮接头。当车轮压到送轮接头并即将压到迎轮接头的瞬间，送轮接头受压下沉，并通过接头夹板将压力传递给迎轮接头，使得迎轮接头也产生下沉。但是在此过程中会形成台阶。在默认接头高度相等的前提下，台阶的成因有两个：台阶成因1是车轮压力很大时，夹板与接头之间会产生微量垂向位移，由此形成台阶。台阶成因2是接头夹板变形。接头夹板的抗弯刚度只有钢轨本体的约30％，接头夹板会产生弹性变形，所以传递压力不完全，使得迎轮接头的下沉量小于送轮接头的下沉量，由此形成了台阶。
接头复合轨的目的是消除台阶病害，
其消除台阶病害的思路：在两边接头高度相等的前提下，接头复合轨只要满足了两个条件，车轮的压力就不能使送轮接头和迎轮接头之间形成台阶。消除台阶病害条件1：对偶接头与接头辅轨之间不会产生垂向位移。为此，将送轮接头和迎轮接头都向下紧压在接头辅轨上即可实现；消除台阶病害条件2：接头辅轨在车轮压力下变形量小至可忽略，为此，接头辅轨具有高抗弯性能即可实现。
接头辅轨的结构和消除台阶病害的原理
首先，接头复合轨包括一种螺栓下压对偶接头的构造，辅轨的两块定位板上有下压螺纹孔，下压螺纹孔的方向包括垂直向下或从两边往中间的倾斜向下；对偶接头轨底与螺纹孔的对应处有受力坑，下压螺栓从辅轨的下压螺纹孔旋下，压在对偶接头的受力坑上，将对偶接头的底面压紧在接头辅轨的槽内底板上而结构成一个整体，避免对偶接头与接头辅轨之间产生垂向位移和撞击，由此实现了消除台阶病害条件1。
同时，接头复合轨还包括一种多抗弯措施叠加式接头辅轨，由此产生比主体辅轨具有更高抗弯性能的接头辅轨(实现性质(2))，其高抗弯性能由多条抗弯措施叠加而形成，具体说，抗弯措施1，接头辅轨采用高抗弯刚度钢质铁质材料制造；抗弯措施2，接头辅轨采用厚壁构造；抗弯措施3，全体辅轨采用宽底板构造，以提高接头辅轨抗弯能力；抗弯措施4，在轨缝的正下方，接头辅轨承垫轨枕，简称承接式轨枕，以提高接头辅轨抗弯能力；抗弯措施5，在跨越轨缝的两边，将接头辅轨的槽外底板与承接式轨枕用螺栓紧固，利用承接式轨枕加强接头辅轨在轨缝位置的抗弯刚度；通过全部5条措施或部分措施的叠加，提高接头辅轨抗弯性能，使得接头辅轨弯曲度小到可以忽略，实现消除台阶病害条件2
接头区复合轨通过螺栓下压其对偶接头的构造和多抗弯措施叠加式接头辅轨，实现消除台阶病害的目标。
技术特征3：根据技术特征2所述复合轨，其进一步特征是一种工字接头区复合轨和主体复合轨：
当所述主轨为工字轨时，辅轨为一根燕尾槽形槽钢，其底板与两边的定位板形成一个燕尾槽形主轨定位槽，将主轨的轨腰和轨底包络定位于其中；
其工字轨辅轨的每块所述定位板包括依次连接成弯折形状的腰板22、压板230和折条232，刚好包络住所述主轨轨腰12和轨底13，所述压板230上有下压螺纹孔231，所述轨底13上表面与下压螺纹孔相对应的位置有螺栓定位坑131；
装配时，首先，横向螺栓螺母组件520将辅轨腰板22与主轨轨腰12相互压紧，然后，下压螺栓531旋过辅轨下压螺纹孔231后压到所述主轨螺栓定位坑131，迫使主轨底面往下压紧辅轨槽内底板，消除台阶病害(实现性质(1))；
技术特征4：根据技术特征2所述接头区复合轨，其进一步特征是一种T字接头区复合轨和主体复合轨：
当所述主轨为T字轨时，所述轨身上部分为轨腰32，下部分为轨底33，所述辅轨两边定位板42设置有从外上位置朝内下位置的斜下方向的下压螺纹孔431；所述主轨轨底33与下压螺纹孔431底部相对应的位置有螺栓定位坑331；
装配时，首先，横向螺栓螺母组件520将辅轨腰板42与主轨轨腰32相互压紧，然后，斜下压螺栓532旋入并穿过辅轨下压螺纹孔431后压到所述主轨螺栓定位坑331，使主轨底面往下压紧辅轨槽内底板，消除台阶病害(实现性质(1))；T字轨复合轨，使得装配很容易，且主轨的更换很方便(实现性质(9))；，
技术特征5：根据技术特征2所述接头区复合轨，其进一步特征是包括一种复合轨承接式轨枕，主轨轨缝和辅轨接缝统称为对接缝隙，在复合轨的正对着对接缝隙的下方铺设轨枕，称为承接式轨枕，并将辅轨槽外底板位于跨过对接缝隙两侧的位置都用螺栓紧固于承接式轨枕上，以加强辅轨位于对接缝隙处的抗弯性能，由此可以减小折角值(实现性质(2))。
技术特征6：根据技术特征1所述复合轨，其进一步特征是由复合轨构成的一种复合轨式扣件和防爬结构，
轨道结构的组成包括6大部分：钢轨、轨枕、道床、连接器件(接头夹板、扣件)、防爬器、道岔。由此可见，扣件和防爬器在轨道结构中的地位非常重要；
在大坡度路段，防爬是一个跨世纪难题，而辅轨天然就是优秀的扣件和防爬器。
两器件之间不会发生位移的紧固定义为强力固定，两器件之间可以在大温度力作用下刚好能够发生微小热胀冷缩位移的紧固定义为可滑紧固；，
复合轨式扣件和防爬结构包括两条措施；
措施1：采用宽的槽外底板以提高辅轨稳定性，辅轨的槽外底板通过紧固装置与每根轨枕固定(实现性质(8))；
措施2：使主轨与辅轨轨向固定，为此，先确定一个长度a，令每根主轨中距迎轮端等于a的位置定义为轨向固定点，将每根主轨的轨向固定点与辅轨进行轨向强力固定，使主轨实现防爬功能(实现性质(7))；除轨向固定点之外的位置，主轨与辅轨之间为可滑紧固，这样，既保证了消除主轨辅轨间的横向位移(实现性质(8))和垂向位移，又可以消除热胀冷缩形成的温度力(实现性质(4))：又可以避免爬行；(实现性质(7))。
辅轨一方面固定于轨枕，一方面固定主轨，从而固定主轨在轨向的位置，解决钢轨爬行的难题；
技术特征7：根据技术特征1所述复合轨，其进一步特征是一种双材料复合轨，
理想的轨道应该具有高抗弯性能以保证其平顺性，并且其轨面具有耐磨性能以保证其使用寿命，为此，主轨采用高耐磨钢材铁材，辅轨采用高的抗弯刚度性性价比高的钢材铁材和特重型型号以提高钢轨的平顺性，成为一种兼有高耐磨和高抗弯性能的复合材料的复合轨。(实现性质(5)(6))
技术特征8：根据技术特征2所述接头区复合轨，其进一步特征是一种斜接头式复合轨，
车轮压到轨缝时，会形成轨缝病害，
为了抑制轨缝病害，有人提出将钢轨接头加工成俯视为斜接头或梯形接头，这样，车轮滚过轨缝时，总是会压在钢轨上，不会单独压到轨缝，从而相当于轨缝不存在。
但是斜接头不被业内接受，其原因是由于存在着台阶。而斜接头的台阶是尖角，尖角台阶对车轮的撞击比平头台阶更具破坏性。
现在，由于复合轨已经消除了台阶，不存在所谓尖角台阶的问题了，所以，采用斜接头或梯形接头又成了一个消除轨缝病害的有效方案(实现性质(3))；
技术特征9：根据技术特征2所述接头区复合轨，其进一步特征是一种短主轨与短辅轨相配合形成的众多小构造轨缝式复合轨，简称为短构复合轨，用以消除轨缝病害；
传统轨道为了化解热胀冷缩的难题，通过对钢轨的长度和热胀系数计算出构造轨缝；比如我国25m轨的构造轨缝为18mm，轨缝超过10mm称为大轨缝，轨缝越大破坏性越大且平顺性越差；如果将目前的每根钢轨裁切成n等分的短主轨，那么构造轨缝d也就均分成n个小构造轨缝d/n，一个原始轨缝成为众多个小轨缝，这就可以在化解热胀冷缩的难题的同时减小轨缝；问题是，增加了轨缝数量是不是有害呢？因为接头病害等于台阶病害加折角病害加轨缝病害，在消除了台阶病害和折角病害的前提下，接头病害就只等于轨缝病害，而增加轨缝数量可以降低轨缝病害(实现性质(3))，所以增加轨缝数量有益无害；
轨缝可以折合成台阶，定义为“缝台阶”，根据图4可以列出等式：R2＝(d/2)2+(R-h)2；整理并忽略高阶小h2后得到轨缝折合成缝台阶公式(式1)：h＝(d/2)2/2R；
短构复合轨的轨长只有传统轨长的1/y，所以其轨缝只有传统轨缝的1/y，代入(式1)短构复合轨缝台阶只有传统缝台阶的1/y2。对于复合轨而言，接头处的台阶病害和折角病害已经消除，所以增加接头数量不会增加台阶病害和折角病害，而是可以成平方倍的减小轨缝病害(实现性质(3))。作为对比，对于传统有缝轨道而言，增加轨缝数量会增加轨缝病害的数量，所以不可行。
轨缝与辅轨接缝相互错开至少一个轨枕间距，合理的短构复合轨需要满足两个条件，条件1：轨缝和辅轨接缝都被承接于轨枕上方；条件2：轨缝对应于辅轨中部区间且辅轨接缝对应于主轨中部区间；如果满足了这两个条件，则主轨和辅轨的长度不受限制，当然，从化解热胀冷缩的角度看，采用短尺寸更有利；设轨枕间距为J，短主轨和短辅轨长度等于J的整数倍，其最短值等于2J(图3)，对短主轨而言，长度为2J～14J为合理区间，建议值为6J～12J；对短辅轨而言，长度为2J～8J为合理区间，建议值为4J～8J；
技术特征10：根据技术特征3所述工字复合轨，其进一步特征是有一部分辅轨采用对开式辅轨；
对于工字轨而言，全程采用燕尾槽式辅轨将导致装配困难，所以在主体辅轨中，每间隔数根辅轨就采用一根对开式辅轨；对开式辅轨是将辅轨在槽内底板中线处对开成两半，对开的结合部为对开辅轨连接钩237，安装在轨枕上时，两半对开辅轨钩连后成为一个完整的对开式辅轨，再钩连成一个整体辅轨。
技术特征11：根据技术特征3所述工字复合轨，，其进一步特征是：
对称设置的两块所述腰板229形成V状槽口；
装配时分两步：第一步，横向螺栓螺母组件520对辅轨两块腰板229施加收拢槽口的压力，所述腰板229、压板230以对应的折条232为轴线转动，收拢所述V状槽口，腰板229、压板230以杠杆方式使所述压板230下压所述主轨的轨底；第二步，下压螺栓531旋过辅轨下压螺纹孔231后压到所述主轨螺栓定位坑131，迫使主轨往下压，进一步紧辅轨；
技术特征12：根据技术特征4所述T字复合轨，其进一步特征是：所述主轨为T字轨时，所述T字轨的轨身截面为上窄下宽的梯形；
T辅轨的定位槽的槽口口宽度可使T字轨的轨底刚好向下插入，定位板与底板的结合部为根部，在根部切割一条缝，割缝深度为夹板壁厚的30％～70％，称为半深缝；
装配时，在主轨轨身插入T辅轨的定位槽后，通过横向穿设于定位板与主轨轨身的横向螺栓螺母组件520将定位板向主轨轨身方向压紧，因为根部比较薄，所以定位板会以根部为为轴线发生小角度转动，使定位板紧压T字轨的轨身，又因为T字轨的轨身下宽上窄，所以对T字轨轨身形成向下压力，使T字轨轨底压紧辅轨底板。
所述割缝开在外面时，装配好以后将割缝焊实。
技术特征13：根据技术特征1所述复合轨，其进一步特征是：主轨底部有螺纹孔(136或336)，辅轨槽内底板与螺纹孔对应处有通孔(236或436)，底部下拉螺栓(536或636)穿过辅轨槽内底板通孔旋入主轨底部螺纹孔，将所述主轨的轨底紧固拉紧于所述辅轨槽内底板上。
技术特征14：根据技术特征1所述复合轨，，其进一步特征是：在现有的无缝轨道上全程加装辅轨。将相邻主轨的所述迎轮接头和送轮接头的对接处焊接成一体，再装配到所述对开式辅轨的定位槽中。
关于接头病害(包括台阶病害、轨缝病害和折角病害)的理论分析。
关于台阶病害。
复合轨已经消除台阶病害，但是关于台阶病害的理论分析还是值得关注。传统轨道接头理论中将轨缝病害和台阶病害视为了两个互丰独立的病害。在进行实验并分析了实验数据后，本文建立了轨缝与台阶之间的函数关系。
通过实验发现，台阶值随着轨缝宽度的增加而增加，本文将这种变化的台阶定义为“函台阶”，并将对应的病害定义为“函台阶病害”。
根据表1实验数据，可以推算出函台阶公式(式2)：hf＝Bd2；hf为函台阶值，d为轨缝宽度，B为函台阶系数。详细分析见申请号2022108737858。
关于轨缝病害
采用技术特征8的斜接头和技术特征9的短构复合轨可以消除轨缝病害：进一步分析发现，传统的轨缝病害的分析在车速大于V0＝15.4km/H条件下是错的。
车轮跃过轨缝的时间为t＝d/V，结合自由落体公式hL＝gt2/2，得到自由落体高度(简称落高)hL折合公式为(式3)：hL＝g(d/V)2/2；设：构造轨缝d0＝18mm，车速为V＝100km/H＝27.8m/s，计算得到车轮通过构造轨缝的落高hL为：hL＝2.1μm；而传统方法(式1)计算得到的缝台阶h0(0.0885mm)，相差42倍，问题出在哪里？答案是车速。在车速小于V0＝4.29m/s＝15.4km/H条件下，车轮会掉入轨缝，(式1)是对的，在车速较高的条件下，车轮是腾空跃过轨缝的，所以(式1)是错的，要采用(是3)。详细分析见申请号2022108737858。
关于折角病害
通过技术特征2中的多措施叠加式接头辅轨，折角已经被消除。
要分析折角病害，先要了解接头的支承方式。接头被支承于轨枕上方称为承接式接头，接头被支承于两根轨枕之间(即接头悬空)称为悬接式接头。
折角实际值以本文实验为例，传统接头，承接式折角0.59‰；悬接式折角3.9‰。所以，从避免折角病害的角度说，承接式应该优于悬接式。然而长年铁路运行实践表明，采用悬接式对接头的破坏性小于承接式，所以我国的有缝轨道是以悬接式为标准形式。这是为什么呢？原因是悬接式可以抑制接头病害，其逻辑关系如下：
悬接式→可以提高缓冲性能→可以提高台阶、折角和轨缝的限度值→可以抑制接头病害。
对复合轨而言，因为它已经消除了台阶病害和轨缝病害，所以不需要采用悬接式来提高缓冲性能了，而采用承接式可以消除折角病害。
附图说明
图1.1本发明的工字主轨在组装前的截面示意图；
图1.2本发明的工字辅轨在组装前的截面示意图；
图1.3本发明的工字主轨与辅轨在组装后的截面示意图；
图1.4本发明的V状槽口工字辅轨在组装前的截面示意图；
图2.1本发明的T字主轨在组装前的截面示意图；
图2.2本发明的T字辅轨在组装前的截面示意图；
图2.3本发明的T字主轨与辅轨组装后的截面示意图；
图2.4本发明的T字主轨与辅轨组装后的压合轨腰的螺组件的截面示意图；
图2.5本发明的梯形轨身的T字主轨与辅轨组装后的截面示意图；
图3本发明工字轨2J短构复合轨示意图
图4轨缝折合成台阶的示意图；
图5悬臂梁示意图；
附图编号
1——工字轨主轨，第一位数字为1的对象为工字轨主轨的局部，包括：
11——轨头；12——轨腰；120——轨腰螺栓通孔；13——轨底；131、定位坑；135——轨底底面；136——槽外底板螺纹孔；18——轨缝
2——工字轨辅轨，第一位数字为2的对象为工字轨辅轨的局部，包括：
22——腰板；220——腰板螺栓通孔；229——V状槽口腰板；230——压板；231——压板螺纹孔；232——折条；233——槽外底板；234——槽外底板螺栓通孔；235——槽内底板；236——槽内底板螺栓通孔；237——两半对开辅轨连接钩；28——辅轨接缝；29——轨枕；
3——T字轨主轨，第一位数字为3的对象为T字轨主轨的局部，包括：
31——轨头；32——轨腰；329——梯形轨腰；33——轨底；331——定位坑；336——轨底底面螺纹孔；339——梯形轨底；
4——T字轨辅轨，第一位数字为4的对象为T字轨辅轨的局部，包括：
42——腰板；429——梯形槽腰板；431——腰板螺纹孔；433——槽外底板；434——槽外底板螺栓通孔；435——槽内底板；436——槽内底板螺栓通孔；438——根缝
第一位数字为5的对象为螺栓螺母，包括：
520——横向螺栓螺母组件；531——下压螺栓；532——斜下压螺栓；534——槽外底板螺栓；536——底部下拉螺栓；
图4和图5中为一些公知的符号，包括：R——车轮半径；d——轨缝宽度；h——车轮掉入轨缝高度；v——车速；Y——挠度；L——悬臂长度；
具体实施方式
下面结合附图描述本发明的一部分实施例。
实施例1.
复合轨是为了实现性质(1)～性质(11)，它由主轨和辅轨组合而成，主轨的类型包括工字轨和T字轨，辅轨为包络主轨轨腰和轨底的异形槽钢；
钢轨主轨采用轻型号高耐磨性钢轨，辅轨采用重型号高抗弯刚度钢轨以提高轨道的平顺性，成为一种兼有高耐磨和高抗弯性能的复合材料的复合轨；更换钢轨时，只须更换主轨；所述辅轨为一根异形槽钢，包括底板及两块对称设置在所述底板上的定位板，所述底板与两块定位板形成一个定位槽，将主轨的轨腰和轨底刚好包络于其中；采用技术特征2中的多抗弯措施叠加式接头辅轨。
采用技术特征9所述的短构复合轨构造复合轨，用以消除轨缝病害；
短构复合轨满足两个条件，条件1：轨缝和辅轨接缝都被承接于轨枕上方；条件2：轨缝对应于辅轨中部区间且辅轨接缝对应于主轨中部区间；设轨枕间距为J，短主轨和短辅轨长度等于J的整数倍，令主轨和辅轨的长度都等于4J或6J，6J的长度约3.5m，其长度和轨缝约为传统25m轨的1/7，缝台阶约为传统25m轨的1/50，短构复合轨的缝台阶可以视为零；3.5m轨的热胀冷缩最大值约3mm，轨缝病害可以忽略。
在主轨轨腰和轨底插入辅轨定位槽后，所述定位槽将主轨的轨腰和轨底紧贴包络住，然后通过垂直于轨腰的横向螺栓螺母组件穿设于定位板与轨腰，将定位板向轨腰方向压紧；
为了避免产生台阶病害，在本实施例中提供了一种螺栓下压主轨法，所述辅轨两边的定位板上有下压螺纹孔，所述主轨轨底两边与所述下压螺纹孔相对应的位置有螺栓定位坑，下压螺栓旋入并穿过所述下压螺纹孔后压到所述螺栓定位坑，使主轨底面压紧辅轨槽内底板；所以，车轮的压力就不能使送轮接头和迎轮接头之间形成台阶。
迎轮接头对辅轨是强力下压，以期取得最好的消除台阶的效果；送轮接头是在迎轮接头之前受到车轮压力，所以送轮接头对辅轨只须中力下压即可，使它在温度力作用下可以滑动，以消化热胀冷缩；所述辅轨的槽外底板通过紧固装置与轨枕轨向固定，构成钢轨的固定及防爬结构，这样，辅轨完成了使主轨防爬以及使主轨与轨枕稳定结合的双重任务；默认底板下面都装有弹性垫板；由于，辅轨的底板和弹性垫板的面积都比较大，所以可提高轨道的平稳度、减小载荷对轨枕的压强、轨道缓冲减震性更好。为了减小辅轨温度力，单根短辅轨的长度不大于8根轨枕的间距，每根辅轨的两个端部都被支承和紧固在轨枕上；用这种方法，将短辅轨对接成全程式辅轨；
所述辅轨槽内底板上设有排污孔，所述排污孔与排污通道连接，排污孔的设置能够将辅轨中的灰尘等污染物排放至路基外面。
所述主辅轨底部有下拉螺栓，主轨底部有螺纹孔(136与336)，辅轨槽内底板与螺纹孔对应处有通孔(236与436)，底部下拉螺栓(536与636)穿过辅轨槽内底板通孔旋入主轨底部螺纹孔，将所述主轨的轨底紧固拉紧于所述辅轨槽内底板上，使主轨的送轮接头和迎轮接头都被紧压在同一个辅轨底板平面上，所以，车轮的压力就不能使送轮接头和迎轮接头之间形成台阶。
实施例2和实施例3，作为消除台阶的优选的实施例，
实施例2
如果主轨为工字轨。其主辅轨钢轨进一步特征是：
每块所述定位板包括依次连接成弯折形状的腰板22、压板230和折条232，刚好包络住所述主轨轨腰12和轨底13，所述压板230上有下压螺纹孔231，所述轨底13上表面与下压螺纹孔相对应的位置有螺栓定位坑131；
装配时，横向螺栓螺母组件520将辅轨腰板22与主轨轨腰12相互压紧，下压螺栓531旋入并穿过辅轨下压螺纹孔231后压到所述主轨螺栓定位坑131，使主轨往下压紧辅轨；下压螺栓531的位置靠近主轨轨底两边边沿的位置。
部分所述辅轨在槽内底板处对开成两半，对开的结合部为两半对开辅轨连接钩237，成为对开式辅轨，安装在轨枕上时再合并成一个整体辅轨。如图1.2所示，如果工字轨式主钢轨全程都采用辅轨，安装和更换工字轨将非常困难，所以对应于一根或数根工字轨就需要安装一个或几个对开式辅轨，对开式辅轨可以灵活的分成两半卸下。当然，也可以全程采用对开式辅轨。
实施例3
相对于工字轨，T字轨具有安装、维护、保养方便的优势，在新换钢轨时具有优势。
其进一步特征是：当所述主轨为T字轨时，所述轨身上部分为轨腰32，下部分为轨底33，所述辅轨两边定位板42设置有从外上位置朝内下位置的斜下方向的下压螺纹孔431；所述主轨轨底33与下压螺纹孔431底部相对应的位置有螺栓定位坑331，；
装配时，横向螺栓螺母组件520将辅轨腰板42与主轨轨腰32相互压紧，斜下压螺栓532631旋过辅轨下压螺纹孔431后压到所述主轨螺栓定位坑331，迫使主轨往下压紧辅轨，消除台阶病害；
对于轨身下宽上窄的T字轨而言
T辅轨的定位槽的槽口口宽度可使T字轨的轨底刚好向下插入，定位板与底板的结合部为根部，在根部切割一条缝，割缝深度为夹板壁厚的30％～70％，即为半深缝；
装配时，在主轨轨身插入T辅轨的定位槽后，通过横向穿设于定位板与主轨轨身的横向螺栓螺母组件520将定位板向主轨轨身方向压紧，因为根部比较薄，所以定位板会以根部为为轴线发生小角度转动，使定位板紧压T字轨的轨身，又因为T字轨的轨身下宽上窄，所以对T字轨轨身形成向下压力，使T字轨轨底压紧辅轨底板，消除台阶病害。
Claims (10)
1.本发明提出了一种螺栓下压主轨的主辅复合轨，由主轨和辅轨装配复合而成，以下简称复合轨；
主轨的类型包括工字轨和T字轨，其中，工字轨包括轨头、轨腰和轨底，轨腰和轨底合称为轨身；T字轨包括轨头和轨身，轨身的上部分定义为轨腰，下部分定义为轨底，其轨腰与轨底是合体的；每根主轨的两端分别为送轮接头和迎轮接头，相邻的主轨之间，由某一主轨的送轮接头与另一主轨的迎轮接头对接形成主轨接头区，简称接头区；接头区的一对送轮接头和迎轮接头命名为对偶接头，对偶接头的对接缝隙称为轨缝，用于化解温度力，为了描述简便，全文定义对偶接头的截面对应相等，特别是高度对应相等。
所述辅轨为一根异形槽钢，包括底板及两块对称设置在所述底板上的定位板，所述底板与两块定位板形成一个定位槽，刚好将主轨的轨身紧贴包络于其中；两块定位板之间的底板称为槽内底板，两块定位板之外的底板称为槽外底板，相邻辅轨间的对接缝隙称为辅轨接缝；
与工字主轨配套的辅轨定义为工字辅轨，与T字主轨配套的辅轨定义为T字辅轨；
复合轨的技术特征1，这是对全程复合轨构造的整体描述：
用横向螺栓垂直穿过定位板和主轨轨腰，将定位板向主轨轨腰方向压紧，消除主轨的横向位移，以保证轨距的精确和稳定；
辅轨上的两块定位板上有通过螺栓对主轨向下施压的螺纹孔，简称为下压螺纹孔，下压螺纹孔的方向包括垂直向下式231或从两边往中间倾斜向下式431；主轨轨底与下压螺纹孔的对应处有受力坑状部位，简称受力坑，下压螺栓包括下压螺栓531或斜下压螺栓532，下压螺栓从下压螺纹孔旋下，压在主轨的受力坑上，将主轨向下紧压紧在辅轨上，使得主轨与辅轨结构成了一个整体；主轨往下压紧辅轨的方式包括：主轨底面压紧辅轨槽内底板或主轨轨头下沿压紧辅轨定位板上沿，使主轨与辅轨在上下方向压紧，从而避免它们两者之间产生垂向位移和撞击。；
通过下压主轨螺栓将主轨向下压紧辅轨，以消除主轨与辅轨之间产生垂向位移和撞击；通过下压槽外底板螺栓将辅轨向下紧压轨枕，以消除复合轨与轨枕撞击；
辅轨与每个轨枕之间有一块弹性垫板，用螺栓将槽外底板和弹性垫板紧固在每个轨枕上。
2.在权利要求1所述的全程复合轨构造的基础上，其进一步的技术特征是包括一种接头区复合轨；接头区复合轨是整体复合轨构造中的一个关键部分；
在复合轨中，每个接头区对应的复合轨为高抗弯性能复合轨，特命名为接头复合轨，接头区辅轨为高抗弯性能辅轨，特命名为接头辅轨，将非接头区复合轨命名为主体复合轨，非接头区辅轨命名为主体辅轨，辅轨定位槽的截面与主轨轨身的截面对应相等，两者形成互补，其定位槽刚好将主轨轨身紧贴包络于其中；
接头复合轨由接头辅轨和对偶接头组成；接头辅轨是一整根辅轨，对偶接头轨缝置于接头辅轨的中部区间；轨缝与辅轨接缝相互错开至少一个轨枕间距，轨缝与辅轨接缝都正对置于轨枕上方；
接头辅轨的结构和消除台阶病害的原理
首先，接头复合轨包括一种螺栓下压对偶接头的构造，辅轨的两块定位板上有下压螺纹孔，下压螺纹孔的方向包括垂直向下或从两边往中间的倾斜向下；对偶接头轨底与螺纹孔的对应处有受力坑，下压螺栓从辅轨的下压螺纹孔旋下，压在对偶接头的受力坑上，将对偶接头的底面压紧在接头辅轨的槽内底板上而结构成一个整体，避免对偶接头与接头辅轨之间产生垂向位移和撞击；
同时，接头复合轨还包括一种多抗弯措施叠加式接头辅轨，由此产生比主体辅轨具有更高抗弯性能的接头辅轨，其高抗弯性能由多条抗弯措施叠加而形成，具体说，抗弯措施1，接头辅轨采用高抗弯刚度钢质铁质材料制造；抗弯措施2，接头辅轨采用厚壁构造；抗弯措施3，全体辅轨采用宽底板构造，以提高接头辅轨抗弯能力；抗弯措施4，在轨缝的正下方，接头辅轨承垫轨枕，简称承接式轨枕，以提高接头辅轨抗弯能力；抗弯措施5，在跨越轨缝的两边，将接头辅轨的槽外底板与承接式轨枕用螺栓紧固，利用承接式轨枕加强接头辅轨在轨缝位置的抗弯刚度；通过全部5条措施或部分措施的叠加，提高接头辅轨抗弯性能；
接头区复合轨通过螺栓下压其对偶接头的构造和多抗弯措施叠加式接头辅轨，实现消除台阶病害的目标。
3.根据权利要求2所述复合轨，其进一步特征是一种工字接头区复合轨和主体复合轨：
当所述主轨为工字轨时，辅轨为一根燕尾槽形槽钢，其底板与两边的定位板形成一个燕尾槽形主轨定位槽，将主轨的轨腰和轨底包络定位于其中；
其工字轨辅轨的每块所述定位板包括依次连接成弯折形状的腰板22、压板230和折条232，刚好包络住所述主轨轨腰12和轨底13，所述压板230上有下压螺纹孔231，所述轨底13上表面与下压螺纹孔相对应的位置有螺栓定位坑131；
装配时，首先，横向螺栓螺母组件520将辅轨腰板22与主轨轨腰12相互压紧，然后，下压螺栓531旋过辅轨下压螺纹孔231后压到所述主轨螺栓定位坑131，迫使主轨底面往下压紧辅轨槽内底板，消除台阶病害。
4.根据权利要求2所述接头区复合轨，其进一步特征是一种T字接头区复合轨和主体复合轨：
当所述主轨为T字轨时，所述轨身上部分为轨腰32，下部分为轨底33，所述辅轨两边定位板42设置有从外上位置朝内下位置的斜下方向的下压螺纹孔431；所述主轨轨底33与下压螺纹孔431底部相对应的位置有螺栓定位坑331；
装配时，首先，横向螺栓螺母组件520将辅轨腰板42与主轨轨腰32相互压紧，然后，斜下压螺栓532旋入并穿过辅轨下压螺纹孔431后压到所述主轨螺栓定位坑331，使主轨底面往下压紧辅轨槽内底板，消除台阶病害；T字轨复合轨，使得装配很容易，且主轨的更换很方便。
5.根据权利要求2所述接头区复合轨，其进一步特征是包括一种复合轨承接式轨枕，主轨轨缝和辅轨接缝统称为对接缝隙，在复合轨的正对着对接缝隙的下方铺设轨枕，称为承接式轨枕，并将辅轨槽外底板位于跨过对接缝隙两侧的位置都用螺栓紧固于承接式轨枕上，以加强辅轨位于对接缝隙处的抗弯性能，以减小折角值。
6.根据权利要求1所述复合轨，其进一步特征是由复合轨构成的一种复合轨式扣件和防爬结构，复合轨式扣件和防爬结构包括两条措施；
措施1：采用宽的槽外底板以提高辅轨稳定性，辅轨的槽外底板通过紧固装置与每根轨枕固定；
措施2：使主轨与辅轨轨向固定，为此，先确定一个长度a，令每根主轨中距迎轮端等于a的位置定义为轨向固定点，将每根主轨的轨向固定点与辅轨进行轨向强力固定，使主轨实现防爬功能；除轨向固定点之外的位置，主轨与辅轨之间为可滑紧固，这样，既保证了消除主轨辅轨间的横向位移和垂向位移，又可以消除热胀冷缩形成的温度力：又可以避免爬行；
辅轨一方面固定于轨枕，一方面固定主轨，从而固定主轨在轨向的位置，解决钢轨爬行的难题。
7.根据权利要求1所述复合轨，其进一步特征是一种双材料复合轨，
主轨采用高耐磨钢材铁材，辅轨采用高的抗弯刚度性性价比高的钢材铁材和特重型型号以提高钢轨的平顺性，成为一种兼有高耐磨和高抗弯性能的复合材料的复合轨。
8.根据权利要求2所述接头区复合轨，其进一步特征是一种斜接头式复合轨，
采用斜接头或梯形接头消除轨缝病害。
9.根据权利要求2所述接头区复合轨，其进一步特征是一种短主轨与短辅轨相配合形成的众多小构造轨缝式复合轨，简称为短构复合轨，用以消除轨缝病害；
短构复合轨的轨长只有传统轨长的1/y，所以短构复合轨轨缝只有传统轨缝的1/y，短构复合轨缝台阶只有传统缝台阶的1/y2。可以成平方倍的减小轨缝病害；
轨缝与辅轨接缝相互错开至少一个轨枕间距，合理的短构复合轨需要满足两个条件，条件1：轨缝和辅轨接缝都被承接于轨枕上方；条件2：轨缝对应于辅轨中部区间且辅轨接缝对应于主轨中部区间；如果满足了这两个条件，则主轨和辅轨的长度不受限制，当然，从化解热胀冷缩的角度看，采用短尺寸更有利；设轨枕间距为J，短主轨和短辅轨长度等于J的整数倍，其最短值等于2J(图3)，对短主轨而言，长度为2J～14J为合理区间，建议值为6J～12J；对短辅轨而言，长度为2J～8J为合理区间，建议值为4J～8J。
10.根据权利要求3所述工字复合轨，其进一步特征是有一部分辅轨采用对开式辅轨；
对于工字轨而言，在主体辅轨中，每间隔数根辅轨就采用一根对开式辅轨；对开式辅轨是将辅轨在槽内底板中线处对开成两半，对开的结合部为对开辅轨连接钩237，安装在轨枕上时，两半对开辅轨钩连后成为一个完整的对开式辅轨，再钩连成一个整体辅轨。
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2023
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Also Published As
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| PB01 | Publication |