CN1473993A - 全面治理铁路线路的技术创新方案 - Google Patents

Abstract

本发明以国家铁道部颁发的《铁路线路维修规则》为依托，以简单的实验和事实，揭示出铁路线路变化的规律，以此提出了整改技术创新方案，如：用天然卵石代替机制石碴；降低道床石碴厚度控制在≤1.2枕厚度；把钢轨接头放置在枕木上；取消人为加装轨与枕的胶垫板；提出了夹板斜缝对接钢轨替代夹板直缝对接钢轨和焊接接头；全球首次提出利用车轮的轮缘轮结构资源对道岔改进方案，并发明了卢氏新型道岔等；全球首次提出在线路中设置卢氏防爬桩，把线路的变化限定在两桩之间，从根本上杜绝了重大事故的发生。本发明的实施将会大幅度降低建设、维修铁路的费用，延长设备的使用寿命，能产生巨大的社会、经济效益，促进我国铁路事业和相关的轨道运输业的发展。

Description

全面治理铁路线路的技术创新方案

一、领域：本发明属于轨道交通运输业，包括：铁路、地铁、矿山、井下的轨道运输，各种吊车轨道。

二、背影技术：宏观地看铁路，它是以首都为中心，贯通全国各地市，以大枢扭、小枢扭、正线、发线、站线、专用线及各种道岔组成了全国的铁路交通网络；城市地铁的轻轨运输网络；企业内部小区域运输网络，其共同点是将钢轨固定在密排的枕木上，作为框架辅在路基面上的道床石渣上，在线路中采取夹板直缝对接或用焊接轨头和各种道岔，为了保证轨距专门加装轨距杆或轨撑。

我国的铁路交通运输业是欧洲十八世纪产生的铁路交通技术的发扬光大，在我国已有百年历史了，由于铁路运输有着全天候、安全、运量大、运费低的优势，在我国仍有发展空间。传统的东西，不一定都是正确的，还必须以科学的态度去审视、去改进，以促进我国铁路事业的良性发展，比如：明明知道火成岩材质的天然卵石，其抗磨耗性、抗冲击性、抗压碎性、抗风化性、渗水性能都比机制的火成岩材质的石渣优越，这些天然的卵石材料在我国特别丰富，取之方便，可它就是不采用，偏偏去采用开山、放炮、破碎的机制石渣，还劳师动众由铁道科学研究院提出的“碎石道碴技术条件，见2001年7月1日起实施的《铁修规》第3.2.3-1，-2说明表。明明知道钢轨的接头，包括夹板直缝对接、气压焊缝、铝热焊缝是钢轨强度薄弱环节，可是它就是明文规定，不将接头部分放在枕木上，而导致年年都有断轨、轨端压损、低头、夹板和螺栓断裂的发生。见《铁修规》第3.9.7，附录二。明明知道“应力集中”对铁路安全的作用，见《铁修规》第3.4.10严禁使用乙炔切割或烧孔，严禁使用剁子和其他工具强行截断和冲孔。可它偏偏要采用气压焊或闪光焊(电阻焊)的长轨和长轨之间的铝热焊形成的无缝线路，由于焊轨多用于P50、P60、P75轨，因其断面积加大了，再一个采用了II、III号砼枕木，使铁路的承载能力增大，道床弹性变小了，抗爬行能力增大了，因焊缝局部高温在冷却时所产生的“应力集中”尚未造成过多的断裂现象，还不足以引起注意，请问：以后将实施采用淬火的P60、P75轨，其焊后产生的应力集中将怎样解决？明明知道钢轨接头是铁路的薄弱环节，在安装轨距杆或轨撑时，偏偏不把轨撑夹头安放在接头上，以利用夹头的夹紧力来增强接缝强度。明明知道钢轨接头是铁路的薄弱环节，为了应急专门准备了特制的拱形夹板，准备断轨后采用，为什么不想尽办法来杜绝断轨的发生！明明知道轮缘是车轮最重要的结构，不单起限定作用，同时它又是一个厚为32，高为27，外径为Φ894或Φ969的一个轮，为什么不发挥它的作用呢？明明知道钢轨的最大构造间隙为21.9。计算时按18取均值，见《铁修规》第3.4.5的说明表。以货车辆为单元计算轨端所承受的冲击力及弯距。该车辆自重20吨，载货60吨，8个车轮承担80吨的重量，每个车轮为10吨或100KN，以60km/小时(17米/秒)速度行驶通过该接头，迎着车轮的轨端将承受1700KN的冲击力，时间为1/835秒，该冲击力所产生的弯矩为1700KN×C/2＝425000N.米，其中C＝500《铁修规》附录二，这么大的冲击力轨端能不伤损吗，这么大的冲击弯矩下，夹板及螺栓能不断裂吗？轨端能不低头吗？轨头能不破损？钢轨能不爬行吗？

夹板直隙对接的铁路，轨隙是产生噪音的根源，轨隙越大噪音越大，对车轮、钢轨接头、夹板及螺栓破坏越大，造成线路爬行量越大。夹板仅起联接作用，不应该让夹板承受列车的负载，应将接头放置在枕木上的垫板上。

明明知道价值8万的普通道岔到近50万元的提速道岔，其辙叉心部是线路最大的结构断轨斜缝间隙，对机车和列车的轮轴产生巨大的破坏力和动能损失，百年来一直是铁路科技工作者难以解决的难题，虽然我国铁路科技人员1996年研制成功了提速可动心道岔，并运用在铁路线上，其结构复杂，仍有结构缺陷未解决，其成本太高，每付道岔50多万元。理想状态的道岔到现在尚未诞生，难道就没有解决的办法吗？

明明知道，道碴厚为450，是辅木枕时的传统厚度，之所以厚的原因是保护木枕免受大自然的侵蚀，延长木枕的使用寿命，采用硷枕后，在辅轨时应降低道碴厚度，可它就是坚持传统，不修正，因无奈，在碴桥面上的碎石道床厚度，硷枕降为250见(铁修规)说明表3.2.1。让铁路职工年年、月月干着无休止的起道、扒道碴、开天窗、振捣的工作。

明明知道，行驶在铁路车辆的车轮是使轨道产生爬行的根源，即爬行造成了线路瞎缝、胀轨、跑道、断轨甚至使列车脱轨造成重大事故，把“轨道爬行”作为铁路维修工作的重点，可是今人失忘的是采用防爬设备这一措施，防爬设备的原理是增加枕木在道床上的阻力，这一措施不是解决轨道爬行的根本，见《铁修规》第3.6.2条。近几年来，个别路局的技术人员采用了地锚拉杆技术将线路锁定，这是可喜的，因为它从根本上解决了线路的爬行，其缺点是采用诸多的地锚、拉杆及相应的扣件，使线路成本增高，也不方便实施机械化振捣作业，所以很难推广。

行驶在铁路上的列车使轨道爬行，钢轨受气温的影响而热胀冷缩，这是自然现象，附合自然规律。例如：轮贻气不足的自行车，其外贻同车圈爬行，体重大的人，其爬行量大，体重轻的人其外贻爬行小；穿不合适的鞋垫和袜子的人在走路的过程中袜子溜到脚心，鞋垫跑出脚后根；旋转的滚珠轴承其外套在轴承座内向反方向慢速旋转。请注意：从常识上分析列车向前跑，轨道应向后爬行，事实上轨道向前爬行呢！其道理是这样的：因道床石渣密实度不够，石渣受压力产生弹性变形和人为的加装弹性垫，每节车箱的重量由两组，每组四个轮承担，两组之间有10多米的跨度，行进的车辆在轮压区，道床压实下陷，轮过后道床又弹起，弹起的幅度与车箱载重量有关，重载时弹起幅度最大，引起轨弹起幅度的最根本的原因是 轨面表面的温升，造成的线路凸起(请认真观察一下列车通过某一个枕木就清楚了，机车通过时，该枕木弹起不大，后续列车越过弹起幅度越大，过完后，该枕木不弹了，用手摸轨面，比没过前的温度高)。两组之间鼓起的轨道，经后组轮碾，必然要向前方微量窜动，即向前爬行，如果你认为所观察的枕木在列车通过时上下弹起误认为枕木吊空的话，那就大错特错了，道床垫碴越厚，道床弹性就越大；钢轨断面积越大，其道床弹性越小；道床弹性越大，产生的线路爬行量大。下述实验也可以证实：在地面上分别放厚为5和1橡胶板，在该板上拉动1个四轮小车，结果是小车的重量不变，厚板向前窜动比薄板大，以此证明铁道部关于保持道床弹性的理论和作法是错误的，见《铁修规》第3.5.7，加装弹性胶垫是错误的，劳民伤财，无利有弊。如果给小车轮增加阻力后，橡胶板向前窜动就更大，这一现象和铁道部在轨道的刹车区设置防爬设备的道理是一样的。如果用钉子将胶板固定在地面上，胶板就不会前窜了。

请关注下面事实：a、在平面磨床的电磁吸盘的工作台上，放置一根35×35×300的条钢，不移动砂轮，定点磨，开足冷却液，要求磨去3mm，以工作台往返各进磨量0.02，按一般人理解，磨后该条钢均匀磨去3mm，事实上磨后取下条钢测量时，条钢表面成中凹形，最大凹度为近2.5mm，两头只磨去了不到0.5，在磨的过程中，尽管有充足的冷却液，越磨中部火花越大，其原因是瞬间的磨削热，使条钢中凸变形。

b.5米导轨磨床，床身长11米，安装在1米多深的带有钢架的硷基础上，床身车身就是一个高800，宽1米，带有加强筋的薄壳铸铁，对床身轨道的技术要求，在水平、垂直面内的不直度为0.03/米，在全长11米内不直度不超过0.05mm。现磨一台3米C630车床的床身导轨，该床身为4.5米，用碗形砂轮去磨，在磨的过程中，同样发现，虽有风冷却，越磨中部火花越大，磨后手摸轨面只有5-10℃的温升，待冷却后测量为中凹0.3。

C.2寸的钉子长50，直径为2.5，其长径比为1∶20，选制钉子的钢丝2米，来比较作试验，用手将2寸钉子弯曲，用足全身的力量，钉子仍是直的，把拉直的2米钢丝，直径同为Φ2.5，顶在墙上，用手轻轻一推，该丝就弯了。2米，Φ2.5钢丝的长径比为1∶800，学过材料力学的人都知道，受力的梁柱在计算前，先要计算长径比，如大于120时采用欧拉公式，小于120时，采用朗肯公式，对铁路框架计算也应有个公式，钢轨的温度力虽大，但作用力的距离却很小，所以不是铁路线路的最大敌人，只要在设计正线路时采用大于800米的曲率半径即可解决。

以上分析实例说明：1、磨削时产生的表面热量使工件克服吸盘的拉力而中凸；使那么大的床身变形成中凸，说明温差变化，使工件变形，床身变形，其温度应力很大，当温差为零时，又恢复原状，说明铁路在大自然中，受热胀冷缩变化很复杂，双轨被枕木固定又有轨距撑的制约，一部分温度力作为变形能量储存在钢轨内部，轮与轨间的滚动磨擦所产生的热量，使线路中凸变形，同时又锈发轨道内部的变形能量放散。一部分被枕木的阻力抵销，还有一部分使轨道伸长、横移、凸起等变形。2、铁路线路没有标准的直线段，就是所谓的直线段取10米也不会、也不可能达到导轨磨床导轨直线度要求(全长11米，不超过0.05，每米不大于0.03)，请参见10米弦尺的矢度同曲率半径对照表：也就是说铁路线路没有直线段，而是曲率半径大小不一的曲线。按钢轨矫直的技术要求第3.4.5条，1米弦尺的矢度h≤0.5，当h＝0.5时，经计算其曲率半径R＝250米(说明铁路专家也认可没有直线段铁路)。请参照1米弦尺矢量同曲率关系对照表，十米弦尺的矢度同曲率半径对照表。

              1米弦尺的矢量h(mm)与曲率半径R(米)对照表

0.5	250	0.4	313	0.3	417	0.2	625	0.1	1250
										H	R	H	R	h	R	H	R	h	R

              10米弦尺的矢度h单位mm，曲率半径R单位：m对照表

1	12500	11	1136	21	595	31	403	41	305
										2	6250	12	1042	22	568	32	390	42	298
3	4166	13	962	23	543	33	397	43	290
										4	3125	14	863	24	520	34	368	44	284
5	2500	15	833	25	500	35	357	45	278
										6	2083	16	781	26	480	36	347	46	272
7	1786	17	735	27	463	37	338	47	266
										8	1563	18	694	28	446	38	329	48	260
9	1389	19	658	29	431	39	320	49	255
										10	1250	20	625	30	416	40	312	50	250
h	R	h	R	h	R	H	R	h	R

以此证明铁道部提供的计算钢轨温度预留缝的公式是按照直线钢轨为依据的计算公式，对曲线形钢轨线路而且是长细比值巨大，所以说是错误的，钢轨膨胀系数α＝0.0118mm/m·℃是细长比值小的1米短轨的实验室数据，铁道部应提供曲梁计算轨缝和温度应力的正确计算公式。

3.我国从二十世纪六十年代开始在铁路上采用长轨技术，八十年代大力推广，无缝铁路或焊轨铁路，实质上是将铁路线路辅设成曲线形，受温度化时，其曲率半径变大变小，在道床上横移或涨轨达到平衡，根本不存在什么固定区、伸缩区、缓冲区之说，维修难度大，造价高，据专家估算，每个气压焊缝成本价5000元，每节长轨300米有11个焊缝，每个铝热焊缝成本价2000元，仅焊接成本和运输费用之和高于多倍的钢轨购置费用。高成本的无缝铁路制约了我国铁路事业的发展。

按铁道部门的规划将在P60、P75线路的曲线段推行淬火钢轨，淬火钢轨的焊接所产生的“应力集中”将制约该规划的实施。

三、铁路线路的变化规律

由钢轨、枕木、道岔、轨距杆等构件组成的铁路均为曲线形，只是曲率大小不同而已。受大自然的影响，钢轨的温度也随之变化，因温差钢轨产生了温度应力，在温度应力的驱使下，一部分应力受本身重量和道床阻力的制约下，转变为变形能量储存在钢轨内部，余额的温度应力沿着钢轨中轴线水平凸起，总的趋势是伸长或缩短，表现形式是曲率变大、变小、在道床上横移，温度应力是即发型，有温变就有应力，有应力轨道就有变化，温变为零，轨道变化停止；行驶在钢轨面上的车轮主要产生滚动摩擦力、滑动摩擦力及轮碾压力，滚动摩擦力和滑动摩擦力使轨面温升，导致轨条凸起，并沿着摩擦力的方向爬行，轮碾压力，阻止摩擦力产生的爬行，使轨条向前爬行，这三种力造成了铁路构件的病害及重大事故。事故是一面镜子，它反映了人类对铁路的认识及采取的措施尚有不足之处，必须以科学的态度去审视，不断地创新以适应铁路的变化规律。

线路爬行与道床弹性有关，道床弹性与道钢轨强度有关，钢轨断面积越大道床弹度越小；道床弹性与道碴有关，同材质的机制石渣，比天然卵石高；道床弹性与枕木质量有关，重量大的枕木弹性小，硷枕木比木枕弹性小；道床弹性与枕底道碴厚度有关，越薄弹性越小；道床弹性与列车车载有关，空载的弹性小；道床弹性与钢轨接头在枕木的位置有关，在枕木空档中间弹性最大；道床弹性与列车速度有关，速度越高，弹性越大；

弹性大的线路，其爬行量大；线路爬行与线路的坡度有关，顺坡爬行大，坡度越大，爬行量越大，线路爬行与气温有关，夏季的温度越高，线路爬行量越大；线路爬行与轨接头的间隙有关，当为最大构造间隙时，爬行最大；线路爬行与胀轨量有关，胀轨量与气温高低有关，气温高，胀轨量大；胀轨与车载量有关，车载量越大，胀轨量越大；胀轨量与车轮的滑动摩擦力有关，刹车时，滑动摩擦力最大，造成轨面摩擦热也最高；胀轨与轮箍和轨面接触环境有关，TB型踏面为双锥度(1∶20，1∶10)的轮箍踏面，在1∶40的中凸弧面的轨面上为不规则的点接触压蚀，(P60的轨面为R13-R80-R300；P75轨面为R15-R80-R500)，由铁道部四方车辆研究所研制的LM型踏面的轮，比TB型踏面所产生的磨擦表面热低。

四、技术方案：

1.全面治理铁路线路的技术创新方案是由：降低轨道弹性方案、一种夹板斜缝对接钢轨方法、卢氏Y型轮缘轮轨道镶块、卢氏新型道岔、卢氏轮缘轮轨道夹板型材、卢氏护轨轮缘轮轨道夹板、卢氏直线尖轨尖端轮缘轮轨道夹板、卢氏曲线尖轨尖端轮缘轮轨道夹板、卢氏防爬桩、卢氏防爬挡碴框架组成。

降低轨道弹性方案的特征在于：用火成岩的天然卵石碴代替同质机制石碴，铺设厚度控制在≤1.2枕厚；取消加装在轨枕之间的橡胶垫板；把铁轨接头部分放置在枕木的垫板上。

一种夹板斜缝对接钢轨方法，其特征在于：是对夹板直缝对接钢轨方法的改进措施：将标准钢轨两端的直端面改为斜端面，该钢轨的任意纵向水平断面为窄平行四边形；以斜端面与轨的纵向中心线交点确定夹板过孔的位置；将原夹板螺栓改成内六角园锥头螺栓，螺纹不变，螺母改成园锥外六角球面螺母；取消弹簧垫；将夹板上的过孔改成园锥孔。(图2)

Y型轮缘轮轨道镶块，其特征在于：该镶块是水平的镶在道岔辙叉心部，两叉长是以尖轨腰宽等于轨头宽处向外延100；叉底长是以辙叉心咽喉处外延100；镶块顶面是平面，其水平标高为道岔轨踏面基准线以下27处，取27^-0.5；镶块叉宽等于翼轮缘槽的标准宽度46⁺³ _-1，取48^-1；叉的外边到咽喉处为直线；道岔被镶部分是用标准的Φ48立铣刀整修过，道岔的槽底留有未加工痕迹占槽底宽的1/10；外延100是过渡区，其斜面为5∶100；在过渡区的底面为8∶20的斜面倒角；该镶块的叉心角等于道岔的叉心角。(图1)

卢氏新型道岔，其特征在于：是对原道岔的改进措施：在原道岔的辙叉心部加装Y型轮缘轮轨道镶块；将原道岔的前趾、后跟部分的底沿外延长一个钢轨底宽；将原道岔的前趾，后跟的轨面作成斜面，其直线轨与曲线轨各为平行四边形，以斜面与轨面的中心线交点确定夹板过孔的位置。(图2)

卢氏轮缘轮轨道夹板型材，其特征在于：新开发一种轧钢型材，其顶面同标准钢轨的轨头部形成了标准的护轨轮缘槽，槽宽等于42⁺³ _-1，取44^-1，槽底深等于钢轨踏面基准线以下27处，取27^-0.5，轮缘高为钢轨踏面基准线，槽底为平面，槽底同缘高为复曲线园弧角，同轮缘外侧的形状相吻合，轮缘槽下部分是夹板。(图3)

卢氏护轨轮缘轮轨道夹板，其特征在于：将卢氏轮缘轮道夹板型材，定长短、截断、加工固定孔、形成的护轨产品，该夹板两头留有100长的过渡区，其斜度为5∶100。(图1)

卢氏直线夹轨尖端轮缘轮轨道夹板，其特征在于：将卢氏轮缘轮轨道夹板型材，定长短、截断、加工固定孔形成的产品，该夹板的两头留有100长的过渡区，其斜度为5∶100，该夹板长等于基本轨头宽为标准轨头宽处到尖端外延100。(图1)

卢氏曲线尖轨尖端轮缘轮轨道夹板，其特征在于：将卢氏轮缘轮轨道夹板型材，定长短，截断，压弯成曲线，加工固定孔形成的产品，该夹板的两头留有100长的过渡区，其斜度为5∶100，该夹板长等于基本轨头宽为标准轨头宽处到尖端外延100。

卢氏防爬桩，其特征在于：它是铁路线路基础的一部分，伸出基础部分的高等于枕木中部顶面水平高，桩长等于标准钢轨中部枕木的间距a减2倍橡胶板厚，胶板厚选2～5，桩宽≤a，该桩为钢筋硷，桩顶面可以刻记里程数，线路原始中心线，曲线标，园曲线和缓和曲线始终点标，桥隧涵标，坡度标，管界标，司机鸣笛标，减速地点标，线路横移记录。

卢氏防爬档碴框架，其特征在于：它是将挡碴板改成框架形，该框架长≥3.2米，宽可容3根枕木，框高低于枕木顶面20～30，框壁厚≥50，内设钢筋的硷框架。

2.根据权利要求1所述的全面治理铁路线的技术创新方案中的一种夹板斜缝对接钢轨方法，其特征在于钢轨斜面的斜角为45°，夹板上的锥孔、螺栓头部的园锥、螺母的园锥，其园锥角为60°。

3.根据权利要求1所述的全面治理铁路线路的技术创新方案中的卢氏新型道岔，其特征在于前趾，后跟的斜面端头的斜角为45°。

附图说明：

图1，所示固定型单开道岔平面示意图：1-卢氏单开道岔。2-卢氏轮缘轮轨道镶块。3-卢氏直线护轨轮缘轮轨道夹板。4-卢氏曲线护轨轮缘轮轨道夹板。5-卢氏曲尖轨尖端轮缘轮夹板。6-卢氏直线尖轨尖端轮缘轮轨道夹板。7-卢氏夹板斜缝对接钢轨接头。

图2：所示卢氏夹板斜缝对接钢轨其中一个螺栓部位的剖面图。

图3：所示卢氏轮缘轮轨道夹板型材的剖面图。

五、技术方案说明：

1.减小道床弹性

道床石碴改为火成岩的天然卵石道碴在道碴粒径级配中增加方孔筛边长为8mm一挡，过筛重量百分率为5-15％，使道碴空隙达20％左右；枕底石碴厚度≤1.2枕木厚度(以方便更换枕木为准)，将钢轨接头放在枕木的垫板上；取消人为加装轨与枕之间的橡胶垫板。这一措施将为国家节约大量的资金，降低了列车的重心，增加了列车运行稳定性，减小轨头、夹板的损坏率，基本上，取消大型养路机械和平时对道床的维修工作。

2.在线路中设置防爬桩

在新铁路和已投入运行的铁路，加装防爬桩，将线路中不可避免的变形，控制在两个防爬桩之间，从根本杜绝了因线路爬行造成设备、人员重大事故的发生，防爬桩的特征在于：它是铁路线路基础的一部分，伸出的桩高等于枕底道床厚度加枕木中部厚度，桩长等于标准轨中间两枕木之间的间隙a，桩宽≤a，该桩为钢筋硷。防爬桩有两种，一种是用于新建铁路线基础中心上，开挖1m见方，深0.8-1m，中间预留0.6×0.6，深0.5-0.6的二次灌浆孔，辅轨后在标准轨中间的两枕间加装2mm或5mm厚的橡胶板贴在枕木的斜面上，装入钢筋，现浇硷；第二种在已投入使用的线路标准轨的中间两枕木之间开挖1米深的基坑，投入钢筋后，现浇硷桩，桩柱的断面可以是方形或＜a的矩形，桩的顶面修平，可以刻记线路设计中心线，里程数，可以记录线路横移量等等。实施反防爬桩的线路，可将现线路中设的公里程标，半公里程标、爬行观察桩、曲线标、地锚拉杆、防爬设备统统取消，使线路整洁。

3.在线路中对钢轨之间的联接采用夹板斜缝对接钢轨方法，该方法是对夹板直隙对接钢轨方法的改进措施：将直头钢轨的两头制成斜面端头，该钢轨任意纵向水平断面为窄平行四边形，以斜面与轨纵向中心线的交点确定轨腰夹板过孔的位置；将夹板的过孔改为园锥孔；取消弹簧垫，原螺栓改为带内六角的园锥头螺栓；螺母改成园锥外六角球面螺母。斜面轨端以45°为佳，经改进后，结构合理、科学、零件少、螺母不易松动，斜缝间隙只减少车轮踏面在接缝区内的接触有效宽度，能保障伸缩缝，又能使列车车轮平稳通过斜缝接头。

4.钢轨、夹板、轨距杆、道岔，各种扣件，出厂前均应涂漆，防止在大自然中锈蚀，节约钢材。

5.作为铁路线路重要组成部分的桥梁、隧道和岩石基础的路基不宜采用防爬桩，可采用矩形防爬挡碴框“在碴桥上的无缝线路的两侧应设档碴板”(注：摘录《铁修规》第3.2.1)矩形防爬挡碴框是将档碴板作成矩形，框内宽可容≥3根枕木，其长为≤3.2米，其高低等于轨枕顶面20-30，矩形档碴的横向两侧板可抵阻枕木的爬行，每25米轨长范围安装不少于5个矩形防爬挡碴框，其厚≥50的钢筋硷的筐架，两个矩形防爬挡碴板之间仍设置挡碴板。必要时可以安装防爬支撑。

6.利用车轮的轮缘轮结构，对各种道岔的辙叉心部分加装Y形轮缘轮轨道镶块，这样作消除了传统道岔的最大的危险空间，使车轮安全，平稳地通过道岔，从结构上分析轮缘轮，不仅仅起轮缘限位作用，它更是一个强度优于轮踏面的轮缘轮。在传统的铁路线路上，仅仅在道岔的侧面轨道里侧设置了护轨，利用轮缘结构使车轮顺利通过道岔的辙岔心，但从未利用过轮缘轮。

我国铁道车辆用车轮按直径可分为915车轮和840车轮，前者用于客车，后者用于货车。车轮按踏面形状可分为锥形车轮(其踏面外形为TB型)和磨耗形车轮(其踏面外形为LM型)。LM型踏面是铁道部四方车辆研究所从1972年开始研究，经10年的努力，设计定形，1983年通过部级鉴定，1988年以部标准TB1967-87发布实施，取代了TB449-76机车车轮锥形车轮踏面外形，现在行驶在铁道线上的车轮均为LM型踏面，这为利用轮缘轮结构提供了有利的条件，卢氏Y型轮缘轮轨道镶块，简称Y型道岔镶块，外形为Y形，头部叉角为α等于各种道岔的辙叉角，叉长为道岔尖轨腰宽等于钢轨头宽处再加100的过渡区长；叉宽等于翼轮缘槽标准宽46±3，取48^-1，“Y型”下端为道岔中部的咽喉部位外加100的过渡区长，Y型道岔镶块顶面为平面，位于轨道踏面基准线以下27处，取27^-0.5，被镶区域是用标准的Φ48立铣刀整修过一遍，道岔轮缘槽底面要留有未加工痕迹，占加工面的1/10，如果没有数挖立铣床的话，曲线轨按直线加工，Y型道岔镶块在被镶部位可加垫调整，Y型道岔镶块最佳工作状态是该镶块轨道同轮踏面轨道同时承担车轮重量，安装原则是宁高勿低，要延长道岔的使用寿命，该Y型道岔镶块是易损件，可以定期修磨，可加垫调整，该件可以由高锰钢精密铸造成形，该件的3个过渡区，为5∶100的斜度，在过渡区端底面是一个8∶20的斜面角，供撬杆拆卸用，该件也可以采用碳钢精锻后机加工而成。

7.为配合夹板斜缝对接钢轨技术的实施，在原道岔的基础上，利用轮缘轮结构资源，对道岔进行改造形成了卢兆平发明的新型道岔，简称：卢氏新型道岔，其结构特征在于：将原道岔的前趾后跟的轨端改成45°的斜角，其直线轨道和曲线轨道各为相似。平行四边形在前趾；跟端底沿外伸出1个轨底宽；在辙叉区加装Y型轮缘轮轨道镶块见图2。该新型道岔因在前趾和后跟端的底沿伸出，承担了相邻轨端接缝区的承载压力，减轻了夹板的承载负担；由于是斜缝车轮平稳通过，避免了车轮的冲击力；由于辙叉安装了Y型轮缘轮轨道镶块，消除了辙叉区的有害空间，由于Y型镶块为易损件，可以定期修磨，加垫调整，可以延长其使用寿命。

8.开发一种轮缘轮轨道夹板型材，见图3示，该夹板是优质钢制的型材，顶面是轮缘轨轮道槽，定长短、截断、钻固定孔后来替代轮缘槽护轨；定长短、截断、钻固定孔后装在尖轨尖端部分，增强尖轨尖端部分的强度，由夹板顶面的轨道承受车轮全部或部分载荷，避免了尖轨尖端部分的磨损或侧弯，将该型材压弯，其曲率同曲线尖轨相同，定长短、截断、钻固定孔、装在曲线尖轨尖端上，由夹板顶面的轮缘轮轨道承受车轮全部或部分载荷。在直线尖轨和曲线尖轨的尖轨头部分加装轮缘轮轨道夹板，增强了强度，避免了尖轨面的垂直磨损和侧弯，延长了尖轨的使用寿命，该夹板超出尖轨尖端100，并在超出部分的轨道作成过渡区，过渡区为5∶100的斜度，护轨轮缘轨道、直尖轨前端部分、曲尖轨前端所使用的轮缘轮轨道夹板的顶面轨道宽为标准护轨轮缘槽标准宽度42⁺³ _-1取宽值为44^-1，深取27^-0.5。

五、实施例：1.对新建铁路的路基的设计轨道中心线上，对R≥800m的路段每100m，设置一个防爬桩；对800＞R≥650m，每50m设置一个防爬桩；对3.6.4条规定的线路坡度大于6‰地段，制动地段，驼峰线路，正线到线上的道岔，桥梁前后各75m地段，按25m设置一个防爬桩，设置点在25m标准轨中部的位置上，开挖长×宽×深各1m的坑，中心预留长×宽×深为600的二次灌浆孔后，制作硷桩基座，辅轨后，利用相邻枕木作模板(因枕木中部两侧，为斜面，为实施该建议增添了困难)外加2-5mm厚的胶板，下入钢筋网，现浇硷，顶面修平整(注：因最大爬行力，钢轨最大温度应力无实验数据，暂以枕木中部的最大破坏应力作为防爬桩强度的设计基数确定防爬桩的钢筋截面积，现浇后，所加的胶板就不取回了，该桩的斜面还起到抑制胀轨作用)。钢轨采用夹板斜缝对接，对接间隙，以据当地年气温差结合安装时气温确定，(为避免防爬桩相邻枕因线路爬行力而折弯，可以在相邻两个枕木的间距加装长等于α的木支撑，让相邻几个枕木分担部分爬行力)。

2.对投入运行的路段在3.6.4条规定的线路中的25m中部开挖600×600，深1m的基坑，下入钢筋网在两枕中的斜面处加装2mm的胶垫后现浇硷，修平桩的顶面。

六、全面治理铁路线路的技术创新方案能被社会接受并实施的理由：

1.用天然卵石代替机制石碴，降低道床石碴厚度，控制在≤1.2枕厚，取消轨枕之间的胶垫板，把钢轨接头放在枕木上。最理想的铁路线路是将钢轨固定在刚性好的硷路基上，就象各种机械设备的固定方式一样，这样以来费用太高。再加上大地的变形，大自然灾害对铁路路基的破坏，铁路技术的先驱们只能采用通过道碴承受枕木以上的重量传递到路基上，由于木枕受大自然的侵蚀而丧失功能，定期要更换枕木，道碴便于开天窗，便于捣实，道碴越厚，木枕受大自然的侵蚀越小。随着科学技术的进步，采用硷枕代替木枕，用螺钉代替道钉，寿命长，易维护，又避免了大量树木被砍伐，而道床厚度均在0.45米左右，随着运量增加，钢轨已由P38、P43发展到P60、P75，由于钢轨强度增强，又采用硷枕木，使线路承载能力增大，抗爬行能力增大，而道床厚度仍未变，只是在桥面上的道床厚度为250，因为道床石碴起传递枕木重量于路基上，只要能取出枕木就可以了，没有必要那么厚，道床厚了，意味着列车重心高，运行不稳定。

铺设1万公里需要将500米×500米×500米的山体，通过打眼放炮，破碎，运输，才变成一、二级道碴，道碴都是火成岩材料，都是优质的最佳建筑用石材，而我国的火成岩天然卵石在全国广泛分布，抗磨耗，抗冲击性能，抗压碎性能，渗水性能，抗大气腐蚀破坏性能，稳定性能都比机制石碴优越，价格低，只是机制石碴价的1/3-1/4，不耗能，又保护了山形地貌，又清理加深河道，采集天然卵石的工作又给农村剩余劳动力提供了置富出路，原道碴采石场可改产，生产建筑装饰用石材。

给轨枕加胶垫，没有科学道理是愚蠢的作法，在机械设备中加垫，是为了补偿尺寸，加胶垫是为了解决密封、漏水、漏气、漏油，轨与枕为刚性联接，其轨底面也是规整的，没有任何理由采用胶垫。请观察加胶垫后，其承压变化，每块胶垫在两个M24螺钉，以140N.M扭矩被压在钢轨底面下，当列车通过时，并无明显的压缩变化，现行铁路使用的胶板垫分10、7两种厚度。按1万公里需要104000立方米的橡胶，将10万多立方米的橡胶，从铁路线中解救出来，将给国家节约了大量资金。

钢轨接头包括焊接头夹板直缝对接接头，均为钢轨的薄弱环节，现接头都放置在两枕之间空档上，这仍是一种愚蠢的作法，它同轨枕加装胶板垫，辅厚的碴床，采用机制石碴，都处同一“保持线路弹性”理论指导下的产物。

2.发明了夹板斜缝对接钢轨，以替代夹板直缝对接钢轨，替代气压焊或电阻焊，替代铝热焊。长轨是在工厂里将标准钢轨逐根采用气焊或电阻焊，连成300-500米的长轨条，采用特制的车辆把长轨条运到线路上，拆除旧钢轨装上长轨条。然后再把长轨条用铝热焊焊接成无缝线路，辅轨时专门把焊接头放置在两枕之间的空档上，便于铝热焊接工艺的实施。正如《铁修规》161页中指出的“现在大量铺设的P60轨，多为普通碳素钢，抗张强度只有90kg/mm²，上道后很多钢轨因头部表面伤损和侧面磨耗而提前报废。因此P60轨及以上的重轨应进行淬火处理，使其抗张强度达到110kg/mm²以上。因此规定当允许速度大于120km/h时，应采用60kg/m及以上钢轨，曲线地段及重载线路应辅设耐磨轨或全长淬火轨”。对淬火的钢轨只能采用本发明夹板斜缝对接，铝热焊每个焊点成本价为5000元，铝热焊每个焊点成本为2000元。采用斜接钢轨的成本，同夹板直缝对接接头的成本大致相符，不超过500元，在铁路线上，采用夹板斜缝连接钢轨，在安装时将接头放置一个钢垫板后固定在枕木上，列车平稳通过斜缝对按区，又能保存钢轨伸缩缝，最适用于我国的国情下铁路交通的发展的需要。

注：该项目于2000年11月4日申请[00113972.X]，公开号：CN1305035A，被美国爱迪生发明中心确认为世界优秀专利，被世界发明家公会的116专家联名推荐获日内瓦发明博览会金奖，获51届尤里卡金奖，获97届欧洲科技展会金皇冠奖，被联合国科技成果评估认定中心确认为：A级国际领先水平，无形资产值[213]万美元，投资收益比1∶8，被列入由人民日报社和中国贸易报联合实施的“2002-2003”全国招商引资扶助促进工程的重点推广项目，因该专利同防爬桩等都同属铁道的相关技术，再一个考虑费用，故作为一项申请为佳。

实施该项发明的主要载体是国家铁道部，铁道部的领导人没有理由拒绝实施该发明：第一，该发明不需要试验就可以推广实施，因为这是一个人人都懂得的常识道理，车轮平稳通过斜缝区，缝隙大小只影响车轮踏面同轨面接触的有效宽度，对P75轨来讲，当接头为最大构造间隙18时，其45°角的斜缝隙只有10.39，轨面的有效宽度只减小了18，第二，按铁道部的规划，将在线路中采用淬火的P60、P75轨，淬水钢轨的联接怎样解决？只能采用该发明，别无它法，第三，各种道岔的辙叉心部位是整个铁路线路最大的构造断轨斜缝隙，至少为70，你能容忍最大至少为70的斜缝间隙，最大为21.9的断轨间隙，为什么就不能容忍最大为10.39斜缝隙的夹板斜缝对接钢轨呢？第四，经计算辅设夹板斜缝对接铁路线路同辅设夹板直缝对接钢轨的成本费用基本上持平，无缝铁路的费用是普通夹板直缝对接钢轨线路的10倍多，也就是说将新增设的无缝线路由本发明替代，同样的投资将带来10倍的新增铁路线路里程；第五，按我国的国情，尤其是在西部地区山区多，平源少的特点，不便长轨的运输，还有无缝铁路的技术管理难度大，铁道部的领导人应早日采用该发明，否则将是对人民的犯罪。

3.利用轮缘结构，发明了Y型轮缘轨道镶块(2)。

固定辙叉心道岔，广泛应用于世界各国的铁路线上，其辙叉心部是整个线路上的最大的斜缝断轨结构，列车通过辙叉心时产生巨大的冲击力，伤轴，伤轴承，又加剧辙叉心承载轨面的磨损，同时又损失列车的动能，以该项——Y型轮缘轨道镶块为契机，开发车载立铣动力头，对现铺设的各种道岔进行改造加装该发明，该发明解决了道岔中最大危险空间这一世界难题。

4.利用轮缘结构，发明了卢氏道岔(1)，该道岔是一种新型道岔，是对原道岔结构的局部改进，在前趾端和尖轨跟端的底沿外伸一个轨底宽，用以承担接头压力；对原前趾，后跟轨端头改为45°斜面，以斜面与轨中心线的交点确定夹板过孔的位置，辙叉心部位安装Y型轮缘轮轨道镶块，该发明为斜接钢轨配套道岔产品。

卢氏Y型轮缘轨道镶块和卢氏新型道岔的两项发明将宣告各种道岔，包括提速道岔和可动心轨辙叉产品的死刑，因为这两项发明价格低和普通道岔价格相持平，不超过10万元，只是提速道贫和可动心轨辙叉产品的1/4-1/5，有绝对的价格质量竞争力。

5.利用轮缘结构发明了轮缘轮轨道夹板型材产品，该型材产品可以做轮缘护轨包括直、曲护轨(3、4)，直尖轨和曲尖轨尖端的轮缘轮轨道夹板(5、6)。

6.发明了防爬桩，该发明安装在线路基础上，顺应铁路线路的变化，把变化控制在两桩之间，从而避免了到车重大事故的发生。桩的顶面可以刻记公里程数、线路中心线、曲线标、园曲线和缓和曲线始终点标、桥隧涵标、坡度标、管界标、司机鸣笛标、减速地点标、线路横移记录。该桩可以替代爬行观察桩，地锚拉杆装置，里程桩，防爬设备，实施该发明可以实现列车自动化控制。

7.发明了防爬框架，该发明即作挡碴板，又可防爬，主要解决桥、隧、涵内的线路爬行，还可以设置在列车刹车区或在岩石基础的路段上。

实施防爬桩和防爬框架后，从根本上控制大范围的线路爬行，确保了铁路安全。上述发明和改进方案是在充分了解铁路线路变化规律后，针对我国铁路现状作出来的，均为全球首创，其简单、易行、不需要试验，即可逐步实施，为实施的配套机械设备如：车载工程车现场修整道岔辙叉心部分，加工钢轨斜面的砂轮切割机。也很容易开发(现有的砂轮切割机采用Φ400砂轮片，只能切割1个直头，对切断斜面尚作不到，必须加大砂轮片直径，尚需要制作专用的≥Φ450的砂轮片)其它的现有工艺装备均可解决，本发明将对世界的铁路线路进行重大改革，它使世界的铁路运输业的发展进入了一个新的历史时期，使百年历史的国内铁路运输业再现青春，是一项重大的发明创造项目，如果在中国国内得不到实施，哪只能是一种遗憾。

Claims (3)

1.全面治理铁路线路的技术创新方案是由：降低轨道弹性方案、一种夹板斜缝对接钢轨方法、卢氏Y型轮缘轮轨道镶块、卢氏新型道岔、卢氏轮缘轮轨道夹板型材、卢氏护轨轮缘轮轨道夹板、卢氏直线尖轨尖端轮缘轮轨道夹板、卢氏曲线尖轨尖端轮缘轮轨道夹板、卢氏防爬桩、卢氏防爬挡碴框架组成。

降低轨道弹性方案的特征在于：用火成岩的天然卵石碴代替同质机制石碴，铺设厚度控制在≤1.2枕厚；取消加装在轨枕之间的橡胶垫板；把铁轨接头部分放置在枕木的垫板上。

一种夹板斜缝对接钢轨方法，其特征在于：是对夹板直缝对接钢轨方法的改进措施：将标准钢轨两端的直端面改为斜端面，该钢轨的任意纵向水平断面为窄平行四边形；以斜端面与轨的纵向中心线交点确定夹板过孔的位置；将原夹板螺栓改成内六角园锥头螺栓，螺纹不变，螺母改成园锥外六角球面螺母；取消弹簧垫；将夹板上的过孔改成园锥孔。

Y型轮缘轮轨道镶块，其特征在于：该镶块是水平的镶在道岔辙叉心部，两叉长是以尖轨腰宽等于轨头宽处向外延100；叉底长是以辙叉心咽喉处外延100；镶块顶面是平面，其水平标高为道岔轨踏面基准线以下27处，取27^-0.5；镶块叉宽等于翼轮缘槽的标准宽度46⁺³ _-1，取48^-1；叉的外边到咽喉处为直线；道岔被镶部分是用标准的Φ48立铣刀整修过，道岔的槽底留有未加工痕迹占槽底宽的1/10；外延100是过渡区，其斜面为5∶100；在过渡区的底面为8∶20的斜面倒角；该镶块的叉心角等于道岔的叉心角。

卢氏新型道岔，其特征在于：是对原道岔的改进措施：在原道岔的辙叉心部加装Y型轮缘轮轨道镶块；将原道岔的前趾、后跟部分的底沿外延长一个钢轨底宽；将原道岔的前趾、后跟的轨端面作成斜面，其直线轨与曲线轨各为平行四边形，以斜面与轨面的中心线交点确定夹板过孔的位置。

卢氏轮缘轮轨道夹板型材，其特征在于：新开发一种轧钢型材，其顶面同标准钢轨的轨头部形成了标准的护轨轮缘槽，槽宽等于42⁺³ _-1，取44^-1，槽底深等于钢轨踏面基准线以下27处，取27^-0.5，轮缘高为钢轨踏面基准线，槽底为平面，槽底同缘高为复曲线园弧角，同轮缘外侧的形状相吻合，轮缘槽下部分是夹板。

卢氏护轨轮缘轮轨道夹板，其特征在于：将卢氏轮缘轮道夹板型材，定长短、截断、加工固定孔、形成的护轨产品，该夹板两头留有100长的过渡区，其斜度为5∶100。

卢氏直线夹轨尖端轮缘轮轨道夹板，其特征在于：将卢氏轮缘轮轨道夹板型材，定长短、截断、加工固定孔形成的产品，该夹板的两头留有100长的过渡区，其斜度为5∶100，该夹板长等于基本轨头宽为标准轨头宽处到尖端外延100。

卢氏曲线尖轨尖端轮缘轮轨道夹板，其特征在于：将卢氏轮缘轮轨道夹板型材，定长短、截断、压弯成曲线、加工固定孔形成的产品，该夹板的两头留有100长的过渡区，其斜度为5∶100，该夹板长等于基本轨头宽为标准轨头宽处到尖端外延100。

卢氏防爬桩，其特征在于：它是铁路线路基础的一部分，伸出基础部分的高等于枕木中部顶面水平高，桩长等于标准钢轨中部枕木的间距a减2倍橡胶板厚，胶板厚选2～5，桩宽≤a，该桩为钢筋硷，桩顶面可以刻记里程数、线路原始中心线、曲线标、园曲线和缓和曲线始终点标、桥隧涵标、坡度标、管界标、司机鸣笛标、减速地点标、线路横移记录。

卢氏防爬档碴框架，其特征在于：它是将挡碴板改成框架形，该框架长≤3.2米，宽可容3根枕木，框高低于枕木顶面20～30，框壁厚≥50，内设钢筋的硷框架。

2.根据权利要求1所述的全面治理铁路线的技术创新方案中的一种夹板斜缝对接钢轨方法，其特征在于钢轨斜面的斜角为45°，夹板上的锥孔、螺栓头部的园锥、螺母的园锥、其园锥角为60°。

3.根据权利要求1所述的全面治理铁路线路的技术创新方案中的卢氏新型道岔，其特征在于前趾，后跟的斜面端头的斜角为45°。

Images