CN1906360B - 复合型导轨和制备这种导轨的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合型导轨和制备这种导轨的方法。所述导轨被制成像铁路道轨或类似物，并用于与沿着轨行进装置的轮子相互作用而导引，所述导轨包括：由金属板制备的长的外轨(4)，其形状为具有限定的内侧(9)和外侧(10)的纵向开口槽形状；长的底轨(5)，其具有用于将轨安装在一个表面的轨底(1)；轨腰(2)，其从支撑主要部分(3)的轨底延伸，与轨腰相比，主要部分(3)更厚并作为接收并支撑外轨的接收部(11)，由此外轨具有选定的用来提供导引轮的相互作用的外部轮廓。根据本发明，外轨(4)的内侧(9)和接收部(11)具有相对的截面形状，外轨(4)的屈服极限超过底轨(5)的屈服极限，这两部分通过粘合例如焊接或胶合而被连接在一起。

Description

复合型导轨和制备这种导轨的方法

技术领域

本发明涉及权利要求1前序部分所述的复合型导轨及权利要求18前序部分所述的导轨的制备方法。

背景技术

对导轨的抗磨性和耐用性的要求日益增加，所述导轨用于通过与轮子或滚轮相互作用而导引可沿着导轨运行的装置，例如火车的车厢或机车。其中，由此要求与轮相互作用的轨的部件能经受长期使用而不产生所谓的表面疲劳和随后的开裂。此外，要求导轨应该经得起变形、磨损，并且在轨的轮轨接触面上不能形成所谓的微蚀损，因为蚀损不仅损害火车的使用寿命而且降低乘客的舒适感。当涉及形成铁路轨道组成部分的导轨时，已显示很难满足这些要求，因为正在尽力使火车行驶更快，这意味着轮子在轨上也滚动得更快。雨水和污染使轨遭受的腐蚀越来越严重，同时火车变得越来越重。

关于已知的所谓复合型轨，即包括施加有耐用外轨的底轨的轨，外轨通常在装配后通过塑性变形而被施加于底轨。通常，这通过使外轨的一些部分变形或对其进行类似的塑性加工而实现，以使得外轨以封套的方式固定于底轨的接收部。

当由高强度、硬化材料制成的或由具有高张力屈服值和因此具有高耐久性的材料制成的外轨要被施加到底轨时，上述技术的不利是显而易见的，因为这样的材料成型很困难。即使以这种方式在外轨和底轨之间获得的封套附着开始时非常好，但在使用一段时间后就会松动，这经常会导致来自导轨的咔哒声和噪音。

发明内容

因此，本发明的一个目的是获得一种导轨，其简单并易于制造，并在抗磨损和抗表面疲劳方面均表现出更好的性能。还期望的是获得具有减震效果的导轨，并由此比目前已知导轨更安静。

本发明所述的目的是通过本发明提出的导轨及其制造方法来实现。

本发明提供了一种复合型导轨，被制成像铁路道轨，用于与沿轨行进装置的轮子相互作用而进行导引，该导轨包括长的外轨、长的底轨和轨腰，其中长的外轨由金属板制成，其形状为具有限定的内侧和外侧的纵向开放槽，长的底轨具有用于将轨安装在一个表面的轨底，轨腰从支撑主要部分的轨底延伸，与轨腰相比，主要部分更厚并作为用于接收并支撑外轨的接收部，由此外轨具有被选定用来与轮相互作用而导引的外部轮廓，外轨的内侧和底轨的接收部具有相应的部分或是被选定为彼此相关的部分，以便外轨能够安装在接收部上，其特征在于，外轨的屈服点超过底轨的屈服点，并且外轨和底轨通过焊接或胶合彼此粘着地固定在一起。胶合优选用导电胶。

本发明还提供了一种制造复合型导轨的方法，该复合型导轨被设计成铁路道轨并用于与沿轨行进装置的轮相互作用而进行导引，其中该方法包括以下操作：通过使第一金属板坯定型成型，形成长的槽形外轨，其具有限定的凹入内侧和凸出外侧，外轨外侧形状被选定以与轮相互作用而进行导引；由第二坯料制成长的底轨，其具有用于将轨安装在一个表面的轨底，和从轨底延伸并支撑主要部分的轨腰，与轨腰相比，主要部分更厚并作为支撑外轨的具有适当形状的接收部；通过淬火使外轨获得较高的屈服极限；将淬火后的外轨设置到在底轨上形成的接收部上；以及通过胶合将淬火后的外轨粘着地固定在底轨上形成的接收部上。

一方面，本发明是基于这样的导轨，其中底轨用于接收并支撑互补的尤其具有高耐磨性的外轨，这使整个导轨对磨损更不敏感。互补的外轨通过例如胶合或焊接等粘合方法而被固定于底轨，并被给予一定的形状，一旦安装在底轨上，这种形状就基本不变。这能适用于改进现有的已就位的导轨，例如安放在枕木上的铁路道轨，或是适用于用在导轨受到特别高的形变和磨损的任何其它场合中的新制造导轨。本发明另一方面，具有适合形状的外轨的底轨在制造期间设置。

附图说明

本发明的其他特定特征和优点将结合附图在一个实施例中具体描述，其中

图1显示了本发明导轨的透视图，其中外轨设置在底轨上，由此适当成形的导轨具有普通铁路道轨的形式，其具有用于安装到枕木上的轨底。

图2为图1所示的导轨的横截面，其中各部分被分开。

图3显示了已准备好接收外轨来形成底轨的普通铁路道轨的透视图。

图4显示了可选实施例的外轨的端视图，具有作为导槽以便于外轨安装到底轨上的沿着轨延伸的材料收缩部。

图5显示了由底轨和外轨制成的导轨的横截面。

图6显示了图5所示导轨在外轨和底轨之间具有吸音填充件的实施例的横截面。

图7显示了图4中由底轨和外轨制成的导轨的横截面。

图8显示了图7所示导轨在外轨和底轨之间具有吸音填充件的实施例的横截面。

图9显示了本发明导轨的透视图，其中可选的第三实施例的外轨设置在底轨上。

图10是图9所示的导轨的横截面，其中各部分被分开。

图11显示了已准备好接收如图9所示实施例的外轨来形成底轨的普通铁路道轨的透视图。

图12显示了图9中由底轨和外轨制成的导轨的横截面。

图13显示了图12所示导轨在外轨和底轨之间具有吸音填充件的实施例的横截面。

图14显示了与图1相应的外轨的端视图，但在此例中外轨的一个侧部设置有材料收缩部以便于外轨安装到底轨上。

具体实施方式

图1图示了本发明导轨的一个实施例，在此例中其构成一个通常包括轨底1，轨腰2和主要部分3的所谓铁路道轨。

参考图2和3，本发明的导轨主要由两部分组成；第一部分4，在该例中其包括由有限或比较小厚度的金属板制成的单独的外轨，和第二部分5，在该例中其包括底轨。术语底轨在下文中表示由梁、棒或相似的厚的实体材料制备的元件，所述元件已通过在轧制之后的加工阶段被制备好以接收外轨4。在新制造中，底轨最初是在轧制过程中给出需要的形状。通过所述准备阶段，外轨4和底轨5被给予一定形状，以便相对薄壁的外轨4能不变形地被接收，并通过如图1所示的方式被底轨5支撑。

既然表达的不是涉及其它尺寸，术语“小厚度”就并未被限定，本文所用的所述术语主要涉及与冷弯型材相适应的材料厚度，其中一般材料厚度为1-10mm。轧制是制备具有理想形状外轨的另一种可选的成形或造型方法。

外轨4沿着它的长度方向被成形为像一个开放的槽，因此成形轮廓的横截面可以看作C型。由于外轨的小厚度，可以简单并轻易把外轨制成理想的轮廓，因此也能给予关于强度和表面硬度的必要的材料特性。就此而言，应该理解外轨4在冷弯机中通过冷弯被提供外形并通过随后的淬火工艺被提供强度是有优点的。也就是说生产阶段包括：一片金属板从滚压机的型材辊之间穿过而被制成适合的形状，成型的金属被加热至所选金属的奥氏体化温度，加热后的型材以适于所述材料的速率被冷却。基于具有如大约340MPa这样低强度的材料，屈服点能据此增加至大约900-1300MPa的较高值，通常为1200MPa。由于原料相对较低的初始屈服点，能生产具有相对较复杂形状和紧凑或小半径的高强度型材。适于冷弯并淬火的材料为以例如硼为添加剂来合金化的不同类型的钢，如硼钢。由于冷弯结合随后的淬火是众所周知并长期应用的技术，以下将不再对该制备工艺进行更加详细的描述。

当然，可通过在淬火之后进行回火使淬火后的外轨4更坚韧。

从横截面来看并且在图2中更明显，通过具有邻接侧部7，7’的底部6限定了C形外轨4，侧部7，7′的自由端通过相对的端部侧边缘8，8’结束。在这方面，外轨4具有限定的凹陷内侧9，其通过具有大体呈面平行的侧面的基本平的底面被限定，所述侧面成直角与底面邻接。外轨4的大致凸出外侧10具有的形状实际上提供了导引轮子的相互作用，并且在这个方面，其外形相应于具有三个大体平的侧面的轮子的外形。所述的三个侧面包括一个基本平的顶面和成直角邻接顶面的第一、第二平的外面。

底轨5的顶部通过机械切削，包括铣削，而形成接收部11，其截面与滚压成形的外轨4的凹陷内侧9相应。

如图2所示，比较厚的接收部11具有一个向着轨腰部分倾斜的过渡部分12。当外轨4安装好后，相对的端部侧边缘8、8′用来向着过渡部分12卡合，这样外轨4可以弹性地锁定到底轨5。这里术语“弹性地”意味着外轨4可以通过向底轨被直接挤压的稳定方式而被锁定到底轨5，而与其原始形状相比，外轨形状未经受任何永久的塑性变形或改变。也就是说，外轨4轮廓的形状在它安装到接收部11上之前之后都将保持不变。但是，本发明优选实施例中，外轨4可被制成比底轨的接收部11略小一些，或者可用卡合的方式将外轨4设置到底轨上，该卡合的方式设计成使得外轨对底轨有一定程度的加载。因此可以在外轨和底轨之间得到更好的接触，这在外轨和底轨通过胶合被固定的实例中尤其重要。

在这个方面，换句话说，外轨4可以与外轨4和底轨5的纵向呈直角地连接到底轨5。也就是说，外轨4可以紧靠地安置到底轨5的接收部11上，且相互之间表面接触良好。

由于轧制是一种允许产品的制造公差相对较窄的方法，因此应该注意在导轨的新的制备过程中，很自然地可能仅通过轧制制造具有接收部11的底轨5，其允许直接地接收外轨4。也就是说，通过轧制可以使底轨5具有这样的形状，从而不需要进行随后的机械切削阶段。

因此应该理解，由于冷弯(不象例如轧制)不产生材料的转移，但是仅允许一个施加的金属板坯在其纵向成形，所以底轨5的接收部11必须沿着它的长度方向被给予一个连续的截面区域，该截面区域基本上和外轨4的内侧9相符。

应该理解，进行机械切削以使底轨5的接收部11成形可以很好的应用于现有导轨和在用的如位于铁路路基上的铁路道轨之类的导轨。关于现有铁路道轨，这是一个维修、修整或修补的问题，由此，现有导轨通过机械切削可被制备为形成底轨5，并通过设置所述接收部11来接收外轨4。

图4和14显示了可选实施例中外轨4的横截面。为了使外轨便于安装在底轨5的接收部11上，这些实施例中的外轨4有许多沿着轨凹陷内侧长度方向延伸的材料收缩部13，其用于局部地减少外轨的弯曲阻力，因此，当外轨卡合到底轨上时，材料收缩部作为导槽允许外轨4的侧边缘部7，7’弯曲。

图4显示了外轨4一个实例，其中材料收缩部13位于底部7和与底部7邻接的侧边缘部7，7’之间的过渡区域。

图14显示了外轨4一个实例，类似凹槽的材料收缩部13连续相继地设置在外轨4上。上述材料收缩部13形成在外轨4的一个侧边缘部7内，由此，外轨的C形间隙可仅通过按图中虚线所示方式弯曲该外侧边缘部而得以拓宽。然而，材料收缩部13应该以它们对外轨整体强度的消极影响尽可能小的方式被制成。例如，有利的是，给在将外轨安装在底轨5上之后形成导轨外侧的外轨侧边缘部(即不与车轮相互作用的外轨侧边缘部)提供所述连续的材料收缩部。

根据本发明的原理并参照附图5，通过运用可包括焊接但优选胶合的粘合技术将外轨4固定到底轨5，由此，将胶14施加在各个轨的相对接触面9，10的任意一个上。可选地，胶可以施加于相接轨的接触面9，10的每个上。根据本发明的一个特别优选实施例，外轨4通过胶合和卡合的组合而与底轨5连接。由于接收部11的形状和外轨4的内侧9的形状适于彼此配合，因此获得了一个相对较大面积的有效接触表面，其在外轨4和底轨5之间提供有效的胶合连接部。因此以这种方式，通过在相对便宜的底轨5上施加由相对较贵的高强度材料制成的薄的外轨4部分，能制造高强度且便宜的导轨。应用本发明的技术可以避免通常是在各部分是由如膨径或螺栓连接这类的机械方式而连接时发生的振动和共振带来的问题。对于所有类型的铁路交通来说，噪声和共振带来的问题都是普遍的。

图6显示了本发明的可选实施例，藉此进一步减少上述噪声问题。对于本发明的这个实施例，在已胶合连接的两个轨4，5之间施加弹性体材料(如塑料)的切片状薄填充元件15。上述弹性体元件15不是必须具有分别相应于外轨4和底轨5的相对部分的截面，但在使用非常薄的柔性材料时，处于原始状态的弹性体分段式元件可以是扁平矩形的形式，其在两个连接的轨4，5之间成形为相适形状。

图7显示了第二实施例中外轨4的一个例子，其具有许多沿着通过卡合已被施加于底轨5上的外轨的纵向材料收缩部13。

图8显示了第二实施例中外轨4的一个例子，其已通过卡合到过渡部分12上而被施加于底轨5，由此，弹性体材料15的填充层已设置在各轨之间。

参考图9-11，所示的本发明比较简单的第三实施例中的导轨与第一和第二实施例的区别仅在于：外轨4没有相对的端部侧边缘8，8’。应理解，这个实施例的外轨仅意在通过胶合与底轨5的接收部11相连接。

图12显示了在各个轨的任意一个相对接触面9，10上施加胶14之后，第三实施例的外轨4是如何通过胶合被固定到底轨5的。胶优选为导体，以便允许电流在底轨和外轨之间传导。

图13显示了一个如何将弹性体材料的切片状薄填充元件15施加于通过胶合连接的轨4，5的汇合接触面9，10的例子。

本文所述的发明并不限于上述描述或附图所示，而可以是在以下权利要求书限定的发明思想框架中以多种不同方式进行改变和改进。

例如，可以结合不同类型，组装的导轨可以用不同材料来制造，其中，对于新的制造而言，厚底轨不必由金属制成。当外轨和底轨通过胶合连接时，底轨使用不同类型的合成树脂型纤维增强复合材料或钢筋混凝土是非常可能的。

Claims (33)

1.一种复合型导轨，被制成像铁路道轨，用于与沿轨行进装置的轮子相互作用而进行导引，该导轨包括长的外轨(4)、长的底轨(5)和轨腰(2)，其中长的外轨(4)由金属板制成，其形状为具有限定的内侧(9)和外侧(10)的纵向开放槽，长的底轨(5)具有用于将轨安装在一个表面的轨底(1)，轨腰(2)从支撑主要部分(3)的轨底延伸，与轨腰相比，主要部分(3)更厚并作为用于接收并支撑外轨的接收部(11)，由此外轨具有被选定用来与轮相互作用而导引的外部轮廓，外轨(4)的内侧(9)和底轨的接收部(11)具有相应的部分或是被选定为彼此相关的部分，以便外轨能够安装在接收部上，其特征在于，外轨(4)的屈服点超过底轨(5)的屈服点，并且外轨和底轨通过焊接或胶合彼此粘着地固定在一起。

2.如权利要求1所述的导轨，其中，胶合选用导电胶。

3.如权利要求1所述的导轨，其中，外轨(4)从横截面看基本上为U形，其具有底部(7)和两个邻接并主要是平行且相对的侧边缘部(7，7′)。

4.如权利要求1所述的导轨，其中，通过胶合和机械卡合的组合并且通过在外轨上形成的卡合部的作用而对底轨有一定程度的加载，来使外轨(4)和底轨(5)相互连接。

5.如权利要求4所述的导轨，其中，外轨(4)从横截面看基本上是C形，其具有底部(7)和两个邻接的侧边缘部(7，7′)，侧边缘部(7，7′)的自由端侧边缘(8，8′)彼此相对而形成卡合部，并当装配外轨时用于卡合在过渡部分(12)上，从主要部分(3)的方向看过渡部分(12)向轨腰(2)倾斜。

6.如权利要求5所述的导轨，其中，在外轨(4)凹陷的内侧具有作为导槽的纵向材料收缩部(13)。

7.如权利要求6所述的导轨，其中，材料收缩部(13)位于底部(7)和底部(7)的邻接侧边缘部(7，7′)之间的过渡区域中。

8.如权利要求6所述的导轨，其中，材料收缩部(13)位于任意一个与外轨底部邻接的侧边缘部(7，7′)内。

9.如权利要求8所述的导轨，其中，设置在任一侧边缘部(7，7′)中的材料收缩部(13)呈凹槽状，并连续相继布置。

10.如权利要求1所述的导轨，其中，在外轨(4)和底轨(5)之间设置弹性体材料填充层(15)，外轨、底轨和弹性体材料填充层通过胶合连接在一起。

11.如权利要求10所述的导轨，其中，弹性体材料填充层(15)包括聚合物材料。

12.如权利要求1所述的导轨，其中，外轨(4)和底轨(5)分别通过不同类型的材料来制造。

13.如权利要求1所述的导轨，其中，外轨(4)通过硬化的材料来制备。

14.如权利要求13所述的导轨，其中，所述硬化的材料是硼钢。

15.如权利要求1所述的导轨，其中，外轨(4)包括厚度为2-10毫米的金属板材料。

16.如权利要求1所述的导轨，其中，外轨(4)的屈服极限达到900-1300MPa。

17.如权利要求1所述的导轨，其中，外轨(4)通过冷弯金属板并随后淬火来制造。

18.如权利要求1所述的导轨，其中，底轨(5)通过轧制来制造。

19.如权利要求1所述的导轨，其中，外轨(4)通过轧制来制造。

20.如权利要求1所述的导轨，其中，底轨(5)由非金属材料来制造。

21.一种制造复合型导轨的方法，该复合型导轨被设计成铁路道轨并用于与沿轨行进装置的轮相互作用而进行导引，其中该方法包括以下操作：

通过使第一金属板坯定型成型，形成长的槽形外轨(4)，其具有限定的凹入内侧(9)和凸出外侧(10)，外轨(4)外侧形状被选定以与轮相互作用而进行导引，

由第二坯料制成长底轨(5)，其具有用于将轨安装在一个表面的轨底(1)，和从轨底延伸并支撑主要部分(3)的轨腰(2)，与轨腰相比，主要部分(3)更厚并作为支撑外轨的具有适当形状的接收部(11)，

通过淬火使外轨(4)获得较高的屈服极限，

将淬火后的外轨(4)设置到在底轨(5)上形成的接收部(11)上，以及

通过胶合将淬火后的外轨(4)粘着地固定在底轨(5)上形成的接收部(11)上。

22.如权利要求21所述的方法，其中，给外轨(4)一个与底轨(5)相关的形状，以便外轨能卡合到底轨的接收部(11)上。

23.如权利要求21所述的方法，其中，外轨(4)的内侧上具有作为导槽的纵向材料收缩部(16)。

24.如权利要求21所述的方法，其中，弹性体材料填充层(15)被设置在外轨(4)和底轨(5)的接收部(11)之间，并且外轨、底轨和弹性体材料填充层通过胶合连接在一起。

25.如权利要求21所述的方法，其中，通过在型材滚压机的两个辊之间冷弯并穿过来制造外轨(4)。

26.如权利要求25所述的方法，其中，冷弯后的外轨(4)通过加热外轨材料到适当的奥氏体化温度然后以适于该材料的速率冷却而淬火。

27.如权利要求25所述的方法，其中，外轨(4)通过对屈服极限低于340MPa的金属板材进行冷弯来制备。

28.如权利要求21所述的方法，其中，对成型后的外轨(4)进行淬火，以使其获得为900-1300MPa的屈服极限。

29.如权利要求21所述的方法，其中，外轨(4)通过轧制而成型。

30.如权利要求21所述的方法，其中，淬火后的外轨(4)通过退火来韧化。

31.如权利要求21所述的方法，其中，底轨(5)由现有的或已用的普通类型的铁路道轨制造，其中接收部(11)通过对轨机械切削而制成。

32.如权利要求21所述的方法，其中，底轨(5)由非金属材料来制造。

33.如权利要求21所述的方法，其中，底轨(5)由合成树脂型增强复合材料来制造。

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