CN202139513U - 智能降温减胀钢轨 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种钢轨。现有的钢轨，在夏天轨温要高出环境温度20℃左右。由于钢轨的热胀冷缩效应，夏天若不防范，容易造成铁路线路上的钢轨弯曲变形、胀轨跑道、甚至列车翻车等交通事故。本实用新型公开的智能降温减胀钢轨，是在钢轨的表面设有隔热降温、耐磨防腐的包覆层。该包覆层使夏天的轨温有所降低，冬天的轨温略有升高，具有智能调温特性，因而相应提高了铁路运输的安全性。同时它还耐磨防腐，延长了钢轨的使用寿命，故其经济效益和社会效益巨大。

Description

智能降温减胀钢轨

技术领域

本实用新型属于金属表面熔覆和涂装领域，具体涉及一种钢轨表面的一层或两层或三层的包覆层结构。 

背景技术

众所周知，火车的发明给人们的出行带来便利的同时，也带来了旅行的安全性问题。 

影响铁路运输的安全性因素，主要是钢轨的温度(轨温)。轨温的变化，直接决定着钢轨温度力的变化。在当今无缝线路承担着火车重载高速发展的趋势下，铁路运行的安全问题，直接与轨温变化的幅度有关，即与钢轨温度力变化幅度有关，并且成为无缝线路的强度和稳定性的主要因素。特别是在夏天，最高轨温一般要比当地最高气温高出20℃左右。如果不严格而有效地控制轨温，将会产生钢轨变形弯曲，甚至会导致胀轨跑道、列车脱轨以致颠覆性重大交通事故。难怪曾有报道称：2006年7月12日(哈尔滨新晚报，网讯记者王剑青)、2007年7月21日哈尔滨室外温度达到30℃时，哈尔滨铁路局工务段，对铁路线重点地段进行了融冰、防胀海绵降温措施。然而，这毕竟是临时性的预防措施，不能解决钢轨的长期性持续降温问题。 

长期以来，人们面对钢轨轨温随着环境温度的升高而升高这一自然规律，无法解决自然而长效控制轨温的世界性难题。 

发明内容

针对现有钢轨生产技术和在线钢轨的使用技术存在的不足，本实用新型的目的之一，是设计一种智能降温减胀钢轨，从而实现在环境温度下人为控制钢轨温度成为可能。具体地说，这种钢轨会在夏天自然地降低轨温，冬天自然地略能升高一些轨温，以便减少有缝、无缝铁路线路内的温度力，避免胀轨引起的钢轨弯曲、胀轨跑道等不良现象发生，提高铁路线路行车的安全性。 

本实用新型的目的之二，是设计一种防腐、耐磨钢轨，以便延长钢轨的使用寿命，降低铁路线路的运营成本。 

本实用新型的技术思路是：在钢轨的上表面获得导电隔热、耐磨的激光熔覆层；在钢轨表面或者在除激光熔覆层外的其余表面涂覆隔热、降温、耐磨的涂料涂层。 

实现本实用新型的技术方案是：采用激光表面熔覆技术在钢轨上表面制备质量良好的激光熔覆层；采用喷涂法或辊涂法或刷涂法在铁路沿线的钢轨表面或者在除熔覆层外的钢轨表面涂覆隔热、导电、降温、耐腐蚀的涂料涂层。 

智能降温减胀钢轨是根据钢轨的热胀冷缩原理而设计的。其结构与普通钢轨相似，其外形尺寸与重量也与普通钢轨基本相同。所不同的是，智能降温减胀钢轨：一方面是在普通钢轨的上表面和鄂面设有导电、隔热降温功能的激光熔覆层；另一方面采用喷涂法或辊涂法或刷涂法，在钢轨表面涂覆具有导电、隔热、调温、防腐功能的涂料涂层。 

本实用新型是这样实现的： 

一种智能降温减胀钢轨，是由钢轨轨头(1)，轨鄂(2)，轨腰(3)，轨底(4)，钢轨表面(5)和钢轨表面上的包覆层(6)、包覆层(7)、包覆层(8)构成的。其中第一层包覆层(6)包覆在钢轨表面(5)上，第二层包覆层(7)包覆在第一层包覆层(6)上，第三层包覆层(8)包覆在第二层包覆层(7)上。在包覆层(6)、(7)、(8)中分别含有耐磨、防腐蚀、导电、隔热、降温或调温的不同功能性物质材料。任意包覆层是涂料涂层或是涂料涂层与喷焊层的组合层或是涂料涂层与激光熔覆层的组合层。并且涂料涂层、喷焊层、激光熔覆层分别是由单层包覆层或者分别是由两层包覆层或者是由三层包覆层构成。构成包覆层的物质是含有防锈防腐物质层、防腐隔热物质层、耐磨物质层、耐磨隔热物质层、隔热降温物质层、智能调温物质层、良好导电物质层中的任意一种物质层或任意两种以上的物质层。 

本实用新型所述的钢轨，是指包括各种材质，各种类型、各种规格、各种型号及各种用途的钢轨，例如重型钢轨、轻型钢轨、国产钢轨、进口钢轨、新钢轨、旧钢轨、在线钢轨、退役钢轨、全长淬火钢轨和未淬火钢轨，等等。 

本实用新型具有以下显著的优点： 

1、不改变现有钢轨的几何尺寸和生产工艺，因而设备投资少，生产工艺简单，甚至在在线钢轨上也可施工，操作方便； 

2、在钢轨表面上采用高新技术，例如激光熔覆技术，热喷涂技术、冷喷涂技术、喷焊技术等施工作业技术，生产周期短、工效高； 

3、在轨头表面制备的焊接层硬度高，导电性好，耐磨性强，其成品质量好，从而会提高铁路线路列车的运输效率； 

4、涂层防腐蚀性能好，能延长钢轨的使用寿命； 

5、具有隔热降温或调温包覆层的钢轨可以减小其横截面上的温度力，相应会降低夏天高温时胀轨引起的钢轨弯曲、胀轨跑道等铁路线路发生交通事故的危险性，有助于提高列车运输的安全性。 

附图说明：

图1：具有导电耐磨和隔热涂层的钢轨横截面示意图。 

图2：具有耐磨、耐腐蚀和隔热涂层的钢轨横截面示意图。 

图3：具有一层涂层和两层涂层的钢轨横截面示意图。 

图4：具有两层涂层的钢轨横截面示意图。 

图5：具有双层喷焊层和双层涂层的钢轨横截面示意图。 

图6：具有激光熔覆层和涂料涂层的钢轨横截面示意图。 

图7：具有两层激光熔覆层和两层涂层的钢轨横截面示意图。 

图8：具有三层激光熔覆层和三层涂层的钢轨横截面示意图。 

下面通过不限定本实用新型的具体实施方式，作进一步说明。 

具体实施方式

实施例1 

图1中的钢轨基体是由轨头(1)、轨鄂(2)、轨腰(3)、轨底(4)和钢轨表面(5)构成的。本实施例中将在线钢轨或未上线的钢轨表面(5)经除锈除尘并干燥后，采用热喷涂或冷喷涂或刷涂法，在钢轨表面(5)涂覆具有导电耐磨隔热涂层和隔热降温涂层构成的组合 包覆层(6)。例如，其中在轨头(1)的表面涂覆添加了少量耐磨的隔热性陶瓷粉末或耐磨隔热性氧化物陶瓷粉末填料的导电涂料(像添加了少量氧化铝或氧化锆、氧化钛等粉末的导电性钢铁构件防锈漆或钢轨防锈漆等)，以便使轨头表面不仅能够满足良好的导电性能要求，而且能增强其耐磨性和隔热性，形成导电、耐磨的隔热涂层；在除轨头(1)的表面外的钢轨表面(5)上涂覆反射或阻隔太阳热能的隔热降温涂料。使整根钢轨表面(5)上形成导电耐磨的隔热涂层和隔热降温的涂层构成的组合包覆层(6)。 

钢轨经火车车轮反复冲压，轨头(1)的表面涂层被碾碎剥离，而除轨头(1)表面外的钢轨表面(5)上的包覆层仍旧完好无损。这时只须对在线钢轨轨头(1)重复表面处理工作，又重复涂覆钢轨轨头(1)上的涂料涂层。如此循环往复，一年涂覆数遍。特别是在春夏，夏天和夏秋季节，及时涂覆轨头(1)表面的涂层，将会明显地降低轨温，保障铁路线路上的列车运输安全，其经济效益和社会效益十分显著。 

实施例2 

图2显示了在由轨头(1)、轨鄂(2)、轨腰(3)、轨底(4)和钢轨表面(5)构成的钢轨基体上，制备包覆层(6)后的钢轨横截面示意图。 

在本实施例中，将钢轨表面(5)经除锈、除尘等表面处理后，在轨头(1)的表面通过热喷涂法喷涂一层合金粉末与一种或与数种少量的氧化物陶瓷粉末组成的混合粉末熔覆层，该混合粉末中的合金粉末与氧化物陶瓷粉末是按一定比例配制的，并且能够保证良好的导电性和隔热性，而在其余的钢轨表面(5)上喷涂一层具有隔热降温和防腐功能的冷镀涂料层，使整根钢轨表面(5)上形成热喷涂层与冷喷涂层的组合包覆层(6)。所述的具有隔热降温和防腐功能的涂料，是包括冷喷锌、冷喷铝、富锌、富铝、富锌铝涂料在内的每种含锌、含铝、含锌铝涂料中添加一定比例的一种或数种氧化物陶瓷粉末的混合涂料。最后，完成钢轨的吊装、堆垛和入库工作。 

实施例3 

在图3中将钢轨表面(5)经过除锈、除尘等的表面处理后，在轨头(1)的表面采用热喷涂法喷涂一层金属陶瓷粉末与热喷涂陶瓷材料粉末组成的混合粉末熔覆层(6)。例如镍基、铁基、镍铁基、钴基等合金粉末中的一种与ZrO₂、AI₂O₃、TiO₂、ZnO、CeO、SiO₂、Cr₂O₃、Y₂O₃、MgO、WC、Ni/ZrO₂、Ni/AI₂O₃、NiO₂、Cu/AI₂O₃、NiCr/ZrO₂、AI/AI₂O₃中的一种或两种或三种粉末，按一定比例配制成混合粉末，并保证其熔覆层具有良好的导电性和隔热性，而在其余的钢轨表面(5)上先涂覆防腐涂料涂层(6)，所述的防腐涂料是包括冷喷锌、冷喷铝、富锌、富铝、富锌铝在内的含锌涂料或含铝涂料或含锌铝涂料或防锈漆，再在涂层(6)上涂覆隔热降温涂料涂层(7)。市售的防腐涂料有HD×5002锌铝涂料、ZD96-1、ZH、ZS冷喷锌涂料、HI-PONZO涂料、托伦牌冷喷锌和冷喷铝涂料、G2H203～207富锌、富铝涂料、EA-98富铝涂料等；隔热降温涂料有Solacoat反射隔热降温涂料、长佑防晒隔热涂料、DK-211防晒隔热涂料等。最后，完成钢轨的吊装、堆垛和入库工作。 

实施例4 

图4是钢轨表面(5)上设有包覆层(6)和包覆层(7)的钢轨横截面示意图。 

本实施例中将钢轨表面(5)经过除锈、除尘等的表面处理后，在轨头(1)的表面采用热喷涂法，先喷涂一层金属陶瓷粉末与热喷涂陶瓷材料粉末组成的混合粉末熔覆层，形成包覆层(6)，其熔覆层的成分与实施例3的相同；仍然用热喷涂法在包覆层(6)上再喷涂一层由合金粉末构成的熔覆层，形成包覆层(7)。而在其余的钢轨表面(5)上先用喷涂法或辊涂法或刷涂法涂覆一层防腐涂料层，该冷镀层即是形成的包覆层(6)，再在包覆层(6)上冷镀一层隔热降温涂料或冷镀一层辐射散热降温涂料；先后形成热喷涂层与冷镀涂层的组合包覆层(7)。最后，完成钢轨的吊装、堆垛和入库工作。 

实施例5 

图5是钢轨表面(5)上形成包覆层(6)和包覆层(7)的钢轨横截面示意图。 

本实施例中将钢轨表面(5)经过除锈、除尘等的表面处理后，在轨头(1)的表面采用喷焊法，先喷焊一层自熔性合金粉末与包括氧化物陶瓷粉末在内的陶瓷材料粉末组成的混合粉末熔覆层，形成隔热耐磨并用黑色图形部分表示的包覆层(6)；仍然用喷焊法在包覆层(6)上再喷熔一层由合金粉末构成的焊接层，形成用黑色图形部分表示的包覆层(7)。而在其余的钢轨表面(5)上先用喷涂法或辊涂法或刷涂法涂覆一层反射隔热降温涂料涂层，该冷镀层即是形成的包覆层(6)，再在包覆层(6)上涂覆一层辐射散热降温涂料或导电涂料层；先后形成喷焊层与冷镀涂层的组合包覆层(7)。最后，完成钢轨的吊装、堆垛和入库工作。 

实施例6 

图6是钢轨表面(5)上设有包覆层(6)的钢轨横截面示意图。 

在本实施例中，先对钢轨表面(5)进行除锈、除尘、干燥的表面处理；再在轨头(1)的表面(即在轨顶表面或者包括轨顶表面和轨鄂表面部分)采用激光熔覆技术熔覆一层合金粉末与陶瓷材料粉末组成的混合粉末的激光熔覆层，形成导电、隔热、耐磨并用黑色图形部分表示的包覆层(6)。该包覆层(6)的组成例如是由自熔性合金粉末与氧化物陶瓷粉末混合后构成的复合粉末，也可以是实施例3中的具体例子等。然后在其余的钢轨表面(5)上涂覆一层在环境温度下实现调温性的功能涂料包覆层(6)。例如，在白色或银白色的绝热反射涂料或隔热降温涂料或辐射散热涂料中加入作为填料的一定比例的常温可逆温致变色微胶囊，配制的混合涂料涂覆在钢轨表面(5)上，形成夏天可以使钢轨降温、冬天可以使钢轨略为升高一些温度的调温性涂料层；又如，在钢轨表面(5)上涂覆一层二氧化钒太阳热智能控温涂料，或者直接涂覆市售RPM智能涂料层或涂覆一层相变智能调温复合涂覆材料(青岛环秀涂料有限公司生产)；再如，在白色反光防晒漆中添加一定比例的温致变色微胶囊(热消色MC粉)，混合均匀后涂覆在钢轨表面(5)上，形成调温性的涂层(6)。其制备过程使整根钢轨表面上先后形成激光熔覆层与冷镀涂层的组合包覆层(6)。最后，完成钢轨的吊装、堆垛和入库工作。 

实施例7 

图7是在钢轨表面(5)上设有包覆层(6)和包覆层(7)的钢 轨横截面示意图。 

在本实施例中，先对钢轨表面(5)进行除锈、除尘、干燥的表面处理；再采用送粉式激光熔覆方式，在轨头(1)的表面熔覆一层合金粉末与陶瓷材料粉末按一定比例配成的混合粉末的激光熔覆层，形成用黑色图形部分表示的包覆层(6)，再在其余的钢轨表面(5)上涂覆一层反射隔热降温涂料涂层；先后形成激光熔覆层与冷镀涂层的组合包覆层(6)；再在轨头(1)的表面形成的包覆层(6)上，仍然采用送粉式激光熔覆技术，熔覆一层合金粉末与氧化物陶瓷粉末的混合粉末形成的激光熔覆层，例如，其合金粉末为铁基、镍基、铁镍基、钴基粉末中的一种与所添加的化学质量百分比(wt％)为0～3％的TiO₂、SiO₂、AI₂O₃、Y₂O₃、CaO、MgO、ZrO₂、CeO₂粉末中的任意一种或任意两种粉末的混合粉末，最终形成具有良好的导电、隔热、耐磨并用黑色图形部分表示的包覆层(7)；然后在其余的包覆层(6)的一部分表面上涂覆一层例如像实施例6中的常温下智能性调温涂料涂层，在剩余的包覆层(6)的另一部分表面上涂覆一层导电涂料，形成调温性涂层部分和导电涂层部分共有的包覆层(7)。最后完成钢轨的吊装、堆垛和入库工作。 

图8公开了在由轨头(1)、轨鄂(2)、轨腰(3)、轨底(4)和钢轨表面(5)构成的钢轨基体上设有包覆层(6)、包覆层(7)和包覆层(8)的钢轨横截面示意图。 

在本实施例中，先对钢轨表面(5)经过除锈、除尘、干燥的表面处理；再采用激光熔覆技术，在轨头(1)的表面熔覆一层合金粉末与陶瓷材料粉末按一定比例配成的混合粉末的激光熔覆层，形成用黑色图形部分表示的包覆层(6)，再在其余的钢轨表面(5)上涂覆一层防锈漆或防腐涂料涂层，该冷镀层也是包覆层(6)；再在轨头(1)的表面形成的包覆层(6)上，仍然采用激光熔覆技术，熔覆一层合金粉末与包覆性纳米氧化物颗粒和氧化物陶瓷粉末的混合粉末形成的激光熔覆层，例如，将树酯黏结剂与镍包纳米氧化铝或铝包纳米氧化铝和氧化铝或氧化锆或二氧化钛混合均匀，涂敷在轨头(1)表面上的包覆层(6)上，再经激光熔覆，形成用黑色图形部分表示的热障性包覆层(7)，再在其余的包覆层(6)的表面上，涂覆智能性调温涂料涂层，使钢轨在包覆层(6)上先后形成具有隔热调温性能的包覆层(7)，该包覆层也是激光熔覆层与冷镀涂层的组合包覆层(7)；最后，在轨头(1)的包覆层(7)上，再次利用激光熔覆技术，熔覆一层具有合金层或具有添加0～3％的氧化物陶瓷粉末的合金层的包覆层(8)，再在其余的包覆层(7)上涂覆一层辐射散热降温涂料或导电涂料涂层，先后使钢轨外表面构成激光熔覆层与冷镀涂层的组合包覆层(8)。 

最终，完成钢轨的吊装、堆垛和入库工作。 

Claims (6)

1.一种智能降温减胀钢轨，是由钢轨轨头(1)，轨鄂(2)，轨腰(3)，轨底(4)，钢轨表面(5)和钢轨基体上的包覆层(6)、包覆层(7)、包覆层(8)构成的。其特征在于：包覆层(6)、(7)、(8)中的任意一种包覆层是涂料涂层、热喷涂层与冷镀涂层的组合涂层、涂料涂层与喷焊层的组合层、涂料涂层与激光熔覆层的组合层中的任意一种。

2.根据权利要求1所述的智能降温减胀钢轨，其特征在于：在钢轨表面(5)上设有包覆层(6)。

3.根据权利要求1或2所述的智能降温减胀钢轨，其特征在于：在包覆层(6)上设有包覆层(7)。

4.根据权利要求1或2或3所述的智能降温减胀钢轨，其特征在于：在钢轨表面(5)上依次设有包覆层(6)、包覆层(7)、包覆层(8)。

5.根据权利要求1所述的智能降温减胀钢轨，其特征在于：热喷涂层或喷焊层或激光熔覆层是具有导电和隔热降温功能性材料的熔覆层。

6.根据权利要求1所述的智能降温减胀钢轨，其特征在于：涂料涂层是防锈防腐涂层、耐磨涂层、防腐耐磨涂层、防腐隔热涂层、耐磨隔热涂层、导电涂层、导电隔热涂层、智能调温涂层、智能控温防腐涂层、散热降温涂层、热障防腐涂层中的任意一种功能性涂料涂层。 

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