復合結構重載彈性墊板及其設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及軌道扣件系統中所使用的重載彈性墊板，是用來保持同一軌道上的兩條鋼軌距離相等，以及降低軌道振動，保持路基不受列車或負載的影響的安全部件，特別涉及復合結構重載彈性墊板。還發明還涉及復合結構重載彈性墊板的設計方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]重載彈性墊板是重載軌道扣件系統中最為關鍵的部件之一，是用來保持同一軌道上的兩條鋼軌距離相等，以及安全和信號系統狀態良好的安全部件。重載彈性墊板還可以大幅度地降低軌道振動，保持路基不受列車或負載的影響，提高列車運行的平穩性。現有的重載彈性墊板多采用單一材料制造，依靠單一材料的壓縮變形承載，在動態垂向載荷下易產生較大的永久壓縮變形，從而導致產品剛度變化率較大，整個扣件系統減振性能下降，振動加劇，扣件系統中部件磨損加劇，即縮短扣件系統的使用壽命也給重載軌道運輸系統帶來了大量的養護和維修工作。
[0004]申請號為201420706929.1，名稱為“鐵軌用重載墊板”的實用新型專利，公開了一種鐵軌用重載墊板，包括里層和包覆層，所述的包覆層包裹在里層的外表面，所述的里層由熱塑性彈性體制成，所述的包覆層由橡膠制成，所述的里層的硬度大于包覆層的硬度。上述實用新型專利通過里層的熱塑性彈性體提高了重載墊板的承能力，通過包覆層的橡膠的彈性回復能力減小重載墊板在動態垂向載荷下的永久壓縮變形率，然而上述的重載墊板只注重滿足垂向承載要求，在列車運行過程中，重載墊板受到水平方向的剪切力還需滿足水平承載要求，重載墊板的水平方向剛度過小，里層與包覆層的粘結強度不足，在橫向剪切力的作用下容易出現橫向相對滑動，損傷重載墊板，縮短其使用壽命，再者，水平剛度過小，墊板受到水平載荷后回彈力不足，容易導致與墊板接觸的鐵墊板與軌道之間發生相對移動，加速鐵墊板的磨損，導致扣件系統的松動，給列車運行帶來安全隱患。
[0005]近幾年來，重載鐵路得到了快速發展。隨著鐵路運行速度的提高和載重重量的增加，輪軌動力效應加劇，軌道扣件系統承載條件越來越惡劣，因此對軌道扣件系統的要求也不斷提高。根據軌道的運行速度和載重重量設計出與軌道配裝的扣件系統中的彈性墊板的承載能力、永久壓縮變形率、垂向剛度、水平剛度以及墊板的整體載承剛度可有效的延長彈性墊板的使用壽命，從而延長扣件系統的使用壽命，減輕重載軌道運輸系統的養護和維修工作量。
【發明內容】
[0006]本發明提供一種復合結構重載彈性墊板，在提高墊板的承載能力和壓變特性，降低其在疲勞承載中的剛度變化率的基礎上提高重載彈性墊板的水平剛度，延長重載彈性墊板的使用壽命，提高軌道扣件系統的可靠性。本發明還提供復合結構重載彈性墊板的設計方法，根據軌道的運行速度和載重重量設計重載彈性墊板，從而延長扣件系統的使用壽命，減輕重載軌道運輸系統的養護和維修工作量。
[0007]為達到上述目的，本發明的技術方案是:復合結構重載彈性墊板，包括骨架層和包覆層，骨架層設置在包覆層內，其特征在于所述的骨架層由中間部分的平板和平板左右兩側的曲折板組成，所述的平板上具有通孔，所述的包覆層內表面具有與曲折板相對應的曲折面使所述的包覆包的內表面貼覆在曲折板表面上，所述的骨架層為熱塑性聚酯彈性體，包覆層為橡膠，所述的通孔被橡膠填滿，所述的通孔所在位置對應的包覆層的外表面設有凹坑。
[0008]進一步的，所述的通孔在骨架層的中間部分的數量為多個且成矩形陣列或環形陣列分布。
[0009]進一步的，所述的包覆層的外表面具有與曲折板相對應的曲折面。
[0010]進一步的，所述的曲折板的上表面和下表面為鋸齒面、波浪面、呈一定規律變化的曲面和無規律變化的曲面中的一種或幾種連接組成。
[0011]進一步的，填滿所述的通孔的橡膠為液體橡膠。
[0012]進一步的，所述的凹坑為球面型凹坑、倒圓臺面凹坑、錐面凹坑和圓柱面凹坑中的一種或幾種。
[0013]進一步的，所述的曲折板邊緣處為與所述的平板對齊的條板狀。
[0014]上述的復合結構重載彈性墊板的設計方法，根據軌道的運行速度和載重重量設計重載彈性墊板，包括:
(一)設計所述的骨架層上通孔的數量以及直徑尺寸和凹坑的深度、內凹形狀以及凹坑面的尺寸，調節所述的復合結構重載彈性墊板的垂向剛度；
(二)設計所述的曲折板寬度、曲折面的形狀和曲折的深度，調節所述的復合結構重載彈性墊板的橫向向剛度和骨架層與包覆層在橫向剪切載荷作用下的粘結強度；
(三)設計骨架層與包覆層的厚度比例，調節所述的復合結構重載彈性墊板的承載能力和永久壓縮變形率。
[0015]進一步的，還包括設計骨架層中平板與曲折板的寬度比例，調節所述的復合結構重載彈性墊板在承載時的壓縮變形率。
[0016]本發明的有益效果是:
一、本發明的復合結構重載彈性墊板中的骨架層為熱塑性聚酯彈性體，利用熱塑性聚酯彈性體的承載能力，提高重載彈性墊板的承載能力，滿足重載鐵路大載荷的要求。包覆層為橡膠，利用橡膠良好的回彈性能，提高了墊板的壓變特性，降低了墊板在疲勞承載過程中的剛度變化率。
[0017]二、骨架層中的左右兩則具有曲折板，包覆層內表面具有與曲折板相對應的曲折面使包覆包的內表面貼覆在曲折板表面上，當重載墊板受到水平剪切力時，曲折板與包覆層內表面的粘結強度更好，骨架層與包覆層不會發生相對水平滑動，有效的保護報重載彈性墊板不受損壞，延長了重載彈性墊板的使用壽命。曲折板提高了重載彈墊板的水平剛度，有效的減小了鐵墊板的磨損，提高了軌道扣件系統的可靠性。
[0018]三、本發明還提供還復合結構重載彈性墊板的設計方法，根據軌道的運行速度和載重重量設計出與軌道配裝的扣件系統中的彈性墊板的承載能力、永久壓縮變形率、垂向剛度、水平剛度以及墊板的在承載時的壓縮變形率，可有效的延長彈性墊板的使用壽命，從而延長扣件系統的使用壽命，減輕重載軌道運輸系統的養護和維修工作量。
【附圖說明】
[0019]圖1為實施例中的復合結構重載彈性墊板立體示意圖。
[0020]圖2為骨架層的立體示意圖。
[0021]圖3為實施例中的復合結構重載彈性墊板的橫截面示意圖。
[0022]
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明的實施例做詳細說明。
[0024]如圖1至圖3所示，復合結構重載彈性墊板，包括骨架層I和包覆層2，骨架層I設置在包覆層2內，所述的骨架層I由中間部分的平板11和平板11左右兩側的曲折板12組成，所述的平板11上具有通孔13，所述的包覆層2內表面具有與曲折板12相對應的曲折面使所述的包覆包12的內表面貼覆在曲折板12表面上，所述的骨架層I為熱塑性聚酯彈性體，包覆層2為橡膠，所述的通孔11被橡膠填