專利名稱：傷損鋼軌及焊接接頭加固修復方法和器材的制作方法
技術領域：
本發明提供一種用于鐵路軌道(包括地鐵軌道)加固修復傷損鋼軌及焊接接頭的方法和器材，突出特點是不鋸切線上鋼軌、不插入短鋼軌的情況下，進行預防性和補強性的加固修復，使之恢復到正常鋼軌或焊接接頭等同的強度，延長鋼軌及焊接接頭使用壽命，節約材料和費用，提高鐵路行車安全的可靠性。
背景技術：
2001年中華人民共和國鐵道部頒布的《鐵路線路維修規則》第4.3.13條對采用現有技術處理修復有傷鋼軌及焊接接頭作如下規定一、探傷撿查發現鋼軌或焊縫有重傷時，不待斷裂，則切除重傷部位60mm，實施原位焊復，鋼軌或焊接接頭已折斷，若切除斷口折損部位不超過60mm，亦可進行原位焊復；二、當發現鋼軌或焊接接頭已折斷，無法進行原位焊復時，則先采取緊急處理，在斷縫處安裝普通臌包夾板后，列車限速運行；其后采取臨時處理，在傷損處切除鋼軌長6m，在兩鋸口間插入長6m的同類型鋼軌，軌端鉆螺栓孔，上接頭夾板后，列車按正常速度運行；最后采用永久處理，用不帶螺栓孔的短鋼軌將帶螺栓孔的6m短鋼軌換下，并焊接兩個鋼軌接頭。至此，采用現有技術完成傷損鋼軌焊接接頭的永久修復。現有技術所采用的兩個實施方案存在以下缺點①原位焊復方案，實施此方案有一定條件限至，且應以鋸切鋼軌作為焊接修復的先決條件；②緊急處理、臨時處理、永久處理方案，實施此方案更應反復鋸切鋼軌、插入短軌，至氣候條件許可時才進行永久性的焊接修復。其缺點除無可避免要切除鋼軌，大多數情況要插入短軌外，更主要的它是“外科手術”性質的處理和修復，由于它要鋸切鋼軌、插入短鋼軌，最后重焊修復，工序繁復，而且現場焊接修復作業受到氣候條件的限制，因而盡管現有鐵路技術規范對傷損鋼軌或焊接接頭的處理修復已有規定，但每年國內外鐵路干線上仍然有相當數量的鋼軌或焊接接頭發生折斷后，難以及時作永久性修復，有時甚至釀成重大行車事故。本發明開創預防性和補強性加固修復鋼軌及焊接接頭的新思路，所提供的方法和器材可靠，能夠克服現有技術所存在的缺點，提高鐵路行車安全的可靠性。
發明內容
本項發明以傷損鋼軌或焊接接頭作為本體，采用加固修復器材和以下3種方法輕傷鋼軌或焊接接頭采用碳纖維布、常溫快固膠、防老化保護膜、夾板模具和強力夾具等器材，在3不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌、不鉆螺栓孔)情況下，采取預防和補強方法加固修復；重傷鋼軌或焊接接頭采用加肋高強夾板、玻璃纖維布膠層、常溫快固膠和經磷化皂化處理的高強度螺栓等器材，在2不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌)情況下，采取補強性加固修復，使傷損的鋼軌或焊接接頭與膠粘器材構成整體結構，增大強度和剛度，恢復和提高負載能力；已折斷鋼軌或焊接接頭預先采用液壓鋼軌拉伸器張拉，將斷縫擠嚴，然后采取與重傷鋼軌或焊接接頭相同的器材和方法加固修復。
作為本項發明主要有三項創新其一，開創預防性和補強性加固修復鋼軌及焊接接頭的新技術在3不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌、不鉆螺栓孔)情況下，加固修復輕傷鋼軌或焊接接頭；在2不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌)情況下，加固修復重傷鋼軌或焊接接頭；即使已折斷的鋼軌或焊接接頭，使用液壓鋼軌拉伸器將軌縫擠嚴后，也可在2不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌)情況下，進行永久性加固修復。
其二，研制成功一種夾板模具，并采用碳纖維布和常溫快固膠加固修復輕傷鋼軌或焊接接頭。碳纖維的抗拉強度和彈性模量極高，分別是鋼軌鋼的2.5∽3.1倍和1.08∽1.42倍，但撕裂強度、剪切強度很低，且軌道所受的交變動荷載很大，將碳纖維布用于鋼軌或焊接接頭的加固修復，提高碳纖維布與鋼軌或焊接接頭之間的膠粘強度是技術關鍵。本項發明研制成功的夾板模具與有傷鋼軌或焊接接頭的軌顎、軌腰和軌底上表面幾何形狀一致，兩者能完全密貼吻合，運用膠粘原理，采用高強度、高韌性常溫快固膠，將碳纖維布與鋼軌或焊接接頭膠粘，通過夾板模具及與其配套的強力夾具施加壓力，則兩者之間形成極性基團而產生極強的粘接力，使碳纖維布的高彈性模量、高抗拉強度特性得以充分發揮作用，達到加固修復輕傷鋼軌或焊接接頭的技術要求，為防止長期運營膠層受酸、堿、濕熱作用和紫外線幅射而老化，在碳纖維布的最外層膠粘一層防老化保護膜，因而使有傷鋼軌或焊接接頭的加固修復保持長效。曾進行5次實物試件疲勞試驗經加固修復后的CHN60型鋼軌輕傷鋁熱焊接頭試件，在支距為1.0m的情況下，跨中施加集中荷載Fmax＝350kN、Fmin＝70kN，循環加載2×106次后，5次試驗的試件均未折斷，且探傷檢查未發現原有傷損擴大，證明本項發明提供的輕傷鋼軌或焊接接頭加固修復方法和器材有效可靠。
其三，研制成功帶有玻璃纖維布膠層的加肋高強夾板，用于加固修復重傷及已折斷的鋼軌或焊接接頭。由于重傷及已折斷的鋼軌或焊接接頭已顯著削弱或已失去負載能力，因而實施加固修復除應增強其抗拉、抗彎曲和抗剪切的強度外，還應提高其豎向和橫向剛度，新研制帶玻璃纖維布膠層的加肋高強夾板與現有技術所采用的普通夾板相比，不僅豎向和橫向剛度增大35.3％，更重要的是它的斷面形狀和幾何尺寸作了改進，普通夾板的腰部側面設計成凹槽，不可能在其側面涂抹膠粘劑后再膠粘玻璃纖維布膠層，則鋼軌與夾板的鎖定完全靠螺栓提供的緊固力，其抗剪力很小(試驗測得其值≤600kN)，本項發明提供的加肋高強夾板，其側面的幾何尺寸與有傷鋼軌焊接接頭的顎、腰和上底面的幾何尺寸相似，即使有焊筋的鋼軌焊接接頭也能緊密貼合，與鋼軌的膠粘面積顯著增大，鎖定加肋高強夾板與有傷鋼軌及焊接接頭，螺栓提供的緊固力所起作用微小，而主要依賴夾板與鋼軌之間的膠層提供量值很大的抗剪力(試驗測得其值≥3000kN)，使加肋高強夾板、膠層與有傷鋼軌及焊接接頭構成一個整體結構。曾用7個有重傷的CHN60型鋼軌和8個已折斷的同類型鋼軌焊接接頭的實物試件進行靜彎曲試驗，在支距1.0m的情況下，跨中施加1600kN∽1800kN豎向荷載，15個試件均未發生膠層脫開和夾板折斷，TB/T1632.2《鋼軌焊接第2部分閃光焊接》和TB/T1632.3《鋼軌焊接第3部分鋁熱焊接》規定CHN60型鋼軌閃光焊接和鋁熱焊接接頭的檢驗荷載分別為1450kN和1300kN，試驗結果遠高于檢驗標準，充分證明本項發明所提供的重傷及已折斷的鋼軌或焊接接頭加固修復方法和器材可靠，效果良好，能提高鐵路行車安全的可靠性。
本發明的有益效果2004年底鐵道部運輸局公布的數據，我國已有焊接鋼軌無縫線路40517km，又據調查每年每300km無縫線路平均有輕、重傷和斷裂焊接接頭5個(不包含鋼軌母材)，采用前已介紹的現有技術“原位重焊”的方案修復一個焊接接頭的材料費、機械設備折舊費、封鎖線路運輸損失費和工時費為3500元，采用前已介紹的現有技術“緊急處理、臨時處理和永久性處理”的方案修復一個有傷焊接接頭的材料費、機械設備折舊費、封鎖線路運輸損失費和工時費為6500元，每5個有傷焊接接頭其中1個采用“原位重焊”，4個采用“緊急處理、臨時處理和永久性處理”的方法修復，則每年用現有技術處理、修復有傷鋼軌焊接接頭所花各項費用總計為3921533.33元。而采用本項發明提供的方法和器材加固修復每一接頭所花材料費、機械設備折舊費、封鎖線路運輸損失費和工時費用為2900元，如果全國鐵路每年傷損鋼軌焊接接頭都用本項發明提供的方法和器材進行加固修復，則只需花費費用為1927533.33元，每年全國鐵路可節約該項修復處理費用2025850元。該項發明所能產生社會效益更比經濟效益突出，因為每天鐵路上運行的列車裝載著國家財產和全國東西南北四方八處的旅客，即使防止一次行車事故，其價值也無法用金錢來計算。應當認為本項發明除具有實用性和一定的經濟效益外，更為突出的是社會效益。
下面結合附圖對本發明的實施方式進一步說明圖1是本發明提供的用膠粘碳纖維布加固修復輕傷鋼軌或焊接接頭組裝圖。
圖2是本發明提供的加固修復重傷及已折斷鋼軌或焊接接頭的膠粘器材組裝圖。
圖3是本發明提供的加固修復輕傷鋼軌焊接接頭器材中的的夾板模具立面圖。
圖4是本發明提供的加固修復輕傷鋼軌焊接接頭器材中的的夾板模具，為圖2所示沿A-A線的剖面圖。
圖5是本發明提供的加固修復重傷或折斷鋼軌及焊接接頭器材中的帶玻璃纖維布膠層加肋高強夾板立面圖。
圖6是本發明提供的加固修復重傷或折斷鋼軌及焊接接頭器材中的帶玻璃纖維布膠層加肋高強夾板，為圖5所示沿B-B線的剖面圖。
具體實施例方式
當鋼軌或焊接接頭探傷檢查發現傷損，按不同性質傷損實施以下三種方式加固修復鋼軌或焊接接頭有輕傷——探傷檢查發現輕傷鋼軌或焊接接頭，在圖1上如(1)，可采用本發明提供的碳纖維布(2)、常溫快固膠(3)、防老化保護膜(4)、夾板模具(5)和強力夾具(6)等器材，在3不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌、不鉆螺栓孔)情況下，按以下步驟實施加固修復①封鎖線路；②以輕傷鋼軌或焊接接頭(1)的有傷截面為中心前后各65cm，對軌腰、軌顎和軌底上表面進行打磨除銹；③在工作臺上鋪2張防老化保護膜(4)，并在2張防老化保護膜(4)上分別膠粘3張碳纖維布(2)；④在已完成打磨除銹的軌腰、軌顎和軌底上表面噴涂丙酮或丁酮，進行清洗；⑤分別在輕傷鋼軌或焊接接頭(1)的軌腰、軌顎、軌底上表面和2張帶有防老化保護膜的碳纖維布(2)上，均勻涂抹常溫快固膠(3)；⑥將帶有防老化保護膜(4)、涂有常溫快固膠(3)的碳纖維布(2)與輕傷鋼軌或焊接接頭(1)膠粘；⑦安裝夾板模具(5)和強力夾具(6)；⑧緊固夾具螺栓；⑨待常溫快固膠固化后，拆卸下夾板模具(5)和強力夾具(6)，完成加固修復。
鋼軌或焊接接頭有重傷——探傷檢查發現重傷鋼軌或焊接接頭，在圖2上如(7)，采用加肋高強夾板(8)、玻璃纖維布膠層(9)、常溫快固膠(3)和經磷化皂化處理的高強度螺栓(10)等器材，在2不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌)情況下，按以下步驟實施加固修復①按本發明提供的加肋高強夾板設計圖，加工一批加肋高強夾板，在圖2上為(8)；②在加肋高強夾板(8)上涂抹膠粘劑，膠粘玻璃纖維布，則在加肋高強夾板上有一層玻璃纖維布膠層，在圖2上為(9)；③封鎖區間線路，在重傷鋼軌及焊接接頭(7)處按規定尺寸和要求鉆螺栓孔；④以鋼軌或焊接接頭重傷截面為中心前后各65cm，對軌腰、軌顎和軌底上表面進行打磨除銹；⑤在重傷鋼軌或焊接接頭(7)的軌顎、軌腰、軌底上表面噴涂丙酮或丁酮，進行清洗后，涂抹常溫快固膠(3)；⑥在加肋高強夾板的玻璃纖維布膠層(9)面上也涂抹常溫快固膠(3)，并將兩者膠粘組裝；⑦將經磷化皂化處理的高強度螺栓(10)穿入螺栓孔，并用測力扳手緊固；⑧待常溫快固膠(3)固化后，完成加固修復。
鋼軌或焊接接頭已折斷——檢查發現已折斷的鋼軌或焊接接頭，在圖2上如(7)，同樣采用加肋高強夾板(8)、玻璃纖維布膠層(9)、常溫快固膠(3)和經磷化皂化處理的高強度螺栓(10)等器材，在2不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌)情況下加固修復。實施步驟與加固修復重傷鋼軌或焊接接頭相近，僅應在完成鉆螺栓孔及軌腰、軌顎、軌底打磨除銹后，用液壓鋼軌拉伸器張拉鋼軌，將斷縫擠嚴，并調整軌頂的平直度，然后在已折斷鋼軌或焊接接頭(7)的軌顎、軌腰、軌底上表面噴涂丙酮或丁酮，進行清洗后，涂抹常溫快固膠(3)，同時也在加肋高強夾板(8)的玻璃纖維膠層(9)面上涂抹常溫快固膠(3)，將兩者膠粘組裝后，在螺栓孔中穿入經磷化皂化處理的高強度螺栓(10)，并用測力扳手緊固，當常溫快固膠固化后，完成加固修復。
權利要求
1.一種預防性、補強性加固修復傷損鋼軌或焊接接頭的技術，在不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌和不鉆螺栓孔情況下加固修復輕傷鋼軌或焊接接頭(1)，不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌情況下加固修復重傷及已折斷鋼軌或焊接接頭(7)的方法，以及配套使用的器材，其中包括碳纖維布(2)、常溫快固膠(3)、防老化保護膜(4)、夾板模具(5)、強力夾具(6)、加肋高強夾板(8)、玻璃纖維布膠層(9)和經磷化皂化處理的高強度螺栓(10)。
2.如權利要求1所述，加固修復輕傷鋼軌或焊接接頭(1)的器材，其特征在于一種夾板模具(5)，不鉆螺栓孔，在加固修復輕傷鋼軌或焊接接頭(1)時與強力夾具(6)配套重復使用，與輕傷鋼軌或焊接接頭(1)全斷面密貼吻合，使碳纖維布(2)與輕傷鋼軌或焊接接頭(1)膠粘后兩者之間形成極性基團而產生極強的粘接力，使碳纖維布的高抗拉強度、高彈性模量的特性得以充分發揮作用，達到預防性、補強性加固修復的技術要求。
3.如權利要求1所述，加固修復重傷及已折斷鋼軌或焊接接頭(7)的器材，其特征在于一種加肋高強夾板(8)，能與重傷鋼軌或焊接接頭(7)全斷面貼合，豎向和橫向剛度遠大于現有夾板，其上帶有一層玻璃纖維布膠層(9)，與重傷及已折斷鋼軌或焊接接頭(7)膠粘后構成一個整體結構，恢復和增大承載能力，達到補強性加固修復的技術要求。
全文摘要
本發明開創采用預防性、補強性加固修復傷損鋼軌或焊接接頭的新技術，在不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌和不鉆螺栓孔情況下，加固修復輕傷鋼軌或焊接接頭(1)，在不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌情況下，加固修復重傷及已折斷鋼軌或焊接接頭(7)的方法，以及與其配套使用的器材，它包括碳纖維布(2)、常溫快固膠(3)、防老化保護膜(4)、夾板模具(5)、強力夾具(6)、加肋高強夾板(8)、玻璃纖維布膠層(9)和經磷化皂化處理的高強度螺栓(10)，其中夾板模具(5)和加肋高強夾板(8)為關鍵性器材。本發明克服了既有技術“外科手術”似處理修復的缺點，操作簡便，費用低廉，效果良好，能提高鐵路行車安全的可靠性。
文檔編號E01B31/18GK1958954SQ20061009061
公開日2007年5月9日 申請日期2006年6月29日 優先權日2006年6月29日
發明者盧耀榮 申請人:盧耀榮