專利名稱：軌道無振動、噪聲連接的制作方法
技術領域：
本實用新型直接應用于鐵路、城市輕軌、地鐵等軌道的連接。以及解決城市硬化路面、高架橋路面，因伸縮直縫口引起的振動問題。
背景技術：
傳統軌道連接產生振動與噪聲的問題。原因就在于，當車輪運行到軌道直端口時，如示意圖
圖1所示，車輪軸心O與軌頭面的相對距離h(h＝R)就發生了改變，在下沉了Δh的同時、車輪踏面撞擊了軌道端口，這就是車輪振動發生的根本原因，也是噪聲產生的根源所在。當車輪越過軌道端口之后，軸心O與軌頭面的相對距離又恢復為h。軸心O的位置始終在h～(h-Δh)之間作周期性地變化，振動、響聲也同步做周期性地重復。
發明內容
本實用新型解決其技術問題就是當車輪越過鋼軌端口時，發生撞擊而產生的振動和噪聲的問題。通過改造鋼軌軌頭面直端口的形狀構造，達到避免車輪直接撞擊鋼軌接頭的目的，從根本上消除振動之禍、噪聲之源。本實用新型一共采用了四個實施例。
第一實施例如圖2所示(軌頭面俯視圖)，AE、FD分別是軌I、軌II傳統的接頭直端口線，設定縫口寬AF＝ED＝12mm、令∠ADE＝α臨(α臨稱為臨界角)，tanα臨＝AE/ED＝73/12＝6.08，則α臨＝80°40′。當AD繞O中點(AD與軌頭中心線以及直端口中心線的交點)逆時針旋轉至A1D1時，∠A2D2D＝∠D3F1A＝α(A1D1與軌頭中心線的夾角)。使α＜α臨，用60kg/m型鋼軌、設定α＝30°，就得到一個斜端口接頭。如圖3所示，BH＝1/2 BC＝6mm，在保證鋼軌縱向有效伸縮的前提下，斜縫寬僅只是直縫寬的1/2。車輪運行在A2-F1區間，軸重全部由軌I支承；在F1-D2區間，軸重由軌I、軌II共同支承，而且軸重是由軌I逐步移變到了軌II；在D2-D3區間，軸重就全部由軌II支承。車輪運行在A2-D3整個區間，確保了軸心O與軌頭面的相對距離h始終保持不變。該實施例稱為斜端口的形狀構造連接方式。
第二實施例如示意圖圖8所示(軌頭面俯視圖)左圖由傳統的直端口B、C兩點沿軌頭中心線分別向右平移150mm至B1、C1兩點，演變成了右圖，即得到一個錯開的直端口接頭。車輪運行在B-C區間，軸重全部都由軌I支承。車輪運行在C-B1區間，軸重由軌I、軌II共同支承；車輪運行在B1-C1區間，軸重就全部移變到了軌II。在B-C1的整個區間，確保了軸心O與軌頭面的距離h始終保持不變。該實施例稱為直端口沿中心線平移的形狀構造連接方式，適合于非重載列車的軌道連接，如城市地鐵、輕軌等的軌道連接。
第三實施例在第二實施例的基礎上由二級過度提升為四級過度，如
圖11b所示，該實施例稱為直端口三次平移的形狀構造連接方式。車輪越過四個端口的情況與第二實施例類似。由于端口截面積相對減小，鋼軌的強度也就相對增強，所以該實施例適合于重載列車的軌道連接。
第四實施例由圖3的B、C兩點沿軌道中心線分別向右平移68mm至B1、C1兩點得到一個錯開的斜端口接頭，如
圖13所示。車輪在A2-D3區間運行情況與第一實施例類似，只是車輪在C-B1區間，軸重由軌I、軌II共同支承。該實施例稱為斜端口沿中心線平移的形狀構造連接方式，是通過第一和第二兩技術方案的整合，集兩技術方案的端口小、結構合理、穩固性好等特征，因此更適合于重載列車的軌道連接。
第二、三、四個實施例中，軌I、軌II是直接接觸式連接，成為一條截面積較大的“導體”，可以取代目前用導線焊接鋼軌來作為“信號導線”使用。
本實用新型的四個實施例中，鋼軌接頭橫斷面積都有不同程度的減小。在一定程度上影響了鋼軌的強度，因此要進行鋼軌接頭斷面強度的檢算(檢算方法與連續軌斷面類似)。
第一實施例(用60kg/m型鋼軌)由圖4aK-K剖面可知斷面積減小為(用S空表示) S空＝(17.6×0.692)cm2＝12.18cm2，(CM＝1.2cm×tan30°＝0.692cm)則K-K剖面，斷面積減少到(用S斷表示)S斷＝(77.45-12.18)cm2＝65.27cm2。
第二實施例(選用60kg/m鋼軌)斷面積減少到S斷＝77.45/2＝38.73cm2。
第三實施例(選用60kg/m鋼軌)(1)由
圖11d Q-Q剖面可知斷面積減小為 S空＝22.27cm2，則Q-Q剖面，斷面積減少到S斷＝(77.45-22.27)cm2＝55.18cm2。(2)由
圖11c W-W剖面可知斷面積減小為S空＝(17.6×1.5-4.26)cm2＝22.14cm2(4.26cm2為軌腰外空部分面積)。
則W-W剖面斷面積減少到S斷＝(77.45-22.14)cm2＝55.31cm2。
第四實施例的接頭斷面與第一實施例的接頭斷面相同。四個實施例的檢算過程也基本相同，僅以第一實施例做為例子(即第一技術方案的K-K剖斷面)，作詳細檢算如下。
軌道計算參數
相關計算參數 鋼軌基礎彈性摸量u為 鋼軌基礎與鋼軌的剛比系數k為 計算∑P0μ0值Sp-p＝2S夾+S斷＝(2×37.26+65.28)cm2＝139.8cm2＞2S斷，即整個P-P斷面積是鋼軌斷面積的2倍，所以本實施例的軌道端口連接更加安全、可靠。
四個實施例的檢算結果與屈服強度極限列表如下
由上表可知，第二、第三實施例鋼軌的抗壓及抗拉強度都沒有超過極限值，第四實施例的計算值與第一實施例相同。
本實用新型的有益效果是1、本實用新型的鋼軌連接雖然仍有接頭，但是車輪越過接頭時卻與無接縫鋼軌的效果一樣。由于消除了振動，因此可以延長車輛和鋼軌的使用壽命，較大程度地減少車輛和鋼軌的大修周期。同時具有制作、安裝、拆卸簡便的特點，可降低大修成本，達到減耗增效目的。2、本實用新型因具備了無振動、無噪聲的特征，為列車的提速創造了有利的條件。3、本實用新型的特征，使火車具備了快捷、平穩、舒適的特點，會吸引更多的旅客選乘火車。增加了鐵路的經濟效益，對于鐵路事業的發展會更加有利。4、從環保的角度看，她將會變成一條無噪聲污染的“環保型鐵路”，對鐵路周邊及其沿線的民眾將能營造一個更加寧靜的生活環境。
下面接合附圖及四個實施例，對本實用新型作進一步說明
圖1(正視圖)是車輪在軌道上經過軌道直端口處的狀態示意圖。軸心O的位置在h～(h-Δh)間作周期性地變化。
圖2(軌頭俯視圖、比例1∶1)是第一實施例，臨界角(α臨)的概念圖。只要滿足α＜α臨，就能確保車輪越過軌道端口時，軸心O與軌頭面的相對距離h保持不變。
圖3(軌頭俯視圖、比例1∶1)是直縫BC、斜縫BH與α斜角的關系圖。在BC值一定時，BH與α角的函數關系式為BH＝BC·Sinα，即α角變小時，斜縫BH隨之也變小。
圖4b(俯視圖、比例1∶2)是兩條鋼軌連接的結構圖、4a是K-K剖面圖，剖面中CM＝6.92mm。
圖5b(俯視圖、比例1∶2)是兩條鋼軌連接的結構尺寸圖、5a是P-P剖面圖。
圖6a(正視圖、比例1∶4)、圖6b(俯視圖、比例1∶4)是夾板連接兩條鋼軌的組裝結構圖、6c(比例1∶2)是夾板螺栓孔的尺寸圖、6d(比例1∶2)是夾板伸縮孔尺寸圖。
圖7(俯視圖、比例1∶2)是整條鋼軌兩端的制作圖。
圖8(軌頭俯視圖)是第二實施例鋼軌直端口演變成錯開直端口接頭的示意圖。
圖9(俯視圖、比例1∶4)是整條鋼軌兩端的制作圖。
圖10b(俯視圖、比例1∶3)是夾板連接兩條鋼軌直端口錯開的組裝結構圖、10a(正視圖、比例1∶3)是標有夾板孔位尺寸的組裝結構圖。
圖11b(俯視圖、比例1∶4)是第三實施例夾板連接兩條鋼軌三次錯開的組裝結構圖、
圖11c(比例1∶4)是W-W剖面圖、
圖11d(比例1∶4)是、Q-Q剖面圖、
圖11a(比例1∶4)是標有夾板及其孔位尺寸的正視圖。
圖12(俯視圖、比例1∶6)是整條鋼軌兩端的制作圖。
圖13(俯視圖、比例1∶1)是第四個實施例兩條鋼軌斜端口錯開連接的組裝結構圖。
圖14a(正視圖、比例1∶4)、
圖14b(俯視圖、比例1∶4)是夾板連接兩條鋼軌的組裝結構圖。
圖15a(俯視圖、比例1∶3)、
圖15b(俯視圖、比例1∶3)是整條鋼軌兩端的制作圖、
圖15a示為左端、
圖15b示為右端。
具體實施方式
在第一實施例中為了盡量節約鋼材，設計了按圖7制作施工的方案(鋼軌的孔位尺寸與圖6a夾板的孔位尺寸一致)(一)鋼軌左端1、距第一孔左側57mmJ點處橫向切斷，從軌頭上邊緣N點與NT1成30°角切割至軌頭下邊緣的T點，最后沿TV橫向切斷。2、按圖6b中的軌II位置的尺寸從第三孔向右140mm處鉆一個φ26mm的新孔。(二)鋼軌右端1、距第一孔右側57mm J1點處橫向切斷。從軌頭下邊緣N1點與N1T成30°角切割至軌頭上邊緣的T1點，最后沿T1V1橫向切斷。2、按圖6b中軌I位置的尺寸從第三孔向左140mm處鉆一個φ26mm的孔為新孔，整條鋼軌就制作完成。(三)兩條鋼軌的連接，按圖5a、圖5b、圖6a、圖6b進行組裝。圖6a中的組裝孔，由圖6b中軌I、軌II的第一孔構成；以組裝孔為中心分別按順序向左、右排列為第二孔、第三孔、新孔。螺栓安裝的方向應交錯于鋼軌的兩側。
在第二實施例中，按圖9的尺寸進行制作，即左端距第一孔左側72mm處橫向切斷，沿軌頭中心線向右切割150mm再向下橫向切斷。右端距第一孔右側72mm處橫向切斷，沿軌頭中心線向左切割150mm再向上橫向切斷，整條鋼軌就制作完成。兩條鋼軌的整體連接按
圖10a、
圖10b(含夾板、孔位尺寸)進行組裝，螺栓安裝的方向應交錯于鋼軌的兩側。
圖10a中的組裝孔分別同時由
圖10b中軌I、軌II的第一孔構成。
在第三實施例中，整條鋼軌的制作按
圖12的尺寸進行，即左端距第一孔左側64mm處橫向切斷，從下方距軌頭中心線15mm處，作平行于軌頭中心線向右切割140mm，向上橫向切割至中心線，沿中心線向右切割140mm，又向上橫向切割距中心線15mm處，再作平行于中心線向右切割140mm，最后向上橫向切斷。右端距第一孔右側64mm處橫向切斷，從上方距軌頭中心線15mm處，作平行于軌頭中心線向左切割140mm，向下橫向切割至中心線，沿中心線向左切割140mm，又向下橫向切割距中心線15mm處，再作平行于中心線向左切割140mm，最后向下橫向切斷，整條鋼軌就制作完成。兩條鋼軌的整體連接按
圖11a、
圖11b結構圖進行組裝，夾板螺栓孔及其伸縮孔按圖6c、圖6d的尺寸制作，
圖11b中的組裝孔分別由
圖12中的第二孔構成。螺栓安裝的方向應交錯于鋼軌的兩側。
在第四實施例中，整條鋼軌的左端按
圖15a中的尺寸制作，距原二孔左側91mm處橫向切斷，從上面與軌頭邊緣線成30°夾角切割至軌頭中心線，沿中心線向右切割68mm，再與軌頭中心線成30°夾角向下切割至軌頭邊緣處，最后向下橫向切斷。按
圖14b中軌II的尺寸，從原三孔向右140mm處鉆一個φ26mm的孔作為新一孔再向右140mm處鉆一個φ26mm的孔作為新二孔。右端按
圖15b中的尺寸制作，距原二孔右側91mm處橫向切斷， 從下面與軌頭邊緣線成30°夾角切割至軌頭中心線，沿中心線向左切割68mm，再與軌頭中心線成30°角向上切割至軌頭邊緣處，最后向上橫向切斷。按
圖14b中軌I的尺寸，從原三孔向左140mm處鉆一個φ26mm的孔作為新一孔；再向左140mm處鉆一個φ26mm的孔作為新二孔，整條鋼軌就制作完成。兩條鋼軌的連接按
圖13的結構圖操作、兩條鋼軌的整體連接按
圖14a、
圖14b結構圖安裝(含夾板的孔位尺寸)，夾板螺栓孔及其伸縮孔按圖6c、圖6d的尺寸制作，螺栓安裝的方向應交錯于鋼軌的兩側。
對于城市道路硬化路面、高架橋路面因伸縮直縫引起的振動、噪聲問題，只要把鋼軌軌頭寬視為路面寬，采用直縫變斜縫時，兩縫夾角取α＝45°即可。當汽車輪子越過斜縫口時，振動和噪聲就可以消除。
權利要求1.一種軌道無振動、噪聲連接，是能夠避免車輪直接撞擊鋼軌端口的連接，其特征是所述連接的形狀構造為斜端口形狀構造或者直端口錯開形狀構造或者斜端口錯開形狀構造。
2.根據權利要求1所述的軌道無振動、噪聲連接，其特征是對斜端口形狀的構造要求是斜端口線與軌頭中心線的夾角α要小于臨界角，取α＝30°。
3.根據權利要求1所述的軌道無振動、噪聲連接，其特征是對直端口錯開形狀的構造要求是直端口線沿軌頭中心線分別平移150mm。
4.根據權利要求1所述的軌道無振動、噪聲連接，其特征是對直端口三次錯開形狀的構造要求是直端口線分別平移140mm。
5.根據權利要求1所述的軌道無振動、噪聲連接，其特征是對斜端口錯開形狀的構造要求是斜端口線沿軌頭中心線分別平移68mm。
專利摘要一種軌道無振動、噪聲連接，可用于鐵路、城市輕軌、地鐵等的軌道連接。本實用新型解決的是當車輪越過鋼軌直端口時，如何消除因發生撞擊而產生振動和噪聲的問題。其特征是從俯視鋼軌軌頭面的方向，把鋼軌原來直端口形狀用四種最新型的端口形狀取代。即第一種斜端口形狀，其構造特點是斜端口線與軌頭中心線的夾角為30°；第二種直端口線平移形狀，其構造特點是直端口線平移的距離分別為150mm；第三種直端口線三次平移形狀，其構造特點是直端口線平移的距離分別為140mm；第四種斜端口線沿中心線平移形狀，其構造特點是斜端口線平移的距離分別為68mm。
文檔編號E01B11/00GK201058956SQ200620130948
公開日2008年5月14日 申請日期2006年7月22日 優先權日2006年7月22日
發明者張永福 申請人:張永福, 張 磊, 張 潔