CN1125798A - 梯形轨枕和铁路轨道 - Google Patents

Abstract

本发明包括沿轨道纵向，在各对钢轨下面设置的纵向梁，和多个沿纵向按设定间隔将这些纵向梁互相联接的联接件。由于本发明的梯形轨枕的结构为，纵向梁沿着钢轨纵向连续定位，轨道架纵向的抗弯刚度增加了，由于改善了车辆荷载的分配，使道碴压力减少，从而可减轻因列车荷载的重复荷载而导致的轨道变形。

Description

梯形轨枕和铁路轨道

本发明涉及铁路轨道和用于铁路轨道的轨枕。

图16为一通常所用的采用横向轨枕的道碴铁路轨道的结构图。图中4为一钢轨，6为道碴，7为一钢轨紧固件，8为一横向轨枕。通常的道碴铁路包括一种结构，即，轨道架是由相对于钢轨横向放置的单块或双块横向轨枕8构成。列车在钢轨纵向和横向上的荷载由道碴的承载压力和摩擦力所支承。

上述使用横向轨枕的普通轨道因为受到列车反复荷载的严重的影响，易出现轨道变形。其结果是，这种变形加剧了列车的震动，破坏了运行稳定性和乘坐舒适性。因此，需定期进行保养，精确测量出轨道变形清况，如有需要，就要对轨道变形形成处进行校正或维修。

但这需花费大量劳动力和资金，不仅是由于保养和维修工作仍依赖体力劳动，特别是因为这种工作通常要夜间作业并在很短时间完成。而且劳动力短缺以及铁路维修工人年龄偏大已成为当今的问题。因此，需要有一种能够减少所需维修作业量的轨道结构。

使用这种普通的横向轨枕，不仅由于对轨道断断续续支承使局部道碴压力变大，而且列车经过时车轮的重复荷载使钢轨出现了变形。这些钢轨变形变大时加剧了列车的震动，破坏了运行稳定性和乘坐舒适性。因此，定期的维修工作是必不可少的。

此外，申请号为FR76-22586的申请中提出使用平行于钢轨设置的短轨枕。但即使用这种轨枕仍需解决如何保持轨道的几何形状及如何使道碴沿钢轨纵向压力均匀这类问题。

本发明的梯形轨枕是作为上述问题的一种解决方案而提出的。这种轨枕旨在减少所需的维修作业等，其机理和手段为：(1)通过改进列车载荷的分布，减小因重复的列车荷载引起的轨道变形，(2)利用连续的纵向轨枕所提供的大的横向阻力，减小因轨道横向荷载，例如横向推力所引起的变形。本发明的梯形轨枕的另一目的是，提供一种这些轨枕与钢轨连结而成的铁路轨道。通过采用在平行于轨道方向上的连续梁结构，设置连续地支承铁轨的连续轨垫，本发明的梯形轨枕能够减小地基震动、滚动噪音和钢轨波浪变形。

为实现上述目的，本发明包括沿所述钢轨纵向在各对钢轨的下面设置纵向梁，和将这些纵向梁沿纵向按设定的间隔相互联接的多个联接件。所述联接件的特征为，其柔性大于所述纵向梁的柔性。

除了上面所叙述的，本发明的特征如下：

所述纵向梁与钢轨沿钢轨纵向多点联接。

所述联接件为圆形截面。

在纵向梁之间设置防爬板，以增加轨枕对纵向载荷的阻力，其高度大致与所述纵向梁相等。

在所述纵向梁内表面沿垂直方向设置用来使所述防爬板的端部***的槽。

所述纵向梁包括预应力混凝土，所述联接件要做得足够长以便能够伸至两根纵梁的外部，它与埋在所述纵梁内的预应力筋交叉。

置于道床上的纵向梁包括道碴、水泥沥青砂浆、橡胶或合成树脂，及上述材料的混合体。

在纵向上保持连续的纵向梁互相联接。

所述纵向梁的横截面应根据埋入深度、混凝土表面层和每对用于联接钢轨与纵向梁的紧固装置之间的距离在允许的范围内取适当的最小横截面。

本发明的铁路轨道包括在每对钢轨的每根下面沿其纵向设置的纵向梁，和沿纵向按一定间隔将这些纵向梁相互连接的许多联接件。所述联接件的柔性大于所述纵向梁的柔性。所述纵向梁沿轨道纵向多点与轨道连接。

由于本发明的梯形轨枕具有纵向梁沿钢轨纵向连续定位的结构，轨道架绕横向轴线的抗弯刚度增加，并通过改善列车荷载的分布减小了道碴压力。从而能够减小因重复的列车荷载所引起的轨道变形。而且能将梯形轨枕做成纵向单位长度上的体积与单块型轨枕大致相等。

使用细长的联接件，例如钢管或多边形钢管，可使其只受到很小的道碴反作用力。因此，纵向上轨道的刚度只有微小的波动，并且由于道碴承载力的不平衡，大大减小了联接件上的弯曲或扭曲应力。细长的联接件还能够***作为纵向梁的主要加强件的预应力筋之间，也能牢固地埋入钢轨联接器之间。

本发明的轨枕可用于道碴、水泥沥青砂浆、橡胶、或合成树脂，或上述材料的混合体的道床。

将纵向上相邻的纵向梁相互连接，就实现了长距离轨道刚度均匀的连续轨道结构。

由于在轨道纵向设置纵向梁，就可连续铺设轨垫，从而连续支承钢轨，使地基震动、滚动噪音和钢轨的波浪变形减小。

在长的焊接钢轨的可动部分，轨枕受到这部分的纵向力，不能纵向提供足够的阻力，在这种情况下，可通过设置防爬板来阻挡纵向荷载。

如果出现了轨道变形，可用维修机将轨枕在任意点提起，并进行捣固道碴、吹入小碎石或注入砂浆等维修作业。

通过梯形轨枕与钢轨结合的总体结构，可实现相对高的轨架抗弯刚度。

如上所述，使用本发明的梯形轨枕，由于采用了在钢轨纵向上设置纵向梁的结构，轨架绕横轴的抗弯刚性增强了，列车荷载的分布得到改善，从而减小了由重复荷载所引起的轨道变形，减小了维修作业量。此外，由于纵向梁增大了横向阻力，垂向的轨道不规则减小了，因此也减少了维修作业量。

进而，由于沿纵向采用类似于长的焊接钢轨的方式将保持连续的纵向梁互相连接，防止了纵向梁端部轨道毁坏。而且通过连续设置轨垫，减少了地基震动、滚动噪音和轨道的波浪变形。

结果，减小了轨道保养的工作量，劳动力短缺和铁路维修工人年龄偏大的问题可以克服了。此外，用水泥沥青砂浆、橡胶、合成树脂或类似物作为一种道碴的代用品，可减少材料成本和造价。

此外，由于防爬板能够***纵向梁的内表面上形成的槽中，必要时***这些防爬板增加纵向阻力，而不影响梯形轨枕的结构性能。

图1为本发明的实施例1的梯形轨枕的结构图。

图2为沿图1的A-A线的横截面图。

图3A为一简图，示出了实施例1的梯形轨枕轨道结构的道碴压力分布状态。

图3B为一简图，示出了普通的横向轨枕型轨道结构的道碴压力分布状态。

图4A为一曲线图，示出了实施例1的梯形轨枕轨道结构的道碴压力分布状态。

图4B为一曲线图，示出了按照一项分析得到的普通的横向轨枕型轨道结构的道碴压力分布状态。

图5为一结构图，示出了本发明的实施例2，其中采用了水泥沥青砂浆作为道床材料。

图6为一结构图，示出了本发明的实施例3，其中纵向梁在纵向上互相连接，钢轨由连接设置的轨垫所支承，形成长距离的，连续均匀的轨道。

图7为一结构图，示出了本发明的实施例4，其中在一对包括该梯形轨枕的纵向梁之间设置一防爬板。

图8为一结构图，示出了本发明的实施例5，其中本发明的梯形轨枕被用于轨道的一转弯处。

图9为一横截面图，示出了图2中所用的普通的钢轨联接器的结构。

图10为一示意图，示出了本发明的实施例6，在该实施例中，用维修机将轨道提升进行轨道维修作业。

图11为本发明的实施例7的平面图，示出了梯形轨枕内部加强钢筋的设置。

图12为图11中的联接件的联接部分的放大图。

图13为沿图12中B-B线剖开的横截面图。

图14为沿图12中C-C线剖开的横截面图。

图15为一透视图，示出了图11中的联接件的外表。

图16为通常的使用横向轨枕的道碴轨道结构的结构图。

图1是表示本发明的实施例1的结构图。图2是沿图1中A-A线剖开的横截面图。图3是一幅简图，示出了实施例1的梯形轨枕轨道结构的道碴压力的分布状态和普通的横轨枕型轨道结构的分布状态。图中，1为梯形轨枕，2为一纵向梁，3是将纵向梁2连接起来的联接件4为一钢轨，5为一轨垫(例如由橡胶片制成的弹性材料)，其置于钢轨4和纵向梁2之间以吸收震动，6是道碴，梯形轨枕埋在其中，7为一轨道固定器，用于将轨道4固定在纵向梁2上，8为通常的横向轨枕，10是一个车轮。

本实施例的梯形轨枕1包括一对纵向梁，其弯曲钢度应使其能够用通常的保养方法进行保养，轨枕1还包括细长耐用的联接件3，其连接纵向梁2，并沿纵向按一定间隔安装。为了使纵向梁2具有适当的抗弯钢度，它们的横截面的高度相对较低。此外，纵向梁2在其上表面上支承钢轨4。通过分配列车荷载，减小了列车的重复荷载所引起的轨道变形。联接件3连接着一对纵向梁2，并起到保持轨距的作用。

在通常的横轨枕轨道中，轨枕只是轨道的支撑点。绕轨架横向轴线的弯曲刚度仅取决于钢轨4。结果，列车荷载引起的轨道变形很大，产生较强的车辆震动。反之，由于梯形轨枕1有绕轨道横向轴线连续的纵向梁2，其具有纵向梁2与钢轨4的复合刚度。因此，轨架的纵向弯曲刚度增加了，从而分散了列车荷载，单位面积上的道碴的垂直压力减小了。

由于纵向梁2的纵向上被连续地埋入，道碴的横向阻力增加了，从而能够减小铁轨的变形。

图3A和3B是列车经过时受到从车轮10至钢轨4和轨枕1和8直接向下的荷载后轨枕下的道碴内的压力分布简图。对于梯形轨枕1如图3A所示，由于来自车轮的荷载由纵向梁2和钢轨4共同支承，车轮10正下方的荷载不是非常集中。反之，对于横向轨枕8，如图3b所示，在车轮10正下方的轨枕8处，出现了集中荷载。因此，道碴压力的局部增加是很明显的。

采用了梯形轨枕，道碴压力的最大值减小了，道碴压力的波动得以缓解。此外，明显地降低了由于列车通过引起的道碴加速。结果是，能够防止由于道碴摩损或流动引起的轨道毁坏或变形。

图4A和4B则进一步显示了一项分析结果，在轨道纵向和向下方向上计算了因箭头所指方向上的车轮荷载而产生的道碴内的压力分布。如果施加80KN的车轮荷载，对于通常的横向轨枕，车轮正下方的压力显然出现极大的增加。反之，对于梯形轨枕，如图4B所示，证实了无局部压力增大。进一步说，可以证实，本发明的梯形轨枕的道碴内的最大压力值大约为通常的横向轨枕的相应值的一半。

图5是本发明的实施例2的结构图，其中采用水泥沥青砂浆作为道床材料。在该例中，1表示梯形轨枕，2为纵向梁，16是包含水泥沥青砂浆的道床。

在道碴床中很容易出现不均匀支撑力，而包含水泥沥青砂浆，橡胶，合成树脂及类似物的道床很少出现不均匀支撑力。在实施例2中，可将作为轨枕板或大型板状轨枕(宽轨枕)的替代品的本发明的梯形轨枕置于含有水泥沥青砂浆的道床16上。同样，本发明的梯形轨枕也可置于含有橡胶或合成树脂的道床上。

图6示出了本发明的实施例3。该梯形轨枕具有纵向互相连接的纵向梁，这种结构在很长距离内是保持连续的，因此这种梯形轨枕构成了连续均匀的轨道。1是一梯形轨枕，2是一纵向梁，4为一段钢轨，5是一轨垫。

采用实施例3的梯形轨枕1，通过将纵向相邻的纵向梁2一根接一根地连接，可实现一连续均匀的轨道结构，其抗弯刚度为纵向梁2与钢轨4的抗弯强度的组合。

这种轨枕与普通的只能间隔支撑钢轨4的横向轨枕不同。由于采用连续梁2，就能够通过连续设置轨垫5连续地支撑钢轨。该轨道包括纵梁2和具有一均匀断面的钢轨4，因此能减少滚动噪音和钢轨的波浪变形。

图7是本发明实施例4的结构图，该例中在梯形轨枕的每对纵向梁之间设置防爬板。图中1为梯形轨枕，2为一纵向梁，4为一段钢轨6是道碴，11是防爬板，12是防爬板***的槽。

本实施例的轨枕是基于如下假设而构成的，即：长焊接钢轨的可动部分对纵向荷载的阻挡能力不足。在纵向梁内表面的适当间隔处设置槽12。将混凝土或钢防爬板11的端部***槽中。结果可增加纵向阻挡力(抵抗道碴床内纵向运动的阻挡力)。如图所示，使防爬板11的高度近似等于纵向梁2的高度，可获得最大的纵向阻挡力。由于如上所述防爬板11只***槽12中，仅起到增加纵向阻力的作用，而不会对梯形轨枕的结构性能例如轨道刚度产生任何负作用。这就是说，很难因防爬板11的存在而影响道碴内的压力分布。

也可按特定间隔在多个位置上设置所述槽12，并根据需要的阻挡力在某些槽12中***所述防爬板11。以这种方式，通过使防爬板11的高度近似等于纵向梁的高度，因采用圆形联接件3或因选择这些接件3的直径而使其具有所需的低刚度和强度所引起的低阻挡力可以得到补偿。换句话说，由于可通过增加防爬板随意调整纵向阻挡力，设计联接件3时不必考虑纵向阻挡力。采用此纵向梁2高的防爬板甚至可获得更大的阻挡力。如图所示，由于用于插防爬板11的槽12仅提供在纵向梁2的内表面，各纵向梁的横截面出现了不对称。这种不对称的结果是，若要施加预应力，纵向梁就有可能产生横向弯曲，故希望采取下述措施解决这个问题。即，可在纵向梁2的表面上设置虚设槽；或者不改变包括纵向梁2的预应力混凝土的横截面形状，而是在从纵向梁2的内表面伸出的部位上设置与上述等同的槽，将防爬板***这些槽中。

图8示出了本发明实施例5。在实施例5中，将带有短纵向梁的梯形轨枕与相邻的钢轨紧固件，例如采用系板或底板的紧固件结合，用于轨道的转弯部分。图中1为梯形轨枕，2为纵向梁，4是一段钢轨，7是钢轨紧固件。实施例5中的这些轨枕是由较短的纵向梁利用可调钢轨紧固件7构成的梯形轨枕。虽然纵向梁是直的，但可采用类似于多边形的直边与一圆相配合的方式，使轨枕与弯道相配合构成轨架的弯道部分。

图9详细地示出了用于本发明的普通的机道紧固件的一个例子。***件20竖直埋在混凝土梁内。在***件20内有大致平行于钢轨的支撑孔21。扣件22***支撑孔21中。通过将钢杆成型为图示的形状制成所述扣件22，使其的作用象弹簧。将所述扣件22的一部分***支撑孔21中，这样就可利用所述***件20将其与纵向梁2连接。钢轨4被夹紧支撑在扣件22与纵向梁2之间。23为一绝缘材料，埋置于纵向梁2内的钢轨紧固件的***件20需要得到足够的支撑。因此，纵向梁2的绝对最小横截面积由用于支撑***件20的连接力的最小的混凝土覆盖层所决定，而各对钢轨紧固件之间的距离则取决于钢轨4的宽度。

图10为说明本发明的梯形轨枕的维修工作量的附图，用维修机将轨道提起进行维修工作。图中1为一梯形轨枕，4为一钢轨，6为道碴，13是一轨道提升设备，14为一细碎石填塞设备或吹入设备，15为轨道维修机。

用普通的横向轨枕，轨道绕横轴的抗弯刚度仅取决于钢轨4，因为轨枕是间断设置的。结果是，轨道结构的抗弯底低。而本发明的轨道采用纵向梁，由于轨道4与纵向梁的抗弯刚度加在一起，所以轨道结构的抗弯刚度较高。对于道碴轨道，轨道维修通常用道碴填塞方法，利用机械动力，例如多台轨枕捣固器所提供的。将轨架提高大约3cm进行道碴填塞。但是，如果轨道的抗弯刚度太大，维修机就很难将整个轨架提起。采用本发明，使纵向梁2取绝对最小横截面，纵向梁2与钢轨4的组合刚度可确定一适当的最小值。因此整个轨道结构有最合适的弯曲刚度。这样可用传统方式进行轨道维修工作，用轨道提升机15将轨枕提起，填入道渣，吹入细小碎石或浇注砂浆。

图11至15示出了涉及纵向梁2和联接件3的联接部分的结构。

联接件3由钢管构成，其长度与梯形轨枕1的宽度减去两边的必要的混凝土覆盖层厚度大致相同。纵向梁2内有多个互相平行的纵向预应力筋32。在与这些预应力筋32垂直的方向上有一加强杆33。在所述联接件3附近，除预应力筋32和第一加强杆33外，还有第二加强杆34，以增加联接件与附近混凝土之间的联接力。将所述第二加强杆34成形为一钩状，以上至下将联接件3围住。为确保联接件3与附近混凝土之间的联接力，在联接件3埋入纵向梁处提供螺旋加强杆35。在纵向梁2内埋入管36，以***缆索和类似物。围绕这些管36提供了加强杆37以增加与混凝土的联接强度。

所述联接件的结构如图15所示。在联接件3的两边有径向伸出的肋条35，联接件3的扭力传给混凝土。这些肋条35的上下表面还有小肋条36，横向力从联接件3传送到混凝土。如图9所示，钢轨紧固件7的***件20埋置在纵向梁2内，避开所述联接件3部分。围绕这些***件以螺旋的方式设置加强杆也是增加该***件与混凝土之间的联接力的有效措施。对于用于联接两相邻的纵向梁的***件(特别是在带螺旋孔的圆柱形的)，也希望围绕这些***件以螺旋方式设置加强杆，来增加这些***件与混凝土之间的联接强度。至于这些纵向梁的长度，则需考虑易于将其运到施工现场。因此可定为12.5米，但不必限制在这一值。此外，***件(钢轨紧固件的间隔例如可定为约0.6米)，联接件3之间的距离约2.5米，但上述间距不必限于此数值。

此外，在上述实施例中，可通过用圆形截面管制成联接件，使联接件3与纵向梁2之间的联接部分处在任一方向上的荷载均匀。但也可采用角形管或任何其他截面形状，来增加所希望的方向上的承载力。

Claims (21)

1.梯形轨枕，它包括在一对钢轨下设置的成对纵向梁，每一纵向梁沿所述钢轨的纵向设置在一相应的钢轨之下，多个联接件沿钢轨纵向按在设定的间隔将所述纵向梁互相联接，其中所述联接件具有比所述纵向梁柔性更好的结构。

2.如权利要求1的梯形轨枕，其特征在于，所述纵向梁与所述钢轨沿轨道纵向多处相联。

3.如权利要求1的梯形轨枕，其特征在于，所述联接件的横截面为圆形，其半径小于所述纵向梁的高度。

4.如权利要求1的梯形轨枕，其特征在于，在所述纵向梁对之间设置防爬板，其高度大致与所述纵向梁的高度相等。

5.如权利要求2的梯形轨枕，其特征在于，在所述纵向梁对之间设置防爬板，其高度大致与所述纵向梁的高度相等。

6.如权利要求3的梯形轨枕，其特征在于，在所述纵向梁对之间设置防爬板，其高度大致与所述纵向梁相等。

7.如权利要求4的梯形轨枕，其特征在于，在所述成对的纵向梁的内表面的垂直方向内设置有用于***所述防爬板端部的槽。

8.如权利要求5的梯形轨枕，其特征在于，在所述成对的纵向梁的内表面的垂直方向内设置有用于***所述防爬板端部的槽。

9.如权利要求6的梯形轨枕，其特征在于，在所述成对的纵向梁的内表面的垂直方向内设置有用于***所述防爬板端部的槽。

10.如权利要求7的梯轨枕，其特征在于，所述槽设置在从所述成对的纵向梁的侧面凸出的一凸块内。

11.如权利要求8的梯形轨枕，其特征在于，所述槽设置在从所述成对的纵向梁的侧面突出的一凸块内。

12.如权利要求9的梯形轨枕，其特征在于，所述槽设置在从所述成对的纵向梁的侧面突出的一凸块内。

13.如权利要求12的梯形轨枕，其特征在于，所述纵向梁包括预应力混凝土，所述联接件的长度应足以达到所述纵向梁对的两外侧部分，从而与所述纵向梁内的主加强件交叉。

14.如权利要求13的梯形轨枕，其特征在于，所述纵向梁置于一包括道碴，水泥沥青砂浆，橡胶，合成树脂，或上述材料的混合体的道床上。

15.如权利要求14的梯形轨枕，其特征在于，纵向上连续的纵向梁互相联接。

16.如权利要求1的梯形轨枕，其特征在于，所述纵向梁的横截面积是由埋置深度，混凝土覆盖层厚度和用于将所述钢轨与纵向梁联接的各对钢轨紧固装置之间的距离所决定的一适当的最小横截面积。

17.如权利要求6的梯形轨枕，其特征在于，所述纵向梁的横截面积取是由埋置深度、混凝土覆盖层厚度和用于将所述钢轨与纵向梁联接的各对钢轨紧固装置之间的距离所决定的一适当的最小横截面积。

18.铁路轨道，它包括：在一对钢轨下设置的成对纵向梁，各纵向梁在沿所述轨道的纵向设置在一根相应的钢轨的下面、许多联接件沿钢轨的纵向按设定的间隔将所述纵向梁互相联接，其中所述联接件具有比所述纵向梁的柔性更好的结构，所述纵向梁与所述钢轨沿钢轨纵向在多处互联接。

19.如权利要求18的铁路轨道，其特征在于，在所述成对的纵向梁之间设置高度与所述纵向梁高度大致相等的防爬板。

20.如权利要求19的铁路轨道，其特征在于，在所述成对的纵向梁的内表面的垂直方向上带有用于***所述防爬板端部的槽。

21.如权利要求20的铁路轨道，其特征在于，所述槽设置在从所述纵向梁对的侧面突出的凸块内。

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