专利名称：整体包覆式铁路轨枕及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种铁路轨枕及其制造方法。
背景技术：
在铁路问世之初，铁路轨枕全部采用木材制成。木制枕木由道碴石保持在位，而钢轨则利用垫板和大方钉与枕木相连接。
由于木制枕木材质本身的特性，可接受和保持道钉，从而可以将钢轨和垫板系固系统固定于轨枕上，这是它的主要优点。木制枕木在载荷作用下会发生弯曲。这种弯曲的有利性在于它有助于提供一种较柔和的行驶性。较为不利的是，木制枕木易受日晒和风雨侵蚀，而变质老化，使用寿命短，因此必须定期予以更换，这样也进一步增加了更换和维护成本。更是由于森林资源日趋匮乏，寻求替代材料以取代木制枕木已成必然。
为了改进木制枕木的不足，人们研制出混凝土轨枕。
但是，传统的混凝土轨枕太硬，不能采用传统和标准的系固结构(垫板和大方钉)。混凝土轨枕采用了轨枕制造过程的混凝土固化阶段中予以附连的预制系固件。而且，每一轨枕必须被单独加载因此阻碍了模制。由于混凝土轨枕较刚硬并且是非柔性的，因此初看上去它们好像是较有利的，可以提供一种刚性很高的轨道组件，可提高侧向稳定性和便于轨距的控制，延长钢轨的寿命，并且可以大大节省机车燃料。但是，由于不存在道碴石振动现象而好像显著降低的维护成本实际上已变成了另一种维护成本。混凝土轨枕硬度过高，以致于可将其下方的道碴石逐渐碾碎，对列车的运行带来不利的影响，这样就必须定期更换道碴石。更为重要的是，混凝土轨枕提供了刚硬的行驶系统，减震作用差，对火车的提速具有限制和制约作用。
后来有人提出其他材料来制成铁路轨枕。例如，授予Murray的美国专利No.5,238,734揭示了一种由回用轮胎碎段和一种环氧混合物相混合而成的混合物制成的铁路枕木。其它揭示了利用复合材料来制造铁路枕木的专利包括美国专利No.4,150,790(Potter)和美国专利No.4,083,491(Hill)。虽然由复合材料制成的枕木使用寿命明显长于传统木制枕木，但是，它强度明显不足，不能提供足够的耐用以承受干线铁路轨枕的重复不断的沉重载荷。复合轨枕的沉降，会使道碴石振动离开轨枕，因此需要频繁地对道碴进行填充整补。
为了改进木制枕木、混凝土轨枕和单纯复合材料轨枕所存在的不足，并兼收它们各自的优点，人们又研发出复合式轨枕，中国专利号99815337.0就是一种复合式轨枕。
上述复合式铁路轨枕实际上是由两大部分组成，一部分是复合材料制成的由上、下两部分组成的外壳，另一部分是加强内芯。其中外壳的上、下壳体由一种适当的粘接剂，最好是由一种可以从MaoTao Corporation买到的航空用聚氨酯粘合剂，沿着它们的接触表面粘接固定在一起，然后两者间再用木螺丝紧固在一起，最后两端各粘合一个特制端盖。另一部分加强内芯由三小部分组成，这部分的最外面是W型或H型钢板，里面填充特殊的混凝土，钢板包在混凝土外面使其不致于长时间受冲击碎裂散开，内芯保证了整体的强度。为了能在复合铁路轨枕上钉入道钉固定钢轨，在所述内芯支撑铁轨处还设置了固钉块，其材料与外壳材料相同。
此复合轨枕结构，一方面，外壳的高强度和柔韧性使其起到了对铁路较大冲击力的缓冲和减震作用，代替了木材但是比木制枕木耐用，并且此复合铁路枕木的原料是不可降解的废旧塑料和橡胶回收品，既减少了环境污染又保护了森林。另一方面，原有的混凝土轨枕与道碴两者都是高硬度物料，长时间的摩擦和振动导致道碴粉碎，从而降低了铁路的安全系数。为保证铁路安全，我们以往的做法是人工定期维护，这样就引入了成本问题，这方面此复合轨枕特殊的外壳结构和材料使道碴嵌入外壳内一定深度，从而减小了铁路枕木与道碴之间的相对移动，解决了原混凝土轨枕存在的问题。
然而，此复合式轨枕也有其非常明显的不足。参见图7，从结构上看，分体式外壳19是由上、下壳体两部分组成的，中间有一条结合线，这条结合线就是上下壳的接缝19-1。此接缝19-1处在上下两接触面涂抹特种胶粘合，然后用木螺丝17将上下表面固定。从结构中可以看出，木螺丝相对于铁路轨枕所受的力来说是微不足道的，也就是说，此木螺丝很容易被破坏。接触面的粘接剂也很容易脱开，造成上、下壳体错位，即使是微小的错位也会使上、下壳体不能形成一整体，因而存在损坏的机率较大。更是由于外壳和内芯两者之间存在着一定的间隙，当轨枕受到横向力的时候，两者间的间隙造成的松动必会加速轨枕的磨损，上、下外壳之间的相互错开，以及磨损的直接结果大大降低了可靠性，并缩短了此复合铁路轨枕的使用寿命，甚至造成外壳开裂破坏。
从另一方面，制造复合式轨枕的工艺也存在着不足，外壳的生产和装配是分开的，它需要增加一条装配生产线，这样势必加大设备投资，工艺复杂，劳动力投入多，生产效率低。
如何克服上述不足，则是本发明所面临的设计课题。
发明内容
本发明提供一种整体包覆式铁路轨枕及其制造方法，它可以解决现有复合式轨枕外壳的设计缺陷所存在的易磨损、可靠性低和使用寿命短、存在意外开裂等严重问题。
为了达到解决上述技术问题的目的，本发明的技术方案是，一种整体包覆式铁路轨枕，它包括内芯和包围内芯的外壳，外壳由一种可变形复合材料制成，其特征在于所述的外壳为整体包覆式，在形成过程中，熔接附着在内芯上构成一体。
在本发明中，还具有以下技术特征所述的内芯是由支撑骨架和填充在支撑骨架腔内的增强填料所构成。
在本发明中，还具有以下技术特征外壳由再生橡胶粉或废油漆和再生塑料组成，其混合的体积比例为30-70∶30-70，其中，再生橡胶粉由废弃橡胶制品粉碎而成，废弃橡胶制品包括废弃轮胎、橡胶鞋底及硫化后的橡胶制品；再生橡胶的胶粉粒度为5-80目；再生塑料是由废弃的塑料制成的片状、粒状或是经过二次制粒。
在本发明中，还具有以下技术特征再生塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚酯。
在本发明中，还具有以下技术特征支撑骨架是由钢板折叠成横截面形状为W型、H型，或支撑骨架为俩圆管。
在本发明中，还具有以下技术特征增强填料是由固钉块和混凝土两部分组成，固钉块的材料与外壳的材料相同。
本发明铁路轨枕的制造方法，按如下步骤进行①.内芯作为内模，将制造好的内芯由牵引机牵引至支座上的外壳模具处；②.将外壳所需的混合物料按如下步骤操作，a.再生橡胶的胶粉粒度为5-80目，再生塑料为片状、粒状或是经过二次制粒；b.再生橡胶与再生塑料按下列体积比例30-70∶30-70进行混合；c.混合后用螺旋送进器将物料送入挤出机，在挤压过程中将混合物料加热，加热的温度为120℃-240℃；电动机的动力经变速箱变速后，将动力传给挤出机螺杆，螺杆转动使物料熔融挤出；对内芯进行预热，使得挤出物料在包覆在内芯的金属外壳上时贴附的更加紧密；③.当内芯牵引穿过模具头时，此时挤出的物料会包覆在内芯上，形成的外壳包覆内芯，使外壳与内芯熔接在一起；④.经冷却定型后，裁断；⑤最后在两端喷或抹胶，用端盖封住，或喷橡塑材料封住两端。
上述混合物料中加入≤5％重量份的添加剂，以复合材料的总量为基准，所述的添加剂包括抗氧剂、聚胺酯中的至少一种，抗氧剂型号为UV531、HA88、1010、1076、168。
本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效果1.外壳是一整体包覆式，外壳熔接附着在内芯上，形成一体，中间不存在接缝，不存在相互错开或磨损的状态，因而大大提高了可靠性和使用寿命，降低了维护成本。2.由于外壳通过模具直接与内芯熔接在一起，工艺上也相应减化，省去了装配工序，提高了生产效率，省去了安装外壳的设备，以及人力的的投入。3.外壳所用的原料全部是再生材料，如废弃橡胶制品和塑料制品，不仅消化了大量的工业垃圾和生活垃圾，而且节约木材，保护森林，保护绿化，保护大自然，造福于人类。
下面结合附图和实施例本发明进行详细地描述。
图1是本发明整体包覆式铁路轨枕以及由轨枕支撑的钢轨的立体图。
图2是沿图1中线A-A截取的横向剖视图；图3是沿图2中线B-B截取的局部的纵向剖视图；图4是图3所示内芯的立体分解图；图5是本发明产品的挤出外壳工艺的示意图；图6-1是用来制造本发明外壳的模具头内物料流动侧剖示意图；图6-2是用来制造本发明外壳的模具头内物料流动纵剖示意图；图7是现有复合式铁路轨枕以及由轨枕支撑的钢轨的立体图。
1.整体包覆式铁路轨枕；2.钢轨；3.外壳；4.内芯；4-1.支撑骨架；4-1-1.骨架空腔；4-2.增强填料；4-2-1.混凝土；4-2-2.固钉块；5.垫板；6.紧固件；7.道钉；8.侧板；9.顶板；10.模具头；11.支座；12输送管；13.料斗；14.变速箱；15.挤出机螺杆；16.挤出机；17.木螺丝；18.外壳端盖；19.分体式外壳；19-1.接缝。
具体实施例方式
如图1所示根据本发明原理制造的轨枕由编号1总的示出，并且以一种对于技术领域中的熟练人员来说众所周知的方式支撑着大体上相互平行的铁路钢轨2。
轨枕1包括由编号3示出的外壳，它形成是一个整体的，四周整体包覆在所述内芯4之上，在制造过程中，外壳3熔接附着在内芯4上，形成一体，因而外壳3与内芯4不存在任何间隙。本实施例，外壳3厚度为25.4mm，也可以根据需要选择不同的厚度。
钢轨2支撑区形成于外壳3表面上的垫板5上，垫板5由紧固件6安装固定在轨枕1上，传统道钉7穿过垫板5内的孔并钉入铁路轨枕1内以将钢轨2固定于轨枕1上，外壳端盖18将轨枕1的两端封住。
外壳由再生橡胶粉和再生塑料组成，其混合的体积比例为30-70∶30-70，其中，再生橡胶粉由废弃橡胶制品粉碎而成，废弃橡胶制品包括废弃轮胎、橡胶鞋底及硫化后的橡胶制品；再生橡胶的胶粉粒度为5-80目；再生塑料是由废弃的塑料制成的片状、粒状或是经过二次制粒。
此材料具有高强度并且具有柔韧性，道碴石可嵌入其内，限制了轨枕1由于受力导致的平移，提高了铁路的安全系数。
图2中可清楚的看到内芯4的支撑骨架4-1，和填充在支撑骨架4-1内增强填料4-2。
在本实施例中，支撑骨架4-1是由钢板折叠成横截面形状为W型。当然，可以根据强度要求不同，改变钢板的厚度和支撑骨架的形状，如截面形状为H型，或支撑骨架4-1为俩圆管。
参见图3，可以很清晰的看见增强填料4-2是由固钉块4-2-2和混凝土4-2-1两部分组成，固钉块4-2-2的材料与外壳3的材料相同，道钉7就是钉在固钉块4-2-2上起到固定钢轨2作用的，混凝土4-2-1分三截，冷凝成型于支撑骨架4-1的钢槽内。
增强填料4-2中混凝土4-2-1最好是一种能以液体形式泵入的快干型混凝土材料，通常将这样的一种材料称之为“可流动填料混凝土”，或者可以用快干型聚亚安酯材料予以代替。当然，也可根据需要选用水泥混凝土。增强填料4-2提高了轨枕1强度，对支撑钢轨2提供了强有力的保证。
图4是轨枕内芯的分解图。主体支撑骨架4-1由一块钢板折叠横截面为W形，两端焊接内芯挡板8，在主体上方焊接一顶板9，以加强支撑骨架4-1的强度，保持其形状。
图示骨架空腔4-1-1，在空腔4-1-1内，装入固钉块4-2-2和混凝土4-2-1，具体位置参考图3。
图5主要表现外壳3的挤出工艺。模具头10固定在支座11上，模具头10与挤出机16之间由输送管12连接。如图所示，本发明产品所需的混合物料由料斗13加入，电动机产生的动力经变速箱14变速后，将动力传给挤出机螺杆15，螺杆15转动使物料熔融挤出，此时轨枕内芯4由牵引机(本领域技术人员均知道并熟悉的辅机，本图未画出)牵引穿过模具头10，此时挤出的物料会完好的包覆在内芯4上，后面再经冷却定型和裁断，最后一道工序是在两端抹胶，然后用特制外壳端板18封住。另一种方式是喷或抹胶后，喷橡塑材料封住两端。
图6-1和图6-2是物料由挤出机16出来后，进入模具头10后的流动情况，箭头所指的方向是物料的流动方向。
具体工艺步骤如下①.内芯作为内模，将制造好的内芯由牵引机牵引至支座上的外壳模具处；②.将外壳所需的混合物料按如下步骤操作，a.再生橡胶的胶粉粒度为5-80目，再生塑料为片状、粒状或是经过二次制粒；b.再生橡胶与再生塑料按下列体积比例30～70∶30～70进行混合；c.混合后用螺旋送进器将物料送入挤出机，在挤压过程中将混合物料加热，加热的温度为120℃-240℃；电动机的动力经变速箱变速后，将动力传给挤出机螺杆，螺杆转动使物料熔融挤出；对内芯进行预热，使得挤出物料在包覆在内芯的金属外壳上时贴附的更加紧密；③.当内芯牵引穿过模具头时，此时挤出的物料会包覆在内芯上，形成的外壳包覆内芯，使外壳与内芯熔接在一起；④.经冷却定型后，裁断；⑤.最后在两端喷或抹胶，用端盖封住，或喷橡塑材料封住两端。
上述再生塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚酯中的至少一种。
上述混合物料中加入≤5重量％的添加剂，以复合材料的总量为基准，所述的添加剂包括抗氧剂、聚胺酯中的至少一种，抗氧剂型号为UV531、HA88、1010、1076、168。
当然，本发明并不限于上述举例，在本发明的主要创意构思下，本发明还会有若干变化的实施例，也应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种整体包覆式铁路轨枕，它包括内芯和包围内芯的外壳，外壳由一种可变形复合材料制成，其特征在于所述的外壳为整体包覆式，在形成过程中，熔接附着在内芯上构成一体。
2.根据权利要求1所述的轨枕，其特征在于所述的内芯是由支撑骨架，和填充在支撑骨架腔内的增强填料所构成。
3.根据权利要求1所述的轨枕，其特征在于 外壳由再生橡胶粉和再生塑料组成，其混合的体积比例为30～70∶30～70，其中，再生橡胶粉由废弃橡胶制品粉碎而成，废弃橡胶制品包括废弃轮胎、橡胶鞋底及其他硫化后的橡胶制品；再生橡胶粉的胶粉粒度为5-80目；再生塑料是由废弃的塑料制成的片状、粒状或是经过二次制粒得到的。
4.根据权利要求3所述的轨枕，其特征在于再生塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚酯。
5.根据权利要求2所述的轨枕，其特征在于支撑骨架是由钢板折叠成横截面形状为W型、H型，或支撑骨架为俩圆管所构成。
6.根据权利要求2所述的轨枕，其特征在于增强填料是由混凝土或固钉块和混凝土两部分组成，固钉块的材料与外壳的材料相同。
7.一种权利要求1铁路轨枕的制造方法，其特征在于按如下步骤进行①.内芯作为内模，将制造好的内芯由牵引机牵引至支座上的外壳挤出模具中；②.将外壳所需的混合物料按如下步骤操作，a.再生橡胶的胶粉粒度为5-80目，再生塑料为片状、粒状或是经过二次制粒；b.再生橡胶与再生塑料按下列体积比例30～70∶30～70进行混合；c.混合后用螺旋送进器将物料送入挤出机，在挤压过程中将混合物料加热，加热的温度为120℃-240℃；电动机的动力经变速箱变速后，将动力传给挤出机螺杆，螺杆转动使物料熔融挤出；对内芯进行预热，使得挤出物料在包覆在内芯的金属外壳上时贴附的更加紧密；③.当内芯被牵引穿过挤出模具头时，此时挤出的物料会包覆在具有一定温度的内芯上，形成外壳包覆内芯，使外壳与内芯熔接在一起；④.经真空冷却定型后，裁断；⑤.最后是在两端喷或涂橡塑材料密封住两端面，避免进水和氧化。
8.根据权利要求7方法，其特征在于上述混合物料中可以加入≤5％重量份的添加剂，以复合材料的总量为基准，所述的添加剂包括抗氧剂、聚胺酯中的至少一种，抗氧剂型号为UV531、HA88、1010、1076、168。
全文摘要
本发明提供一种整体包覆式铁路轨枕，它包括内芯和包围内芯的外壳，外壳由一种可变形复合材料制成，其特征在于所述的外壳为整体包覆式，在形成过程中，熔接附着在内芯上构成一体。外壳是一整体包覆式，外壳与内芯之间紧密熔接成一体，中间没有接缝，不存在相互错开或磨损的状态，因而大大提高了可靠性和使用寿命，降低了维护成本。
文档编号E01B3/46GK1712637SQ200510044128
公开日2005年12月28日 申请日期2005年7月21日 优先权日2005年7月21日
发明者袁强 申请人:袁强