适用于磨耗型车轮的铁路60kg/m钢轨的制作方法

文档序号:4021598阅读:233来源:国知局
专利名称:适用于磨耗型车轮的铁路60kg/m钢轨的制作方法
技术领域
本实用新型涉及铁路钢轨,尤其是适用于磨耗型车轮的铁路60kg/m钢轨。
背景技术
磨耗型踏面车轮于上世纪八十年代中纳入铁道部标准并大量推广应用。随着铁路 运输技术的发展,特别是轴重的增加,列车运行速度的提高,几十年的运输实践表明,现有 的钢轨轨头廓面(如图1所示),在1 40轨底坡的轨道上铺用与磨耗型踏面车轮不匹配, 影响着轮轨的接触状态,使轮轨的接触应力增加,不仅加速了轮轨的磨耗,而且使轮轨的接 触疲劳损伤也日益加剧。因此,为了满足铁路运输的发展,适应具有轨道轨底坡1 40的设置并与磨耗型 车轮相匹配,需要重新设计和改进现有60kg/m钢轨的轨头廓面形状,以改善轮轨接触状 态,降低轮轨接触应力,延长钢轨使用寿命。
发明内容因此,本实用新型的目的是提供一种至少解决上述部分技术问题的适用于磨耗型 车轮的铁路60kg/m钢轨。本实用新型的有益效果例如包括改善轮轨接触状态,降低轮轨接 触应力,延长钢轨使用寿命。为完成上述目的,本实用新型提供一种适用于磨耗型车轮的铁路用60kg/m钢轨。 该钢轨包括具有廓面的轨头、轨底和连接该轨头和轨底的轨腰。该廓面的横截面包括关于 该廓面的横截面的垂向中心线对称的第一圆弧段、设置在该第一圆弧段的外侧的关于该垂 向中心线彼此对称的第二和第三圆弧段、设置在该第二圆弧段外侧的第四圆弧段和设置在 该第三圆弧段的外侧的第五圆弧段。该第四和第五圆弧段彼此关于该垂向中心线对称,且 相邻圆弧段彼此相连接并相切。第一圆弧段具有在200mm到250mm范围的第一半径和沿水 平方向测得的16mm至22mm范围的长度。根据本实用新型的进一步特征,该廓面的横截面还包括与第四圆弧段的外侧端点 相切并连接的第六圆弧段、与第五圆弧段的外侧端点相切并连接的第七圆弧段,其中第六 和第七圆弧段关于该垂向中心线彼此对称,还包括分别与第六和第七圆弧段的外侧端点相 切并连接的两条1 20斜线。通过设置第六和第七圆弧段,提供更圆滑的轨头廓面,使钢 轨使用寿命更长。第二和第三圆弧段优选具有45mm至75mm的第二半径,第二和第三圆弧段的各自 外侧端点之间沿水平方向测得的长度为48mm至55mm。优选地,第四和第五圆弧段具有13mm至18mm范围的第三半径。所述第六和第七圆弧段优选具有6mm至IOmm范围的第四半径。根据进一步的优选实施例,所述第六和第七圆弧段的外侧端点之间沿水平方向测 得的长度为70.8mm。根据本实用新型一个优选实施例,第六和第七圆弧段的外侧端点距该 轨头的顶点之间的垂直距离为14. 2mm。[0011]根据一个特别优选的实施例,第一半径为203mm,第二半径为60mm,第三半径为 15mm,第四半径为8mm,且所述第二和第三圆弧段的各自外侧端点之间沿水平方向测得的长 度为 51. 256mm。优选地,轨头具有48. 5mm的轨头高度和73mm的轨头宽度。本实用新型还提供一种铁路线路,其包括1 40的轨底坡和铺设在所述轨底坡上 的根据本实用新型的钢轨。其有益效果包括寿命相对长。所述钢轨优选其总体尺寸符合铁路行业标准《TB/T2341. 3-93 :60kg/m钢轨型式 尺寸》的规定,适于生产、铺设和与现有钢轨结合使用和替换。

以下,结合附图来详细说明本实用新型的实施例,其中图1示出了现有技术60kg/m钢轨与车轮相接触时的示意图;图2示出了本实用新型钢轨的轨头廓面的实施例;图3示出了根据本实用新型的60kg/m钢轨的优选实施例;图4示出了本实用新型的钢轨的另一实施例;图5示出了本实用新型的钢轨的再一实施例;图6示出了本实用新型的钢轨的又一实施例;图7示出了根据本实用新型的钢轨的实施例与车轮相接触的示意图。
具体实施方式
图2示出了本实用新型的适用于磨耗型车轮的铁路60kg/m钢轨1的轨头的实施 例。本实用新型对于现行60kg/m钢轨的最大改进之处在于对钢轨轨头2的廓面3的几何 形状和参数进行改进,本实用新型的优点也正是通过该改进而获得的。此外,本实用新型的 钢轨其它型式尺寸与现有钢轨总体上是一致的,这有利于替换和组合使用。如图2所示,根据本实用新型的钢轨的轨头廓面3的横截面由七段圆弧组成。其 中,第一圆弧段具有第一半径R1,第二和第三圆弧段具有第二半径R2,第四和第五圆弧段 均具有半径R3,第六和第七圆弧段均具有半径R4。如图所示,第一圆弧段关于该廓面的横 截面的垂向中心线Y-Y对称。第二和第三圆弧段分别设置在该第一圆弧段的外侧并关于该 垂向中心线Y-Y彼此对称。第四圆弧段设置在该第二圆弧段外侧,第五圆弧段设置在该第 三圆弧段的外侧,其中该第四和第五圆弧段关于该垂向中心线Y-Y对称。第六圆弧段设置 在第四圆弧段的外侧、第七圆弧段设置在第五圆弧段的外侧,且该第六和第七圆弧段关于 该垂向中心线Y-Y彼此对称。此外,在第六和第七圆弧段的外侧分别设置有两条1 20斜 线。上述的圆弧或线段与相邻的圆弧或线段是在端点处连接并相切的。在该实施例的轨头 廓面3中,第一半径Rl具有在200mm到250mm范围,第一圆弧段沿水平方向测得有16mm至 22mm范围的长度;第二半径R2具有45mm至75mm范围的,第二和第三圆弧段的各自外侧端 点之间沿水平方向测得的长度B具有48mm至55mm的范围;第三半径R3具有13mm至18mm 范围的。优选地,第六和第七圆弧段的外侧端点之间沿水平方向测得的长度为70. 8mm,这是 特别有利的,由于这使得本实用新型的钢轨仅在轨头廓面3中的各圆弧段与现有技术的不 同。在本实用新型中提到的1 20斜线在本领域中是公知的,即其相对于竖直方向的倾角的正切值为1 20,在此不做进一步说明。而且,本实用新型的1 20斜线与现有技术中 的1 20斜线的尺寸定位大体一致。因此本实用新型的钢轨有利于与现有钢轨的互换。现结合图2,参考图3-6。图3示出了根据本实用新型的钢轨1的特别优选的实施 例。在该实施例中,第一半径Rl = 203mm,第一圆弧段沿水平方向测得的长度A = 20mm。 第二半径R2 = 60mm,第二和第三圆弧段外侧端点的沿水平方向测得的长度B = 51. 256mm。 第三半径R3 = 15mm,且第四和第五圆弧段的外侧端点(即分别与第六和第七圆弧段的相 切点)距轨顶距离H2为11. 41。此外,第四半径R4 = 8mm,第六和第七圆弧段的外侧端点 (即分别与其外侧的1 20斜线相切点)沿水平方向测得的长度C同样为70. 8mm,这两外 侧端点距轨顶距离Hl为14. 2mm。在图3所示的实施例中,除了上述具体数值之外,其它结 构构造与图2所示的基本一致。图4、图5和图6是本实用新型的另外三个优选实施实例。在图4中,第一半径Rl =200mm,第二半径R2 = 60mm。第三半径R3 = 15mm,且第四和第五圆弧段的外侧端点(即 分别与第六和第七圆弧段的相切点)距轨顶距离H2为10. 73。此外,第四半径R4 = 8mm, 第六和第七圆弧段的外侧端点(即分别与其外侧的1 20斜线相切点)沿水平方向测得 的长度C同样为70. 8mm,这两外侧端点距轨顶的垂直距离Hl为14. 2mm。在图5中,第一半径Rl = 230mm。第二半径R2 = 65_。第三半径R3 = 16_,且 第四和第五圆弧段的外侧端点(即分别与第六和第七圆弧段的相切点)距轨顶距离H2为 9. 25。此外,第四半径R4 = 10mm,第六和第七圆弧段的外侧端点(即分别与其外侧的1 20 斜线相切点)沿水平方向测得的长度C同样为70. 8mm,这两外侧端点距轨顶距离Hl仍为 14. 2mm。在图6中,第一半径Rl = 250mm.第二半径R2 = 75mm。第三半径R3=13mm, 且第四和第五圆弧段的外侧端点(即分别与第六和第七圆弧段的相切点)距轨顶距离H2 为13. 39。此外,第四半径R4= 10mm,第六和第七圆弧段的外侧端点(即分别与其外侧的 1 20斜线相切点)沿水平方向测得的长度C同样为70. 8mm,这两外侧端点距轨顶距离Hl 为 14. 2mm。需要说明的是,在图3、图4、图5和图6的实施例中,除了上述具体提到的数值, 其余数值落入图2实施例所描述的数值范围中。例如,钢轨的轨高为176mm,轨底宽度为 150mm,轨腰厚度为16. 5mm,轨头高度为48. 5mm,轨头宽度(即轨头最宽处)为73mm,轨头 廓面的圆弧段两侧设置的1 20斜线等主要型式与现有技术的60kg/m钢轨(例如见行业 标准《TB/T2341.3-93 :60kg/m钢轨型式尺寸》)的一致,便于本实用新型钢轨与现行钢轨的 替换和组合使用。而此外,在本实用新型中的钢轨中由圆弧段构成的弧形部的高度与现有 技术中由圆弧段构成的弧形部的高度大体一致,例如均为14.2mm。本实用新型主要的改进 是在于轨顶廓形由七段不同半径的圆弧组成且各尺寸参数进行了优化,使之与LM和LMA型 车轮更匹配,接触状态更良好,降低了接触应力,延长了钢轨的使用寿命。在本实用新型中, 术语“磨耗型车轮(也称作磨耗型踏面车轮)”是本领域技术人员公知的,包括但不限于LM 或LMA型车轮。现参考图1和图7,图1示出了现有技术钢轨与车轮的接触状态。如图1所示,在 现有技术中,轮轨几何形面不匹配。在运行初期轮轨接触于钢轨具有第二半径的第二或第 三圆弧段区域,车轮在轮轨接触的初期阶段中(例如用曲线S2’示意性地示出)未处于钢轨顶面中心区域,造成受载的不均勻性和过大的接触应力,致使钢轨产生严重磨耗或过早 出现接触疲劳伤损、开裂或掉块。只有经过一定时间的轮轨运行磨合,钢轨形面才处于相对 稳定状态(例如曲线Si’示意性示出车轮轮缘贴靠钢轨侧面时的轮轨接触状态)。而即使 此时,也只是在原来第二半径或第三半径处经过磨损而形成稳定接触状态。图7示出了根 据本实用新型的钢轨与车轮的接触状态以及车轮踏面和轮缘均接触钢轨时的接触状态。如 图7所示,在采用本实用新型的钢轨的铁路中,车轮(例如用曲线S2示意性地示出)通常 会在第一圆弧段,也即是轨头廓面中邻近于垂向中心线的区域接触,这可大大降低接触压 力,从而显著改善钢轨的磨耗和接触疲劳伤损,延长钢轨的使用寿命。在用于直线铁路线路 情况下,对图3所示实施例和现有技术钢轨用美国加利福尼亚州圣安娜的MSC软件公司的 动力学计算软件ADAMS仿真结果表明,本实用新型不仅使轮轨接触点的分布更集中于钢轨 踏面中心区域,而且在直线钢轨线路中使轮轨接触面积增加6%。轮轨最大接触应力降低 7 %,车轮最大Mises应力降低5 % ;且在R600的铁路线路中,对于受到较大应力的上股钢轨 来说,本实用新型的钢轨使轮轨接触面积增加4%。轮轨最大接触应力降低21 %,车轮最大 Mises应力降低13% (上述两种试验的其它仿真参数均为车辆时速为70km/h、l 40的轨 底坡、车辆轴重为21吨、车轮为LM型车轮)。由此可以看出,本实用新型的钢轨显著地改善 了轮轨的接触状况。此外,即使在例如车轮踏面和轮缘均接触钢轨时(例如曲线Sl示意性 地示出的车轮),由于车轮踏面总体在第一圆弧段处被支撑,因此车轮的轮缘和轨头廓面的 第二半径和/或第三半径(和/或第四半径)处形成了良好的不会形成偏载的共形接触, 而减少了车轮踏面和轮缘均接触钢轨时的磨损。而在如图1所示的现有技术中,轮轨只有 经过较长时间的磨合才能实现共形接触。可见本实用新型由于改善了轮轨接触状况,不仅 降低钢轨的磨耗指数,还提高车辆的横向平稳性能。 现已描述了本实用新型的几个实施例,但应该了解这些实施例仅用于对本实用新 型的思想的描述而不是限定,本实用新型由所附的权利要求书及其等同来限定。此外,需要 说明的是本实用新型的权利要求书是以本实用新型全部公开内容为依据,例如本说明书的 背景技术部分并不排除记载有本实用新型的思想和特定技术特征。
权利要求1.一种适用于磨耗型车轮的铁路60kg/m钢轨,该钢轨包括具有廓面的轨头、轨底和 连接该轨头和轨底的轨腰,其中该廓面的横截面包括关于该廓面的横截面的垂向中心线对 称的第一圆弧段、设置在该第一圆弧段的外侧的关于该垂向中心线彼此对称的第二和第三 圆弧段、设置在该第二圆弧段外侧的第四圆弧段和设置在该第三圆弧段的外侧的第五圆弧 段,其中该第四和第五圆弧段彼此关于该垂向中心线对称,相邻的圆弧段彼此相连接并相 切,其特征是,所述第一圆弧段具有在200mm到250mm范围的第一半径(Rl)和沿水平方向 测得的16mm至22mm范围的长度㈧。
2.根据权利要求1所述的钢轨,其特征是,该廓面的横截面还包括与第四圆弧段的外 侧端点相切并连接的第六圆弧段、与第五圆弧段的外侧端点相切并连接的第七圆弧段,该 第六和第七圆弧段关于该垂向中心线彼此对称,该廓面的横截面还包括分别与该第六和第 七圆弧段的外侧端点相切并连接的两条1 20斜线。
3.根据权利要求1或2所述的钢轨,其特征是,所述第二和第三圆弧段具有45mm至 75mm范围的第二半径(R2),所述第二和第三圆弧段的各自外侧端点之间沿水平方向测得 的长度(B)具有48mm至55mm的范围。
4.根据权利要求1或2所述的钢轨,其特征是,所述第四和第五圆弧段具有13mm至 18mm范围的第三半径(R3)。
5.根据权利要求2所述的钢轨,其特征是,所述第六和第七圆弧段具有6mm至IOmm范 围的第四半径(R4)。
6.根据权利要求2或5所述的钢轨,其特征是,所述第六和第七圆弧段的外侧端点之间 沿水平方向测得的长度为70. 8mm。
7.根据权利要求6所述的钢轨,其特征是,所述第六和第七圆弧段的外侧端点距该轨 头的顶点之间的垂直距离(Hl)为14. 2mm。
8.根据权利要求5所述的钢轨,其特征是,所述第一半径(Rl)为203mm,所述第二半径 (R2)为60mm,所述第三半径(旧)为15mm,且所述第四半径(R4)为8mm,且所述第二和第三 圆弧段的各自外侧端点之间沿水平方向测得的长度(B)为51. 256mm。
9.根据权利要求1或2所述的钢轨,其特征是,所述轨头具有48.5mm的轨头高度和 73mm的轨头宽度。
10.一种铁路线路,其特征是,其包括1 40的轨底坡和铺设在所述轨底坡上的根据权 利要求1-9之一所述的钢轨。
专利摘要本实用新型提供一种适用于磨耗型车轮的铁路60kg/m钢轨,该钢轨包括具有廓面的轨头、轨底和连接该轨头和轨底的轨腰,其中,该廓面的横截面包括关于该廓面的横截面的垂向中心线对称的第一圆弧段、设置在该第一圆弧段的外侧的关于该垂向中心线彼此对称的第二和第三圆弧段、设置在该第二圆弧段外侧的第四圆弧段和设置在该第三圆弧段的外侧的第五圆弧段,其中该第四和第五圆弧段彼此关于该垂向中心线对称,且相邻的圆弧段彼此相连接并相切,其特征在于,所述第一圆弧段具有在200mm到250mm范围的第一半径和沿水平方向测得的16mm至22mm范围的长度。
文档编号E01B5/02GK201908237SQ20102066844
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者俞喆, 刘丰收, 周清跃, 周镇国, 张银花, 陈朝阳 申请人:中国铁道科学研究院金属及化学研究所
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