一种整体式带翼轨加高的合金钢叉心的制作方法

本实用新型涉及轨道领域，具体涉及一种整体式带翼轨加高的合金钢叉心。

背景技术：

为了缓解城市化建设步伐加快所带来的巨大交通压力，城市轨道交通建设作为城市交通系统发展的重点并在近年来得到迅猛发展。由于合金钢的叉心的耐磨性较强，使用寿命在高锰钢叉心的一倍以上。所以在高速铁路或是对叉心使用寿命要求较高的工况上采用合金钢叉心的频率是很高的。但目前市场广泛使用的合金钢叉心有些采用拼装式合金钢叉心，结构复杂，加工和装配都比较困难。因此现在有越来越多的情况下采用整体式结构的合金钢叉心，如图10所示，尤其是在城市轨道交通中。车轮槽直接在整块板件上加工而成，加工比较简单，无需在安装时拼接。尽管整体式合金钢叉心在优选耐磨金属材料和结构稳定性及强度方面具有优势，但也有其自身的缺陷。

如申请号为CN 201720645234.0的实用新型专利提供了一种槽型轨道岔辙叉结构，该结构中岔心采用一体成型的方式加工而成。没有拼装组合辙叉的装配调整工序，相比铸造高锰钢辙岔加工成型难度低，在优选耐磨金属材料和结构稳定性及强度方面具有优势。然而这种结构也有缺点，如图5所示钢轨上的车轮除与工作边接触部分以外的车轮踏面一般不于钢轨接触，但是由于叉心的心轨在尖端位置一般要降低高度，车轮从心轨尖端通过到达之后的轨道过程中，轮载由心轨承受逐渐过渡到翼轨，车轮重心上下波动。产生振动和冲击。因此不仅大大影响行车的稳定性和安全性，长期运行还对叉心造成严重的摩擦损耗。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种整体式带翼轨加高的合金钢叉心，克服现有技术中叉心在心轨尖端过渡部分容易与车轮发生碰撞磨损，不仅影响行车稳定性和安全性，还容易受到磨损而降低了使用寿命的缺陷。

所述整体式带翼轨加高的合金钢叉心，为整体加工成型的一体化结构，包括心轨和心轨两侧的翼轨，所述合金钢叉心的上表面与相邻的钢轨部分等高，所述心轨尖端向下倾斜，所述翼轨至少在所述心轨尖端的位置高于所述心轨，所述翼轨顶部的内侧向下倾斜且斜率适应于车轮踏面在所述翼轨处的形状。

优选的，所述心轨尖端包括向下倾斜逐渐减少与车轮踏面接触的过渡区域，所述翼轨从所述过渡区域起朝另一边的轨道方向依次分为上升段、水平段和下降段，所述上升段是所述翼轨朝所述心轨尖端方向向上抬高的斜面部分，与所述过渡区域对应，所述水平段是所述翼轨上与所述叉心的有害空间相对应的翼轨有效区域，所述下降段是所述翼轨经过所述有害空间后高度下降的斜面部分。

优选的，所述下降段位于轨道的外侧，且在所述轨道完全承载车轮部分高度低于所述合金钢叉心的上表面形成凹槽，所述凹槽容纳磨耗后车轮在所述轨道外侧的凸出部分。

优选的，各处所述翼轨顶部高度与该处的车轮踏面底部高度相适应，各处所述翼轨宽度等于车轮踏面的宽度减去该处心轨工作边到所述翼轨的距离所得的差。

优选的，所述翼轨内侧为与车轮踏面及轮缘形状相吻合的凸面。

优选的，所述翼轨顶部的斜率为1:10～1:40。

优选的，包括下部结构和设有所述心轨和所述翼轨的上部结构，所述下部结构为低合金钢制造的板状结构，所述上部结构由高强度耐磨钢板制成，所述上部结构焊接固定在所述下部结构上。

优选的，所述低合金钢为Q345钢板、所述高强度耐磨钢板为NM400钢板。

优选的，所述心轨与相邻的钢轨部分连接部分的高度等于所述合金钢叉心的上表面。

本实用新型的优点在于：本实用新型在心轨尖端部分设置高度较高的翼轨，翼轨顶部倾斜适应相应位置车轮踏面的斜度。车轮在通过叉心尖端过渡到翼轨部分时，较高的翼轨顶部对车轮踏面起到支撑作用，保证翼轨与车轮完美接触，实现了减少单位面积上的承受压力的作用，且该压力在尖端位置时恒定。通过这一改善，在保留整体式黑金钢叉心优点的前提下，本实用新型大大延长了叉心的使用寿命、车轮运行的稳定性和安全性。

通过使用NM400材料，使叉心具有高强度和高耐磨性，再加上加高翼轨改善了叉心的受力状态，增大叉心与车轮的接触面积提高了支撑性，延长了叉心的寿命和使用安全性。而底部Q345有较好的焊接性能，其整体结构较为坚固，具有结构简单，后期堆焊维修较为方便等特点。

附图说明

图1为本实用新型一种整体式带翼轨加高的合金钢叉心的结构示意图；

图2为图1所示结构中间部分在侧面视角的结构示意图；

图3为图1所示结构中翼轨在侧面视角的结构示意图；

图4为本实用新型中上升段位置的截面剖视图；

图5为本实用新型中水平段位置的截面剖视图；

图6为本实用新型中下降段位置的截面剖视图

图7为本实用新型中磨耗后的车轮在钢轨上运行时的结构示意图；

图8为本实用新型中水平段有车轮运行时的结构示意图；

图9为本实用新型中上升段有车轮运行时的结构示意图；

图10为现有技术中合金钢叉心的结构示意图。

在上述附图中：1、上部结构，11、有害空间，2、心轨，21、过渡区域，3、下部结构，4、焊缝，5、翼轨，51、上升段，52、水平段，53、下降段，6、车轮踏面，61、凸出部分，7、工作边。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-图9所示，本实用新型提供了一种整体式带翼轨加高的合金钢叉心，整体加工成型的一体化结构，包括下部结构3和设有心轨2和翼轨5的上部结构1。所述下部结构3为低合金钢制造的板状结构，材料为低合金钢为Q345钢板。所述上部结构1由高强度耐磨钢板制成，高强度耐磨钢板为NM400钢板。上部结构1焊接固定在所述下部结构3，二者之间留有焊缝4，可以采用二氧化碳保护焊方法将两种材料焊接在一起形成“三明治”形式的叉心，焊接前采取适当的预热措施，以防止冷裂纹的产生，预热温度控制在100～150℃。也可以采用可行的其他焊接方式，如电弧焊、闪光焊接等。

传统的高锰钢叉心采用的是高锰钢整体铸造式叉心。高锰钢材料广泛应用于国铁道岔中，主要是因为该种材料具备冲击硬化的特性，并且具备较好的韧性，这样即便在使用过程中表面出现裂痕，也可以有足够的时间去应对该种病害。但是该种叉心由于是铸造形式，两端不可以焊接，且其种类有限，并不能应用在定制化较强的项目中。

NM400材料使改辙叉具有较高的强度和耐磨性，而底部Q345材料有较好的焊接性能，其整体结构较为坚固，结构简单，后期堆焊维修较为方便等特点。

在上部结构1顶部加工形成心轨2和位于心轨2两侧的翼轨5。心轨2尖端向下倾斜，翼轨5至少在所述心轨2尖端的位置高于所述心轨2，所述翼轨5顶部的内侧向下倾斜且斜率适应于车轮踏面6在所述翼轨5处的形状。加工时使用CNC程序在整块材料上加工出翼轨5加高面。所述合金钢叉心的上表面与相邻的钢轨部分等高，心轨2与相邻的钢轨部分连接部分的高度等于所述合金钢叉心的上表面。翼轨5与相邻的钢轨部分连接部分也与叉心的上表面等高，这样减小了车轮通过叉心时产生的上下振动。

所述心轨2尖端包括向下倾斜逐渐减少与车轮踏面接触的过渡区域21，所述翼轨5从所述过渡区域21起朝另一边的轨道方向依次分为上升段51、水平段52和下降段53。所述上升段51是所述翼轨5朝所述心轨2尖端方向向上抬高的斜面部分，与所述过渡区域21对应。所述水平段52是所述翼轨5上与所述叉心的有害空间11相对应的翼轨有效区域，与上升段51最高点高度平齐，水平段52高度在1.5～3.5mm。下降段53是所述翼轨5经过所述有害空间11后高度下降的斜面部分。所述下降段53位于轨道的外侧，且在所述轨道完全承载车轮部分高度低于所述合金钢叉心的上表面形成凹槽，所述凹槽容纳磨耗后车轮在所述轨道外侧的凸出部分61。由图7可知在长期使用后车轮在槽形轨轨头的磨耗作用下形成凹坑，相应的车轮踏面的外侧部分形成相应的凸出部分61，车轮在叉心中经过有害空间11后，其凹坑接触叉心的轨道而凸出部分61则与叉心上表面发生碰撞和摩擦，这对行车安全产生了十分不利的影响。本实用新型在设计翼轨5时，在轨道承载车轮的部分开设了凹槽，车轮经过翼轨5过渡让凸出部分61进入凹槽，避免其与叉心上表面产生碰撞摩擦，提高了合金钢叉心的安全性和使用寿命。

承载车轮的翼轨5部分顶部高度与该处的车轮踏面6底部高度相适应，各处所述翼轨5宽度等于车轮踏面6的宽度减去该处心轨2的工作边7到所述翼轨5的距离所得的差。所述翼轨5内侧为与车轮踏面6及轮缘形状相吻合的凸面，该凸面与车轮的轮缘根部的过渡面向配合，作为工作边7承载车轮。根据常用的车轮形状，所述翼轨5顶部的斜率为1:10～1:40。

由于叉心尖端特殊的结构形式，车轮经过叉心尖端时，车轮踏面6与叉心顶面的接触面积随着车轮前进而不断减小。为了保证叉心能够给车轮提供连续的、均匀的支撑，对合金钢叉心的翼轨5进行抬高，且为了保证翼轨5与车轮完美接触，翼轨5顶部的斜度与车轮踏面6的斜度一致。此过程中翼轨5高度逐渐上升，直至在水平段52完全托起车轮，此时车轮进入叉心的有害空间11，即不再受心轨2承载的区域，这时是由加高的翼轨5承载车轮的翼轨有效区。车轮继续前进，叉心在轨槽侧面的上表面开始作为轨道承载车轮，这时进入翼轨5的下降段53，翼轨5与车轮的接触面积不断减少，直至完全由叉心的轨道承载车轮。通过该结构的翼轨5，增加了车轮踏面6在经过叉心尖端时，与叉心的接触面积，且接触面积恒定，实现了减少单位面积上的承受的压力，并保持该压力在尖端位置时恒定的效果。通过这一改善，本实用新型大大延长了叉心的使用寿命，减少了由于车轮冲击对叉心表面的磨损，延长了维养周期；同时在车轮过叉时，由于受力波动变小，提高了车轮过叉时的稳定性，大大提高了乘客的舒适性。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型保护范围之内。