专利名称：非焊接式无缝钢轨接头的制作方法
技术领域：
铁路轨道
背景技术：
1. 实现铁路轨道的无缝是客货列车运行安全、快速、平稳、舒适、节能的必然要求。
2. 热胀冷縮使钢轨在地表温度变化时其长度相对路基发生伸縮，长期以来通过在钢轨之间留下一个适 当的小缝隙避免钢轨挤压变形。然而，这个小缝隙却给列车运行造成了很大不利影响，车轮通过两根钢轨 之间的缝隙时，车轮与缝隙前面钢轨的边缘发生冲撞(见图1)。而且由于列车的巨大重量使钢轨在车轮的 压力作用下下沉，缝隙前面的钢轨将高于缝隙后面的钢轨，使车轮与钢轨的冲撞进一步加剧(见图2)。钢 轨接头缝隙影响安全，限制了列车速度的提高，带来的震动和噪声影响了客车的舒适，增加运行的能源消 耗；同时也加快了钢轨与车轮的磨损。目前无缝铁路技术被广泛应用，其方法主要通过把钢轨焊接在一起 消除缝隙，然而也存在不少的不足之处焊缝质量不稳定，断头率偏高，易发生胀轨及断轨，修建及维护 费用高，仍然存在有缝区等一系列问题。
发明内容
本发明的目的就是消除钢轨之间的缝隙，消除缝隙前后两根钢轨在车轮压力下发生相对的高度变化。 但并没有焊接相邻的两根钢轨，限制钢轨随温度变化的自由伸縮，而是通过在钢轨靠近接头的部位设计一 个特殊的结构把车轮及其对钢轨的压力顺利由接头后面的钢轨(简称后轨)交接给接头前面的钢轨(简称 前轨)，并使车轮在前进方向始终在一个连续的平面上滚动，不与钢轨发生冲撞。
图9所示为接头部位的水平截面图，是钢轨在遇冷情况下最大收縮时的结构。图中斜线阴影部分表 示前轨，空白部分表示后轨。图的上部表示轨腰和轨头，下部表示轨底。由后向前各部分在垂直截面上的
结构发生如下变化
K3K4右侧的部分为轨底缝隙以后的部分，即车轮通过接头前越过的部位，此部位向后约一个轨枕的距 离开始，轨腰逐渐加厚以增加钢轨的强度，在接头部位截面变为如图3所示，轨腰两侧横线阴影部分为轨 腰增厚的部分，轨底带小圆圈的部分是进入轨底缝隙处即将消失的部分。向左前行，车轮越过图9中的K3K4 线，后轨轨底结束消失(在垂直面上如图4中带小圆圈与斜线的部分消失)出现轨底缝隙，此部位由加强 的后轨轨腰与轨头向前继续延伸的部分承受车轮的压力， 一部分压力传递给后轨的轨底，同时轨腰与轨头 形成分叉继续向前延伸，落于前轨轨底之上，另一部分压力通过分叉传递给前轨轨底，这样在车轮通过接 头时，前后轨承受的压力不再如通过普通接头时发生急剧变化，避免了前后轨在车轮通过时出现明显的相 对的高度差，车轮始终在一个连续的面上滚动，如同运行在同一根钢轨之上。
车轮继续向左前行，越过如图9所示的BCfeK6线，在垂直面上越过轨底缝隙，进入前轨轨底部分(垂 直面上的结构如图5所示)，此部位的前轨开始仅有轨底，后轨轨腰与轨头延伸形成分叉结构，车轮压力 作用在后轨分叉的起始部位，此分叉中央是一个空隙(图5中带小圆圈部分)，空隙的水平截面呈梯形， 高为ldK2与BC间的距离，即热胀冷缩所需的缝隙宽度，也等于轨底缝隙的宽度，上底为位于BC线上的PiP2， 下底位于IW(2线上，下底长度约为钢轨轨顶宽度的五分之一，确保分叉顶部可以承受车轮的磨察与压力， 由于后轨分叉具有一定的长度，且与后轨是一个整体，其压力仅有一小部分落在前轨轨底起始端，其余部分分散在后轨轨底及前轨轨底的一个较大范围，仍近似于车轮在一根钢轨中间部分的情形。
车轮继续向图9所示的左侧前行，越过ldK2线，在垂直面上的结构如图6所示。此处的轨底部分属于 前轨，后轨分叉位于前轨轨底之上继续向前延伸，同时前轨适应后轨分叉的形状出现轨腰与轨头部分，此 部位的轨腰与轨头在垂直于钢轨的截面为矩形，水平截面向前延伸而变宽成为一个舌形结构(如图9)，分 叉与舌形结构通过一个连续的、弯曲的、垂直于轨底平面的面相结合，后轨分叉落于前轨轨底上，位于舌 形结构的两侧，后轨分叉与前轨轨底的接触面为水平面，确保后轨分叉承受的火车车轮压力最后由前轨轨 底承载。在钢轨遇冷收縮情况下，分叉与舌形结构之间有一很小的间隙，但在车轮前进方向，轨顶仍为一 连续的平面，车轮压力由分叉单独承受逐渐变为由分叉与舌形结构共同承受，压力在轨底同样分散在一个
较大范围，随着车轮向前滚动，由于分叉的两边即M2Pi与M4P2呈一个较小的角度，约15度，分叉的两边
逐渐变窄，舌形结构逐渐变宽，车轮压力进一步向前轨的舌形结构转移，但始终分散在轨底一个较大范围。 车轮继续向图9所示的左侧前行，越过M2M4线，在垂直面上的结构仍如图6所示，但中间舌形结构(图
中的斜线阴影部分)进一步增宽，而分叉内侧互相平行，经过一个缝隙的距离到N2N4线，舌形结构继续增 宽后，两边也变为互相平行，且不论钢轨处于何种冷热状态均与分叉内侧紧密接触，直到M说3线，此部位
长度约为3个轨枕的距离，舌形结构的宽度约为轨顶宽度的五分之二，轨顶仍为一水平面，车轮压力由舌 形结构与分叉共同承受，分散在轨底的一个较大范围。在此部位，分叉与舌形结构通过3个螺栓在垂直的 方向上固定但允许分叉与舌形结构在不同冷热情况下平行互相滑动。
车轮继续向图9所示的左侧前行，越过!Wl3线，分叉的两边继续变窄，与舌形结构间再次出现小的缝 隙，到N^3线，舌形结构再一次开始变宽，在垂直面上的构如图7所示。在AK线处，分叉消失，舌形 结构变宽，充当整个轨顶，车轮压力全部转移到舌形结构即前轨之上。在R&处舌形结构顶部宽度变为正 常，轨腰再经变化，前轨变为正常状态下的形状，列车顺利经过钢轨接头。期间车轮在前进方向没有越过 缝隙，前后钢轨之间的高差在车轮经过时不出现明显变化。 1
钢轨在最大受热伸长状态下，如缝隙的宽度设计理想，在图9中，则轨底缝隙消失，舌形结构与分叉 间的缝隙消失，NiN3与lWl3线重合，N2N4与M2M4线重合，梯形空隙消失，此时的BC与KsK6将不在同一条 直线上。K5K6代表的前轨轨底缝隙缘与K3K4代表的后轨轨底缝隙缘重合，BC处代表的前轨分叉起始部则紧 靠舌形结构起始部，并位于前轨底的K2处。钢轨在接头部位的承载能力将更强， 一般情况下钢轨接头部位 的结构则介于上述两种情况之间
图9:钢轨在最大遇冷收縮情况下的水平截面图，图的上部表示轨腰与轨头，轨腰是增厚加强的，与 轨头在水平截面的形状基本相同。图的下部表示轨底。斜线阴影部分表示前轨，空白部分表示后轨。
图1与图2:表示车轮通过普通接头时的示意图，图1假设车轮不引起钢轨下沉，钢轨在接头处与车 轮冲撞，钢轨缝隙缘作用于车轮的力F指向车轮轴，向上向后，阻碍列车前进并引起列车震动，同时车轮 给钢轨的反作用力损害钢轨。图2表示车轮的压力引起后轨下沉，钢轨缝隙缘给车轮的力F进一步增大，
且向后的分量增加，对列车运行与钢轨产生更大的不利影响。
图3—图8均表示钢轨在最大遇冷收縮的情况下，在图9所示各位置的钢轨垂直面的结构图。图中斜 线阴影部分表示属于前轨，空白部分表示属于后轨，带圆圈的部分表示此部位为空隙或即将成为消失成为 空隙(图3)，图4表示图9中BC与K3F间的部分，钢轨收縮时轨底为空隙，遇热伸长则位于前轨轨底之上。图5-图8表示轨底为前轨的部分，轨底以上的部分则由分叉向舌形结构逐步移行。最后舌形结构取代分叉，前轨取代后轨。
具体实施方式
此种无缝接头主要在于改变了钢轨接头附近的形状结构，钢轨可以一次锻压成型，在接头部位不再需 要扣件连接两段钢轨，钢轨铺设过程中直接把后轨分叉由上方套入前轨舌形结构，用螺栓固定即可，简化 了铺轨过程。在如图9中所示，分叉或舌形结构中存在缝隙的部分，即N2N3与PiP2间和AK与!Wl4间的部 分，总长度约为该部位舌形结构或分叉增宽程度的4倍。此部位为前后轨的一个过度部位，其长度与轨顶 宽度相关。该部位因轨顶非一个紧密结合的整体，相对容易磨损，但其缝隙宽度远小于接头缝隙，且其边 缘不与车轮冲撞，比普通接头缝隙缘的破坏要轻微得多，通过增大该部位的规格和强度可进一步克服这个 薄弱环节。在舌形结构的尖端，车轮由分叉进入分叉与舌形结构的结合部。分叉将压力作用于轨底，轨底 下沉使与其成一整体的舌形结构尖端下沉，尖端与分叉不再有明显的高度差，并且可以通过把舌形结构的 尖端铸造成一个轻微向下的弧形进一步克服可能的微小高度变化。此种无缝接头可以容许钢轨在冷热变化时较大幅度的长度变化，只需增加螺栓孔的宽度及两轨间的间 隙，即适当增加如图9中BC与K3K4的距离，增加分叉与舌形结构平行且紧密结合部位的长度(M美与MA 的距离)。在无缝线路上可以替代焊接接头，也可以在两段焊接的长钢轨之间使用这种接头缓冲钢轨在冷 热变化时的长度变化。
权利要求
1.此种接头通过使钢轨接头处轨底的缝隙和轨腰与轨头的缝隙不在同一个截面上，接头后面钢轨的轨腰、轨头部分形成分叉与接头前面钢轨套接并位于其轨底之上，车轮在通过接头时，缝隙前后两钢轨作为一个整体承重，避免前后两钢轨在车轮压力下的相对高度变化；前后两钢轨轨腰与轨顶的缝隙为一曲面角度，且在车轮前进方向有一个互相重叠的过渡区域保证轨顶在车轮前进方向绝对无缝。
2. 钢轨接头部位轨底缝隙和轨腰与轨头的缝隙不在同一个截面上，接头后面钢轨的轨腰、轨头通过 延伸(包括形成分叉之外的其他形式)超出轨底，与接头前面钢轨套接并位于其轨底之上，在缝隙前后两 钢轨作为一个整体承受车轮重量。
3. 接头前后两钢轨轨顶与轨腰部分的缝隙为一弯曲的面(包括舌形与分叉之外的其他具体形式)，前 后钢轨的轨顶与轨腰在前进方向有一段互相重叠的过渡区域。
全文摘要
一种为铁路轨道特殊设计的不需要焊接的无缝钢轨接头，可同时克服有缝接头缝隙的危害与目前普遍应用的焊接式无缝接头的缺点。它通过使接头前后两钢轨轨底的缝隙和轨腰、轨头部分的缝隙前后错开，接头后面钢轨的轨腰、轨头部分形成分叉与接头前面钢轨轨腰、轨头部分形成的舌形结构套接，并位于其轨底之上，车轮在通过接头时，接头前后两钢轨作为一个整体承重，避免前后钢轨在车轮压力下的相对高度变化；同时使两钢轨轨底以上部分的缝隙为一曲面，轨顶在车轮前进方向绝对无缝。它可以用于所有轨道交通的钢轨。
文档编号E01B11/22GK101324046SQ20071012674
公开日2008年12月17日 申请日期2007年6月16日 优先权日2007年6月16日
发明者夏颂年 申请人:夏颂年