专利名称：：小半径曲线铁轨的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种铁轨，具体地，涉及一种小半径曲线铁轨。
背景技术：
：由于铁路运输方式具有载重量大、运行成本低、对运输货物适应性强等优势，自我国现代意义的钢铁企业诞生以来，铁路运输一直是钢铁企业内部物料转移、原燃料运入、产品与废渣运出的主导方式。无论是建国前由日本人建成的首钢、鞍钢、本溪特钢，还是上世纪五、六十年代前苏联帮助我国建成的包钢、武钢等钢铁骨干企业，厂内外主要货物的运输全部依靠铁路，铁路运输在我国钢铁企业内具有极其重要的地位。但是，铁路运输的灵活性差，线路限制条件多，钢铁企业总平面布置往往受限于铁路线路设计规范的要求，特别是最小曲线半径的规定，不但增加了主要生产车间之间的距离，也加大了厂区占地面积和建设费用，并使生产运营费用也相应加大。我国钢铁企业厂内铁路线路占地面积占总用地面积的比例高达30%。随着国民经济的高速发展，土地制约因素对钢铁企业的发展影响越来越明显，变革铁路运输的要求十分迫切。"紧凑型"总图布置成为总图运输设计技术发展的方向。与"紧凑型"总图布置相关联的首先是钢铁工业工艺技术的重大变革，这方面集中表现在生产工艺的连续化和设备的大型化。如炼钢"连铸"代替了"车铸"取消了炼钢与轧钢(初轧)之间的整模间、脱模间、涂油间、扫模间，这样总图运输设计由于工艺技术的变化而得以"紧凑化，，，大量的3铁路和车场等设施^皮取消。与"紧凑型"总图布置相关联的另一个技术变革来源于运输方式的多样化。如"铁前三场，，(综合原料场、烧结、焦化、)和炼铁各设施之间由原来使用的铁路运输方式逐步改为胶带机运输方式，尤其是辊道运输方式的采用，改变了炼钢连铸车间与轧钢车间的相互位置，满足了工艺需要，使两者形成为"门"接"门"的配置。虽然由于钢铁工业工艺技术的变革和运输方式的多样化使得铁路运输作为钢铁企业内部物料转移、原燃料运入、产品与废渣运出主导方式的地位有些下降，但是由于铁水属于高温、液态金属，具有高危险性，铁水罐车容量又特别大(65~140t),而且铁7jc运输频率高，100(W以上高炉日出铁12~14次，加上倒调罐车等作业频繁，铁水的运输依然沿袭着铁路运输方式。因此，这类铁路运输方式如何适应"紧凑型"总图布置要求就更显迫切。以往各大钢铁设计院所做的钢铁企业厂内铁路线路设计，铁路曲线半径的最小值都是按照《钢铁企业总图运输设计规范》(YBJ52-88)规定的150m而做，没有任何一个设计院在设计中突破此值。根据冶金工业信息标准研究院于2008.11.18日出倶的科技查新报告表明，"有关钢铁企业小半径曲线线路设计方案报道较少，为满足钢铁企业紧凑型总图布置的要求，将冶车线最小曲线半径降到60米，在所查文献范围中未见报道"。由此可见，小半径曲线铁路线路设计方案的研发是实现"紧凑型"总图布置、对旧有钢铁厂的改造、扩建的一项革命性的突破。众所周知，我国在上世纪六、七十年代左右，建设了大批中小型钢铁厂，其规模大都在50~100万吨/年左右，厂内主要运输方式都采用了铁路运输，总平面布置型式与当时的生产能力是相适应的，^支术在当时也是先进的。经过几十年的发展，生产规模逐渐扩大，特别是改革开;^后的三十年来，随着我国钢铁产品需求量的增加以及钢铁生产的技术进步，各大钢铁厂都在积极寻求扩大产能，改造工艺流程，将炼钢车铸系统改造为炼钢连铸系统，将钢坯由铁路运往轧钢车间改造为连铸坯热装热送，这就^f吏得^没计部门不得不考虑通过合理的技术手段对旧有钢铁厂进行改造扩建，以满足钢铁厂扩大产能、4技术革新的需求。
实用新型内容本实用新型提供了一种小半径曲线铁轨，提高了钢铁冶金企业内铁路线路运输的灵活性，减少了厂区的占地面积，缩短了各生产车间之间的距离，从而节省了生产运营费用。为实现上述目的，本实用新型提供了一种小半径曲线铁轨，包括两条平行的工作轨，所述工作轨铺设在若干轨枕上，其中，所述工作轨的曲线部分半径在60m-100m之间，所述工作轨的曲线部分设有内、外护轨，所述工作轨与所述护轨之间的轮缘槽内间隔地设有间隔4失。所述轮缘槽宽度为60-70mm。所述护轨的两端向远离所述铁轨的方向弯曲，以使车轮顺利进入小半径曲线，在工作轨上平稳运行，从而不致使护轨卡住车轮。进一步，所述间隔铁设置在所述轨枕之间的位置。优选地，所述间隔4失的长度为100-120mm。通常来说，旧有钢铁厂的改扩建，最大的限制条件就是场地和现有建构筑物的限制。因此，小半径曲线线路设计方案的研究开发取得成功，将使现有中小型钢铁企业升级工作成为可能，中小型钢铁企业升级为大型钢铁企业，可以避免简单淘汰中小型钢铁企业造成的社会资源的巨大浪费，或新建大型钢铁企业产生的重复投资，通过有条件的使中小型钢铁企业升级是实现国家用先进高效产能替代落后产能的最佳方式。因此小半径曲线线路设计方案的研究具有一定的社会效益和明显的经济效益。本实用新型的优点具体体现在通过将铁轨的曲线部分的半径限定在60-100m，有效地缩短各生产车间之间的距离，实现了钢铁冶金企业总体布置的紧凑化。通过在4失4^的曲线部分设置内、外护轨，有效地保障了运行安全，以及在轮缘槽内设置间隔铁，使轮缘槽槽宽保持一定的宽度，进一步增加了运输安全。图1为矢距计算图2A为超前值计算图一；图2B为超前值计算图二；图3为按静力自由内接计算轨距加宽值计算图4为按静力强制内接计算轨距加宽值计算图5A为轮轨掩盖宽度计算图5B为图5A中的局部放大图6为从转向架轮对构造考虑的轨距计算图7为从轨道结构上考虑的轨距计算图8为外轨磨耗程度的计算图9为本实用新型的小半径曲线铁轨的部分结构的示意图。图IO为应用于图1中的小半径曲线铁轨的间隔铁的结构示意图。具体实施方式下面参照附图对本实用新型进行详细说明。图9为本实用新型的小半径曲线铁轨一实施例的部分结构的示意图。如图所示，只示了曲线切点处的部分铁轨。工作轨1的曲线部分半径在60m-100m之间，具体数值根据具体的实际情况确定，例如取值65m、80m、100m等。两个平行的工作轨铺设在缺4光上，在工作轨的曲线部分没有内、外护轨2。曲线部分的工作轨l采用轨撑、垫板、螺栓和道^t丁等轨道结构件(图中未示出)联合组成，连接方式与现有技术中的半径曲线铁轨的结构相同，护轮轨接头处至少安装四个螺栓，螺栓帽应安装在轮缘槽外侧；连接紧固件采用标准件；道钉钉在轨枕上，每根轨枕至少钉两个道钉。在铁轨曲线部分全长内每根轨枕安设一组轨撑和垫板；并且在线路全部长度内安设垫板，垫板的相应尺寸可根据TB420-75和TB422-75做出修改，以适应轮缘槽60-70mm宽度要求，其他制造方面的参数及材质等仍以原标准为准。轨撑采用与垫板相适应的型号。这些轨道结构件可以共同起到加强曲线轨道的整体框架的作用，增强轨道的整体刚度、保证行车安全。内、外护轨的结构采用常用护轨的结构。在工作轨l与其相应的护轨2之间的轮缘槽内间隔地设有间隔铁3，间隔4失3的形状可以釆用如图IO所示的形式，两端采用螺^T等紧固装置同时固定在工作轨和护轨上，以使工作轨和护轨之间的轮缘槽的槽宽保持在60-70mm之间。除曲线部分铁轨的头尾处安设间隔铁夕卜，对于曲线半径60米的线路优选每隔1米设一个间隔铁，对于80~100m半径的线路优选每隔1.5米设一个间隔铁；并且间隔件安设在轨枕之间。间隔铁材质可采用普通铸铁(HT150)等材料，长度可选择100120mm。对于最小曲线半径为60米的铁轨，在其上走行的内燃机车、一般车辆以及冶金车辆限制在车辆双轴转向架固定轴距在2米以内。为了保证行车安全，铁轨的曲线部分的曲线加宽值按照标准取25mm,并且应在曲线切点以前加宽完毕，轨距加宽率为1%。。优选地，曲线头尾处护轮轨的端部向远离工作轨的方向弯曲，如图l所示，护轮轨端部弯折段亦应钉牢在轨枕上。机车车辆通过特小半径曲线时，车轮与钢轨间的相互关系很复杂，按轮轨间的内接条件，进行了如下五项理论计算曲线加宽值，轮轨掩盖宽度(x);车轮在内外护轮轨工作面间被卡住的边界条件；外轨磨耗程度的数学模型；车轮在轮缘槽内被卡住的边界条件。小半径曲线设计的理论计算曲线加宽值计算曲线加宽值的几个基础公式。①矢距f计算式已知曲线半径(R)和固定轴距(L)，并将L值取成相等的两段(入)作成圆及有关线段，按两个相似三角形(AABEwADAE)中(见图1)，对应边成比例f=X2R-f整理成因为f与2R相比较，f值是非常小的数值，可忽略不计，因此，公式可以简化为入2f-2R②轮轨关系中的超前值(b)的讨论所谓超前值(b)是指接触点超出固定轴距两个轴心垂线的距离，是为了计算矢距f时的入值之用。首先，看看b值在轮轨关系中的位置，(见图2A和2B)图2A和2B中，P角为轮轨4妄触所形成的夹角，实际上此角是4艮小的，(不大于2°)，由充填线条的椭圆形表示距离车轮踏面下"t"毫米处的轮缘截面，A为轮缘边缘与钢轨接触点，此点与钢轨面的垂直距离为t，与轮对中心(0)的水平距离为b，此b即是"超前值"。原苏联教科书(b)的计算公式为b=^~~^anTR^(r+t)tant我国教科书(b)的计算公式为b-:^~^^式中r一一车轮的踏面中圈半径(计算采用420mm)R——内、外轨工作边的半径(对于内轨为R-717.5mm、对于外轨为R+717.5mm)t—一轮缘工作边对水平线的倾斜角(原苏联教科书中对机车轮为70°、对车辆轮为60°;我国教科书中为65°)t——对于新钢轨及4仑箍t=10mmL——固定轴距(采用2000mm)将上面数据代入我国教科书中的公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>计算结果为16mm，按苏联公式计算亦为b=15.37^16mm当按静力自由内接计算时，(半径方向在后轴上)入w-L+b=2016或入n-L-b=1984当按静力正常强制内接计算时，(半径方向在轴的中点上)入w-(L/2)+b=1000+16=1016或入11=(L/2)-b=1000-16=984从前面计算结果看，此值相对L值小得很多，因此，在后面的验算中，有的地方不考虑车轮的此超前值。第一项计算计算曲线段的加宽值，计算目的如此小半径曲线段的轨距应该是多少合适？按60米半径计算，其他半径的线路作为验算并辅以说明。根据规程，通过这些线路的行车速度重车不超过10km/h;空车不超过15km/h。原始数据机车车辆型号<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>注(1)SY为机车车辆外接与内接轮轴的横动量之和；(2)以下计算采用表内数据中的最大值或最小值；(3)最小轮缘厚度h^采用参考值23;(4)单位以毫米计。(a)按静力自由内接计算加宽值计算形成的条件固定轴距两端的外轮轮缘全都靠紧外轨(工作边)，内轮轮缘与内轨(工作边)间有一定的活动量(在图3中的5),见图3;当不考虑车轮的超前值"b，，时，轨距计算如下S'=tmax+2Xhmax+￡+f=1354+2x33+2+34=1456mm式中f一一外矢距，这里由于轴在半径方向，故入=L，计算值为fV(L)220002f——==-=33.3s342R2R2x60000s——轨距容许最大负公差(取2mm)于是，轨距加宽值为1456-1435=21mm(b)按静力正常强制内接计算加宽值(见图4)先计算矢距f,和f2ft=="tt^~^~~^=8.23s912(R)2(60000+717.5)f，=2000,2(R)—2(60000-717.5)=8.43s9轨距计算如下S''=tmax+2Xhmax+(f广f2)+e+5min/2-Sy=1354+2x33+(9-9)+2+(10/2)-16=1411mm(当不考虑Zy时，S〃为1427mm)即轨距S〃为1411、1427(c)比较上述计算出的三个轨距数值1411、1427、1456,其中轨距加宽的最大值为21咖，按冶金企业铁路技术管理规程规定当曲线半径小于125米时，加宽值为25毫米。故此处加宽值仍按S加=25咖计,贝'J,最大轨距Smax=1435+Sto+6=1435+25+6=1466咖。式中"6"为轨距容许最大正公差(即+6,-2)。为使行驶中的机车，既不使外轨出现较大的磨损，又不致危害行车安全，故釆用按静力自由内接计算出的结果(S〃=1456)的加宽值S^21mra，为了与标准一致，故采用标准值25mm。计算轮轨掩盖宽度(x)(见图"和5B)所谓轮轨掩盖宽度(x)是指在外轨上滚动的车轮外缘至钢轨作用边的宽度，见图5B中的Xe。此值的大小是考虑在轨距加宽后，车轮轮踏面的l:IO段在钢轨顶面上滚动时，当有诸多不利因素发生时，使得车轮滑下钢轨，危及行车安全。轮轨掩盖宽度(x)就是诸多不利因素中一个主要因素。从计算此宽度值的参数中可看到，它与轮背距、车轮厚、轮缘厚的磨损程度有一定的关系。在验算中，要使用一个临界掩盖宽度(Xe)，此临界掩盖宽度作为一个验算的界限，从图5B中可以得出此宽度为48咖。首先计算最大轨距时，轮轨掩盖宽度(x)的实际数值(此x在图5B中既是Xe的位置)。然后，将此值与安全临，盖宽度(Xe)进行比较，有两种情况当①x〉x。时，属于安全范围；当②x〈Xc将危及行车安全，需要设置内、外轨的护轮轨。计算x值x=hmin+tmin+b—Smax=23+1352+140—1466=49咖^Mv上述计算结果看x=49〉xc=48(从图5B中，可看出乂。=48的关系)可以说，从轨距上考虑已经取得不掉道的保证，因此可以不必设置外护轮轨，但是，从整体结构强度上考虑，如此小半径的线路还是以设置内、外护4仑轨为宜。车轮在内外护轮轨工作面间被卡住的边界条件由于设置了内、外护轮轨，则使轮轨间的关系由静力自由内接变成为静力正常强制内接。并由图6可以看出，内、外两个护轮轨工作边之间的间距(Th或Tj受A、B、D、E四个点的内接条件限制，实际上就是能否使轮对的轮背距与两个护轮轨工作边21的内接得到保证的问题。下面结合图6和图7进行轮轨内接条件的分析，图6为从转向架轮对构造上考虑；图7为/人轨道结构上考虑。分析一从转向架轮对的构造上考虑与Th对应关系从图6中可看出，满足上述要求的关系式为护轮轨工作边21的间距Th-T+(f广f2)依题意T应取最小值，WT=tmin=1352mm首先计算fi和f2。计算中需预先假设护轮轨轮缘槽宽为70咖。为了计算清楚，采用分步计算，f!中的入=L/2—b=2000/2—16=984R=((1435+25)+2—70)+60000=660+60000=60660f2中的入=L/2+b=2000/2+16=1016R=60000—(1435+25)+2+70+(10/2)=59345将这些参数代入式中即可f入298422R2x60660=7.98s8f2脇2=8697s92R2x59345汇总上面数据Th=T+(f广f2)=tmin+(f广f2)=1352+(8—9)=1351mm结论护轮轨工作边21的间距T"最小轮背距tmin,说明从转向架轮对尺寸考虑，当轮缘槽宽度为70mm时，护轮轨不致卡住轮对。分析二从轨道结构上考虑图7为由图6变化而来，因为图6的轮缘槽M1和M2不可能采用不同的宽度，故改为具有同一个轮缘槽的宽度M。因为此处是分析与轨距有关的轮缘槽宽度的问题，故而也将其它一些尺寸取消，以使轮轨关系更为清晰。此处的轮轨关系由下式表述，并计算出结果。护轮轨工作边的间距Tg=Smax_2M=1466—2x70=1326讨论①如果Th<Tg则车轮被卡住；Th>Tg则车轮不被卡住，可顺利通过。经计算后说明此处为(1351>1326)即Th〉Tg，i兌明，采用4仑缘槽宽70咖时，是可以通过的。②将轮轨工作边间距的表达式改写为]VN(Smax_Th)+2，计算结果]VN(1466—1351)+2=57.5，说明当轮缘槽宽小于57.5mm12时，则车轮将被卡住而不能通过。而设计取护轮轨轮缘槽宽为70mm大于57.5mm,故车轮能够通过。当假设轮缘槽宽度为60歸时，T^T+(f广f2):tmhrKf广f2)=1352+(8—9)=1351mm计算Tg=Smax—2M=1466—2x60=1346仍小于1351mm设计取护轮執4仑缘槽宽为60im大于57.5mm,说明车轮仍能够通过。外轨磨耗程度的数学模型按内轨车轮背刚好贴住内侧护轮轨工作边，此时的外轨侧的轮缘也正好贴住外轨工作边，按两种最不利情况的组合，分别列出表达式为(见图8):Mmax=Smax—hmin—t=1466—23—1352=91Mmin=Smin—hmax一t腿x=1458—33—1354=71注Smin=1458是考虑1435加宽25，而在施工中出现负公差(2咖)计算结果表明，最大宽度91，最小宽度71。说明两种极端的可能。如取M=91,则此时的满足不磨损外轨的轨距要求应为S=91+hmax+tmax=91+33+1354=1478此值仍大于最大轨距(1435+25+6=1466)，表明要出现磨损。如取M=71,则此时的满足不磨损外轨的轨距要求应为，S=71+hmax+tmax=71+33+1354=1458<1460因此，只能用等于或小于Mmin-71的宽度，才能满足外轨不会出现磨损，本项目轮缘槽选取60或70mm，故理论上车轮不应该出现磨损。但是，以这种轨距的曲线，在开始运行时，当几种不利条件同时出现的情况下，有可能使内轮轮背处和内护轮轨工作边紧紧贴住，有磨损的可能。车轮在轮缘槽内被卡住的边界条件其中:2R2x60660f入21016z。w，nt2w——=-=8.697s92R2x59345贝'JM=33—8+9=34mm(<70咖)计算结果，轮缘槽宽度采用6070mm不致卡住车轮。在实际应用中，尽量取大值。通过这五项计算可知，机车车辆在设计的小半径曲线铁路上运行，既不被卡住也不会掉道，理论上保证了行车安全。由于小半径曲线线路的设计、施工、运行实践经-验缺乏，为了确保该设计方案的安全可靠，在通车前的试运转阶段要求^L好如下试运转工作①空车试运转用通行本线路的机车牵引正式数量的空车，试运行3~5次；②冷物料(可装生铁块、废钢等)满载车列试运转3~5次。③每次试运转前后，应予以对比检查及时处理出现的问题，使该线路安全地通行冶金车列(热铁水、热熔渣、热钢坯)小半径曲线路线设计的主要技术创新点体现在①突破冶金行业标准，将铁路曲线半径最低降低到60m。②通过理论计算对实际运行中可能发生的各种不利因素进行了系统分析，特别是对各种最不利因素共同作用的结果详尽研究。③在相关工程技术措施方面采取了综合改进措施。④在生产管理上提出了小半径曲线线路运行管理措施。1权利要求1.一种小半径曲线铁轨，包括两条平行的工作轨，所述工作轨铺设在若干轨枕上，其特征在于，所述工作轨的曲线部分半径在60m-100m之间，所述工作轨的曲线部分设有内、外护轨，所述工作轨与所述护轨之间的轮缘槽内间隔地设有间隔铁。2.如权利要求1所述的小半径曲线铁轨，其特征在于，所述轮缘槽宽度为60-70mm。3.如权利要求1所述的小半径曲线铁轨，其特征在于，所述护轨的两端向远离所述4^轨的方向弯曲。4.如权利要求l所述的小半径曲线铁轨，其特征在于，所述间隔铁设置在所述轨枕之间的位置。5.如权利要求4所述的小半径曲线铁轨，其特征在于，所述间隔铁的长度为100-120mm。专利摘要本实用新型公开了一种小半径曲线铁轨，包括两条平行的工作轨，所述工作轨铺设在若干轨枕上，其中，所述工作轨的曲线部分半径在60m-100m之间，所述工作轨的曲线部分设有内、外护轨，所述工作轨与所述护轨之间的轮缘槽内间隔地设有间隔铁，提高了钢铁冶金企业内铁路线路运输的灵活性，减少了厂区的占地面积，缩短了各生产车间之间的距离，从而节省了生产运营费用。文档编号E01B5/14GK201372393SQ20092000962公开日2009年12月30日申请日期2009年2月13日优先权日2009年2月13日发明者何小玲,佟宝凤,吴振雄,汪吉青,王晓安,田富海,阎耀峰申请人:中冶东方工程技术有限公司