复合型铁路道岔的制作方法

专利名称：复合型铁路道岔的制作方法
背景技术：
本发明涉及一种铁路道岔，特别是一种相对于高速机车，道岔的磨损和保养以及乘客的舒适，优化几何形状的铁路道岔。
150多年来人们一直使用尖轨传辙器道岔使铁路车辆从一条轨道转辙至一分岔轨道。尖轨式转辙器道岔包括一对引导机车车辆离开其原来线路的道岔尖轨，还包括引导机车车辆驶入新线路的曲导轨和允许外侧轮绕过或穿过交叉钢轨的辙叉。该道岔尖轨由标准钢轨的直段制成，现在称之为直线尖轨道岔。这些直线尖轨道岔经济实惠，使用轻巧，适于低速轨道，且当今大多仍然使用着这种道岔。
大约40年前就发觉需要一种能提供安全速度更高和更加舒适的道岔。结果采用了曲线尖轨道岔。这些曲线道岔的半径一般大于导轨曲线的半径，相当于过渡曲线或缓和曲线的半径。而且道岔尖轨的进口角度减少了约一半。这样，情况有了很大的改善，近几年来在重型铁路和普通运输铁路的设计中，为了追求高速度和舒适性，一般选用这些曲线尖轨道岔。这种类型的道岔已经用在最近轻型铁路运输系统的建设之中。
而且，曲线道岔尖轨并非基本轨的切线，因轮缘与尖轨道岔相接触突然向侧面变换一新方向，从而产生了两个麻烦的问题。对重货运输机来说很大的问题是道岔尖轨受到了严重的磨损，从而增加了保养费用，而且还限制了运输速度，影响了运输计划，就运输机务人员来说，对速度和计划的限制影响也是很严重的，但更严重的是乘客有时候突然感受到剧烈的侧向加速度。
在美国的两件新事物的推动下，美国的铁路设计者又求助于欧洲铁路技术以解决上述两个问题。这两件新事物，一件是AMTRAK作出的着手发展高速列车设施的决定，另一件是要逐渐采用重型铁路运输系统如BART和MARTA。欧洲和日本已研制出速度很高的机车，如子弹头火车和TGV，而且欧洲轻型铁路系统被看作是新铁路技术的发展起源。的确，欧洲铁路实践中的许多思想已经或正在被美国接受。
新技术并不总是新的。它已经在欧洲使用了一段时间，它对美国已不再是新的了。例如，可动或动点辙叉已在美国使用，它主要用在运输系统，切线型道岔已用在起重机轨道和运输系统中。在轻型铁路设计者看来，欧洲道岔的许多性能都耗资昂贵，而且对现在使用的AREA20号道岔的行驶速度或额定速度增加很少甚至没有增加。
在AREA标准道岔基础上发展的特征是切线型道岔的应用。然而，经验并不能支持高速的要求，这些要求的本质是将20号道岔的尖轨角从0°27′减至0°。这样做大大提高了通过通岔的行驶能力，在许多方面切线型道岔要优于AREA道岔。然而考虑到轮缘与道岔尖轨接触的实际关系，显然0°道岔尖轨角是不必要也不需要。
轮缘在轨距线内侧从3/8英寸移至3/4英寸，直到它完全通过道岔尖端，才与道岔尖轨相接触。这一点，我们称之为有效进入点，切线型道岔已经将有效进口角提高到0°21至0°27’。在设计具有最高速度和舒适性的铁路道岔时，有效前伸角应最小且道岔曲线半径应最大。
在认识到这个事实的基础上提出了割线型道岔。除了尖轨的半径与导轨曲线的相同外，该割线型道岔与AREA的几何尺寸是相似的。为了比较这两种几何尺寸，下表给出了标准AREA20号道岔与最佳，切线型道岔和割线型道岔的参数比较。所述切线型道岔和割线型道岔可制作成与20号道岔具有相同的导程。
AREA 切线型割线型尖轨角0°27′19″0°0′00″ 0°04′37″进口角度 0°32′17″0°20′05″ 0°20′05″导轨半径 3333.362444.22 2581.37尖轨长度 39′-0″48′-6″导程 156′-0″156′-0″ 156′-0″当切线型道岔的进口角度小于AREA道岔的前伸角时，它有三个主要缺陷。尖轨越长，导轨半径越陡，尖轨呈切口状因此薄弱易损。割线型道岔，具有相同的导程长度，且优于切线型道岔。尽管进口角度相同，但尖轨更短，导轨半径更大(尽管与AREA几何尺寸相比非常小)且尖轨不易损坏。本发明简介本发明通常涉及一种具有新颖几何形状特色的改进的铁路道岔，它优化了行驶磨损与保养性能，并考虑了成本和有效性。铁路道岔的几何形状，这里称之为复合型尖轨道岔，是建立在如下观察的基础上的即已有技术的道岔的头几英尺只有很小的作用，也应该是直的。这种变化产生了一种道岔尖轨，这种尖轨的头几英尺是直的，其余的是弯的，而且与导轨曲线具有相同的半径。使用上述相同的导距长度参数，本发明的复合型道岔具有下列特征复合型道岔尖轨角 0°20’05”进口角度0°20’05”导轨半径2810.3尖轨长度45’-10”导距156’-0”很明显，复合型道岔优于割线型道岔就如同割线型道岔优于切线型道岔一样。它的进口角相同，曲率半径明显增大，而尖轨长度小于割线型道岔。
尤其是，当应用长导距时，复合型道岔的优越性更突出。长导距会增加各种型式道岔的效率，但切线型和割线型道岔却达到渐近极限，这也是他们的相同点。这个极限范围，对于给定的相同的辙叉切线。是178’-9”。且在那一点进口角度是0°17”，半径是3353英寸且尖轨长度是 这与切线型和割线型可伸展的距离一样远。
然而，复合型道岔可延伸至无穷长，且实际极点是由物力和财力限制确定的。考虑到所有的因素，复合型道岔可设计成进口角度为0°11’，半径为3332英尺，道岔尖轨长度为59英尺 英寸，导距为179英尺， 英寸。这种布置可使得轻型铁路车辆以50英里/小时舒适地行驶，具有改进悬浮机构的车辆可以55英里/小时速度通过道岔，货车可以60英里/小时的速度通过道岔。可设计使用复合型道岔的其它布置，通过合理的规定，各种规格可以标准化。这里所述的关系对所有道岔角度、长度和轨距也适用。附图简要说明

图1是典型的已有技术的铁路道岔的平面图，它显示了主要的特点和定义参数。
图2是已有技术的主要铁路道岔的示意图，强调不同的道岔尖轨轮廓。
图3是进入铁路道岔的机车车辆的冲击角的示意图。
图4是根据本发明制造的20号道岔的示意图。
图5是根据本发明制造的伸展长度的20号道岔的示意图。
图6是已有技术的切线型和割线型铁路道岔与本发明的复合型铁路道岔比较的示意图。最佳实施例说明本发明通常涉及一种具有新颖的几何形状的改进的铁路道岔，它优化了行驶、磨损与保养性能，考虑了成本和有效性。在描述本发明之前，有必要重新审视作对比的已有技术的铁路道岔的外形，以便认识它们之间细微但却很重要的差别和本发明的优点。本发明可称之为复合型尖轨式道岔。参考图1，典型的已有技术的铁路道岔，包括一对按标准轨距平行伸展的前伸钢轨11和12，和一对布置成与前伸钢轨斜交的互相平行的道岔钢轨13和14。设置一对道岔尖轨16和17，用来引导铁路车辆驶入一对曲导轨18和19上。辙叉21置于钢轨段12、13和18的交汇点，它允许车轮从钢轨18穿过钢轨12移动至钢轨13。道岔的尖轨长度是指从道岔尖轨的枢轴点至其尖端的距离，导距长度是指道岔尖轨的尖端至辙叉的距离。
参见图3，车轮转向架22必须从直轨11和12移到道岔尖轨16和17处。轮缘23在轨距线内侧从3/8英寸移至3/4英寸，直到轮缘完全通过道岔尖端才与道岔尖轨16接触。车轮转向架继续作直线运动直至轮缘23碰撞道岔尖轨。在接触的一刹那，边缘23与尖轨确定了一冲击角，该冲击角决定了铁路车辆受到的侧向加速度，以及乘客在转向时的舒适程度，以及岔道的磨损系数。冲击角还是通过道岔的最大安全速度的限制因素。尽管道岔尖轨和直轨段以某个预定角度相交或可重叠成切线关系，然而根据轮缘与道岔尖轨的实际关系，实际冲击角一般会不同。
如图2所示，冲击角等于道岔尖轨角的唯一道岔布置形式是直线型尖轨道岔。在直线型尖轨道岔中，道岔尖轨31是条直线并与曲导轨32的端部相切。在标准AREA20号是道岔布置方式中，道岔尖轨31以0°58’30”的角度伸展，这也是其车轮转向架与道岔接触时的冲击角。这个冲击角比较大，它确定了通过道岔的最高安全速度和使乘客不舒适的侧向加速度。
为讨论起见，20号道岔继续用作对比的基准。然而，这里描述的关系对所有道岔角度，长度和轨距均适用。
为减少直线型尖轨道岔的大的冲击角，引入了曲线型道岔尖轨。如图2所示，道岔尖轨使用曲轨33并圆滑地过渡到曲导轨34。通常尖轨33的曲率半径大于导轨34的曲率半径。尽管在标准20号曲线型道岔布置中与进口铁轨形成的尖轨角是0°27’19”，在尖轨33与进口铁轨间的距离为0.5英寸处，实际冲击角是0°32’17”。该距离是希望轮缘与道岔尖轨33碰撞的位置。冲击角比直线型尖轨道岔的冲击角要小，但仍然较大且限制了通过道岔的速度等等。
为了进一步减少曲线型道岔的冲击角，引入了切线型道岔尖轨，参见附图2，道岔尖轨36，沿与进口铁轨相切的方向上延伸，且其曲率半径通常等于导轨37的曲率半径。这样，道岔尖轨角是0°00’00”，然而，在标准20号切线型道岔尖轨的布置形式中，在道岔尖轨与进口铁轨的间距为0.5英寸处，冲击角是0°20’05”，如上所述，道岔尖轨的尖端的切线关系要求该尖端薄似刀口，因而该尖端薄弱易磨耗损坏。而且，在引导火车车辆行驶时，由于轮缘不能接触尖轨的尖端，因而尖轨尖部头几英尺的钢轨不受冲击影响。
道岔的进一步发展产生了割线型道岔尖轨，如图2所示，割线型道岔尖轨38的曲率半径一般与曲导轨39的相同，但道岔尖轨角大于零度(例如对20号割线型道岔布置为0°04’36”)，以增加道岔尖轨尖端的厚度和强度。其冲击角与切线型道岔尖轨布置形式的冲击角-0°20’05”相同。然而，在引导火车车辆行驶时，由于轮缘不能接触尖轨的尖端，因而尖轨尖部头几英尺的钢轨不受冲击影响。
本发明包括如上所述的在已有技术的铁路道岔上进行改进后的一种铁路道岔。如图4所示，本发明为一种复合型尖轨道岔，其中道岔尖轨组合了曲线型、切线型和割线型道岔的优点。这种复合型尖轨道岔包括一对可绕枢轴转动的尖轨41和一对固定的曲导轨42。每个导轨42包括一邻近端部43，该邻近端部为一直线并与导轨的主要弯曲部分相切，端部43伸展至道岔的辙叉44内。每个尖轨41包括一弯曲的邻近部分47，该邻近部分47的曲率半径通常与导轨42的相同。尖轨41还包括成直线并与邻近部47相切的末端部分46。每个尖轨41的邻近部分47与末端部分46相连接的位置，被确定为冲击点。该点位于轮缘第一次碰撞尖轨的位置，且直线部分46以一角度向进口铁轨延伸。例如，在采用复合型尖轨的20号道岔中，道岔尖轨角是0°20’05”，冲击角也是0°20’05”。尖轨长度是 ，导轨的半径是2810.29英尺，导程是标准的156’-0.5″。
尖轨的直线末端部分46设有相当坚硬的末端，而且减少了弯制无用的曲线端部的费用。其冲击角与切线型或割线型20号铁路道岔的相同。另外本发明的复合型道岔提供了可能最短的尖轨长度，在相同冲击角的情况下比切线型布置更短。
图6表示了本发明的复合型道岔与已有技术的割线型和切线型道岔的比较。它表明了本发明的复合型道岔的导轨曲率半径最大，尖轨长度最小。
尽管本发明的复合型尖轨道岔提供一种在AREA20号形式中改进的优选的铁路道岔，其超出已有技术的优点主要在于较长导程尺寸。图5表示另一实例，其中与图4相一致的部分通过向相应数字标号右上角附加一短撇(’)表示。优化复合几何形状导程长度约为179英尺，取进口角度(和冲击角)约0°11’。这个小角度可允许机车高速通过道岔，这对现代高速铁路已经足够。
No20复合道岔伸展的复合道岔尖轨角 0°20′05″ 0°11′00″进口角度0°20′05″ 0°11′00″导轨半径2810.3英尺 3332英尺尖轨长度45′-10″ 59′-10″导距156-0″ 本发明的复合型道岔尖轨具有优于已有技术的道岔的许多优点简要概括如下1、与进口铁轨形成尽可能最小的分离角；2、尽可能量大的导轨曲线半径；3、按照大导轨曲线半径和小分离角，全道岔长度尽可能最短；4、尽可能最短的道岔尖轨；5、最坚硬的尖轨尖端，降低磨损和减小保养；6、获得高性能的同时制造成本最低。
7、高性能的道岔的保养费用最低。
以上已经描述了本发明的最佳实施例，本发明并不仅限于所公开的部分，在不违背本发明精神与范围的前提下，参考上述公开的内容有可能作出许多修改与变化。所述的实例最能说明，本发明的原理和实用性，本领域的普通技术人员可以针对其它实例和修改利用本发明达到特定的预期目的。本发明的范围由权利要求书限定。
权利要求
1.一种尖轨式转辙器铁路道岔，包括一对导轨，每个导轨包括一基本弯曲部分和第一邻近端部，该第一邻近端部整体伸展并与所述基本弯曲部分相切；一对尖轨，所述尖轨可以分别绕枢轴轩动，它用来引导机车车辆从一对进口铁轨转向至上述导轨，每个所述尖轨包括第二邻近端部，该第二邻近端部伸展并与各导轨的各基本弯曲部分的尖端邻接，所述第二邻近端部是弯曲的；每个所述尖轨还包括一直线末端部分，所述直线末端部分整体伸展并与所述第二邻近端部相切；每个所述尖轨的上述直线末端部分与各自的进口铁轨限定了一道岔尖轨角；所述道岔尖轨角不为零。
2.一种尖轨式转辙器铁路道岔，包括一对导轨，每个导轨包括一基本弯曲部分和第一邻近端部，该第一邻近端部整体伸展并与所述基本弯曲部分相切；一对尖轨，所述尖轨可以分别绕枢轴转动，它用来引导机车车辆从一对进口铁轨转向至所述导轨，每个所述尖轨包括第二邻近端部，该第二邻近端部伸展并与各导轨的各基本弯曲部分的尖端邻接，所述第二邻近端部是弯曲的；每个所述尖轨还包括一直线末端部，所述直线末端部整体伸展并与所述第二邻近端部相切；每个所述尖轨的上述直线末端部分与各自的进口铁轨限定了一道岔尖轨角；其中所述道岔尖轨角并非切向角且大于0°00’00”。
3.一种尖轨式转辙器铁路道岔，包括一对导轨，每个导轨包括一基本弯曲部分和第一邻近端部，该第一邻近端部整体伸展并与所述基本弯曲部分相切；一对尖轨，所述尖轨可以分别绕枢轴转动，它用来引导机车车辆从一对进口铁轨转向至所述导轨，每个所述尖轨包括一第二邻近端部，该第二邻近端部伸展并与各导轨的各基本弯曲部分的尖端邻接，所述第二邻近端部是弯曲的；每个所述尖轨还包括一直线末端部分，所述直线末端部分整体伸展并与所述第二邻近端部相切；每个所述尖轨的上述直线末端部分与各自的进口铁轨限定了一道岔尖轨角；每个所述尖轨角包括一冲击点，该冲击点构成机车车辆的轮缘预期的冲击位置，所述冲击点与所述第二邻近端部和所述直线末端部分的接合位置相重叠。
4.如权利要求1所述的尖轨式转辙器铁路道岔，其特征在于每个所述的导轨的所述基本弯曲部分具有第一曲率半径，所述第二邻近端部具有第二曲率半径，且所述第一和第二曲率半径基本上相同。
5.如权利要求1所述的尖轨式转辙器铁路道岔，其特征在于所述铁路道岔还包括一道岔辙叉，所述辙叉布置在一条进口铁轨和其中一条导轨的接合处，它还包括其中一条导轨的第二直线端部分，该第二直线端部分延伸穿过所述道岔辙叉。
全文摘要
一种改进的尖轨式转辙器道岔，所述道岔具有一复合尖轨(41)，它伸向一弯曲导轨(42)，所述弯曲导轨是线性的且与道岔辙叉(44)相切。道岔尖轨(41)包括与导轨(42)具有相同半径的邻近曲线部分(47)，和呈直线且与邻近部(47)相切的末端部(46)，尖轨(41)的直线末端部分(46)提供了尖轨的进口角度，该进口角度与车轮转向架碰撞岔道时的冲击角相同，还包括尽可能最短的道岔尖轨长度和尽可能最大的导轨的曲率半径。本发明能够优化冲击角度和导轨(42)的冲击角度，允许机车高速通过并能减少磨损，节省保养费用。
文档编号E01B7/00GK1131446SQ9419343
公开日1996年9月18日 申请日期1994年8月29日 优先权日1993年9月17日
发明者罗伯特·埃·维洛 申请人:罗伯特·埃·维洛