专利名称：一种具有较小的空气传播噪音的铁轨的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由型材制成的路轨，特别是一种在机车行驶时具有较小的空气传播噪音的铁轨。该铁轨包括一个带有一支撑面的轨底，一个轨腹以及一个带有一承载面的轨头。该钢轨的轨高、最好是轨头宽、特别是相对重心轴的惯性矩及阻力矩基本上等于具有相同负载能力的普通的标准型材铁轨。
路轨是由轧制成型的钢条制成。其用于铺设机车轨道、特别是铁轨。在铁轨上可以进行较经济的货物运输。其中，金属的、特别是钢制的车轮或带有一个钢材表面的车轮在钢轨上作为轨头的部件的承载面上滚动。在与轨头相对的一侧、有一个通过轨腹与轨头相连的轨底。该轨底通过其支撑面与路基相连。
随着铁路系统的发展，人们已经将对应于不同的负载要求和使用要求的钢轨的断面形状按其功能进行了标准化。在欧洲经常用在铁轨上的一种标准型材是UIC60。其重量约为60kg/m，其尺寸公差较小。例如，轨高公差为±0.6mm、轨头宽公差为±0.5mm。钢轨具有较小的尺寸公差对于具有精确的几何尺寸的铁轨特别重要。它可以保证机车在不牺牲乘坐舒适性及不产生大的动载荷的前提下提高其车速。为减少磨擦，人们已经在钢轨上制出或使用一个具有较高的材料硬度的轨头。
尽管人们已经提高了钢轨的尺寸精度、改善了其承载面或行驶面的质量及平面度，但在车辆行驶时仍然会产生摆振及由此引起的空气传播噪音。特别是在高速行驶时这种噪音较大从而会给环境造成较大的噪音污染。人们还发现，通过钢轨表面产生的空气传播噪音会引起机车行驶噪音的进一步提高。
人们已经试图通过在钢轨表面设置隔音层来降低其产生的空气传播噪音强度。
如DE-A-4225581或AT-AS652/90中所公开的，由某种减震材料构成的涂敷层只能部分解决上述问题。其同时会引起材料消耗、妨碍钢轨在铁道上的可视性并且其本身可能因采用诸如增强聚合物等材料对环境产生污染。此外，在DE-OS4411833中还公开了若干方案，其通过在固定元件中增加弹性件将摆振传递到路基上并由此减小钢轨产生的空气传播噪音。
迄今为止，人们提出的各种用于降低钢轨或铁道设施产生的空气传播噪音的设备及方案都具有一个共同的缺陷，即功能小或消耗大或二者兼有并且会大大减小钢轨摆振的传递效果。
因此，本发明的目的在于减小或消除钢轨在车辆行驶时、特别是高速行驶时产生的摆振，从而减小空气传播噪音程度及对环境的噪音污染。本发明的目的是通过减少固体、特别是钢轨本身的、可产生空气传播噪音的摆振，从而用一种简单的方法降低噪音传播度及对环境的污染。
本发明的目的、特别是上述目的是通过该方案实现的，其采用一个如本申请开始就提及的型材路轨，其至少在轨腹一个侧面上至少在其下部、即在由轨底向轨腹侧面过渡的过渡线与钢轨截面重心轴之间的区域内形成一个基本上无拐点或无弯折区的凹曲部以及/或者采用比标准型材钢轨大的轨底高度。
一种令人惊奇的现象是，并不象专业界通常认为的那样，即轨头与轨底之间的轨腹会象一个膜片一样摆动从而产生大量的被传播的噪音。更确切地说是轨头、特别是轨底具有较高的固体传播噪音度，因而对整个噪音传播水平具有较大的影响，因而成为影响环境噪音污染的主要因素。沿轨底纵向、例如沿轨底翼缘产生波形摆振、特别是在与频率有关的高速行驶中产生的强烈摆振是因何原因引起的，在科学上尚无结论。但已被认为，表面的拐点或弯折区或截面厚度的不连续变换表示着震动节点或应力点，由此可增大或容许型材部件、如轨底的翼缘的振动。本发明将通过增大轨底的高度并且/或者通过从轨底到轨腹侧面的无拐点或无弯折区的过渡来减小由轨底表面向周围、特别是向路基传播的空气传播噪音。
若型材截面相对于其垂直轴线为对称形，则可进一步减小型钢的局部振动节点，从而选一步降低噪音的传播。
若采用一种下面将叙述的最佳方案、即位于轨底过渡线与轨头过渡线(即轨头的侧面向轨腹侧面过渡时形成的过渡线)之间的轨腹侧面的上部及下部在钢轨的截面上形成基本上无拐点或无弯折区的圆弧状凹陷区，则可进一步减小摆振、特别是在型材件中产生的、可引发空气传播噪音的摆振。
若钢轨截面采用这种形状，即使轨腹侧面的上部和下部由一段圆形和/或一段椭圆形曲线构成，而其中间区域最好是一段沿其切线延伸的直线段，重心轴通过该中间段延伸，则可进一步有利于制造工艺、即轧制工艺并可减小重量及减小空气传播噪音的传播。其中以轨腹的最小厚度等于或大于标准钢轨上的相应的厚度为宜。
一种可以在低的空气传播噪音水平下获得较高的钢轨承载能力的最佳实施例是，重心轴与轨底上的支撑面之间的距离为钢轨高度(A)的0.5至0.38，最好是0.47至0.41倍。
一种可进一步抑制或减小轨底边缘的外部件的振动敏感性的简单方案是，与标准型材钢轨相比，轨底具有较小的宽度和/或较大的高度。
作为一种最佳方案，本发明轨头、特别是包括承载面的轨头具有较高的材料硬度(其本身是已知的)，这样可明显减小在标准型材中较大的噪音传播水平。其中，若轨底、特别是钢轨上包括支撑面并相对于轴线基本对称的中间区域也采用较高的材料硬度，则可获得一种具有特别稳定的、最好的使用性能的实施方案。
以下将借助于附图进一步说明本发明的实施例及由此得到的研究结果。其中
图1为标准钢轨UIC60的截面图；图2为本发明的、轨底得以增强的钢轨的截面图；图3为钢轨的截面图，其中在轨腹侧面靠近轨底侧具有无拐点圆角；图4为钢轨的截面图，其中轨腹侧面全部采用圆角；图5为钢轨的固体传播噪音水平及重量与截面形状的关系图。
图1表示了一个标准钢轨UIC60的截面。该钢轨的总高A为172mm。其轨头高，即由承载面41距轨腹侧面31的过渡线34的距离为37.5mm.。轨底宽度B为150mm。重心轴X与轨底2上的支撑面21之间的距离S为80.95mm。
这样一种重量或质量为60.34Kg/m的标准钢轨UIC60，在承载面41受到垂直于纵向延伸方向、沿竖直方向或水平方向产生的侧面或者偏心激励力时，将产生摆振脉冲并达到最大的固定传播噪音水平及噪音传播功率。在标准钢轨上确定的值如图5中的条形图B所示，表示了UIC60的基本值，其结果值可用于同本发明钢轨进行比较。
图2表示了本发明的钢轨。该钢轨相对于标准钢轨UIC60具有增强的轨底2，即具有较大的轨底厚度H。由此使得在钢轨总高A不变的前提下减小了由重心轴(X)至支撑面21的距离S。由图5中的条形图1可以看出，钢轨的重量略有提高。从图5中的条形图1还可以看出，在受到相同激励的前提下，该钢轨与标准钢轨相比，最大固体传播噪音水平降低了，而且空气传播噪音水平有明显的下降。
图3表示了本发明的一种钢轨型材，其中，轨底高度H与标准型材UIC60相同。位于靠近轨底的过渡线32与重心轴X之间的轨腹3侧面31的下部31′构成对称的无拐点圆形圆角。如图5中的条形图2所示，采用该实施方案的钢轨与标准钢轨相比，在承受相同的脉冲激励的前提下，固体传播噪音水平明显降低，且产生的噪音能量的总水平也下降1.05dB。其中，钢轨的质量(见图5中下面的图中的条形图2)仅略有增加。
图4表示了本发明的另一种钢轨型材，其具有全圆角形连接板，即从靠近轨底的过渡线32至靠近轨头的过渡线34具有无拐点的轨腹侧面31，轨腹3在重心轴区域内具有一段沿圆弧切线延伸的、与平面平行的中间区。尽管图5中的下图中条形图3可以看出，轨腹3从轨头4至轨底5的连续厚度变化使得钢轨的质量每米有提高，但从图5的上图中的条形图3中可以看出，其最大的固体传播噪音水平降低了一定的百分点并且所传播的噪音总水平降低了约3.0dB。
与其他的标准钢轨型材相比，具有本发明特征的钢轨传播噪音功率的总水平也同样有明显的下降。
权利要求
1.一种由型材制成的路轨(1)，特别是一种在机车行驶时具有较小的空气传播噪音的铁轨，该铁轨包括一个带有一支撑面(21)的轨底(2)，一个轨腹(3)以及一个带有一承载面(41)及轨高为(A)和有一轨头宽度的轨头(4)，特别是其相对重心轴的惯性矩及阻力矩基本上等于具有相同负载能力的普通的标准型材铁轨，其特征在于，至少在轨腹一个侧面(31)上至少在其下部(31’)，即在由轨底(2)向轨腹侧面(31)过渡的过渡线(32)与钢轨(1)的截面重心轴(X)之间的区域内形成一个基本上无拐点或无弯折区的凹曲部以及/或者采用比标准型材钢轨大的轨底高度(H)。
2.如权利要求1所述的由型材制成的路轨，其特征在于，截面形状对称于高度方向的对称线(Y)。
3.如权利要求1或2所述的由型材制成的路轨，其特征在于，位于轨底过渡线(32)与轨头过渡线(34)，即轨头(4)的侧面(42)向轨腹上侧面(31′)过渡时形成的过渡线之间的轨腹(3)侧面(31)的上部(31′)及下部(31″)在钢轨(1)的截面上形成基本上无拐点或无弯折区的圆弧状凹陷区。
4.如权利要求1至3之一所述的由型材制成的路轨，其特征在于，在钢轨(1)的截面上，轨腹侧面(31)由一段圆形和/或一段椭圆形的上部(31′)和下部(31＂)构成，而其中间区域最好是一段沿其切线延伸的直线段，重心轴(X)通过该中间段延伸。
5.如权利要求1至4之一所述的由型材制成的路轨，其特征在于，重心轴(X)与轨底(2)上的支撑面(21)之间的距离(S)为钢轨高度(A)的0.5至0.38，最好是0.47至0.41倍。
6.如权利要求1至5之一所述的由型材制成的路轨，其特征在于，与标准型材钢轨相比，钢轨(1)的轨底(2)具有较小的宽度(B)和/或较大的高度(H)。
7.如权利要求1至6之一所述的由型材制成的路轨，其特征在于，轨头(4)、特别是钢轨(1)上包括承载面(41)的区域材料硬度高于轨腹及轨底的硬度。
8.如权利要求1至7之一所述的由型材制成的路轨，其特征在于，轨底(2)、特别是钢轨(1)上包括支撑面并相对于轴线(Y)基本对称的中间区域的材料硬度高于轨腹的硬度。
全文摘要
本发明涉及一种由型材制成的路轨,特别是一种在机车行驶时具有较小的空气传播噪音的铁轨。为减少噪音传播,至少在轨腹一个侧面(31)上至少在其下部(31′),即在轨底(3)侧的过渡线(32)与钢轨截面重心轴(X)之间的区域内形成一个基本上无拐点或无弯折区的凹曲部以及/或者在与标准型材钢轨总高A相同的前提下采用比标准型材钢轨大的轨底高度(H)。
文档编号E01B5/02GK1183820SQ96193735
公开日1998年6月3日 申请日期1996年3月5日 优先权日1995年3月24日
发明者H·A·希弗尔 申请人:沃斯特-阿尔派因钢轨有限公司