倾斜抑制单元、钢轨扣件以及轨道段的制作方法

本发明属于轨道部件，具体涉及一种倾斜抑制单元、钢轨扣件以及轨道段。

背景技术：

1、在铁路轨道系统中，钢轨扣件是用于将钢轨固定于轨枕或轨道板上的关键部件，其主要功能包括提供足够的扣压力以固定钢轨、保持两条钢轨之间的轨距、水平以及缓冲列车运行时的轮轨冲击力等。在列车运行时，由于轮轨接触位置与钢轨中轴线存在偏心，尤其是在曲线地段，叠加了轮轨横向作用力后，钢轨的轮轨接触段会绕其中轴线动态扭转，轮轨接触段的一侧轨底脚向下位移、另一侧轨底脚向上位移，导致钢轨在其横断面方向上出现倾斜、在其长度方向上产生局部扭转，同时伴随钢轨的纵向弯曲变形，这种扭转与弯曲变形叠加效应会引发动态轨距扩张、钢轨异常磨耗，影响车辆运行的安全性和稳定性，也会加速钢轨扣件零部件的损伤。而在轨道中小半径曲线地段、采用不分开式扣件或低刚度轨下垫板时，上述情况更为显著，严重时可能导致列车脱轨，危及行车安全。因此，增强钢轨扣件的倾斜抑制能力具有重要的工程意义。

2、现有技术中，针对不同轨道情形，主要通过以下三种方案提升钢轨扣件的倾斜抑制能力，但三种方案各有其不足：

3、其一为轨撑加固方案，针对小半径曲线地段，在钢轨扣件上安装轨撑并使其贴靠钢轨外侧轨腰，以增强钢轨扣件对钢轨的横向支撑，提升其倾斜抑制能力。但是轨撑加固方案仅提供了单边约束，仅对钢轨向轨道中心线外侧的倾斜和扭转进行限制，而对钢轨向轨道中心线侧的倾斜和扭转不起作用。同时该方案影响轨距块的安装，导致轨距调节不便，同时轨撑在竖向上与钢轨形成刚性连接，限制了钢轨的垂向位移，也降低了钢轨扣件的减振性能。

4、其二为加长铁垫板方案，针对不分开式扣件，在钢轨与轨枕之间设置长度更长的铁垫板，以延长钢轨倾斜的支点距离，从而提高抗扭转力矩。但该方案在钢轨受到的横向力较大时会带来锚固螺栓上拔、铁垫板发生弯曲变形的问题，对扣件零部件造成损伤。同时该方案导致钢轨扣件结构复杂化，而且增加的铁垫板通过锚固螺栓固定于轨枕或道床，板下垫板被其预紧力压缩，降低了扣件系统的弹性，增大了其刚度，减小了对轮轨冲击力的弹性缓冲。

5、其三为双层铁垫板方案，双层铁垫板结构由轨下垫板、上层铁垫板、中间垫板、下层铁垫板和板下垫板组成，通过下层铁垫板两端向上伸出的挡肩以及两层铁垫板之间的填充块来约束上层铁垫板的横向位移与扭转。但双层铁垫板方案扣件结构高度较大，相同轮轨横向力条件下钢轨扭转力臂更大，因而钢轨的扭转位移也会相应增大。同时双层铁垫板方案结构非常复杂、零部件数量多，给钢轨扣件的运输、安装及维护带来诸多不便，难以大规模推广使用。此外，填充块易磨损，因此随使用时间增加，两层铁垫板与填充块之间的配合间隙会增大，导致对于上层铁垫板的横向限位功能快速减弱甚至失效，造成轨距变化量大，影响行车安全。

6、综上，现有的钢轨扣件普遍无法兼顾轨距块的安装使用和轨距调整、减振能力以及倾斜抑制能力且构造复杂，目前亟需一种结构简单且能够同时满足上述多方面需求的新型钢轨扣件。

技术实现思路

1、本发明是为解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够兼顾轨距块正常安装使用、提升垂向减振能力和倾斜抑制能力的钢轨扣件，技术思路为在钢轨扣件本体（铁垫板）与钢轨轨底之间增设倾斜抑制用的非线性弹性体，通过其弹性限位作用提升钢轨扣件的倾斜抑制能力，保证动态条件下轨距变化不超过标准限值要求，同时不影响其减振性能以及轨距调节等常规功能。具体地，本发明采用了如下技术方案：

2、本发明提供了一种倾斜抑制单元，设置在具有扣压单元、减振单元和定位单元的钢轨扣件中，用于抑制与所述钢轨扣件相对应的钢轨部分的倾斜，所述扣压单元用于对所述钢轨进行扣压，所述减振单元用于承载所述钢轨并实现弹性减振，所述定位单元用于对所述扣压单元、所述减振单元和所述倾斜抑制单元进行定位，该倾斜抑制单元具有这样的技术特征，其包括：设置在所述定位单元上的一对或多对容纳部；以及被部分容纳在所述容纳部中并且与所述钢轨底面相接触的一对或多对弹性构件，其中，所述容纳部的内表面与所述弹性构件之间具有间隙空间，所述弹性构件与所述容纳部相配合，在车轮经过导致所述钢轨产生压力时其动态刚度增大。

3、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述弹性构件的材料、形状、构成或其组合以及所述间隙空间使得所述弹性构件的最大垂向压缩变形小于等于5mm。

4、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述容纳部为凹槽，所述间隙空间的体积为所述弹性构件的体积的10%-20%。

5、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述定位单元的中部位于所述钢轨与轨枕之间，所述容纳部为凹槽，一对所述容纳部中的一个位于所述定位单元在所述钢轨延伸方向上的一端上，另一个位于所述定位单元在所述钢轨延伸方向上的另一端上。

6、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述容纳部为一对，一对所述容纳部均位于所述钢轨底部外侧边缘的近旁。

7、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述容纳部为至少两对，其中的一对所述容纳部位于所述钢轨底部外侧边缘的近旁，一对所述容纳部位于所述钢轨底部内侧边缘的近旁。

8、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述钢轨扣件设置在直线轨道段中，所述弹性构件为两对，其中的一对所述弹性构件分别设置在位于所述钢轨底部外侧边缘的近旁的一对所述容纳部中，另一对所述弹性构件分别设置在位于所述钢轨底部内侧边缘的近旁的一对所述容纳部中。

9、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述容纳部为至少四对，其中的一对所述容纳部均位于所述钢轨底部外侧边缘的近旁，一对所述容纳部均位于所述钢轨底部内侧边缘的近旁，其余的多对所述容纳部分别位于所述钢轨的两侧下方。

10、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述钢轨扣件设置在曲线半径≥400m的曲线轨道段中，所述弹性构件为至少两对，其中的一对所述弹性构件分别设置在位于所述钢轨底部外侧边缘的近旁的一对所述容纳部中，另一对所述弹性构件分别设置在位于所述钢轨底部内侧边缘的近旁的一对所述容纳部中。

11、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述容纳部为至少六对，其中的一对所述容纳部均位于所述钢轨外侧底部的近旁，一对所述容纳部均位于所述钢轨内侧底部的近旁，其余多对所述容纳部分布在所述钢轨的下方。

12、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述钢轨扣件设置在曲线半径＜400m的曲线轨道段中，所述弹性构件为至少四对，其中的一对所述弹性构件分别设置在位于所述钢轨底部外侧边缘的近旁的一对所述容纳部中，另一对所述弹性构件分别设置在位于所述钢轨底部内侧边缘的近旁的一对所述容纳部中。

13、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述容纳部为一对，每个所述容纳部为长条状凹槽，其长度方向与所述钢轨的宽度方向相一致，其两端分别位于所述钢轨底部两侧边缘的近旁。

14、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述弹性构件具有容纳在所述容纳部内的内藏部以及位于所述容纳部外部的露出部，所述间隙空间形成在所述内藏部的外表面与所述容纳部的内表面之间，所述露出部的上端与所述钢轨底面接触，所述露出部的垂向截面从上到下逐渐变大。

15、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述容纳部为矩形凹槽，所述弹性构件由弹性材料一体形成，整体呈圆柱状，所述露出部为所述弹性构件的上部，呈半圆柱状。

16、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述容纳部为矩形凹槽，所述弹性构件包含弹性体，所述弹性体由弹性材料一体形成，整体呈具有蘑菇形截面的柱状，所述露出部为所述弹性体的上部，呈半圆柱状。

17、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述弹性构件还包含构件基座，所述构件基座由刚性材料构成，被容纳在所述容纳部内，所述弹性体的下部与所述构件基座相结合。

18、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述弹性构件呈柱状，其包含：一个或多个弹性体；以及一个或多个加强件，由刚性材料形成，设置在所述弹性体内或两个所述弹性体之间。

19、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述弹性构件包含从下到上依次层叠设置的一个层状的所述弹性体、一个层状的所述加强件以及另一个层状的所述弹性体，形成三层复合结构，所述弹性构件的垂向截面形状与所述容纳部的垂向截面形状均呈矩形。

20、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述容纳部为凹槽，所述弹性构件呈柱状，所述弹性构件的垂向截面和所述容纳部的垂向截面均呈矩形，所述弹性构件的轴向长度和宽度分别小于所述容纳部的长度和宽度，所述弹性构件的高度大于等于两倍的所述容纳部的深度。

21、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述容纳部为凹槽，所述弹性构件呈柱状，所述弹性构件的轴向与所述钢轨的延伸方向相一致或与所述钢轨的宽度方向相一致。

22、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，所述弹性构件由弹性材料一体形成或包含由弹性材料形成的弹性体，所述弹性材料为橡胶、尼龙、聚氨酯或聚四氟乙烯中的任意一种或多种的组合，且其绝缘电阻≥5×106ω，所述容纳部由金属形成。

23、本发明提供的倾斜抑制单元，还可以具有这样的技术特征，其中，在所述钢轨受到的横向荷载≤10kn时，所述弹性构件的动态刚度小于等于所述减振单元的动态刚度，在所述钢轨受到的横向荷载>10kn时，所述弹性构件的动态刚度为30kn/mm-50kn/mm。

24、本发明提供了一种钢轨扣件，该钢轨扣件具有这样的技术特征，其包括：定位单元，设置在轨枕与钢轨之间；减振单元，设置在所述定位单元中并被所述定位单元定位，用于承载所述钢轨并实现弹性减振；一对扣压单元，设置在所述定位单元上并被所述定位单元定位，用于相互配合对所述钢轨底部进行扣压；以及倾斜抑制单元，设置在所述定位单元上并被所述定位单元定位，用于抑制与所述钢轨扣件相对应的所述钢轨部分的倾斜，其中，所述倾斜抑制单元为上述任一种倾斜抑制单元。

25、本发明提供了一种轨道段，该轨道段具有这样的技术特征，其至少包括：主体结构，具有多个或多对轨枕；多对钢轨扣件，分别设置在多个或多对所述轨枕上；以及两条钢轨，通过多对所述钢轨扣件分别固定在所述主体结构上，其中，一对或多对钢轨扣件为上述的具有倾斜抑制单元的钢轨扣件。

26、发明的作用与效果

27、根据本发明提供的倾斜抑制单元、钢轨扣件以及轨道段，由于具有设置在定位单元上的一对或多对容纳部以及被部分容纳在容纳部中并与钢轨底面相接触的弹性构件，且容纳部与弹性构件之间具有间隙空间，为弹性构件提供了变形空间，因此弹性构件能够在钢轨受到轮轨作用力时表现出足够的刚度，对钢轨底部进行弹性支撑，使得钢轨底部的扭转支点向钢轨外侧外移，增大抵抗钢轨扭转力矩，从而减小同样受力情况下钢轨部分的倾斜角度和钢轨整体的扭转幅度，提高铁路轨道运行的安全性和稳定性，使得钢轨倾斜和扭转带来的钢轨横移减小，钢轨几何形位状态保持良好，也减小了钢轨波磨病害，钢轨扭转减小后，列车车轮与钢轨轨头接触相对稳定，两者之间的接触应力降低，因此列车运行更为稳定安全，同时也能避免钢轨扣件中的部件因钢轨扭转而受损。并且，由于多个弹性构件仅从钢轨底部提供额外支撑，并不对钢轨其他部位造成遮挡，也不对钢轨横向或垂向位移形成限制，因此也不影响轨距块的安装和使用、轨距的调节，当钢轨扣件具有弹性单元时，也不影响其发挥弹性减振作用，使得钢轨扣件能够兼顾轨距调节等常规功能、减振功能和倾斜抑制功能。