强化钢轨倾翻刚度控制钢轨波浪形磨耗的钢轨连接装置的制作方法

1.本发明涉及铁道车辆与轨道系统动力学技术领域，尤其涉及一种强化钢轨倾翻刚度控制钢轨波浪形磨耗的钢轨连接装置。


背景技术：

2.到目前为止，铁道车辆与轨道系统动力学在低频范围(＜50hz)的大多数技术问题已经被认识清楚，并有比较成熟的商业化动力学仿真分析软件和测试试验手段获得轮轨低频动力学的特性。但在轮轨系统的高频动力学范围(≥50hz)还有很多技术问题没有被认知，没有相对成熟的商业化动力学仿真分析软件，高频动力学的试验测试手段也受到一定限制。例如，国内外虽然对钢轨波浪形磨耗问题进行了超过百年的研究，但至今一直没有被解决，只能采取被动的钢轨打磨来维持列车的安全运行。
3.文献“钢轨波浪形磨耗形成机理与减缓措施研究”(《中国铁道科学》第15卷第2期(1994年6月))和“轮轨中低频相互作用与钢轨波浪形磨耗”(《中国铁道科学》第18卷第3期(1997年9月))中通过1：5滚动模型试验台试验、1：1滚动实物试验台试验、线路行车试验以及计入轮对弹性和轨道弹性的动力学仿真计算均揭示了高频(≥50hz)轮轨力(包含法向力和切向力)是真实存在的，轮轨间的高频(≥50hz)蠕滑(摩擦)振动是钢轨波浪形磨耗产生的主要原因。
4.动力学仿真计算模型考虑了轮对前3阶弯曲振动、轮对前2阶扭转振动、钢轨垂向位移、钢轨横向位移、钢轨倾翻角位移等会产生轮轨力高频成分的结构弹性变形，仿真计算还引入了轮轨蠕滑(摩擦)曲线的干摩擦负梯度特性。轮轨蠕滑(摩擦)一旦进入大蠕滑的负梯度区，振动阻尼系数就会变为负值，振动系统从外界吸取能量，振动幅度异常增大，使轮轨间发生蠕滑(摩擦)自激振动现象。
5.钢轨倾翻角扩大了轨距(钢轨顶面以下16mm处两个钢轨之间的距离)，增大车轮踏面和钢轨顶面的横向相对位移，在轮轨不平顺的激扰下增大轮轨间的横向相对滑动速度，使轮轨蠕滑(摩擦)很容易进入大蠕滑的负梯度区，导致轮轨产生异常的蠕滑(摩擦)自激振动，造成钢轨波浪形磨耗和钢轨扣件等的提前失效。如果设置一个连接左、右2个钢轨的装置，使左、右2个钢轨的倾翻角刚度增大，就能有效地降低车轮踏面和钢轨顶面的横向相对位移和相对滑动速度，消除或减少轮轨异常蠕滑(摩擦)自激振动的发生，避免或减轻钢轨波浪形磨耗的产生。
6.铁道行业标准《tb/t 2492
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2004绝缘轨距杆技术条件》规定了轨距杆的技术条件，但是，轨距杆只能抑制钢轨轨底的横向位移，轨距杆不能抑制钢轨的倾翻角位移。在设计或安装轨撑时，为了不损失钢轨扣件的扣压力，轨撑背立面与轨腰之间必须留有一定的缝隙，因此，轨撑对抑制钢轨的静态大倾翻角有效，对抑制钢轨的动态小倾翻角无效。


技术实现要素：

7.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了强化钢轨倾翻刚度控制钢轨波浪形
磨耗的钢轨连接装置。
8.本发明提出的强化钢轨倾翻刚度控制钢轨波浪形磨耗的钢轨连接装置，包括位于两个钢轨底部的多个抗弯横梁，多个所述抗弯横梁间隔开布置，每个所述钢轨的两侧分别设置有内扣压板和外扣压板，所述内扣压板和所述外扣压板定位在所述抗弯横梁上端面，所述内扣压板和所述外扣压板将所述钢轨的轨底夹紧在所述内扣压板和所述外扣压板之间，所述内扣压板与抗弯横梁之间、所述外扣压板与所述抗弯横梁之间通过扣压螺栓连接。
9.优选地，所述内扣压板和外扣压板的底部均设置有扣压绝缘垫板，且扣压绝缘垫板与钢轨的轨底相接触。
10.优选地，进一步包括轨底绝缘垫板，所述轨底绝缘垫板位于所述钢轨的底部与所述抗弯横梁之间。
11.优选地，所述抗弯横梁的外形为凸型结构。
12.优选地，多个所述抗弯横梁均与所述钢轨垂直设置。
13.优选地，所述内扣压板和外扣压板均采用金属材料制成。
14.优选地，所述轨底绝缘垫板和扣压绝缘垫板均采用高分子复合绝缘材料制成。
15.优选地，所述抗弯横梁为空心结构，抗弯横梁与钢轨之间安装有垫板。
16.优选地，所述钢轨的底部设置有减振轨枕，且减振轨枕通过螺钉固定在地面上。
17.优选地，所述减振轨枕的顶部安装有两个扣件，且两个扣件分别扣压在钢轨的底部两侧上。
18.本发明中，所述强化钢轨倾翻刚度控制钢轨波浪形磨耗的钢轨连接装置,具有超越轨距杆和轨撑的抑制钢轨倾翻角和轨底横移的优异性能，随着钢轨一起垂向运动，不影响钢轨的垂向位移和垂向减振性能，但可以有效抑制钢轨的倾翻角位移，尤其是对钢轨的动态倾翻角位移具有极强的抑制作用，同时对轨底的横向位移也有很强的抑制效果。
19.本发明能够抑制车轮踏面和钢轨顶面的横向相对位移和相对滑动速度，使轮轨黏着更加稳定，还具有提高轮轨黏着力(黏着系数)改善列车牵引和制动性能的功能。
附图说明
20.图1为本发明提出的强化钢轨倾翻刚度控制钢轨波浪形磨耗的钢轨连接装置的结构示意图；
21.图2为本发明提出的强化钢轨倾翻刚度控制钢轨波浪形磨耗的钢轨连接装置的俯视结构示意图；
22.图3为本发明提出的强化钢轨倾翻刚度控制钢轨波浪形磨耗的钢轨连接装置的正视结构示意图；
23.图4为本发明提出的强化钢轨倾翻刚度控制钢轨波浪形磨耗的钢轨连接装置的a部分结构示意图；
24.图5为本发明提出的强化钢轨倾翻刚度控制钢轨波浪形磨耗的钢轨连接装置的侧视结构示意图；
25.图6为轮轨系统高频动力学模型图；
26.图7为轮轨摩擦系数与相对滑动速度关系曲线图。
27.图中：1抗弯横梁、2内扣压板、3外扣压板、4轨底绝缘垫板、5扣压绝缘垫板、6扣压
螺栓、7钢轨、8减振轨枕、9扣件。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.实施例一
30.参照图1
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7，强化钢轨倾翻刚度控制钢轨波浪形磨耗的钢轨连接装置，可以包括位于两个钢轨7的底部的多个抗弯横梁1，多个抗弯横梁1间隔开布置，每个钢轨7的两侧分别设置有内扣压板2和外扣压板3，内扣压板2和外扣压板3定位在抗弯横梁1上端面，内扣压板2和外扣压板3将钢轨7的轨底夹紧在内扣压板2和外扣压板3之间，内扣压板2与抗弯横梁1之间、外扣压板3与抗弯横梁之间通过扣压螺栓6连接。
31.换句话说，强化钢轨倾翻刚度控制钢轨波浪形磨耗的钢轨连接装置，可以包括两个钢轨7，两个钢轨7平行设置，两个钢轨7的底部扣压有多个弯曲刚度很大的抗弯横梁1，具有强化两个钢轨7的倾翻定位刚度，同时也增加钢轨的横向定位刚度，但不改变两个钢轨7的垂向定位刚度的功能，增加钢轨倾翻定位刚度，可以降低钢轨的倾翻角位移，并显著降低钢轨顶面的横向位移，钢轨7的两侧分别设置有内扣压板2和外扣压板3，且内扣压板2和外扣压板3的底部与钢轨7相接触，内扣压板2和外扣压板3的顶部中心位置均开设有螺栓孔，螺栓孔的下方设置有开设在抗弯横梁1上的螺纹孔，螺栓孔内安装有扣压螺栓6，且扣压螺栓6的底部螺纹安装在螺纹孔内，抗弯横梁也具有很大的拉伸刚度，会增加左、右2个钢轨轨底的横向定位刚度，对降低轨顶的横向位移也是有益的。
32.本发明中，内扣压板2和外扣压板3的底部均设置有扣压绝缘垫板5，且扣压绝缘垫板5与钢轨7的轨底相接触。
33.本发明中，进一步包括轨底绝缘垫板4，轨底绝缘垫板4位于所述钢轨7的底部与抗弯横梁1之间。换言之，钢轨7的底部设置有轨底绝缘垫板4，且轨底绝缘垫板4的底部与抗弯横梁1顶部相接触。
34.本发明中，钢轨7一般为工字型轨道，抗弯横梁1的外形可以为凸型结构，利用抗弯横梁的弯曲刚度和拉伸刚度增大钢轨的倾翻角刚度以及轨底的横向刚度，从而抑制钢轨的倾翻角和轨底的横向位移，但没有改变钢轨的垂向支撑刚度，不影响钢轨的垂向位移和垂向减振性能。
35.本发明中，多个抗弯横梁1均与钢轨7垂直设置。且两个钢轨7的底部设置有多个轨枕，且抗弯横梁1位于两个轨枕之间。
36.本发明中，内扣压板2和外扣压板3均采用金属材料制成。
37.本发明中，轨底绝缘垫板4和扣压绝缘垫板5均采用高分子复合绝缘材料制成。
38.本发明中，抗弯横梁1为空心结构，减轻抗弯横梁1的重量，抗弯横梁1与钢轨7之间安装有绝缘垫板具有绝缘2个钢轨的作用。
39.本发明中，钢轨7的底部设置有减振轨枕8，且减振轨枕8通过螺钉固定在地面上。
40.本发明中，减振轨枕8的顶部安装有两个扣件9，且两个扣件9分别扣压在钢轨7的底部两侧上。
41.实施例二
42.参照图1
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7，强化钢轨倾翻刚度控制钢轨波浪形磨耗的钢轨连接装置，包括两个钢轨7，两个钢轨7平行设置，两个钢轨7的底部扣压有多个弯曲刚度很大的抗弯横梁1，具有强化两个钢轨7的倾翻定位刚度，同时也增加钢轨的横向定位刚度，但不改变两个钢轨7的垂向定位刚度的功能，增加钢轨倾翻定位刚度，可以降低钢轨的倾翻角位移，并显著降低钢轨顶面的横向位移，钢轨7的两侧分别设置有内扣压板2和外扣压板3，且内扣压板2和外扣压板3的底部与钢轨7相接触，内扣压板2和外扣压板3的顶部中心位置均开设有螺栓孔，螺栓孔的下方设置有开设在抗弯横梁1上的螺纹孔，螺栓孔内安装有扣压螺栓6，且扣压螺栓6的底部螺纹安装在螺纹孔内，抗弯横梁也具有很大的拉伸刚度，会增加左、右2个钢轨轨底的横向定位刚度，对降低轨顶的横向位移也是有益的。
43.本发明中，内扣压板2和外扣压板3的底部均设置有扣压绝缘垫板5，且扣压绝缘垫板5与钢轨7相接触。
44.本发明中，钢轨7的底部设置有轨底绝缘垫板4，且轨底绝缘垫板4的底部与抗弯横梁1顶部相接触。
45.本发明中，钢轨7为工字型轨道，抗弯横梁1为凸型结构，利用抗弯横梁的弯曲刚度和拉伸刚度增大钢轨的倾翻角刚度以及轨底的横向刚度，从而抑制钢轨的倾翻角和轨底的横向位移，但没有改变钢轨的垂向支撑刚度，不影响钢轨的垂向位移和垂向减振性能。
46.本发明中，两个钢轨7的底部设置有多个轨枕，且抗弯横梁1位于两个轨枕之间。
47.本发明中，根据扣压力要求不同，内扣压板2和外扣压板3均采用非金属材料制成。
48.本发明中，对于没有轨道电路要求的线路，轨底绝缘垫板4和扣压绝缘垫板5均采用非绝缘材料制成。
49.本发明中，抗弯横梁1为实心结构，抗弯横梁1与钢轨7之间安装有垫板。
50.本发明中，钢轨7的底部设置有减振轨枕8，且减振轨枕8通过螺钉固定在地面上。
51.本发明中，减振轨枕8的顶部安装有两个扣件9，且两个扣件9分别扣压在钢轨7的底部两侧上。
52.实施例三
53.参照图1
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7所示，本发明实施例公开了强化钢轨倾翻刚度控制钢轨波浪形磨耗的钢轨连接装置，包括如下实施步骤：
54.在钢轨波浪形磨耗比较严重或轮轨高频振动比较严重的铁路或城市轨道交通线路区段，特别是小半径曲线区段的轨道上实施；
55.根据设置区段的轨道结构，具体调整本装置的结构尺寸，特别是与钢轨轨底连接部分的结构尺寸，例如，钢轨型号、轨底坡和轨距等；
56.将抗弯横梁放置于2个轨枕之间的中部，端部位于轨底下方；
57.按照图1
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5放置绝缘垫板和扣压板，用螺栓紧固将抗弯横梁与轨底扣压在一起，使左、右2个钢轨连接在一起，达到增加钢轨的倾翻角刚度以及轨底横向刚度的目的。
58.本发明：本装置将左、右2个钢轨连接成一个近似于刚性的整体，使左、右2个钢轨不能独立倾翻和横移，但不改变钢轨的垂向支撑刚度，实现在不影响钢轨的垂向位移和垂向减振性能的前提下，改善轮轨横向动力学性能，降低车轮踏面和钢轨顶面的横向相对振动幅度，降低列车的轮轨噪声和地基振动辐射，提高沿线的环境保护指标。
59.通过提高2个钢轨的倾翻定位刚度以及增加2个钢轨轨底的横向定位刚度，不改变
2个钢轨的垂向定位刚度，达到在不影响2个钢轨垂向位移和垂向减振性能的同时，降低车轮踏面和钢轨顶面的横向相对位移和相对滑动速度，避免或减少轮轨蠕滑(摩擦)进入负梯度区而产生轮轨蠕滑(摩擦)自激振动，消除或减轻钢轨波浪形磨耗、车轮多边形磨耗并降低轮轨噪声和振动辐射，提高车轮、钢轨、扣件及轨枕等部件的使用寿命。
60.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。