一种轨道无缝伸缩装置

1.本实用新型属于轨道设计技术领域，特别是涉及一种轨道无缝伸缩装置。


背景技术：

2.传统轨道中为降低造价，可采用有缝线路，以实现在温度等各种运行环境变化下实现轨道的少量伸缩，避免轨道因各种环境变化造成的变形(主要是热胀冷缩)受阻而产生巨大应力，使轨道或线路变形或破坏。铁路线路设计上允许纵向的轻微滑动，因此有缝线路伸缩缝可以每隔一段不大的距离设置一个，成为一个局部但数量众多的设置。该方式的缺点是轨缝的存在使线路不再连续，接缝处列车运行质量差，平稳度降低，噪音大(铁路噪音已经成为铁路交通的突出污染源)，且接缝处轨道受力复杂，极容易受到破坏或劣化。破坏或劣化的轨道也是铁路运输中的一个重大安全隐患，未及时发现处理容易造成运输安全事故，从而需要费时费力进行监测、养护和更新，从而大幅度提高运营维护成本。传统有缝线路服务质量上，已经难以满足广大人民群众对出行交通舒适性体验要求的不断提高，也难以满足快速重载货运的不断发展和货运量的急剧提升。有缝线路无论是服务质量还是运行维护成本已近越来越难以满足现代社会快速发展的要求，因为造价缘故，大量前期建设的铁路(特别是低等级线路)仍然采用有缝线路。
3.解决有缝线路存在的问题显然是建设无缝线路(或者对有缝线路进行无缝化改造)，传统的建设或者改造方案是通过加密轨枕、选择高等级轨道并强化基础等方式来强行约束轨道的变形，这从基本力学原理上来看并不合理，因为高等级轨道虽然允许承受更大内力，但因为尺寸的加大，显然对于约束温度等环境影响造成的形变，本身也产生了更大的内力，从而使选择更高等级轨道产生的效果被大幅度削弱抵消，于是不得不选择更高等级的轨道，这显然是一个恶性循环，无论对于新建无缝轨道还是对于传统有缝线路的无缝化改造，工程量巨大且过程不连续，改造中断时间长，工程耗时冗长对运输的影响也非常不利，同时使投资膨胀，这些膨胀的投资相当一部分属于前述的被抵消的无用功，而不是有效用于安全性、舒适性等服务质量的提高。同时，传统无缝线路解决方案必须全线进行加固改造或者建设才能达到效果，相当于用全线巨大的额外投入来解决局部的伸缩需求，这并不符合一般的解决问题逻辑。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供全新的技术方案解决现有无缝铁路技术中通过加密轨枕、选择高等级轨道并强化基础等方式引发的工程量巨大且过程不连续，改造中断时间长，工程耗时冗长等问题，提供一种合理、有效且具备高性价比的轨道无缝伸缩装置。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种轨道无缝伸缩装置，包括轨道主伸缩装置和固定托架；轨道主伸缩装置为具有铁路用标准轨道横截面，轨道主伸缩装置内部设置有一个或数个空腔，空腔之外则为装置实体。轨道主伸缩装置底部设置有固定托架，固定托架贴合轨道主伸缩装置底部的轨底设置，用于对轨道主伸缩装置进行包围加
固。
6.进一步地，轨道主伸缩装置还包括轨头和轨腰；轨头设置于轨道主伸缩装置顶部，轨底设置于轨道主伸缩装置底部；轨腰用于连接轨底和轨头；空腔通过挖去全部或部分轨腰以及全部的轨底形成，装置实体则保留完整的轨底、轨头和轨腰。轨头、轨腰和轨底横截面尺寸参数同铁路用标准轨道。
7.进一步地，轨道主伸缩装置空腔开设于轨底和轨腰处，根据具体设计通过削去空腔所在位置的全部或部分轨腰以及全部的轨底形成；装置实体位置则保留完整的轨头、轨腰和轨底。轨道主伸缩装置通过轨头及可能存在的未被削去的轨腰形成完整连续的结构。
8.进一步地，空腔边角采用圆角结构，作为空腔和装置实体的过渡。
9.进一步地，轨道主伸缩装置通过胶接或焊接等方式与常规轨道进行固定连接。
10.进一步地，固定托架包括底部的托架底及两侧的壁板，固定托架的内缘由托架底及两侧壁板的内缘构成；应根据不同轨道规格，固定托架贴合轨道主伸缩装置设置，且留有足够保证贴合轨道主伸缩装置在其中纵向自由滑动的最小间隙(以同时实现横向的约束固定)。
11.进一步的，固定托架两侧壁板上缘高度应根据受力需要延伸至轨腰高度方向的全部或者部分；固定托架其整体及局部强度应满足线路承载力需要；固定托架其托架底两侧外缘按铁路轨道标准规范设计，以实现固定托架和轨枕之间利用扣件进行标准方式固定。
12.进一步地，在其稳定性保障受限的情况下，应在轨道主伸缩装置中空腔的位置设置有销孔，利用螺孔柱将两侧壁板通过销孔以螺栓方式连接固定，以增强固定托架的整体稳定性；销孔的直径及应根据不影响轨道主伸缩装置纵向自由伸缩确定。销孔应根据固定托架的整体强度及稳定性要求来设置1个或者多个，或者免除设置。
13.进一步地，固定托架设置于轨枕上方，固定托架与轨枕连接处通过扣件固定；扣件一端固定于固定托架上表面，一端固定于轨枕上表面，其连接方式与标准铁路轨道相同。
14.进一步地，本装置不仅适用于直线段线路，轨道主伸缩装置和固定托架也适应于曲线段线路的曲线形状。通过对轨道主伸缩装置和固定托架按线路线型要求制作成曲线形状，即可适应于曲线段线路。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1)轨道主伸缩装置的实体主截面与常规的轨道的规格相同，因而在线路中和常规轨道连接时无突变，也无附加的相对滑动等机构，因而可以实现完全的固定连接，可以大大美化轨道外观，能大幅减小火车在轨道连接处行驶的时候出现车轮与轨道贴合不紧密而产生的振动，行车平顺，并具有良好的可维护性；2)轨道主伸缩装置通过削弱的截面(空腔)以很小的轴向内力为代价来提供一定的伸缩量，以满足铁路运行时的轨道伸缩需求；3)轨道主伸缩装置所设置的空腔参数可以根据实际受力进行设计，数量根据所需要的伸缩量和单个空腔提供的允许伸缩量进行确定，在伸缩固定托架的保护下，空腔的数量可以实现在很大范围内变动，因而可以提供不同范围的伸缩量以适应不同的使用环境。4)固定托架贴合轨底对进行包围加固，对无缝伸缩装置主体提供连续支承、纵向滑动、横向约束的能力，能大幅度提高轨道主伸缩装置的承载能力，保障线路整体承载力一致，提高本装置的使用寿命；5)无缝化改造中，本装置可以直接连接在原有前后轨道之间，用局部的方案变化为全线提供伸缩能力服务，且无需大量更换轨道、轨枕，节约工、料、机投入及建设和改造时间，具有良好经济效益。6)固定托架对整体装置的
承载力及稳定性至关重要，如其服务能力受限，根据轨道主伸缩装置中空腔的位置设置在两侧壁板可设置销孔，利用螺孔柱两侧壁板通过销孔以螺栓方式连接固定。以增强固定托架的整体稳定性。销孔的直径、位置和数量应根据不影响轨道主伸缩装置纵向自由伸缩和受力要求确定。
16.为更清楚说明本实用新型的功能特性以及结构参数，下面结合附图及具体实施方式进一步说明。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
18.图1为本实用新型轨道主伸缩装置结构示意图；
19.图2为本实用新型固定托架结构示意图；
20.图3为本实用新型轨道主伸缩装置和固定托架装配示意图；
21.图4为本实用新型整体装置与轨枕装配示意图；
22.图中附图标记为：1、轨道主伸缩装置；2、固定托架；3、空腔；4、轨底；5、轨头；6、轨腰；7、轨枕；8、扣件；9、常规轨道；10、装置实体；11、托架底；12、壁板；13、销孔；14、螺孔柱。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.如图1-图4所示，轨道无缝伸缩装置包括轨道主伸缩装置1和固定托架2；轨道主伸缩装置1具有标准轨道横截面，轨道主伸缩装置1内部设置有数个空腔3；轨道主伸缩装置1底部设置有固定托架2，固定托架2贴合轨道主伸缩装置1底部的轨底4设置，用于对轨底4进行包围加固。如图1所示，轨道主伸缩装置1的两端均为装置实体10，内部包含1个或多个空腔3，空腔3间亦通过装置实体10进行串联连接形成完整构件；如图2所示，轨道主伸缩装置1底部设置有贴合的固定托架2，用于对轨道主伸缩装置1进行包围加固。轨道主伸缩装置1还包括轨头5和轨腰6；轨头5设置于轨道主伸缩装置1顶部，在工作阶段，本装置的轨头5和线路轨道的轨头是固定且连续的，以提供良好的行车条件；轨底4设置于轨道主伸缩装置1底部，保留的部分轨底4用于与保留的轨腰6共同为轨头5提供承载支承，并以和固定托架2内缘贴合，适应轨道主伸缩装置1的纵向自由滑动和横向的约束能力；轨腰6用于连接轨底4和轨头5。空腔3开设于轨底4和轨腰6处，空腔3边角采用圆角结构，减少应力集中现象。
25.具体地，在本实施例中，轨道主伸缩装置1的轨头5以下部分根据所选材料的理化特性以及钢轨实际运行需求进行二次设计，可进行单个或连续的挖空，所述挖空直至轨底，形成空腔3，实现在较小的轴向力情况下的伸缩变形同时对轨道面实现无缝连续。但是轨底4因部分或全部挖除导致强度降低，因此需要与固定托架2配合使用。
26.具体地，在本实施例中，固定托架2用于提供轨道主伸缩装置1横向固定和纵向伸
缩滑动能力并用于和轨枕7的固定连接，使轨道主伸缩装置1实现伸缩的同时提高装置的稳定性，同时提供纵向伸缩能力、横向约束能力、轨道承载加固、整体变形约束，避免挖空带来的承载能力的降低。固定托架2通过扣件8固定安装在轨枕7上，固定托架2截面需要满足具体轨道主伸缩装置1的规格，既能保证轨道主伸缩装置1在其中可纵向自由滑动，又能保障轨道主伸缩装置1横向的有效约束，同时能满足轨道运行本身的需求(包含强度、耐久、运营需求、稳定性等)。需要注意的是，轨道主伸缩装置1两端(即装置实体10)应伸出本固定托架足够的距离以避免轨道主伸缩装置1和常规轨道9之间的连接接头处变形对轨道主伸缩装置1的伸缩造成阻碍。
27.如图2、图3所示，固定托架2包括托架底11及两侧壁板12两个连续部分；其内缘(由托架底11及两侧壁板12的内缘构成)应根据不同轨道规格，贴合轨道主伸缩装置1且足够保证贴合轨道主伸缩装置1在其中纵向自由滑动的最小间隙(以同时实现横向的约束固定)；固定托架2两侧壁板12上缘高度应根据受力需要延伸至轨腰6高度方向的全部或者部分；固定托架2其整体及局部强度应满足线路承载力需要；固定托架2其托架底14两侧外缘按铁路轨道标准规范设计，以实现固定托架2和轨枕7之间利用扣件8进行标准方式固定，如图4所示。
28.如图3、图4所示，固定托架2设置于轨枕7上方，固定托架2与轨枕7连接处通过扣件8固定，固定连接方式同一般铁轨和轨枕之间的连接固定。
29.具体地，在本实施例中，本装置直接连接在原有线路前后轨道15之间，无需大量更换轨道、轨枕；轨道主伸缩装置1之间或轨道主伸缩装置1与常规轨道9或其他具有与主体横截面相同的轨道之间通过胶接或焊接等方式固定连接。
30.具体地，在本实施例中，轨道主伸缩装置1材料应具备高强度、低模量、低泊松比，并且符合轨道的基本要求为最佳。
31.本伸缩装置是基于解决轨道在环境变化下，因各种环境变化造成的自身变形伸缩(主要是热胀冷缩)导致的巨大内应力，内应力过大将导致轨道变形或破坏丧失服务能力。
32.本伸缩装置通过无缝伸缩装置主体的空腔3部分，其特征是截面削弱，削弱的截面以很小的轴向内力为代价即可提供一定的伸缩量，根据实际环境需要，可通过多个空腔3部分的连续串联来提供轨道线路所需(更大)的伸缩量。
33.空腔3部分保留了轨顶部分，以实现和标准线路的固定且连续的连接，从而达到无缝线路的运行条件，但无需在全线大幅度提高轨枕7密度、钢轨强度等措施。
34.同时，针对空腔3部分的截面削弱带来的承载力下降，本实用新型设计了伸缩固定托架2，以对无缝伸缩装置主体提供连续支承、纵向滑动、横向约束的能力，大幅度提高承载能力，保障线路整体承载力一致。
35.传统的无缝线路采用蛮力加固方案，实际上加固的耗费并没有带来等比例的效果。其大量的加固投入被加固所必然带来构件截面的增大，而构件截面的增大又必然带来约束变形的内力同比例增长，从而加固的耗费大部分被加固的构件本身所抵消。而同时，此解决方案需要在全线路实行才能达到效果，相当于用全部整体的巨大而低效的投入来解决局部所需要的伸缩能力。
36.本实用新型摈弃了传统的伸缩缝方式的轨道或者大幅度强化的无缝轨道设计，而是反其道而用，创造性提出与传统蛮力加固方式完全相反的实现方案。本实用新型通过削
弱的截面(空腔)，以很小的轴向内力为代价来提供所需的伸缩量，以满足铁路运行时的轨道伸缩需求。用局部的方案变化来为线路整体提供所需要的伸缩能力，从而避免传统方式产生的巨大浪费，是轨道伸缩解决方案上的一次技术变革。
37.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
38.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。