阅读说明：本技术 一种用于城市轨道交通的新型有螺栓扣件 (A novel have bolt fastener for urban rail transit ) 是由 辛杰 周华龙 刘锦辉 周昌盛 宋剑伟 钟文文 龙宏德 朱颖 周勇 柯铁峰 陈罄超 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：一种用于城市轨道交通的新型有螺栓扣件,以有效减小钢轨倾覆及弹条的动态受力,提高钢轨稳定性,大幅度延长弹条疲劳使用寿命。包括铁垫板、弹条、轨下弹性垫板、T型螺栓、防松螺母、异型防飞平垫圈和绝缘阻尼轨距块；所述铁垫板由锚固螺栓安装固定在轨下基础上,板下弹性垫板设置于铁垫板底面之下,钢轨坐落在铁垫板上；所述绝缘阻尼轨距块位于钢轨轨底顶面及外侧；所述T型螺栓下端安装在铁垫板上,上部套装异型防飞平垫圈和防松螺母压紧弹条,弹条的前端作用于绝缘阻尼轨距块顶面上,后端作用铁垫板凸台上。(The utility model provides a novel have bolt fastener for urban rail transit to effectively reduce the dynamic atress that the rail topples and bullet strip, improve rail stability, prolong bullet strip fatigue life by a wide margin. The device comprises an iron backing plate, an elastic strip, an under-rail elastic backing plate, a T-shaped bolt, a locknut, a special-shaped anti-flying flat washer and an insulating damping gauge block; the iron base plate is fixedly arranged on the under-rail foundation by an anchoring bolt, the under-plate elastic base plate is arranged below the bottom surface of the iron base plate, and the steel rail is located on the iron base plate; the insulating damping gauge blocks are positioned on the top surface and the outer side of the rail bottom of the steel rail; the lower end of the T-shaped bolt is installed on the iron base plate, the special-shaped anti-flying flat washer and the locknut are sleeved on the upper portion of the T-shaped bolt to compress the elastic strip, the front end of the elastic strip acts on the top surface of the insulating damping gauge block, and the rear end of the elastic strip acts on a boss of the iron base plate.)

一种用于城市轨道交通的新型有螺栓扣件

技术领域

本发明涉及轨道交通，特别涉及一种用于城市轨道交通的新型有螺栓扣件。

背景技术

钢轨扣件是轨道结构的主要组成部分，是联结钢轨与轨下基础的重要部件。扣件的主要功能包括：(1)保持和调整轨距、轨向；(2)提供纵向阻力，防止钢轨爬行和钢轨折断时断缝过大；(3)提供弹性，减小振动和冲击；(4)增大轨道框架刚度，防止轨道臌曲；(5)提供轨道绝缘，保证轨道电路正常工作；(6)有一定的钢轨高低位置调整能力。

根据弹条固定方式分类，国内轨道交通中常用的扣件可分有螺栓扣件和无螺栓扣件。有螺栓扣件因其具有更强的钢轨高低位置调整能力，且弹条扣压力衰减后可通过复紧恢复扣压力，大大方便轨道线路的养护维修作业，而受到广泛欢迎。

有螺栓扣件通常由弹条、绝缘轨距块、轨下垫板、铁垫板、铁垫板下垫板、T型螺栓、螺母、平垫圈、锚固螺栓、尼龙套管组成。有螺栓扣件通常采用较小的轨下垫板刚度以提供扣件弹性。

现有螺栓扣件存在如下几方面的缺陷：

一、有螺栓扣件通常采用较小的轨下垫板刚度以提供扣件弹性，在此设计下，列车荷载作用下轨下垫板将产生相对较大变形，进而引起较大的钢轨及弹条振幅，对钢轨动态稳定性保持及弹条受力不利；

二、有螺栓扣件采用T型螺栓螺母紧固弹条，列车荷载作用下螺母随弹条一起受迫振动，传统设计中螺母未考虑防松设计，服役一段时间后，T型螺栓螺母易被振松，可能引起弹条扣压损失甚至失效，进而影响钢轨稳定性，因此工务维修部门需要定期检查T型螺栓螺母拧紧力，养护维修工作量较大；

三、未考虑弹条防飞功能，扣件弹条在非正常工作条件时(如振动加速度过大)可能发生断裂飞出后击打列车、轨旁设备行人的不利情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于城市轨道交通的新型有螺栓扣件，以有效减小钢轨倾覆及弹条的动态受力，提高钢轨稳定性，大幅度延长弹条疲劳使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种用于城市轨道交通的新型有螺栓扣件，其特征是：包括铁垫板、弹条、轨下弹性垫板、T型螺栓、防松螺母、异型防飞平垫圈和绝缘阻尼轨距块；所述铁垫板由锚固螺栓安装固定在轨下基础上，板下弹性垫板设置于铁垫板底面之下，钢轨坐落在铁垫板上；所述绝缘阻尼轨距块位于钢轨轨底顶面及外侧；所述T型螺栓下端安装在铁垫板上，上部套装异型防飞平垫圈和防松螺母压紧弹条，弹条的前端作用于绝缘阻尼轨距块顶面上，后端作用铁垫板凸台上。

本发明的有益效果主要体现在如下几个方面：

一、传统扣件通常采用较小的轨下弹性垫板刚度提供弹性的设计，列车荷载作用下轨下垫板将产生相对较大变形，进而引起较大的钢轨倾覆及弹条振幅，对钢轨动态稳定性及弹条疲劳受力不利(经设计仿真分析检算，在传统方案下，弹条动态应力幅为37.5MPa，单次疲劳损伤为2.0×10^-14)；本发明采用较小的铁垫板下弹性垫板刚度提供弹性的设计，正常工作状态下，钢轨、轨下垫板、弹条、铁垫板可视为整体结构而同步振动，钢轨及弹条振动幅值低、变形小(经设计仿真分析检算，在发明方案下，弹条动态应力幅为24.5MPa，单次疲劳损伤为1.4×10^-16，弹条疲劳伤损程度理论上可降低99.3％)，钢轨倾覆及弹条的动态受力有效减小，钢轨稳定性，弹条疲劳使用寿命约延长14.3倍。

二、传统有螺栓扣件采用T型螺栓螺母固定弹条，列车荷载作用下T型螺栓螺母随弹条一起受迫振动，传统设计中T型螺栓螺母未考虑防松设计，服役一段时间后，T型螺栓螺母易被振松，可能引起弹条扣压损失甚至失效，进而影响钢轨稳定性，因此工务部门需要定期检查T型螺栓拧紧力，养护维修工作量大；本发明采用防松螺母设计，螺母松脱方向的阻力增大，可实现降低弹条扣压力失效几率的客观改进效果。

三、传统有螺栓扣件中绝缘轨距块和弹性垫板的阻尼性能由材料本身阻尼特性决定，效果有限，钢轨传递到扣件的振动衰减较慢，在非正常工作条件时(如振动加速度过大)，易造成扣件弹条或T型螺栓的破坏，增大运营养护维修工作量，影响行车安全性；本发明通过在绝缘轨距块和弹性垫板上复合高阻尼材料的方式吸收钢轨传递到钢轨的振动能量，延长扣件部件的适用寿命，提高行车安全性。

传统绝缘轨距块采用玻璃纤维增强聚酰胺制造，阻尼参数约20kN·s/m；本发明所用绝缘阻尼轨距块采用玻璃纤维增强聚酰胺和阻尼材料复合制成，除了满足调整轨距及绝缘的传统要求外，阻尼参数可达40～50kN·s/m，阻尼性能将提升约150％，具有较好的衰减钢轨-弹条振动强度效果。经仿真及测试，采用绝缘阻尼轨距块可降低弹条振动强度15％以上，有效降低弹条受力及断裂失效几率。

传统弹性垫板(包括轨下及板下)采用橡胶或聚酯类材料制成，阻尼参数约25～35kN·s/m；本发明所用弹性垫板采用橡胶和高阻尼材料复合制成，阻尼参数可达45～50kN·s/m；在保证垫板弹性不变的情况下显著提升其阻尼吸振性能，具有较好的衰减钢轨-弹条振动强度效果。经仿真及测试，采用高阻尼弹性垫板可降低弹条振动强度约20％，有效降低弹条受力及断裂失效几率。

四、传统有螺栓扣件中均未考虑弹条防飞功能，扣件弹条在非正常工作条件时(如振动加速度过大)可能发生断裂飞出后击打列车、轨旁设备行人的不利情况。本发明将平垫圈改进为异型防飞平垫圈，异型防飞平垫圈中间固定于防松螺母及弹条之间，两肢伸出约束弹条外肢，可防止弹条断裂飞射出去引发击打列车、轨旁设备行人等次生灾害。

五、传统城市轨道交通用有螺栓扣件与减振扣件的通用互换型较差，除弹条和T型螺栓可通用互换外，其余均不能通用互换。本发明的结构型式对板下低刚度的适应性强，在其他部件通用不变的情况下，只通过更换低刚度板下弹性垫板即可将普通扣件转换为减振扣件，最大程度实现了与减振扣件之间的通用性和互换性。

采用减振扣件替换普通扣件是一种常规的提升既有线轨道减振降噪能力的改造方案，以面对线路运营老化、线路敷设周边环境变化引起的振动噪声增大的情况。传统有螺栓扣件与减振扣件通用性差，须将扣件进行整体拆除及替换重安装，改造工序多、难度高、费用贵，考虑运营期间作业效能的降低，改造费用将达到150万元/km；本发明通过更换板下弹性垫板即可实现普通扣件到减振扣件的转换，改造费用预计45万元/km，可显著降低改造费用70％。

另外，提高全线扣件通用性，在运维过程中实现扣件备品备件、检修养护标准的尽量统一，也可方便运维人员的检修和养护工作，减少运维工程量。

六、采用上述一、三措施后，扣件系统的适应能力也得以较大提升。现场运营实际及仿真分析结果表明，较大钢轨振动加速度易诱发弹条断裂，进而导致扣件失效。传统II型弹条扣件适应最大3000m/s²钢轨振动加速度，本扣件通过设置阻尼轨距块及阻尼垫板有效降低钢轨-弹条振动传递率30％，弹条可适应最大3900m/s²钢轨振动加速度。

附图说明

本说明书包括如下幅附图：

图1是本发明一种用于城市轨道交通的新型有螺栓扣件的断面图(右侧为调高状态)；

图2是本发明一种用于城市轨道交通的新型有螺栓扣件的俯视图；

图3是本发明一种用于城市轨道交通的新型有螺栓扣件中异型防飞平垫圈的立体图。

图中示出构件和对应的标记：铁垫板1、弹条2、T型螺栓3、防松螺母4、异型防飞平垫圈5、轨下弹性垫板6、绝缘阻尼轨距块7、轨下调高垫板8、锚固螺栓9、弹簧垫圈10、压盖11、绝缘套12、下层铁垫板13、板下弹性垫板14、绝缘缓冲垫板15、板下调高垫板16、尼龙套管17、钢轨20、中间槽结构51、边槽结构52、安装孔53。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1、图2，本发明的一种用于城市轨道交通的新型有螺栓扣件包括铁垫板1、弹条2、轨下弹性垫板6、T型螺栓3、防松螺母4、异型防飞平垫圈5和绝缘轨距块7。所述铁垫板1由锚固螺栓9安装固定在轨下基础上，轨下弹性垫板6设置于铁垫板1底面之下，钢轨20坐落在铁垫板1上。钢轨20、轨下弹性垫板6、弹条2、铁垫板1可视为整体结构而同步振动，钢轨及弹条振动幅值低、变形小，钢轨及弹条的动态受力有效减小，加强钢轨稳定性、降低弹条断裂失效几率。

参照图1、图2，所述绝缘阻尼轨距块7位于钢轨20轨底顶面及外侧。所述T型螺栓3下端安装在铁垫板1上，上部套装异型防飞平垫圈5和防松螺母4压紧弹条2，使弹条2的前端作用于绝缘阻尼轨距块7顶面上，后端作用铁垫板1凸台上。T型螺栓3上端安装防松螺母4，使螺母松脱方向的阻力增大，可实现降低弹条扣压力失效几率的客观改进效果，减少养护维修工作量。

参照图1和图3，所述异型防飞平垫圈5的中央具有中间槽结构51的供T型螺栓3上端穿过的安装孔53，中间槽结构51两侧为边槽结构52，中间槽结构51对弹条2的内肢形成约束，边槽结构52对弹条2的外肢形成约束，可实现防止弹条断裂飞射出去引发击打列车、轨旁设备行人等次生灾害的客观改进效果。

所述绝缘阻尼轨距块7可由玻璃纤维增强聚酰胺和阻尼材料复合制成，除了满足调整轨距及绝缘的传统要求外，还具有衰减钢轨-弹条振动强度的效果。经仿真及测试，采用绝缘阻尼轨距块可降低弹条振动强度约20％，降低弹条受力及断裂失效几率。

所述轨下弹性垫板6和板下弹性垫板14可由橡胶和高阻尼材料复合制成，除了满足弹性垫板的传统弹性要求外，还具有衰减钢轨-弹条振动强度的效果。经仿真及测试，采用绝缘阻尼轨距块可降低弹条振动强度约20％，降低弹条受力及断裂失效几率。可通过只调整板下弹性垫板14的刚度而其它部件通用不变的方式，实现与减振扣件的互换。

以上所述只是用图解说明本发明一种用于城市轨道交通的新型有螺栓扣件的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的发明范围。