阅读说明：本技术 一种钢轨接头轨缝补偿结构及铁轨 (Rail joint gap compensation structure and rail ) 是由 刘振勇 张梦梅 何海豹 谭冬莲 董文澎 万衡 于 2020-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钢轨接头轨缝补偿结构即铁轨,该钢轨接头轨缝补偿结构安装于两个钢轨的轨缝之间,钢轨具有轨头,两个钢轨通过轨道夹板连接,钢轨用于承载列车,钢轨接头轨缝补偿结构包括基座、顶盖和联结部。基座的两端分别和两个钢轨可拆卸连接。顶盖的横截面的形状和轨头的横断面的形状相同,且顶盖和轨头位于同一高度,顶盖滑动连接于基座上方,顶盖的两端分别和两个轨头接触,顶盖的材质为具有热缩冷胀特性的材质。联结部分别与轨道夹板和顶盖连接,联结部的材质为具有热胀冷缩特性的材质,用于使顶盖和两个轨头在与列车的接触面处平齐。本发明消除了钢轨之间的轨缝,从而解决了现有技术中因为轨缝的存在而导致轨道结构不连续的问题。(The invention discloses a rail joint gap compensation structure, namely a rail, which is arranged between the gaps of two rails, the rail is provided with a rail head, the two rails are connected through a rail clamping plate, the rail is used for bearing a train, and the rail joint gap compensation structure comprises a base, a top cover and a connecting part. The two ends of the base are respectively detachably connected with the two steel rails. The shape of the cross section of top cap is the same with the shape of the cross section of railhead, and top cap and railhead are located same height, and top cap sliding connection is in the base top, and the both ends of top cap contact with two railheads respectively, and the material of top cap is the material that has pyrocondensation cold expanding characteristic. The connecting part is respectively connected with the rail clamping plate and the top cover, and the connecting part is made of materials with expansion with heat and contraction with cold characteristics and used for enabling the top cover and the two rail heads to be flush with each other at the contact surface of the train. The invention eliminates the rail gap between the steel rails, thereby solving the problem of discontinuous rail structure caused by the existence of the rail gap in the prior art.)

一种钢轨接头轨缝补偿结构及铁轨

技术领域

本发明属于铁路运输的轨道装置领域，尤其涉及一种钢轨接头轨缝补偿结构及铁轨。

背景技术

在铁路线路铺设钢轨的过程中，为了适应钢轨热胀冷缩，需要在钢轨接头处预留轨缝，避免产生过大的温度应力。由于轨缝的存在，接头是轨道线路的薄弱环节之一，导致存在以下问题：

(1)列车车轮对钢轨产生较大的附加冲击力；

(2)轨道结构不连续，产生噪声污染，影响乘客舒适度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢轨接头轨缝补偿结构及铁轨，以解决现有技术中因为轨缝的存在而导致轨道结构不连续的问题。

本发明的技术方案为：

一种钢轨接头轨缝补偿结构，

安装于两个钢轨的轨缝之间，所述钢轨具有轨头，两个所述钢轨通过轨道夹板连接，所述钢轨用于承载列车，包括：

基座，两端分别和两个所述钢轨可拆卸连接；

顶盖，横截面的形状和所述轨头的横断面的形状相同，且所述顶盖和所述轨头位于同一高度，所述顶盖活动连接于所述基座上方，所述顶盖的两端分别和两个所述轨头接触，所述顶盖的材质为具有热缩冷胀特性的材质；

联结部，分别与所述轨道夹板和所述顶盖连接，所述联结部的材质为具有热胀冷缩特性的材质，用于使所述顶盖与所述列车的接触面平齐于两个所述轨头与所述列车的接触面。

优选地，本发明的一种钢轨接头轨缝补偿结构，所述联结部的材料的线膨胀系数大于所述钢轨的材料的线膨胀系数。

优选地，本发明的一种钢轨接头轨缝补偿结构，所述基座的两端分别设有卡块，位于所述轨缝两侧的两个所述钢轨分别设有卡槽，所述基座通过所述卡块和所述卡槽可拆卸连接于两端的所述钢轨。

优选地，本发明的一种钢轨接头轨缝补偿结构，所述基座的材质为具有热胀冷缩特性的材质，且所述基座的材料的线膨胀系数大于所述钢轨的材料的线膨胀系数。

优选地，本发明的一种钢轨接头轨缝补偿结构，所述基座的横向尺寸小于所述钢轨的尺寸，所述基座的纵向尺寸小于所述轨缝的大小。

一种铁轨，包括如上述任意一项所述的钢轨接头轨缝补偿结构。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明提供的钢轨接头轨缝补偿结构，顶盖的横截面和轨头的横断面相同，所处位置高度和所述轨头的所处位置高度相同，钢轨接头轨缝补偿结构位于轨缝之间，轨缝中轨道结构不连续的部分正好由顶盖补上，而钢轨会热胀冷缩，顶盖正好由热缩冷胀的材质制成，钢轨和顶盖协调变形，可以保证钢轨之间的轨缝被消除，从而解决了现有技术中因为轨缝的存在而导致轨道结构不连续的问题。

(2)本发明提供的钢轨接头轨缝补偿结构，消除了轨道结构中的轨缝，从而消除轨道结构中钢轨接头处列车与钢轨之间的附加冲击力，提高钢轨的使用寿命和乘客舒适度。

附图说明

下面结合附图对本发明的

具体实施方式

作进一步详细说明，其中：

图1为本发明的一种钢轨接头轨缝补充结构安装于钢轨上时的结构示意图；

图2为本发明的一种钢轨接头轨缝补偿结构的横截面示意图；

图3为本发明的基座的结构示意图；

图4为本发明的顶盖和联结部的结构示意图。

附图标记说明：

1：基座；2：顶盖；3：联结部；4：钢轨；5：轨道夹板。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种钢轨接头轨缝补偿结构及铁轨作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

同时，“第一”、“第二”等表述仅用于区分多个构型的目的，而不是限制构型或其他特征之间的顺序。

另外，“包括”元件的表述是“开放式”表述，该“开放式”表述仅仅是指存在对应的部件，不应当解释为排除附加的部件。

实施例1

参看图1至图4，本实施例提供一种钢轨接头轨缝补偿结构，安装于两个钢轨4的轨缝之间，钢轨4具有轨头，两个钢轨4通过轨道夹板5连接，钢轨4用于承载列车，钢轨接头轨缝补偿结构包括基座1、顶盖2和联结部3。基座1的两端分别和两个钢轨4可拆卸连接。顶盖2的横截面的形状和轨头的横断面的形状相同，且顶盖2和轨头位于同一高度，顶盖2活动连接于基座1上方，顶盖2的两端分别和两个轨头接触，顶盖2的材质为具有热缩冷胀特性的材质。联结部3分别与轨道夹板5和顶盖2连接，联结部3的材质为具有热胀冷缩特性的材质，用于使顶盖2与列车的接触面平齐于两个轨头与列车的接触面。

顶盖2的横截面和轨头的横断面相同，所处位置高度和所述轨头的所处位置高度相同，钢轨接头轨缝补偿结构位于轨缝之间，轨缝中轨道结构不连续的部分正好由顶盖2补上，而钢轨4会热胀冷缩，顶盖2正好由热缩冷胀的材质制成，钢轨4和顶盖2协调变形，可以保证钢轨4之间的轨缝被消除。

列车车轮对钢轨4产生较大的附加冲击力和，轨道结构不连续、产生噪声污染、影响乘客舒适度，都是由于轨缝的存在产生的，本实施例提供的钢轨接头轨缝补偿结构，消除了轨缝，从而解决了上述问题。

现对本实施例的结构进行说明。

本实施例设置于铁轨上，铁轨包括两个轨道，轨道上包括若干钢轨4和设于轨缝中的本实施例。本实施例为铁轨的一部分，铁轨具有内侧和外侧，把本实施例中各部件和铁轨内侧相对应的一侧称为各部件的内侧，和铁轨外侧相对应的一侧称为各部件的外侧。

基座1可以采用具有热胀冷缩的特性的材料制成，且基座1材料的线膨胀系数大于钢轨4材料的线膨胀系数，钢轨4一般采用热胀冷缩的钢材，在本实施例中基座1具体可以采用铁铝合金制成，当然在其他实施例中，基座1也可以采用符合要求的材料制成，此处不做限制。

基座1和顶盖2的整体横截面形状可以和钢轨4的横断面形状类似，因此基座1的横截面可以和不包含轨头的钢轨4的横断面形状相同。同时，在60℃(取钢轨4可达到的最高温；钢轨4一般最高温可达到当地温度+20℃，本实施例取当地最高温为40℃；在具体情况下，该温度可根据当地的实际情况调整)下，基座1的横向尺寸小于同一高度的钢轨4的横向尺寸，基座1的纵向尺寸小于轨缝的大小，结合基座1材料的线膨胀系数大于钢轨4材料的线膨胀系数，可以保证基座1横向变形不会超出钢轨4、基座1纵向的变形不会挤胀钢轨4。

在基座1的两端分别设置卡块，位于轨缝两侧的两个钢轨4分别设置卡槽，两个卡块和两个卡槽一一对应。安装时，基座1两端的卡块分别***两侧钢轨4的卡槽内，可以保证基座1和钢轨4的行为一致。当然在其他实施中也可以采用其他的连接方式来连接基座1和其两侧的钢轨4，例如将卡块设置在钢轨4上、卡槽设置在基座1上，基座1和其两侧钢轨4的连接方式不做限制。

顶盖2可以采用具有热缩冷胀特性的形状记忆合金制成，例如镍钛形状记忆合金。在气温变化时，钢轨4纵向长度随着温度的升高(降低)而伸长(缩短)，导致两根钢轨4之间的轨缝变小(变大)；而形状记忆合金制作的顶盖2的纵向长度随着温度的升高(降低)而缩短(伸长)，从而实现顶盖2和钢轨4协调变形，可以确保钢轨4之间的轨缝被消除。

联结部3和顶盖2的内侧连接，具体的连接方式可以是焊接连接，也可以其他连接方式，此处不做限制。顶盖2的下端为一平面，基座1的上端也为一平面，顶盖2放置于基座1上，使得顶盖2可以在基座1上滑动。

为使列车在轨道上运行时车轮会依次经过若干钢轨4，为保证车轮在钢轨4上运行顺畅，需要保持这若干钢轨4的内侧都是平整顺滑的，即若干钢轨4的内侧与车轮的接触面处都是平齐的。联结部3通过轨道夹板5与钢轨4连接，由于轨道夹板5设置于钢轨的外侧，因此联结部3也位于钢轨的外侧。联结部3用于补偿顶盖2和钢轨4内侧横向变形差，消除轨道在轨缝处的横向不平顺。由于顶盖4的热缩冷胀和钢轨2的热胀冷缩，随着温度的变化，在垂直于轨道长度的横向方向，必然产生变形差，造成轨缝处的横向不平顺。如当温度上升时，在横向上，钢轨4会因为热胀冷缩而使得横向长度变长，顶盖2会因为热缩冷胀而使得横向长度缩短，而顶盖2通过联结部3(以及轨道夹板5)和钢轨4连接，联结部3位于钢轨的外侧，为使轨道的内侧平整顺滑，就需要在相对升温下，联结部3的横向增长量大于钢轨4的横向增长量，因此联结部3材料的线膨胀系数应大于钢轨4材料的线膨胀系数。在本实施例中为避免联结部3体积过大，具体可以采用线膨胀系数大于基座1的镉镍合金制成，因此，在相同温差内，联结部3的膨胀量或收缩量会大于基座。当然在其他实施例中，联结部3也可以采用符合要求的材料制成，此处不做限制。通过调节联结部3中的镉镍金属比例可以控制联结部3材料的线膨胀系数，从而保证顶盖2与轨头在与列车的接触面处平齐。在具体操作时，联结部3的线膨胀系数可以通过试验室的配比试验，调节金属镉和金属镍的比例，实现对线膨胀系数的控制，配备试验成功后可工厂化生产，购买材料时仅需要向材料供应商提出线膨胀系数要求。

本实施例提供的钢轨接头轨缝补偿结构，外形尺寸与钢轨4横断面匹配，基座1和顶盖2之间可以滑动，保证顶盖2与轨头在与列车的接触面处平齐。联结部3材料的线膨胀系数大于钢轨4，置于钢轨4外侧，与轨道夹板5连接。本实施例的顶盖2在横向上与钢轨4的轨头形状保持一致；在竖向上与基座1协同工作，保证钢轨轨缝补偿结构始终与钢轨4等高；在纵向上与轨缝等宽，从而彻底消除轨缝。

本实施例的安装方式为：将联结部3和顶盖2预先连接好；在现场施工时，将基座1上的卡块***两侧钢轨4的卡槽中，再将联结部3和顶盖2放置于基座1上，最后将联结部3与轨道夹板5连接。

本实施例既适用于新建轨道结构，也适用于既有轨道结构。

以下提供一种具体的示例：

在上海地区，铺设60Kg/m钢轨，当地最高轨温为T_max＝60.3℃，T_min＝﹣12.2℃，锁定轨温为28.5℃。钢轨4接头阻力PH＝600KN，道床单位纵向阻力p＝91N/cm.钢轨4横截面积F＝77.45cm².采用直径24mm的一级螺栓，轨道夹板5采用6孔夹板，1840根/Km的钢筋混凝土枕。

由伸缩区公式

得：

由此知钢轨4伸缩区长度为l＝2l_s＝1187×2＝2374mm。

取钢轨4接头轨缝补偿结构长度为800mm，变形开始的温度为10℃，终止温度为30℃。则钢轨4的纵向、竖向、横向的变形值为：

l_钢纵＝11.8×10^-6Δt×l_纵＝11.8×10^-6×20×(2374-800)＝0.3715mm；

l_钢竖＝11.8×10^-6Δt×l_竖＝11.8×10^-6×20×176＝0.0415mm；

l_钢横＝11.8×10^-6Δt×l_横＝11.8×10^-6×20×73＝0.0172mm。

Ni-Ti形状记忆合金的应变计算式为：

ζ——马氏体含量，取马氏体含量ζ＝0.6，(0<ζ<1)；

ε_res——残余变形，

E——弹性模量，取E＝52.8GPa；

Ω——相变张量，取Ω＝-3.09GPa；

θ——热弹性系数，取θ＝0.0012；

T——温度，取T_始＝10℃，T_终＝30℃；

A_s——奥氏体开始温度，取A_s＝-12.2℃；

A_f——奥氏体转变终止温度，A_f＝60.3℃；

α_A——材料常数，

ε_L——回复应变极限，

当温度T_始＝10℃时，Ni-Ti形状记忆合金的应变为：

Ni-Ti形状记忆合金的应变差值为：

ε＝ε_终-ε_始＝0.0341201-0.0345845＝-4.644×10^-4；

(1)在纵向上，Ni-Ti形状记忆合金的横向变形值为：

l_纵＝ε×l_缝＝-4.644×10^-5×800＝0.3175mm；

由此知，l_钢纵＝0.3175mm＝l_纵＝0.3175mm，钢轨接头缝隙补偿结构与钢轨4在纵向上协调变形。

(2)在竖向上，假设基座1高度160mm，材料使用铁铝合金，假设其线膨胀系数为15.29×10^-6/℃。顶盖2高度16mm，材料是形状记忆合金。

基座1变形值为：

l_基＝α_基·Δt·l_基＝15.29×10^-6×20×160＝0.04893mm；

Ni-Ti形状记忆合金的竖向变形值为：

l_形竖＝ε·l_形竖＝-4.644×10^-4×16＝-7.43×10^-3mm；

钢轨接头缝隙补偿结构的竖向变形值为：

l_竖＝l_形竖+l_基＝-7.43×10^-3+0.04893＝0.0415mm

由此知，l_钢竖＝0.0415mm＝l_竖＝0.0415mm，钢轨接头缝隙补偿结构与钢轨4在竖向上协调变形。

(3)在横向上，假设联结部3的材料使用镉镍合金，其线膨胀系数为：40.9×10^-6/℃。

取联结部3的横向长度为49.41mm，则联结部3的变形值为：

l_联＝α_联·Δt·l_联＝40.9×10^-6×20×49.41＝0.04042mm；

取Ni-Ti形状记忆合金在横向上的尺寸为轨头横向长度的2/3，即50mm，则Ni-Ti形状记忆合金横向变形值为：

l_形横＝ε·l_形横＝-4.644×10^-4×50＝-0.02322mm；

钢轨接头缝隙补偿结构的横向变形值为：

l_横＝l_形横+l_联＝-0.02322+0.04042＝0.0172mm；

由此知，l_钢横＝0.0172mm＝l_横＝0.0172mm，钢轨接头缝隙补偿结构与钢轨4在竖向上协调变形。

实施例2

本实施例提供了一种铁轨，该铁轨上安装有实施例1中的钢轨接头轨缝补偿结构。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。