專利名稱：沿一平面不間斷接觸的鋼軌連接結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沿一平面不間斷接觸的鋼軌連接結(jié)構(gòu)，更具體地說，涉及在軌道上運行的各種車輛，例如火車、有軌電車、城市輕軌列車等在行駛的過程中，能夠始終沿一平面勻速直線運動的鋼軌連接結(jié)構(gòu)。
傳統(tǒng)的鋼軌連接結(jié)構(gòu)在被連接的兩根鋼軌之間留置的橫向接縫，是根據(jù)單根鋼軌在常溫狀態(tài)下最大的膨脹值設(shè)計定的。這種貫通性橫向接縫的功能在于使軌道由熱運動形成的膨脹值能以單根鋼軌的形式沿長度方向內(nèi)耗，從而確保軌道形變的幅度為零，而這種連接技術(shù)最直觀的缺陷則在于，沿著速度的方向，車輪的外圓周在兩根鋼軌之間的相互接觸是間斷的。
在沒有其它外力的作用下，當緊固螺栓通過內(nèi)外夾板把兩根鋼軌連接在一起時，夾板與鋼軌相互作用的力大小相等，方向與夾板上下兩端跟鋼軌兩側(cè)接觸的斜面垂直，被連接的兩根鋼軌及夾板沿縱向處于平行狀態(tài)。但是，這種沒有其它外力作用下的靜止狀態(tài)并不等于說車輪在通過兩根鋼軌的連接部分時，能夠始終在相同的水平高度上與相向鋼軌的兩個端部交替接觸，或者說這種現(xiàn)有技術(shù)中沿橫向相互作用的力，已經(jīng)滿足了使其總保持這種狀態(tài)的必備條件。因為結(jié)構(gòu)在與車輪相互作用的過程中，承重鋼軌端部和非承重鋼軌端部分別施加給夾板的重力和支持力都是作用在斜面上的，重力和支持力分別指向了兩個不同的方向，因此這兩個力的合力并不為零。也就是說，現(xiàn)有技術(shù)中的兩塊夾板，實質(zhì)上并不具備在兩根鋼軌之間等量傳遞重力的功能。所以，當車輪在通過兩根鋼軌的連接部分時，結(jié)構(gòu)對重力構(gòu)成的反作用力，是結(jié)構(gòu)中相向鋼軌的兩個端部在不同的時間內(nèi)分別單獨完成的，在同一時間內(nèi)，被連接鋼軌的兩個端部沿著重力的方向做功的大小并不相同，或者更準確地說，在重力做功的過程中，承重鋼軌端部的末位置和非承重鋼軌端部的初位置，并不在相同的水平高度上。
上述現(xiàn)象說明，在這個古老的設(shè)計方案中，重力和支持力，根本就沒有按著力的平衡原理，大小相等、方向相反地作用在同一條直線上。由此可知，傳統(tǒng)間斷式鋼軌連接結(jié)構(gòu)所存在的技術(shù)缺陷，并不僅僅在于車輪與鋼軌在長度方向上的接觸是間斷的，而且，沿著速度的方向，這種間斷性的接觸還無法維持在相同的水平高度上。撞擊作用就是車輪在運動的過程中與另一根鋼軌端部階梯性接觸的瞬間形成的。而把這種由無數(shù)次的撞擊對車速、耗能、噪聲、震動以及列車運行的安全性，穩(wěn)定性，舒適性等諸多方面構(gòu)成的負面影響簡單地歸咎于間斷性接觸，顯然是錯誤的。
而上述非平衡受力的設(shè)計缺陷，還普遍存在于“縱向不間斷接觸的鋼軌連接結(jié)構(gòu)”以及其它仍采用夾板連接的，幾乎所有的現(xiàn)有技術(shù)中。因此，僅在結(jié)構(gòu)的表面上形成了可與車輪不間斷接觸的承重部分，而無法使結(jié)構(gòu)中不同的承重組成部分在所受重力或不受重力的情況下總保持在同一水平面上，任何形式的、旨在解決上述缺陷而付出的努力，都是徒勞的。
本發(fā)明的目的，就是為了同時解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述間斷性接觸和非平衡受力的兩種設(shè)計缺陷，提供一種新穎的，多點力共同作用的鋼軌連接結(jié)構(gòu)，這種連接結(jié)構(gòu)在豎直方向上能夠與車輪平衡受力，在長度方向上能夠與車輪始終沿一平面不間斷地接觸，消除了撞擊作用形成的兩種因素，同時也就從根本上消除了由上述缺陷而形成的各種弊端。
本發(fā)明的目的是由下列技術(shù)方案達到的一種軌道車輛行駛用的鋼軌連接結(jié)構(gòu)，由鋼軌，內(nèi)夾板，外夾板以及各種連接用的緊固件所組成，其特征在于，上述鋼軌兩端的中部以及上述兩夾板相向的內(nèi)側(cè)，分別形成了兩翼側(cè)向的凸起部分和用以容納上述凸起部分的側(cè)滑槽；而上述內(nèi)(或外)夾板的頂部及上述鋼軌兩端部的同一個側(cè)面上，還分別形成了中央承重的凸起部分和用以容納上述凸起部分凹進部分，從而沿著重力和速度的不同方向，形成了兩翼側(cè)向凸起部分及側(cè)滑槽與車輪平衡受力、鋼軌的頂面及夾板的凸起部分與車輪始終沿一平面不間斷接觸的鋼軌連接結(jié)構(gòu)。
下面，參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例，通過以下描述，將使本發(fā)明的種種優(yōu)點以及與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別變得更加清晰明了。附圖中

圖1是本發(fā)明的鋼軌連接結(jié)構(gòu)的第一實施例的示意立體圖；圖2是本發(fā)明的鋼軌連接結(jié)構(gòu)的第一實施例的外夾板內(nèi)側(cè)的示意立體圖；圖3是本發(fā)明的鋼軌連接結(jié)構(gòu)的第一實施例的鋼軌的示意立體圖，表示鋼軌兩端的結(jié)構(gòu)形狀；圖4是本發(fā)明的鋼軌連接結(jié)構(gòu)的第一實施例的內(nèi)夾板外側(cè)的示意立體圖；圖5是本發(fā)明的第一實施例的鋼軌連接結(jié)構(gòu)的橫斷面圖，表示結(jié)構(gòu)中各部件的組合關(guān)系；圖6是本發(fā)明的鋼軌連接結(jié)構(gòu)的第二實施例的鋼軌的示意立體圖，表示鋼軌兩端的結(jié)構(gòu)形狀；圖7是本發(fā)明的鋼軌連接結(jié)構(gòu)的第二實施例的內(nèi)夾板外側(cè)的示意立體圖；圖8是本發(fā)明的第二實施例的鋼軌連接結(jié)構(gòu)的橫斷面圖。
請參閱圖1，標號1表示本發(fā)明第一實施例中采用的經(jīng)過改進的鋼軌，標號2表示本發(fā)明第一實施例中采用的連接上述鋼軌用的內(nèi)夾板，標號5表示本發(fā)明第一實施例中采用的連接上述鋼軌用的外夾板，此外，還有連接用的緊固件圓頭螺栓4，彈簧墊3和六角螺母6，但這些部件都與現(xiàn)有技術(shù)相同，沒有改變。需要進一步說明的是，圖1所反映的是在結(jié)構(gòu)中的內(nèi)(或外)夾板上設(shè)置中央承重的凸起部分、在鋼軌兩端頂部的同一個側(cè)面上形成凹進部分的情形，如果在兩塊夾板上都設(shè)置凸起部分，并且在鋼軌兩端部的兩個側(cè)面上都形成凹進部分，那么，上述兩塊夾板的結(jié)構(gòu)形狀則完全相同，在應(yīng)用過程中也就不存在內(nèi)外之分了。
如圖1和圖3所示，上述鋼軌1兩端的中部，沿長度方向分別形成了能與夾板側(cè)滑槽相互配合的，長度為L，寬度為t，高度為h的兩翼側(cè)向的凸起部分；而上述鋼軌1兩端的頂部，在安裝內(nèi)夾板的同一個側(cè)面上還分別形成了長度為l，寬度為T的凹進部分，用以容納上述夾板的中央承重凸起部分。上述鋼軌兩翼側(cè)向凸起部分和兩端凹進部分的橫斷面的結(jié)構(gòu)形狀如圖5所示。
如圖1、圖2和圖4所示，上述內(nèi)夾板2和外夾板5相向的中部，平行于原夾板內(nèi)凹槽的長度方向，分別形成了寬度為t，高度為h，貫通性的內(nèi)側(cè)滑槽，用以容納上述鋼軌的兩翼側(cè)向凸起部分；而上述內(nèi)夾板2的頂面上，還上起形成了長度為B，寬度為T的、能與上述鋼軌兩端凹進部分相互配合的中央承重凸起部分。上述兩夾板側(cè)滑槽及內(nèi)夾板中央承重凸起部分的橫斷面的結(jié)構(gòu)形狀如圖5所示。
圖5是本發(fā)明的鋼軌連接結(jié)構(gòu)的第一實施例中的兩根鋼軌相接部分的橫斷面圖，表示結(jié)構(gòu)中各部件之間的組合關(guān)系。由圖5可見，當緊固螺栓通過內(nèi)外夾板把兩根鋼軌連接在一起時，上述鋼軌兩翼側(cè)向的凸起部分以水平相反的方向容納在上述夾板的，兩個相向的側(cè)滑槽中；而上述內(nèi)夾板的中央承重凸起部分則緊貼上述鋼軌兩端部的凹進部分，并且，其凸起部分的頂面與鋼軌的頂面齊平。
由圖1可見，本發(fā)明的鋼軌連接結(jié)構(gòu)雖然在被連接的兩根鋼軌、以及鋼軌的凹進部分和夾板的凸起部分之間，仍留有可使軌道由熱運動形成的位移能以單根鋼軌的形式沿長度方向內(nèi)耗的膨脹接縫，但是，傳統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)中貫通性的橫向接縫消除了，并且，在車輪凸緣與軌道形成擠壓或摩擦的最有效的范圍內(nèi)，內(nèi)夾板的凸起部分代替了那段間斷了的鋼軌及鋼軌的凹進部分，從而使車輪在行進中始終由鋼軌及夾板的凸起部分支撐著。上述技術(shù)特征雖然與現(xiàn)有技術(shù)的相同，所要達到的目的也相同，但是，由于作用在結(jié)構(gòu)中的力的大小和方向不同，上述相同的技術(shù)特征所能達到的作用和效果卻截然不同，并且這種不同具備了實質(zhì)性的改進，而不是顯而易見的。
由圖1或圖5可知，在本發(fā)明的鋼軌連接結(jié)構(gòu)中，車輪施加給它的重力，是通過鋼軌兩翼側(cè)向凸起部分跟夾板側(cè)滑槽上下兩端相互作用時形成的支持力(或拉力)，沿著這兩個力的豎直方向在兩根鋼軌間相互傳遞的，重力和支持力(或拉力)的方向總是垂直于支持面而指向被壓或被支持的物體，它們都在同一條直線上。這樣，無論重力作用的質(zhì)點是在夾板的中央承重凸起部分上，還是作用在該凸起部分兩端的鋼軌上，兩翼側(cè)向的凸起部分都能夠在同一時間內(nèi)通過夾板的側(cè)滑槽，將重力等量地傳遞給結(jié)構(gòu)的其它部分，并沿著相反的方向在質(zhì)點兩端相等的范圍內(nèi)獲得等量的支持力，從而使本發(fā)明的鋼軌連接結(jié)構(gòu)中的夾板真正的具備了承受重力和傳遞重力的功能。
由圖1或圖5還可知，只有在重力介入的過程中，相向鋼軌的兩翼側(cè)向凸起部分與夾板的側(cè)滑槽才會發(fā)生相互作用的關(guān)系，從而在同一時間內(nèi)形成等量支持力的，并且，車輪作用給結(jié)構(gòu)的重力越大，結(jié)構(gòu)對重力構(gòu)成的反作用力也就越大，重力的大小恒定不變時，反作用力的大小也恒定不變，重力停止作用，結(jié)構(gòu)對重力構(gòu)成的反作用力也隨即消失，由此可以確定，在任意時刻，作用在結(jié)構(gòu)中任意位置上的重力和支持力(或拉力)，其大小和方向都是恒定的，它們的大小相等，方向相反，彼此平衡。因此，本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)在所受重力或不受重力的情況下，被連接的兩根鋼軌與內(nèi)外夾板仍可在熱脹冷縮的過程中反方向運動，但在豎直方向上只能處于靜止狀態(tài)，即在豎直方向上沒有加速度，從而使得車輪在行進的過程中，能夠始終沿一水平面與結(jié)構(gòu)中不同的承重部分不間斷地相互接觸。而結(jié)構(gòu)中夾板與鋼軌沿橫向相互作用的力的大小和方向保持不變，不與重力發(fā)生相互作用的關(guān)系。這樣，結(jié)構(gòu)中相互作用的力在水平和豎直兩個不同的方向上，同時滿足了使結(jié)構(gòu)中不同的組成部分總保持靜止狀態(tài)的必備條件，從根本上消除了現(xiàn)有技術(shù)中間斷性接觸和非平衡受力的設(shè)計缺陷，達到了本發(fā)明所要達到的最終目的。
下面請參閱圖6至圖8，這幾個圖表示了本發(fā)明的第二實施例。在這個實施例中，除了鋼軌1’和內(nèi)夾板2’的結(jié)構(gòu)與第一實施例的不同之外，其余構(gòu)件的結(jié)構(gòu)都與實施例1中的相同，并起相同的作用。
如圖6和圖8所示，實施例2中的鋼軌1’除了在兩端的頂部形成凹進部分以容納內(nèi)夾板2’的凸起部分之外，還在上述凸起部分上形成了凸臺階D，在上述鋼軌兩端部凹進部分中形成了容納并與上述凸臺階D相互配合的凹臺階C，連接時，上述凸臺階D的底面靠壓在上述凹臺階C的頂面上。如圖7和圖8所示。
在本發(fā)明中的第一實施例中，夾板凸起部分所受的車輪施加給它的重力，是通過側(cè)滑槽直接傳遞給相鄰鋼軌兩翼側(cè)向凸起部分的，由于兩根鋼軌之間仍留有可供軌道熱脹冷縮用的膨脹接縫，因此，當車輪靠壓在某根鋼軌端部及夾板凸起部分的豎直方向時，結(jié)構(gòu)中兩根鋼軌所受重力的大小，或者說兩根鋼軌對重力構(gòu)成的反作用力的大小，仍然存在著微弱的差別。而在本發(fā)明第二實施例中，由于夾板的凸臺階能夠同時靠壓在上述鋼軌兩端部的、兩個凹臺階的頂面上，從而消除了實施例1中的不足，這樣，多點力的共同作用使得結(jié)構(gòu)中的重力和支持力能夠始終處于絕對平衡狀態(tài)，并最大限度地加大了結(jié)構(gòu)承重強度的絕對安全值。
此外，本發(fā)明中鋼軌兩端頂部的凹進部分，可以只形成在靠近車輪凸緣的軌道內(nèi)側(cè)，也可以同時形成在結(jié)構(gòu)的內(nèi)外兩側(cè)，并在內(nèi)外兩塊夾板上都設(shè)置中央承重的凸起部分，以適應(yīng)不同的技術(shù)需求；還可以只在上述鋼軌兩端的中部及兩塊夾板相向的內(nèi)側(cè)，分別形成相互配合的兩翼側(cè)向凸起部和側(cè)滑槽，而鋼軌及夾板的頂部則不必進行任何改造，從而形成另一種更加簡單易行的，平衡受力間斷式接觸的鋼連接結(jié)構(gòu)，并可收到與上述兩方案基本相同的技術(shù)效果。而且，本發(fā)明的鋼軌連接結(jié)構(gòu)還可僅以結(jié)構(gòu)本身的形式單獨作為一種產(chǎn)品(即產(chǎn)品的總長度僅略大于夾板的長度)，仍以熔接的方式在平直軌道上對另一種現(xiàn)有技術(shù)，即現(xiàn)代無縫隙軌道(或稱超長鋼軌)進行改造，這樣，既可以消除這種軌道由熱運動形成的膨脹值大幅度縱向運動而在局部范圍內(nèi)引發(fā)的，不規(guī)則的軌道形變對車速及行車安全構(gòu)成的制約和影響，又可以最大限度地利用現(xiàn)有的鐵路設(shè)施，避免了資源的浪費。
另外，本發(fā)明附圖標記反映的尺寸，應(yīng)根據(jù)鋼軌和夾板的型號來選擇，并且，鋼軌兩翼側(cè)向凸起部分的長度2L，應(yīng)大于夾板的長度，以加大鋼軌兩端部本身的彈性強度；而上述夾板側(cè)滑槽的高度還應(yīng)等于或略大于鋼軌兩翼側(cè)向凸起部分的高度，以便于安裝使用并減小兩者間的摩擦系數(shù)。對常用的鋼軌和與之相匹配的夾板，一般長度L可在400～500毫米的范圍內(nèi)，寬度t可在15～20毫米的范圍內(nèi)，高度h可在40～60毫米的范圍內(nèi)；而鋼軌兩端頂部凹進部分的長度l和夾板中央承重凸起部分的長度B還應(yīng)相互配合，并且B應(yīng)大于或等于2l，以便在兩根鋼軌之間留出間隙。對于常用的鋼軌和與之相匹配的夾板，一般長度l在60～80毫米的范圍內(nèi)，B在120～160毫米的范圍內(nèi)，寬度T在15～30毫米的范圍內(nèi)。此外，本發(fā)明的第二實施例中的鋼軌兩端凹臺階C和夾板凸臺階D的高度h’可在20～25毫米的范圍內(nèi)，寬度t’在5～10毫米的范圍內(nèi)。
綜上所述，由于本發(fā)明的鋼軌連接結(jié)構(gòu)在充分保障原設(shè)計方案中夾板與鋼軌相互作用的、力的大小和方向都不變的情況下，還按著力的平衡原理，將重力和支持力大小相等，方向相反地作用在了同一條直線上。這樣，就從根本上消除了傳統(tǒng)間斷式鋼軌連接結(jié)構(gòu)以及其它仍采用夾板連接的現(xiàn)有技術(shù)中共有的，間斷性接觸和非平衡受力的設(shè)計缺陷，從而使得結(jié)構(gòu)中不同的承重組成部分能夠始終沿一水平面與車輪不間斷地相互接觸。又由于本發(fā)明還保留了可使軌道由熱運動形成的位移，仍以單根鋼軌的形式沿長度方向內(nèi)耗的功能，這樣，本發(fā)明在消除了上述缺陷的同時，還從根本上消除了以熔接的方式接連而成的，現(xiàn)代無縫隙軌道因鋼軌膨脹系數(shù)、軌道形變幅度以及外界自然溫度等多種確定或不確定因素分別對車速及行車安全構(gòu)成的制約或影響，并最終使軌道車輛的行進過程真正的達到或?qū)崿F(xiàn)了始終沿一光滑的平面勻速直線運動的理想狀態(tài)，因此可使列車運行得更快捷、更安全、更加平穩(wěn)舒適，節(jié)能環(huán)保。同時，由于本發(fā)明只改進了鋼軌端部和夾板的結(jié)構(gòu)，原有的路基、枕木、電氣化設(shè)施，甚至連最近幾年在平直軌道上剛剛投入使用的重軌都可以在改造中重新利用，所以，有利于節(jié)約能源和保護環(huán)境，改造所需投資少，可節(jié)約大量資金。
權(quán)利要求
1.一種軌道車輛行駛用的鋼軌連接結(jié)構(gòu)，由鋼軌、內(nèi)夾板，外夾板以及各種連接用的緊固件所組成，其特征在于，上述鋼軌兩端的中部以及上述夾板相向的內(nèi)側(cè)，分別形成了兩翼側(cè)向的凸起部分和用以容納上述凸起部分的側(cè)滑槽；而在上述內(nèi)(或外)夾板的頂部及上述鋼軌兩端部的同一個側(cè)面上，還分別形成了中央承重的凸起部分和用以容納上述凸起部分的凹進部分，從而沿著重力和速度的不同方向，形成了兩翼側(cè)向凸起部分及側(cè)滑槽與車輪平衡受力、鋼軌及夾板的凸起部分與車輪始終沿一平面不間斷接觸的鋼軌連接結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的鋼軌連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述具有中央承重凸起部分的夾板應(yīng)用在軌道與車輪凸緣相鄰的內(nèi)側(cè)。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的鋼軌連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述鋼軌兩翼側(cè)向凸起部分的長度L在400～500毫米的范圍內(nèi)，上述夾板側(cè)滑槽及鋼軌兩翼側(cè)向凸起部分的寬度t在15～20毫米的范圍內(nèi)，高度h在40～60毫米的范圍內(nèi)；而上述鋼軌兩端凹進部分及夾板中央承重凸起部分的長度l在60～80毫米的范圍內(nèi)，B在120～160毫米的范圍內(nèi)，寬度T在15～30毫米的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的鋼軌連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，在上述鋼軌兩端部的凹進部分中形成了凹臺階C，而在上述內(nèi)夾板的中央承重起部分上還形成了能與上述凹臺階C相互配合的凸臺階D，上述凸臺階D的底面靠壓在上凹臺階C的頂面上。
5.如權(quán)利要求4所述的鋼軌連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述凹臺階C與凸臺階D的高度尺寸h’在20～25毫米的范圍內(nèi)，寬度t’在5～10毫米的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種軌道車輛行駛用的鋼軌連接結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在鋼軌兩端及內(nèi)外夾板相向的中部，分別形成了用以在兩根鋼軌之間等量傳遞重力的兩翼側(cè)向凸起部分和側(cè)滑槽；而在內(nèi)夾板的頂部及鋼軌兩端部的同一個側(cè)面上，還分別形成了中央承重的凸起部分和用以容納上述凸起部分的凹進部分，從而使軌道車輛進行中能始終沿一水平面勻速直線運動。消除了傳統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)由非平衡受力和間斷性接觸而形成的撞擊、以及現(xiàn)代無縫隙軌道由熱運動而形成的不規(guī)則形變分別對車速及行車安全構(gòu)成的負面影響。實施這種結(jié)構(gòu)能大幅度提高車速，有利于節(jié)約能源消耗和保護環(huán)境，投資少，成本低。
文檔編號E01B11/00GK1687524SQ200510063699
公開日2005年10月26日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者鐘國柱 申請人:鐘國柱