專利名稱：傷損鋼軌及焊接接頭加固修復(fù)方法和器材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種用于鐵路軌道(包括地鐵軌道)加固修復(fù)傷損鋼軌及焊接接頭的方法和器材，突出特點(diǎn)是不鋸切線上鋼軌、不插入短鋼軌的情況下，進(jìn)行預(yù)防性和補(bǔ)強(qiáng)性的加固修復(fù)，使之恢復(fù)到正常鋼軌或焊接接頭等同的強(qiáng)度，延長鋼軌及焊接接頭使用壽命，節(jié)約材料和費(fèi)用，提高鐵路行車安全的可靠性。
背景技術(shù)：
2001年中華人民共和國鐵道部頒布的《鐵路線路維修規(guī)則》第4.3.13條對采用現(xiàn)有技術(shù)處理修復(fù)有傷鋼軌及焊接接頭作如下規(guī)定一、探傷撿查發(fā)現(xiàn)鋼軌或焊縫有重傷時(shí)，不待斷裂，則切除重傷部位60mm，實(shí)施原位焊復(fù)，鋼軌或焊接接頭已折斷，若切除斷口折損部位不超過60mm，亦可進(jìn)行原位焊復(fù)；二、當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋼軌或焊接接頭已折斷，無法進(jìn)行原位焊復(fù)時(shí)，則先采取緊急處理，在斷縫處安裝普通臌包夾板后，列車限速運(yùn)行；其后采取臨時(shí)處理，在傷損處切除鋼軌長6m，在兩鋸口間插入長6m的同類型鋼軌，軌端鉆螺栓孔，上接頭夾板后，列車按正常速度運(yùn)行；最后采用永久處理，用不帶螺栓孔的短鋼軌將帶螺栓孔的6m短鋼軌換下，并焊接兩個(gè)鋼軌接頭。至此，采用現(xiàn)有技術(shù)完成傷損鋼軌焊接接頭的永久修復(fù)?，F(xiàn)有技術(shù)所采用的兩個(gè)實(shí)施方案存在以下缺點(diǎn)①原位焊復(fù)方案，實(shí)施此方案有一定條件限至，且應(yīng)以鋸切鋼軌作為焊接修復(fù)的先決條件；②緊急處理、臨時(shí)處理、永久處理方案，實(shí)施此方案更應(yīng)反復(fù)鋸切鋼軌、插入短軌，至氣候條件許可時(shí)才進(jìn)行永久性的焊接修復(fù)。其缺點(diǎn)除無可避免要切除鋼軌，大多數(shù)情況要插入短軌外，更主要的它是“外科手術(shù)”性質(zhì)的處理和修復(fù)，由于它要鋸切鋼軌、插入短鋼軌，最后重焊修復(fù)，工序繁復(fù)，而且現(xiàn)場焊接修復(fù)作業(yè)受到氣候條件的限制，因而盡管現(xiàn)有鐵路技術(shù)規(guī)范對傷損鋼軌或焊接接頭的處理修復(fù)已有規(guī)定，但每年國內(nèi)外鐵路干線上仍然有相當(dāng)數(shù)量的鋼軌或焊接接頭發(fā)生折斷后，難以及時(shí)作永久性修復(fù)，有時(shí)甚至釀成重大行車事故。本發(fā)明開創(chuàng)預(yù)防性和補(bǔ)強(qiáng)性加固修復(fù)鋼軌及焊接接頭的新思路，所提供的方法和器材可靠，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺點(diǎn)，提高鐵路行車安全的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本項(xiàng)發(fā)明以傷損鋼軌或焊接接頭作為本體，采用加固修復(fù)器材和以下3種方法輕傷鋼軌或焊接接頭采用碳纖維布、常溫快固膠、防老化保護(hù)膜、夾板模具和強(qiáng)力夾具等器材，在3不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌、不鉆螺栓孔)情況下，采取預(yù)防和補(bǔ)強(qiáng)方法加固修復(fù)；重傷鋼軌或焊接接頭采用加肋高強(qiáng)夾板、玻璃纖維布膠層、常溫快固膠和經(jīng)磷化皂化處理的高強(qiáng)度螺栓等器材，在2不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌)情況下，采取補(bǔ)強(qiáng)性加固修復(fù)，使傷損的鋼軌或焊接接頭與膠粘器材構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)，增大強(qiáng)度和剛度，恢復(fù)和提高負(fù)載能力；已折斷鋼軌或焊接接頭預(yù)先采用液壓鋼軌拉伸器張拉，將斷縫擠嚴(yán)，然后采取與重傷鋼軌或焊接接頭相同的器材和方法加固修復(fù)。
作為本項(xiàng)發(fā)明主要有三項(xiàng)創(chuàng)新其一，開創(chuàng)預(yù)防性和補(bǔ)強(qiáng)性加固修復(fù)鋼軌及焊接接頭的新技術(shù)在3不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌、不鉆螺栓孔)情況下，加固修復(fù)輕傷鋼軌或焊接接頭；在2不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌)情況下，加固修復(fù)重傷鋼軌或焊接接頭；即使已折斷的鋼軌或焊接接頭，使用液壓鋼軌拉伸器將軌縫擠嚴(yán)后，也可在2不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌)情況下，進(jìn)行永久性加固修復(fù)。
其二，研制成功一種夾板模具，并采用碳纖維布和常溫快固膠加固修復(fù)輕傷鋼軌或焊接接頭。碳纖維的抗拉強(qiáng)度和彈性模量極高，分別是鋼軌鋼的2.5∽3.1倍和1.08∽1.42倍，但撕裂強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度很低，且軌道所受的交變動(dòng)荷載很大，將碳纖維布用于鋼軌或焊接接頭的加固修復(fù)，提高碳纖維布與鋼軌或焊接接頭之間的膠粘強(qiáng)度是技術(shù)關(guān)鍵。本項(xiàng)發(fā)明研制成功的夾板模具與有傷鋼軌或焊接接頭的軌顎、軌腰和軌底上表面幾何形狀一致，兩者能完全密貼吻合，運(yùn)用膠粘原理，采用高強(qiáng)度、高韌性常溫快固膠，將碳纖維布與鋼軌或焊接接頭膠粘，通過夾板模具及與其配套的強(qiáng)力夾具施加壓力，則兩者之間形成極性基團(tuán)而產(chǎn)生極強(qiáng)的粘接力，使碳纖維布的高彈性模量、高抗拉強(qiáng)度特性得以充分發(fā)揮作用，達(dá)到加固修復(fù)輕傷鋼軌或焊接接頭的技術(shù)要求，為防止長期運(yùn)營膠層受酸、堿、濕熱作用和紫外線幅射而老化，在碳纖維布的最外層膠粘一層防老化保護(hù)膜，因而使有傷鋼軌或焊接接頭的加固修復(fù)保持長效。曾進(jìn)行5次實(shí)物試件疲勞試驗(yàn)經(jīng)加固修復(fù)后的CHN60型鋼軌輕傷鋁熱焊接頭試件，在支距為1.0m的情況下，跨中施加集中荷載Fmax＝350kN、Fmin＝70kN，循環(huán)加載2×106次后，5次試驗(yàn)的試件均未折斷，且探傷檢查未發(fā)現(xiàn)原有傷損擴(kuò)大，證明本項(xiàng)發(fā)明提供的輕傷鋼軌或焊接接頭加固修復(fù)方法和器材有效可靠。
其三，研制成功帶有玻璃纖維布膠層的加肋高強(qiáng)夾板，用于加固修復(fù)重傷及已折斷的鋼軌或焊接接頭。由于重傷及已折斷的鋼軌或焊接接頭已顯著削弱或已失去負(fù)載能力，因而實(shí)施加固修復(fù)除應(yīng)增強(qiáng)其抗拉、抗彎曲和抗剪切的強(qiáng)度外，還應(yīng)提高其豎向和橫向剛度，新研制帶玻璃纖維布膠層的加肋高強(qiáng)夾板與現(xiàn)有技術(shù)所采用的普通夾板相比，不僅豎向和橫向剛度增大35.3％，更重要的是它的斷面形狀和幾何尺寸作了改進(jìn)，普通夾板的腰部側(cè)面設(shè)計(jì)成凹槽，不可能在其側(cè)面涂抹膠粘劑后再膠粘玻璃纖維布膠層，則鋼軌與夾板的鎖定完全靠螺栓提供的緊固力，其抗剪力很小(試驗(yàn)測得其值≤600kN)，本項(xiàng)發(fā)明提供的加肋高強(qiáng)夾板，其側(cè)面的幾何尺寸與有傷鋼軌焊接接頭的顎、腰和上底面的幾何尺寸相似，即使有焊筋的鋼軌焊接接頭也能緊密貼合，與鋼軌的膠粘面積顯著增大，鎖定加肋高強(qiáng)夾板與有傷鋼軌及焊接接頭，螺栓提供的緊固力所起作用微小，而主要依賴夾板與鋼軌之間的膠層提供量值很大的抗剪力(試驗(yàn)測得其值≥3000kN)，使加肋高強(qiáng)夾板、膠層與有傷鋼軌及焊接接頭構(gòu)成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。曾用7個(gè)有重傷的CHN60型鋼軌和8個(gè)已折斷的同類型鋼軌焊接接頭的實(shí)物試件進(jìn)行靜彎曲試驗(yàn)，在支距1.0m的情況下，跨中施加1600kN∽1800kN豎向荷載，15個(gè)試件均未發(fā)生膠層脫開和夾板折斷，TB/T1632.2《鋼軌焊接第2部分閃光焊接》和TB/T1632.3《鋼軌焊接第3部分鋁熱焊接》規(guī)定CHN60型鋼軌閃光焊接和鋁熱焊接接頭的檢驗(yàn)荷載分別為1450kN和1300kN，試驗(yàn)結(jié)果遠(yuǎn)高于檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，充分證明本項(xiàng)發(fā)明所提供的重傷及已折斷的鋼軌或焊接接頭加固修復(fù)方法和器材可靠，效果良好，能提高鐵路行車安全的可靠性。
本發(fā)明的有益效果2004年底鐵道部運(yùn)輸局公布的數(shù)據(jù)，我國已有焊接鋼軌無縫線路40517km，又據(jù)調(diào)查每年每300km無縫線路平均有輕、重傷和斷裂焊接接頭5個(gè)(不包含鋼軌母材)，采用前已介紹的現(xiàn)有技術(shù)“原位重焊”的方案修復(fù)一個(gè)焊接接頭的材料費(fèi)、機(jī)械設(shè)備折舊費(fèi)、封鎖線路運(yùn)輸損失費(fèi)和工時(shí)費(fèi)為3500元，采用前已介紹的現(xiàn)有技術(shù)“緊急處理、臨時(shí)處理和永久性處理”的方案修復(fù)一個(gè)有傷焊接接頭的材料費(fèi)、機(jī)械設(shè)備折舊費(fèi)、封鎖線路運(yùn)輸損失費(fèi)和工時(shí)費(fèi)為6500元，每5個(gè)有傷焊接接頭其中1個(gè)采用“原位重焊”，4個(gè)采用“緊急處理、臨時(shí)處理和永久性處理”的方法修復(fù)，則每年用現(xiàn)有技術(shù)處理、修復(fù)有傷鋼軌焊接接頭所花各項(xiàng)費(fèi)用總計(jì)為3921533.33元。而采用本項(xiàng)發(fā)明提供的方法和器材加固修復(fù)每一接頭所花材料費(fèi)、機(jī)械設(shè)備折舊費(fèi)、封鎖線路運(yùn)輸損失費(fèi)和工時(shí)費(fèi)用為2900元，如果全國鐵路每年傷損鋼軌焊接接頭都用本項(xiàng)發(fā)明提供的方法和器材進(jìn)行加固修復(fù)，則只需花費(fèi)費(fèi)用為1927533.33元，每年全國鐵路可節(jié)約該項(xiàng)修復(fù)處理費(fèi)用2025850元。該項(xiàng)發(fā)明所能產(chǎn)生社會(huì)效益更比經(jīng)濟(jì)效益突出，因?yàn)槊刻扈F路上運(yùn)行的列車裝載著國家財(cái)產(chǎn)和全國東西南北四方八處的旅客，即使防止一次行車事故，其價(jià)值也無法用金錢來計(jì)算。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為本項(xiàng)發(fā)明除具有實(shí)用性和一定的經(jīng)濟(jì)效益外，更為突出的是社會(huì)效益。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)一步說明圖1是本發(fā)明提供的用膠粘碳纖維布加固修復(fù)輕傷鋼軌或焊接接頭組裝圖。
圖2是本發(fā)明提供的加固修復(fù)重傷及已折斷鋼軌或焊接接頭的膠粘器材組裝圖。
圖3是本發(fā)明提供的加固修復(fù)輕傷鋼軌焊接接頭器材中的的夾板模具立面圖。
圖4是本發(fā)明提供的加固修復(fù)輕傷鋼軌焊接接頭器材中的的夾板模具，為圖2所示沿A-A線的剖面圖。
圖5是本發(fā)明提供的加固修復(fù)重傷或折斷鋼軌及焊接接頭器材中的帶玻璃纖維布膠層加肋高強(qiáng)夾板立面圖。
圖6是本發(fā)明提供的加固修復(fù)重傷或折斷鋼軌及焊接接頭器材中的帶玻璃纖維布膠層加肋高強(qiáng)夾板，為圖5所示沿B-B線的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
當(dāng)鋼軌或焊接接頭探傷檢查發(fā)現(xiàn)傷損，按不同性質(zhì)傷損實(shí)施以下三種方式加固修復(fù)鋼軌或焊接接頭有輕傷——探傷檢查發(fā)現(xiàn)輕傷鋼軌或焊接接頭，在圖1上如(1)，可采用本發(fā)明提供的碳纖維布(2)、常溫快固膠(3)、防老化保護(hù)膜(4)、夾板模具(5)和強(qiáng)力夾具(6)等器材，在3不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌、不鉆螺栓孔)情況下，按以下步驟實(shí)施加固修復(fù)①封鎖線路；②以輕傷鋼軌或焊接接頭(1)的有傷截面為中心前后各65cm，對軌腰、軌顎和軌底上表面進(jìn)行打磨除銹；③在工作臺(tái)上鋪2張防老化保護(hù)膜(4)，并在2張防老化保護(hù)膜(4)上分別膠粘3張?zhí)祭w維布(2)；④在已完成打磨除銹的軌腰、軌顎和軌底上表面噴涂丙酮或丁酮，進(jìn)行清洗；⑤分別在輕傷鋼軌或焊接接頭(1)的軌腰、軌顎、軌底上表面和2張帶有防老化保護(hù)膜的碳纖維布(2)上，均勻涂抹常溫快固膠(3)；⑥將帶有防老化保護(hù)膜(4)、涂有常溫快固膠(3)的碳纖維布(2)與輕傷鋼軌或焊接接頭(1)膠粘；⑦安裝夾板模具(5)和強(qiáng)力夾具(6)；⑧緊固夾具螺栓；⑨待常溫快固膠固化后，拆卸下夾板模具(5)和強(qiáng)力夾具(6)，完成加固修復(fù)。
鋼軌或焊接接頭有重傷——探傷檢查發(fā)現(xiàn)重傷鋼軌或焊接接頭，在圖2上如(7)，采用加肋高強(qiáng)夾板(8)、玻璃纖維布膠層(9)、常溫快固膠(3)和經(jīng)磷化皂化處理的高強(qiáng)度螺栓(10)等器材，在2不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌)情況下，按以下步驟實(shí)施加固修復(fù)①按本發(fā)明提供的加肋高強(qiáng)夾板設(shè)計(jì)圖，加工一批加肋高強(qiáng)夾板，在圖2上為(8)；②在加肋高強(qiáng)夾板(8)上涂抹膠粘劑，膠粘玻璃纖維布，則在加肋高強(qiáng)夾板上有一層玻璃纖維布膠層，在圖2上為(9)；③封鎖區(qū)間線路，在重傷鋼軌及焊接接頭(7)處按規(guī)定尺寸和要求鉆螺栓孔；④以鋼軌或焊接接頭重傷截面為中心前后各65cm，對軌腰、軌顎和軌底上表面進(jìn)行打磨除銹；⑤在重傷鋼軌或焊接接頭(7)的軌顎、軌腰、軌底上表面噴涂丙酮或丁酮，進(jìn)行清洗后，涂抹常溫快固膠(3)；⑥在加肋高強(qiáng)夾板的玻璃纖維布膠層(9)面上也涂抹常溫快固膠(3)，并將兩者膠粘組裝；⑦將經(jīng)磷化皂化處理的高強(qiáng)度螺栓(10)穿入螺栓孔，并用測力扳手緊固；⑧待常溫快固膠(3)固化后，完成加固修復(fù)。
鋼軌或焊接接頭已折斷——檢查發(fā)現(xiàn)已折斷的鋼軌或焊接接頭，在圖2上如(7)，同樣采用加肋高強(qiáng)夾板(8)、玻璃纖維布膠層(9)、常溫快固膠(3)和經(jīng)磷化皂化處理的高強(qiáng)度螺栓(10)等器材，在2不(不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌)情況下加固修復(fù)。實(shí)施步驟與加固修復(fù)重傷鋼軌或焊接接頭相近，僅應(yīng)在完成鉆螺栓孔及軌腰、軌顎、軌底打磨除銹后，用液壓鋼軌拉伸器張拉鋼軌，將斷縫擠嚴(yán)，并調(diào)整軌頂?shù)钠街倍?，然后在已折斷鋼軌或焊接接頭(7)的軌顎、軌腰、軌底上表面噴涂丙酮或丁酮，進(jìn)行清洗后，涂抹常溫快固膠(3)，同時(shí)也在加肋高強(qiáng)夾板(8)的玻璃纖維膠層(9)面上涂抹常溫快固膠(3)，將兩者膠粘組裝后，在螺栓孔中穿入經(jīng)磷化皂化處理的高強(qiáng)度螺栓(10)，并用測力扳手緊固，當(dāng)常溫快固膠固化后，完成加固修復(fù)。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)防性、補(bǔ)強(qiáng)性加固修復(fù)傷損鋼軌或焊接接頭的技術(shù)，在不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌和不鉆螺栓孔情況下加固修復(fù)輕傷鋼軌或焊接接頭(1)，不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌情況下加固修復(fù)重傷及已折斷鋼軌或焊接接頭(7)的方法，以及配套使用的器材，其中包括碳纖維布(2)、常溫快固膠(3)、防老化保護(hù)膜(4)、夾板模具(5)、強(qiáng)力夾具(6)、加肋高強(qiáng)夾板(8)、玻璃纖維布膠層(9)和經(jīng)磷化皂化處理的高強(qiáng)度螺栓(10)。
2.如權(quán)利要求1所述，加固修復(fù)輕傷鋼軌或焊接接頭(1)的器材，其特征在于一種夾板模具(5)，不鉆螺栓孔，在加固修復(fù)輕傷鋼軌或焊接接頭(1)時(shí)與強(qiáng)力夾具(6)配套重復(fù)使用，與輕傷鋼軌或焊接接頭(1)全斷面密貼吻合，使碳纖維布(2)與輕傷鋼軌或焊接接頭(1)膠粘后兩者之間形成極性基團(tuán)而產(chǎn)生極強(qiáng)的粘接力，使碳纖維布的高抗拉強(qiáng)度、高彈性模量的特性得以充分發(fā)揮作用，達(dá)到預(yù)防性、補(bǔ)強(qiáng)性加固修復(fù)的技術(shù)要求。
3.如權(quán)利要求1所述，加固修復(fù)重傷及已折斷鋼軌或焊接接頭(7)的器材，其特征在于一種加肋高強(qiáng)夾板(8)，能與重傷鋼軌或焊接接頭(7)全斷面貼合，豎向和橫向剛度遠(yuǎn)大于現(xiàn)有夾板，其上帶有一層玻璃纖維布膠層(9)，與重傷及已折斷鋼軌或焊接接頭(7)膠粘后構(gòu)成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，恢復(fù)和增大承載能力，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)性加固修復(fù)的技術(shù)要求。
全文摘要
本發(fā)明開創(chuàng)采用預(yù)防性、補(bǔ)強(qiáng)性加固修復(fù)傷損鋼軌或焊接接頭的新技術(shù)，在不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌和不鉆螺栓孔情況下，加固修復(fù)輕傷鋼軌或焊接接頭(1)，在不鋸切鋼軌、不插入短鋼軌情況下，加固修復(fù)重傷及已折斷鋼軌或焊接接頭(7)的方法，以及與其配套使用的器材，它包括碳纖維布(2)、常溫快固膠(3)、防老化保護(hù)膜(4)、夾板模具(5)、強(qiáng)力夾具(6)、加肋高強(qiáng)夾板(8)、玻璃纖維布膠層(9)和經(jīng)磷化皂化處理的高強(qiáng)度螺栓(10)，其中夾板模具(5)和加肋高強(qiáng)夾板(8)為關(guān)鍵性器材。本發(fā)明克服了既有技術(shù)“外科手術(shù)”似處理修復(fù)的缺點(diǎn)，操作簡便，費(fèi)用低廉，效果良好，能提高鐵路行車安全的可靠性。
文檔編號(hào)E01B31/18GK1958954SQ20061009061
公開日2007年5月9日 申請日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月29日
發(fā)明者盧耀榮 申請人:盧耀榮