[发明专利]用于混凝土枕木的铁轨枕木固定组件

说明书

本发明主要涉及铁轨固定件，更确切地说，其涉及但并不局限于一种改进的铁轨枕木固定组件，该组件把铁轨固定到混凝土枕木上且能有效地把所施加的载荷从铁轨传递到枕木上。

早在1940年对受预拉伸的和受预应力的混凝土铁路枕木的研究就已经证明，这种枕木是连接铁路铁轨、保持轨距、和把车轮载荷传递到大地上的有效构件。这些枕木的基本材料是用高强度钢丝加强的波特兰水泥混凝土，所说的钢丝要在浇注之前进行预拉伸以便使混凝土保持受压状态并且由此避免裂缝。使用的高强度混凝土(8,000psi或更大的最终抗压强度)是硬的脆性材料。用于把钢轨保持在混凝土枕木上的金属固定器是用来把所施加的车轮载荷传递到路基上的机构的一部分。

目前，主要使用了两种把铁轨固定到混凝土枕木上的固定器。第一种固定器是一种正向保持向下的装置，该装置可以采取各种形式，例如与一些形式的轨底夹持器共同使用的螺纹或螺栓以便保持轨底与枕木相接触。这种固定器是刚性的且在服役期易发生疲劳断裂，因此现在已不常使用。

第二种固定器是弹簧形式的固定器，也用来使轨底与枕木保持接触，但是这种固定器设计成通过弯曲来降低因施加的载荷而造成的疲劳。在弹簧型固定器中，在浇注期间将两个铁或钢的凸肩在轨座处嵌入混凝主枕木中并用其来保持轨距和固紧弹簧夹持器，弹簧夹持器反过来使轨底保持向下。将这些弹簧夹紧器设计成向轨底施加公知的竖向力以阻止车轮通道之间的铁轨向上浮起和把因温度变化或火车加速度/减速度而引起的纵向力传递到枕木上和大地中。

就固定器而言，在轨座处的铁轨和枕木顶端之间安装一个大约六英寸见方和1/4英寸厚的弹性缓冲垫，以便调节表面形状的差异。如果将轨底直接支承在混凝土枕木表面上，则钢不久就会把混凝土的顶部磨坏。虽然枕木是在钢模中浇注的，但是轨座表面并不与轨底底部完全一致，由此会导致点载荷的位差和传递不均匀的竖向力。

这些缓冲垫还有两个另外的功能。首先，因为铁轨是通过弹簧夹紧器紧紧地固定在枕木上，所以比钢对钢有更大摩擦系数的缓冲垫有助于将纵向力沿铁轨传递到枕木和路基上。第二，也是更重要的一点，该缓冲垫可以用于降低由驶过的钢轮上的扁平点施加到铁轨上的振动载荷。由车轮扁平点产生的振动载荷可以是正常车轮载荷幅值的2-4倍，而且是短时间的振动，典型的是大约15微秒。如果不适当地降低振动载荷，那么这些振动载荷将会使混凝土枕木断裂。

在使用弹簧型正向保持固定器方面遇到了一些问题。第一个问题是缓冲垫的保持问题。缓冲垫的保持涉及在铁轨因受车轮载荷而弯曲时应能使缓冲垫保持在铁轨之下轨底和枕木之间的位置上。已经使用了各种形状的缓冲垫并试图通过用机械的方式保持它来达到不使缓冲垫耗费的目的。这仅仅在一定程度上是成功的，特别是在处于接合状态下的混凝土枕木主位置中的弯道上。此外，已使用过各种硬度的缓冲垫。然而足以降低振动载荷的弹性缓冲垫会在正常车轮周期性驶过的情况下在铁轨和枕木之间耗损。硬的缓冲垫不能有效地降低振动。

为了解决不希望出现的缓冲垫移动，另一种办法是用粘接剂把缓冲垫粘接到混凝土枕木的表面上。这样来保持缓冲垫定位，但是当缓冲垫的顶表面磨损时就很难将缓冲垫进行更换。而且由于粘接剂的质量问题当在野外使用粘接剂时还会在枕木表面上出现浸湿和弄脏等问题。

使用振动缓冲垫遇到的另一个问题是轨座磨损。野外的灰尘和砂粒都会在缓冲垫和混凝土枕木表面之间起作用。为加大引力而使用的机车车轮上的喷砂器也在缓冲垫下面积存砂子。当因下雨加上水时，水与砂子混合形成磨剂，在驶过的车轮载荷下该磨剂作用在混凝土表面使之磨损。已经试用过各种金属/弹性缓冲垫结合物，其在消除轨座磨损方面取得了一些成功，但是它们是昂贵的，特别是在野外使用时。

最后还有一个问题是因车轮之间的铁轨浮起而引起的枕木上提。枕木上提是所有正向安装的固定器包括螺钉型和弹簧型固有的问题。为了使固定器工作，必须将轨底紧紧地保持在枕木上。由于铁轨是多个柔性支承件上的连续梁，所以当车轮驶过时它向下偏移，而且车轮之间的铁轨从其正常或静止位置向上偏移。铁轨的上浮力通常大于铁轨枕木组件的重量。因此，就正向安装的固定器而言，枕木也从每个轮组之间的路基表面上提起，然后由下一个车轮强迫回到路基上。这种重复的夯实作用会迅速损坏路基。

本发明提出了解决上述问题的方案。

本发明提出这样一种适于通过共同作用把铁轨固定到支承构件上的铁轨枕木固定组件，所说的铁轨包括带有上表面、下表面、第一侧面和第二侧面的轨底，所说的铁轨枕木固定组件包括：