[发明专利]一种具有较小的空气传播噪音的铁轨

说明书

本发明涉及一种由型材制成的路轨，特别是一种在机车行驶时具有较小的空气传播噪音的铁轨。该铁轨包括一个带有一支撑面的轨底，一个轨腹以及一个带有一承载面的轨头。该钢轨的轨高、最好是轨头宽、特别是相对重心轴的惯性矩及阻力矩基本上等于具有相同负载能力的普通的标准型材铁轨。

路轨是由轧制成型的钢条制成。其用于铺设机车轨道、特别是铁轨。在铁轨上可以进行较经济的货物运输。其中，金属的、特别是钢制的车轮或带有一个钢材表面的车轮在钢轨上作为轨头的部件的承载面上滚动。在与轨头相对的一侧、有一个通过轨腹与轨头相连的轨底。该轨底通过其支撑面与路基相连。  

随着铁路系统的发展，人们已经将对应于不同的负载要求和使用要求的钢轨的断面形状按其功能进行了标准化。在欧洲经常用在铁轨上的一种标准型材是UIC60。其重量约为60kg/m，其尺寸公差较小。例如，轨高公差为±0.6mm、轨头宽公差为±0.5mm。钢轨具有较小的尺寸公差对于具有精确的几何尺寸的铁轨特别重要。它可以保证机车在不牺牲乘坐舒适性及不产生大的动载荷的前提下提高其车速。为减少磨擦，人们已经在钢轨上制出或使用一个具有较高的材料硬度的轨头。

尽管人们已经提高了钢轨的尺寸精度、改善了其承载面或行驶面的质量及平面度，但在车辆行驶时仍然会产生摆振及由此引起的空气传播噪音。特别是在高速行驶时这种噪音较大从而会给环境造成较大的噪音污染。人们还发现，通过钢轨表面产生的空气传播噪音会引起机车行驶噪音的进一步提高。

人们已经试图通过在钢轨表面设置隔音层来降低其产生的空气传播噪音强度。

如DE-A-4225581或AT-AS652/90中所公开的，由某种减震材料构成的涂敷层只能部分解决上述问题。其同时会引起材料消耗、妨碍钢轨在铁道上的可视性并且其本身可能因采用诸如增强聚合物等材料对环境产生污染。此外，在DE-OS4411833中还公开了若干方案，其通过在固定元件中增加弹性件将摆振传递到路基上并由此减小钢轨产生的空气传播噪音。

迄今为止，人们提出的各种用于降低钢轨或铁道设施产生的空气传播噪音的设备及方案都具有一个共同的缺陷，即功能小或消耗大或二者兼有并且会大大减小钢轨摆振的传递效果。

因此，本发明的目的在于减小或消除钢轨在车辆行驶时、特别是高速行驶时产生的摆振，从而减小空气传播噪音程度及对环境的噪音污染。本发明的目的是通过减少固体、特别是钢轨本身的、可产生空气传播噪音的摆振，从而用一种简单的方法降低噪音传播度及对环境的污染。

本发明的目的、特别是上述目的是通过该方案实现的，其采用一个如本申请开始就提及的型材路轨，其至少在轨腹一个侧面上至少在其下部、即在由轨底向轨腹侧面过渡的过渡线与钢轨截面重心轴之间的区域内形成一个基本上无拐点或无弯折区的凹曲部以及/或者采用比标准型材钢轨大的轨底高度。

一种令人惊奇的现象是，并不象专业界通常认为的那样，即轨头与轨底之间的轨腹会象一个膜片一样摆动从而产生大量的被传播的噪音。更确切地说是轨头、特别是轨底具有较高的固体传播噪音度，因而对整个噪音传播水平具有较大的影响，因而成为影响环境噪音污染的主要因素。沿轨底纵向、例如沿轨底翼缘产生波形摆振、特别是在与频率有关的高速行驶中产生的强烈摆振是因何原因引起的，在科学上尚无结论。但已被认为，表面的拐点或弯折区或截面厚度的不连续变换表示着震动节点或应力点，由此可增大或容许型材部件、如轨底的翼缘的振动。本发明将通过增大轨底的高度并且/或者通过从轨底到轨腹侧面的无拐点或无弯折区的过渡来减小由轨底表面向周围、特别是向路基传播的空气传播噪音。

若型材截面相对于其垂直轴线为对称形，则可进一步减小型钢的局部振动节点，从而选一步降低噪音的传播。

若采用一种下面将叙述的最佳方案、即位于轨底过渡线与轨头过渡线(即轨头的侧面向轨腹侧面过渡时形成的过渡线)之间的轨腹侧面的上部及下部在钢轨的截面上形成基本上无拐点或无弯折区的圆弧状凹陷区，则可进一步减小摆振、特别是在型材件中产生的、可引发空气传播噪音的摆振。

若钢轨截面采用这种形状，即使轨腹侧面的上部和下部由一段圆形和/或一段椭圆形曲线构成，而其中间区域最好是一段沿其切线延伸的直线段，重心轴通过该中间段延伸，则可进一步有利于制造工艺、即轧制工艺并可减小重量及减小空气传播噪音的传播。其中以轨腹的最小厚度等于或大于标准钢轨上的相应的厚度为宜。