[发明专利]纵向全波纹轨腰新型钢轨

说明书

纵向全波纹轨腰新型钢轨是一种用于铁路运输业的新型钢轨。

自从蒸汽机车被发明以来，铁路运输在世界上已经有了一百多年的历史。钢轨是铁路运输的重要组成部分，随着铁路运输业的迅速发展，钢轨也经历了一个不断完善，不断发展的过程，但就其自身结构形式来说，却一直保持原有面貌。直至目前，国内外所有的钢轨都呈工字型断面(见图1)，断面的上横部称为轨头，下横部称为轨底，中间竖部称为轨腰，轨腰为竖直平板状结构。铁路车辆在铁路上运行时，作用在钢轨上的荷载主要是竖直方向的偏心压力P₁和横向水平力P₂(见图1)，而竖直平板结构的轨腰侧向刚度小，承受竖直偏心压力和横向水平力的能力差。为了满足铁路运输载重量不断增大，列车运行速度不断提高的需要，只得不断地增加轨腰的厚度，达到增强轨腰侧向刚度，提高其稳定性的目的。早期的钢轨轨腰厚度只有13mm，甚至更小，而目前的钢轨轨腰厚度已达20mm。增加轨腰的厚度提高了钢轨的承载能力和机械性能，也使得单位长度钢轨的重量不断增加，导致钢轨日益重型化。随着国民经济的迅速发展，铁路运输也正向大运量，高密度，高速度方向发展。做为铁路的重要组成部件，钢轨也面临着如何改进，以适应铁路运输高速发展需要的新问题。因此，发明一种新型钢轨，在不改变现有钢轨基本形状和不增加自身重量的前提下，通过改变其自身结构来提高钢轨的承载能力和机械性能，满足国民经济建设及铁路运输发展的需要，具有极其重要的现实意义和极高的经济价值。

本发明的目的是向铁路运输业提供一种新型钢轨：纵向全波纹轨腰新型钢轨(见图2)。本发明将现有钢轨的平板结构轨腰改变成沿纵向(x向)分布有正弦曲线状波纹的波纹板结构轨腰。在原有厚度不变的情况下，改变成波纹板结构的轨腰与平板结构轨腰相比，可以在很大程度上提高轨腰的侧向刚度和稳定性，从而提高钢轨的承载能力和机械性能。

本发明的技术方案是这样实现的：纵向全波纹轨腰新型钢轨由轨头(1)，轨腰(2)和轨底(3)(见图2)组成，这三部分由一块坯料经热轧工艺轧制而成。首先将毛坯热轧成平板轨腰钢轨状坯料，然后将平板轨腰钢轨状坯料送入能够形成波纹板轨腰的专门成型轧机，轧制出具有全波纹板结构轨腰的纵向全波纹轨腰新型钢轨。本技术发明的新型钢轨与现行使用的钢轨能够互换使用。

五、本发明的技术特点1，将热轧出的平板轨腰钢轨状坯料，经过能使轨腰形成全波纹板结构的专门成型轧机轧制出具有沿纵向(x向)分布有连续正弦曲线状波纹的波纹板轨腰新型钢轨，波纹的正弦曲线方程式为

        z=hsin(πx/λ)    (1)式中h为半波幅，λ为半波长。x为沿轨长方向，y为轨高方向，z为轨宽方向。所轧制出的正弦曲线状波纹，上自轨腰与轨头连结部位，下至轨腰与轨底连结部位，贯穿轨腰整个高度，称之为全波纹板结构轨腰。轨腰与轨头，轨腰与轨底由过渡圆弧连接。

本发明技术特点2，由于将现行钢轨的平板结构轨腰，改变为新型钢轨的全波纹板结构轨腰，使纵向全波纹轨腰新型钢轨的抗弯能力增强，单就承受压力而言，其承载能力可提高20％以上。由于钢轨承受的荷载主要为竖向(y向)偏心压力和横向(z向)力，故荷载形式主要为压力和侧向弯曲。全波纹板结构轨腰的良好抗压，抗弯性能，使得纵向全波纹轨腰新型钢轨的承载能力和机械性能得到提高，达到了不增加钢轨单位长度重量而提高机械性能的目的。

本发明技术特点3，纵向全波纹轨腰新型钢轨与国内外现行使用的钢轨比较，同样由轨头，轨底、轨腰三部分构成，仅在轨腰结构不同。现行钢轨轨腰是平板结构，而新型钢轨轨腰是全波纹板结构(见图2)。因此，这两种钢轨在外部尺寸相同的条件下可以互换使用。