CN111364292A

CN111364292A - 一种塑胶轨道板及其制备工艺、以及铁路轨道结构

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Publication number: CN111364292A
Application number: CN202010222253.9A
Authority: CN
Inventors: 陈宪麦; 董春敏; 黄旭东; 龚楠富; 赵成龙; 李赛; 管吉波; 盘柳; 陈楠
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2020-07-03
Anticipated expiration: 2040-03-26
Also published as: CN111364292B

Abstract

本发明提供了一种塑胶轨道板，包括塑胶粒、合成树脂、天然树脂及添加剂，所述塑胶粒的质量百分比为20％～30％；所述合成树脂的质量百分比为20％～45％；所述天然树脂的质量百分比为30％～40％；所述添加剂的质量百分比为10％～20％；本发明还提供了一种塑胶轨道板的制备工艺，包括混料、烘干、注塑、成型等步骤，本发明还提供了一种铁路轨道结构，包括从下往上依次铺设的基床、支撑层、阻尼层、塑胶轨道板和钢轨。本发明中的塑胶轨道板不仅造价低，质量轻，制造周期短，运输方便又易于安装，提高了施工效率，而且弹性较于钢混结构更加优秀，可优化无砟轨道系统的刚度，有利于优化轮轨动态响应，并能起到减振降噪的作用，有利于减少养护维修工作量。

Description

一种塑胶轨道板及其制备工艺、以及铁路轨道结构

技术领域

本发明涉及塑胶铁路轨道技术领域，具体涉及一种塑胶轨道板及其制备工艺、以及铁路轨道结构。

背景技术

随着城市规模的扩大和城市人口的增多，城市交通拥堵问题日益突出，轨道交通以其“方便快捷、安全舒适、客运量大、污染小、不占地面空间”等特点已成为解决城市拥挤问题的有效交通方式。传统城市轨道交通给社会带来方便的同时，也对人们的生活、工作环境产生了不可忽视的环境振动和噪声污染。当列车运行引起周边的环境振动时会影响到附近的建筑物及人，尤其是当隧道埋深较浅且从建筑物正下方通过时，振动影响更为突出。随着物质生活水平的提高，人们对居住和工作环境质量的要求也越来越高，列车运行所引发的环境振动和噪声问题，自轨道交通开始建设起就受到人们的广泛关注。对此，我国铁路特别编制了《环境影响评价导则城市轨道交通》(HJ453-2018)，并对轨道交通线路的减振性能提出了越来越高的要求。

塑胶减振制品具有形状能够自由选择、配方和硬度可以调整等独特的优点，随着铁路运输业的发展，对铁路机车用减振制品、铁路塑胶轨枕的需求也越来越大，是一个极具潜在发展的产品。传统轨道结构常常以混凝土为主要材料，在列车作用下振动响应较大，钢混结构的轨道板一旦出现较大破坏便会被报废，无法实现回收利用。因此，提出一种全新的塑胶轨道板及其制备工艺、以及铁路轨道结构以解决现有技术中存在的问题，必然是实现我国轨道交通绿色发展的一大全新思路。

综上所述，急需一种塑胶轨道板及其制备工艺、以及铁路轨道结构以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种塑胶轨道板及其制备工艺、以及铁路轨道结构，以解决铁路轨道减振降噪的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种塑胶轨道板包括塑胶粒、合成树脂、天然树脂和添加剂；所述塑胶粒的质量百分比为20％～30％；所述合成树脂的质量百分比为20％～45％；所述天然树脂的质量百分比为30％～40％；所述添加剂的质量百分比为10％～20％。

优选地，所述塑胶粒包括PVC塑胶粒和ABS塑胶粒中的至少一种。

优选地，所述合成树脂由酚醛树脂和聚乙烯组成。

优选地，所述天然树脂包括松香和虫胶中的至少一种。

优选地，所述添加剂包括填料、固化剂、稳定剂、增塑剂、色料及润化剂；所述填料包括石墨、石棉纤维、石棉粉、云母粉和二硫化钼中的至少一种；所述固化剂包括六亚甲基四胺、乙二氨和顺丁烯二酸酐中的至少一种；所述增塑剂为液态或低熔点的固体有机化合物；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；所述稳定剂为能抗氧的物质、酚类或胺类有机物，以抵挡频繁行车作用下轨道板的老化。

本发明还提供了一种塑胶轨道板的制备工艺，包括以下步骤：

第一步：按照质量所需百分比将塑胶粒、合成树脂、天然树脂及添加剂放入混料机中进行均匀混料；

第二步：将混料好的塑胶原料再用电烘料机进行烘干；

第三步：使用注塑机将烘干后的塑胶料进行注塑成型加工，使之成为设计的形状；

第四步：将成型的塑胶轨道板进行修整及表面处理。

本发明还提供了一种铁路轨道结构，包括基床、支撑层、阻尼层、塑胶轨道板和钢轨；所述基床、支撑层、阻尼层、塑胶轨道板和钢轨从下往上依次铺设；所述基床和阻尼层均嵌入有声子晶体。

优选地，所述基床的内部预埋有竖向高强度塑胶纤维，所述竖向高强度塑胶纤维垂直于声子晶体基床表面设置；所述支撑层与基床之间通过预埋的竖向高强度塑胶纤维连接在一起；所述支撑层和基床均设置有伸缩缝。

优选地，所述塑胶轨道板内设置有高强度塑胶纤维，包括纵向高强度塑胶纤维和横向高强度塑胶纤维；所述纵向高强度塑胶纤维分上下两层布置，所述横向高强度塑胶纤维布置在两层纵向高强度塑胶纤维之间的中间层处。

作为另一种优选方案，所述塑胶轨道板内设置有高强度塑胶纤维，包括纵向高强度塑胶纤维和横向高强度塑胶纤维；所述纵向高强度塑胶纤维和横向高强度塑胶纤维均分上下两层布置，纵向高强度塑胶纤维和横向高强度塑胶纤维构成平面网状结构。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)传统轨道结构常常以混凝土为主要材料，在列车作用下振动响应较大，本发明采用整体式的塑胶铁路轨道结构，并在其中嵌入具有优异减振降噪性能的声子晶体材料，以达到性能优异的减振降噪效果。

(2)本发明中的塑胶轨道板不仅造价低，质量轻，制造周期短，运输方便又易于安装，提高了施工效率，而且弹性较于钢混结构更加优秀，可优化无砟轨道系统的刚度，有利于优化轮轨动态响应，并能起到减振降噪的作用，有利于减少养护维修工作量。此外，所述塑胶轨道板本身为高分子材料，具有很好的绝缘性，其在潮湿或湿热的环境下品质也不易降低，具有较好的耐腐蚀性。塑胶轨道板还可循环利用，不同于钢混结构的轨道板一旦出现较大破坏便会被报废，而塑胶轨道板破坏后可加工再次使用，从而解决了现有技术中钢混结构轨道板存在的造价高、质量大、不能循环利用和建设中碳排放量高的问题。

(3)本发明的塑胶铁路轨道具有质轻、耐振动与冲击及比强度高等优点同时还具有减摩、耐磨和自润滑及减震消音等特性。

(4)本发明利用声子晶体的丰富的带隙结构，其带隙结构较高阶的频散曲线会出现多条平直带，从而出现多个较连续的带隙，本发明设计了一种具有良好带隙特性的层叠式方柱型声子晶体单胞，这样当列车经过时可以大幅衰减振动频率在带隙范围内的弹性波，减振效果显著。

(5)本发明利用高强度塑胶纤维代替传统轨道结构中的钢筋结构，有利于减少钢材使用量，降低轨道板的重量与造价，减少工程运输成本，方便了轨道板的现场铺设，具有良好的工程应用价值。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为一种铁路轨道结构的示意图；

图2为一种铁路轨道结构的的纵向剖面结构示意图；

图3为本发明支撑层的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为阻尼层的结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为塑胶轨道板中高强度塑胶纤维的第一种布置结构示意图；

图8为图7的纵向剖面示意图；

图9为塑胶轨道板中高强度塑胶纤维的第二种布置结构示意图；

图10为图9的纵向剖面示意图；

图11为制备塑胶轨道板的工艺流程示意图。

图中：1、基床，11、竖向高强度塑胶纤维，12、伸缩缝，2、支撑层，3、阻尼层，4、塑胶轨道板，41、纵向高强度塑胶纤维，42、横向高强度塑胶纤维，5、钢轨。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

一种塑胶轨道板4包括塑胶粒、合成树脂、天然树脂和添加剂；所述塑胶粒的质量百分比为20％；所述合成树脂的质量百分比为20％；所述天然树脂的质量百分比为40％；所述添加剂的质量百分比为20％。采用本实施例配比生产出来的塑胶轨道板具有质轻、耐振动与冲击及比强度高等优点同时还具有减摩、耐磨和自润滑及减震消音等特性。

所述塑胶粒由PVC塑胶粒和ABS塑胶粒组成，其质量百分比为1：1。

合成树脂由酚醛树脂和聚乙烯制备而成。其质量百分比为1：1。

所述天然树脂由松香和虫胶组成。其质量百分比为1：1。

所述添加剂包括填料、固化剂、稳定剂、增塑剂、色料及润化剂；其质量百分比为1：1：1：1：1。

所述填料包括石墨、石棉纤维、石棉粉、云母粉和二硫化钼；其质量百分比为1：1：1：1：1。

所述固化剂包括六亚甲基四胺、乙二氨和顺丁烯二酸酐；其质量百分比为1：1：1。

所述增塑剂为液态或低熔点的固体有机化合物；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；

所述稳定剂为能抗氧的物质、酚类或胺类等有机物，以抵挡频繁行车作用下塑胶轨道板的老化。本实施例中稳定剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚。

本实例中的塑胶轨道板也可以使用现有塑胶产品。

如图11所示，上述一种塑胶轨道板的制备工艺，包括以下步骤：

第一步：按照质量所需百分比1：1：2：1将塑胶粒、合成树脂、天然树脂及添加剂放入混料机中进行均匀混料；

第二步：将混料好的塑胶原料再用电烘料机进行烘干；

第四步：将成型的塑胶轨道板进行修整及表面处理。

本实施例的塑胶轨道板的制备工艺的也可以采用现有工艺技术制备。

如图1～图10所示，一种铁路轨道结构，包括上述塑胶轨道板，还包括基床1、支撑层2、阻尼层3、和钢轨5；所述基床1、支撑层2、阻尼层3、塑胶轨道板4和钢轨5从下往上依次铺设；所述基床1和阻尼层3均嵌入有声子晶体。

声子晶体是由弹性固体周期排列在另一种固体或流体介质中形成的一种新型功能材料，通过类比光子晶体，人们发现弹性波在周期弹性复合介质中传播时，也会产生类似于光子带隙的弹性波带隙，从而提出了声子晶体的概念，利用声子晶体的丰富的带隙结构，其带隙结构较高阶的频散曲线会出现多条平直带，从而出现多个较连续的带隙，本发明设计了一种具有良好带隙特性的层叠式方柱型声子晶体单胞，这样当列车经过时可以大幅衰减振动频率在带隙范围内的弹性波，减振效果显著。

所述基床1的内部预埋有直径为16mm竖向高强度塑胶纤维11，沿纵向间隔0.6m设置成一排，所述竖向高强度塑胶纤维11垂直于基床表面设置；所述支撑层2与基床1之间通过预埋的竖向高强度塑胶纤维11连接在一起；所述支撑层2和基床1均设置有伸缩缝12。

所述支撑层2的纵向长度为5.6m，所述支撑层2宽度为3.1m，所述支撑层2的厚度为0.28m，所述支撑层2的上表面对称设置有两个凹台21，两个所述凹台21的长度为0.7m，两个所述凹台的宽度为1m，两个所述凹台的深度为0.1m。

阻尼层3上设有与凹台21大小相匹配的凸台31；支撑层2和阻尼层3通过凹台和凸台连接在一起；所述阻尼层3的长度为5.6m，所述阻尼层3的宽度为2.5m，所述阻尼层3的厚度为0.1m，所述塑胶轨道板4的长宽高依次为5.6m、2.5m和0.21m。

所述塑胶轨道板内设置有高强度塑胶纤维，包括纵向高强度塑胶纤维41和横向高强度塑胶纤维42；如图7、图8所示，所述纵向高强度塑胶纤维41分上下两层布置，所述横向高强度塑胶纤维42布置在两层纵向高强度塑胶纤维之间的中间层处；所述纵向高强度塑胶纤维41的直径为13mm，数量为8根；所述横向高强度塑胶纤维42的直径为13mm，数量为12根。

塑胶轨道板内高强度塑胶纤维的另一种排布方式，如图9、图10所示；所述纵向高强度塑胶纤维41和横向高强度塑胶纤维42均分上下两层布置，纵向高强度塑胶纤维41和横向高强度塑胶纤维42构成平面网状结构。所述纵向高强度塑胶纤维41的直径为14mm，数量为24根；所述横向高强度塑胶纤维42的直径为10mm，数量为48根。

本实施例中竖向是指垂直于塑胶轨道板板面方向，纵向是指沿着钢轨的长度方向，横向是指水平面内垂直于钢轨的长度方向。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：塑胶轨道板4包括塑胶粒、合成树脂、天然树脂和添加剂；所述塑胶粒的质量百分比为25％；所述合成树脂的质量百分比为30％；所述天然树脂的质量百分比为35％；所述添加剂的质量百分比为10％。

采用本实施例配比生产出来的塑胶轨道板具有质轻、耐振动与冲击及比强度高等优点同时还具有减摩、耐磨和自润滑及减震消音等特性。其效果与实施例1效果相当。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于：塑胶轨道板4包括塑胶粒、合成树脂、天然树脂和添加剂；所述塑胶粒的质量百分比为20％；所述合成树脂的质量百分比为40％；所述天然树脂的质量百分比为30％；所述添加剂的质量百分比为10％。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种塑胶轨道板，其特征在于，塑胶轨道板(4)包括塑胶粒、合成树脂、天然树脂和添加剂；所述塑胶粒的质量百分比为20％～30％；所述合成树脂的质量百分比为20％～45％；所述天然树脂的质量百分比为30％～40％；所述添加剂的质量百分比为10％～20％。

2.根据权利要求1所述的一种塑胶轨道板，其特征在于，所述塑胶粒包括PVC塑胶粒和ABS塑胶粒中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种塑胶轨道板，其特征在于，所述合成树脂由酚醛树脂和聚乙烯组成。

4.根据权利要求1所述的一种塑胶轨道板，其特征在于，所述天然树脂包括松香和虫胶中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种塑胶轨道板，其特征在于，所述添加剂包括填料、固化剂、稳定剂、增塑剂、色料及润化剂；

所述填料包括石墨、石棉纤维、石棉粉、云母粉和二硫化钼中的至少一种；

所述固化剂包括六亚甲基四胺、乙二氨和顺丁烯二酸酐中的至少一种；

所述稳定剂为能抗氧的物质、酚类或胺类有机物，以抵挡频繁行车作用下塑胶轨道板的老化。

6.一种如权利要求1～5任意一项所述的塑胶轨道板的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

第二步：将混料好的塑胶原料再用电烘料机进行烘干；

第四步：将成型的塑胶轨道板进行修整及表面处理。

7.一种铁路轨道结构，包括如权利要求1～5任意一项所述的塑胶轨道板，其特征在于，还包括基床(1)、支撑层(2)、阻尼层(3)、和钢轨(5)；所述基床(1)、支撑层(2)、阻尼层(3)、塑胶轨道板(4)和钢轨(5)从下往上依次铺设；所述基床(1)和阻尼层(3)均嵌入有声子晶体。

8.根据权利要求7所述的一种铁路轨道结构，其特征在于，所述基床(1)的内部预埋有竖向高强度塑胶纤维(11)，所述竖向高强度塑胶纤维(11)垂直于基床表面设置；所述支撑层(2)与基床(1)之间通过预埋的竖向高强度塑胶纤维(11)连接在一起；所述支撑层(2)和基床(1)均设置有伸缩缝。

9.根据权利要求7所述的一种铁路轨道结构，其特征在于，所述塑胶轨道板内设置有高强度塑胶纤维，包括纵向高强度塑胶纤维(41)和横向高强度塑胶纤维(42)；所述纵向高强度塑胶纤维(41)分上下两层布置，所述横向高强度塑胶纤维(42)布置在两层纵向高强度塑胶纤维之间的中间层处。

10.根据权利要求7所述的一种铁路轨道结构，其特征在于，所述塑胶轨道板内设置有高强度塑胶纤维，包括纵向高强度塑胶纤维(41)和横向高强度塑胶纤维(42)；所述纵向高强度塑胶纤维(41)和横向高强度塑胶纤维(42)均分上下两层布置，纵向高强度塑胶纤维(41)和横向高强度塑胶纤维(42)构成平面网状结构。