HK1112033A - 轨道轨枕 - Google Patents

Description

轨道轨枕

技术领域

[01]本发明涉及一种轨道轨枕(又称“sleeper”)，这种类型的轨道轨枕包括：

[02]-刚性块体，其具有底面、和用于接纳至少一纵向轨道的顶面；

[03]-套壳，其用于接纳所述刚性块体，且为包括底部和围绕所述底部的周边框的刚性壳体的形式；和

[04]-弹性垫板，其布置在所述刚性块体的底面和所述套壳的底部之间。

背景技术

[05]这种轨枕经常用于在没有道渣的情况下铺设轨道，其例如用在诸如隧道或高架桥的结构中或所述结构上，其中轨枕由路基或板支撑。

[06]EP-A-0 919 666介绍了这种类型的轨枕。刚性套壳嵌入混凝土板内，且与之一起形成刚性装置。

[07]每个轨道通常支靠在布置于每个轨道和刚性块体之间的弹性支撑元件上。这些弹性支撑元件因此形成第一弹性级(elastic stage)。它们可以在铺设轨道时安装，或预先安装，例如在轨枕装配时预先安装。

[08]放置在块体和刚性套壳之间的该弹性垫板形成第二弹性级。

[09]当列车通过时在铁轨上产生的振动基本上在第一和第二弹性级中被缓冲。

[10]然而，目前已知的在列车经过这种轨道系统上时这种对机械振动的衰减并不能完全令人满意。例如，截止频率和介入增益都大于在浮飘板上的轨道系统的这些参数。

发明内容

[11]本发明的一个目的是在限制轨道系统所承受的疲劳和应力的同时，提高上述轨枕的振动衰减性能，特别是在高达250赫兹(Hz)的频率的范围内，该频率范围被认为能对周围建筑产生损害。

[12]为了这个目的，本发明提供一种上述类型的轨枕，其特征在于，所述弹性垫板的动态刚度k2介于6千牛顿每毫米(kN/mm)至10千牛顿每毫米(kN/mm)之间，优选地介于6kN/mm至8kN/mm之间。

[13]根据本发明的其它特征：

[14]-弹性垫板具有基本平坦的顶面和基本平坦的底面；

[15]-所述刚性块体具有四个连接所述顶面至所述底面的周面，所述轨枕包括布置在所述刚性块体的每个周面与所述套壳的周边框之间的弹性衬垫；

[16]-所述弹性衬垫包括至少两个纵向的动态刚度介于20kN/mm到25kN/mm之间的弹性衬垫、和至少两个横向的动态刚度介于15kN/mm至18kN/mm之间的弹性衬垫；

[17]-所述轨枕在所述刚性块体的顶面上具有弹性支撑元件，所述弹性支撑元件的动态刚度介于120kN/mm至300kN/mm之间，优选地在200kN/mm至300kN/mm之间，所述弹性支撑元件设计用来接纳支靠在其上的轨道；

[18]-所述轨枕包括单个块体和单个套壳；

[19]-所述刚性块体的重量在350kg至450kg之间，优选地在400kg至450kg之间；

[20]-所述轨枕包括：两个刚性块体；两个相应的与所述刚性块体相关联的套壳；和使所述两个刚性块体相互连接的横向撑隔器；且

[21]-所述每个刚性块体的重量在100kg至150kg之间，优选地在130kg至150kg之间。

[22]本发明还提供轨道段，其特征在于，所述轨道段包括如前所述的轨枕、与至少一个支撑在所述轨枕上的轨道。

附图说明

[23]通过阅读以下的参考附图且示例给出的描述，本发明能够得到更好的理解，其中：

[24]-图1是第一实施例中的轨道段的示意性剖面图；

[25]-图2是图1截面中所示轨枕的更详细的示意性剖面图；

[26]-图3是图1和2所示轨枕的示意性纵剖面图；

[27]-图4是模拟图1轨道段的视图；

[28]-图5是示出本发明轨枕的声学性能的线图；以及

[29]-图6是与图1相似且表示第二实施例的轨道段的视图。

具体实施方式

[30]本发明第一实施例中的轨道段2示意性地表示在图1中。轨道段2包括两个固定在轨枕8上的纵向轨道4。轨枕8包括单个混凝土块体9和两个布置在每个轨道4和混凝土块体9之间的弹性支撑元件10。

[31]根据惯例，纵向轨道4确定用作纵向方向的基准。

[32]弹性支撑元件10基本呈长方体的形式。在图1所示实施例中，它们的宽度基本等于轨道4的基部的宽度，且它们的长度基本等于块体9的宽度。

[33]弹性支撑元件10被接纳在各自在块体9中的凹槽12中。每个凹槽12在剖面图中的型廓基本为长方形。每个凹槽12的宽度和长度在图1所示实施例中，基本等于弹性支撑元件10的相应的宽度和长度。

[34]例如，弹性支撑元件10粘附地被连接至轨枕8。

[35]每个轨道4通过轨道紧固件(未示出)被联结至块体9，所述轨道紧固件防止轨道相对于块体9发生任何横向移动，并使轨道4与块体9及每个弹性支撑元件10固定在一起。

[36]在下文整个说明中，基于所考虑的频率范围(小于或等于250Hz)，动态刚度总是被视为常数且基本等于静态刚度的130％。

[37]弹性支撑元件10形成图4模型中所示的垂直动态刚度为k1的第一弹性级14。每个轨道4被模拟成悬挂在动态刚度为k1的弹簧16的第一端部上。弹簧16的第二端部连接至块体9。

[38]每个弹性支撑元件10的动态刚度k1处在120kN/mm至300kN/mm的范围之间，且优选地介于200kN/mm至300kN/mm的范围之间。例如，用于每个弹性支撑元件10的材料是：橡胶，聚亚安酯，或任何其它弹性材料。

[39]图1所示的轨枕8详细地显示在图2和3中，该轨枕包括用于接纳块体9的套壳20、布置在块体9和套壳20之间基本水平的平面中的弹性垫板22、和四个布置在块体9和套壳20之间基本垂直的平面中的弹性衬垫24、26。

[40]块体9基本为长方体的形式，且它实质上包括：一顶面32；一基本平坦的底面34，它以该底面支靠在上；和四个周面36、38，它们分别通过圆形边缘44和斜角46连接顶面32至底面34。周面36、38包括两个纵向周面36和两个横向周面38。

[41]每个周面36、38具有基本平坦的下部分36A、38A、和基本平坦的上部分36B、38B，并具有基本平坦的中间部分36C、38C，所述中间部分使每个下部分36A、38A和它对应的上部分36B、38B相互连接。纵向上部分36B和横向上部分38B向上相互地收敛。纵向下部分36A和横向下部分38A向下相互地收敛。纵向中间部分36C和横向中间部分38C向下相互地收敛，从而形成一相对于垂直平面的角度，该角度大于由每个对应下部分36A、38A形成的角度。

[42]块体9被选择具有特别大的重量。它的重量在350kg到450kg的范围之间，且优选地在400kg到450kg之间。块体9的重量通常通过在混凝土内增加金属元件来加大。

[43]套壳20由基本刚性的壳体形成。套壳20主要包括一底部48和一围绕底部48的连续周边框50。

[44]底部48具有一基本平坦的矩形顶面52。

[45]套壳20的周边框50具有四个板件54、56。这四个板件54、56包括两个分别关连所述块体9的纵向表面36的纵向板件54、和两个分别关连横向表面38的横向板件56。每个板件54、56具有各自的内表面62、64。每个内表面62、64包括形状基本为长方体的槽座66、68，每个槽座用来接纳各自的弹性衬垫24、26。

[46]槽座66、68基本平行于块体9周面36、38的对应下部分36A、38A。每个槽座66、68具有由连续周肩部66A、68A限定的矩形周边。每个槽座66、68还与其关连的下部分36A、38A具有基本相同的高度和相同的长度。

[47]每个内表面62、64具有上部分62A、64A，所述上部分为平坦的且相对垂直方向倾斜，该倾斜度基本等于或大于块体9周面36、38的对应中间部分36C、38C的倾斜度。上部分62A、64A的高度与块体9的对应关连的中间部分36C、38C的高度基本相同。

[48]板件54、56的内表面62、64的上部分62A、64A与边框50的连续顶部边缘70连接。在图2和3所示的实施例中，顶部边缘70具有两个用来固定连续密封垫片72的指形部。例如，垫片72由天然或合成橡胶制成。它在块体9和套壳20之间实施密封，而不会阻止块体9在套壳20中的移动。还可以通过将诸如硅树胶或聚亚安酯的材料以连续球珠的形式进行铸造，而得到密封垫片72。

[49]套壳20的刚度通过肋条74来增强，所述肋条以凸起的方式形成在板件54、56的外部上，且部分地形成在底部48下面。例如，它们与套壳20一体模制成型。采用现有技术、特别在EP-A-0 919 666中已知的方式，这些肋条74可为任何合适的形状和任何相对套壳20的合适位置。在图2和3所示的实施例中，它们具有凹口76，所述凹口能使套壳20固定在强力构件上。当进行轨道铺设时，肋条74至少部分地埋入混凝土中。它们因此用来将套壳20固定至填充混凝土。

[50]在图2和3所示的实施例中，套壳20可制成为一整体模制件。在未示出的方式中，可通过将多个局部壳体组装在一起来制成套壳20，如现有技术(例如EP-A-0 919 066)中所公开的。作为本发明第一实施例中的整体式轨枕8，例如它们可包括两个各在每个端部的半壳体、和一相互连接两个端部半壳体的中间壳体。

[51]例如，套壳20由模制热塑材料或者由树脂混凝土制成。

[52]弹性垫板22基本是长方体的形式，且它具有基本平坦的顶面和底面，以便将弹性垫板22承受的机械应力降至最小并避免疲劳问题。它的长度和宽度分别基本等于块体9的底面34的长度和宽度。

[53]它的厚度在10毫米(mm)到20毫米(mm)之间，优选在16mm到20mm之间。弹性垫板22因此保持在弹性区域中；其基本对应于小于或等于40％的最大变形量。变形量是弹性垫板22在自由状态和载荷状态之间的厚度变化的比率。

[54]弹性垫板22形成如图4模型中所示的垂直动态刚度为k2的第二弹性级78。刚性块体9被模拟成悬挂在两个动态刚度为k2的弹簧80的第一端部上。弹簧80的第二端部连接至套壳20。

[55]本发明的弹性垫板22具有的动态刚度k2小于传统使用的装置的动态刚度。动态刚度k2在6kN/mm到10kN/mm之间，且优选在6kN/mm到8kN/mm之间。

[56]例如，弹性垫板22由多孔弹性材料制成。

[57]在优选实施例中，弹性垫板22的垂直动态刚度k2在它整个区域上基本一致。

[58]在另一实施例中，弹性垫板22在块体9的中间区域的垂直动态刚度k3小于或等于k2。中间区域包括块体9的中部，且从块体9中部的各侧横向地朝端部延伸在所述块体9基本一半的区域上。由于该中间区域受应力较小，因而可能在其中使用更富弹性且因此更便宜的材料。

[59]弹性垫板22能自由地支靠在套壳20的底部48上。因此它能容易地从套壳20被移开。

[60]有利的是，轨枕8还具有基本不可压缩的厚度构件82，如图2和3中所示。

[61]厚度构件82基本为长方体的形式。它的长度和宽度基本等于套壳20底部48的顶面52的长度和宽度。它的厚度小于或等于10mm，且优选在2mm到4mm之间。

[62]厚度构件82自由地支靠在套壳20的底部48上。因此能容易地从套壳20移开它，或者它能被加在套壳20上，以便调节轨道的平整性。

[63]有利的是，弹性垫板22自由地支承在厚度构件82上。

[64]厚度构件82的表面足够粗糙以避免弹性垫板22在套壳20中滑动。例如，这种粗糙度通过锯齿、菱形尖或倒刺得到。

[65]每个弹性衬垫24、26具有一外表面24A、26A和一内表面24B、26B、以及四个周面。

[66]外表面24A、26A和内表面24B、26B的尺寸基本相同且它们的轮廓基本为矩形。

[67]外表面24A、26A和内表面24B、26B的长度和宽度分别基本等于套壳20的周边框50中的对应槽座66、68的长度和宽度。

[68]弹性衬垫24、26面对在对应槽座66、68中。例如，它们通过在弹性衬垫24、26的周面和每个槽座66、68的周肩部66A、68A之间的摩擦力被保持。弹性衬垫24、26因此能容易地被移开。

[69]每个弹性衬垫24、26还可通过卡扣被保持。例如，槽座66、68可具有凹槽且弹性衬垫24、26可以具有互补的沟槽。

[70]弹性衬垫24、26的厚度大于槽座66、68的厚度，从而它们相对肩部66A、68A凸出。

[71]内表面24B、26B仅压靠着刚性块体9的周面36、38的对应底部分36A、38A。

[72]如图2和3中所示，内表面24B、26B配设有凹槽，从而增加了它们的柔韧性。

[73]弹性衬垫24、26的动态刚度在12kN/mm到25kN/mm之间。例如，它们可由橡胶、聚亚安酯或任何其它的弹性材料制成。

[74]对应于纵向周面36的纵向衬垫24受到的力大于对应于横向周面38的横向衬垫26受到的力。因此有利的是，纵向衬垫24可选择成其动态刚度大于横向衬垫26的动态刚度。因此例如，纵向衬垫24具有介于20kN/mm到25kN/mm之间的动态刚度，而横向衬垫26具有介于15kN/mm到18kN/mm之间的动态刚度。

[75]在正常操作情况下，弹性衬垫24、26保持块体9离开套壳20的内表面62、64。

[76]弹性衬垫24、26因此为块体9提供水平缓冲。该水平缓冲与通过弹性支撑元件10和弹性垫板22得到的垂直缓冲相分离。

[77]应当观察到：弹性衬垫的数量没有限定。例如，轨枕8可以在块体9的各侧具有两个并排的横向衬垫34。

[78]图5示出现有技术的轨枕与根据本发明的轨枕的声学性能。图5示出把介入增益作为频率的函数。在该实施例中的介入增益为包括弹性垫板时被测的量值(速度、加速度、压力等)与不包括弹性垫板时得到的量值之间的比率，该比率由分贝(dB)表示(参看法国标准ISO14837-1：2005)。在所述实施例中，这是施加在套壳20上的力。量值(value of the magnitude)的减少由带负号的介入增益表示。

[79]此外，截止频率是这样的频率：超过该频率时可观察到介入增益在减小。

[80]k1dyn是弹性支撑元件10的动态刚度，k2dyn是弹性垫板22的动态刚度，且M是块体9的重量。

[81]表示介入增益为频率的函数的曲线——其中：k2dyn＝21.3兆牛顿每米(MN/m)，M＝200kg且k1dyn＝150MN/m——构成显示现有技术的性能的参照曲线S1。第二曲线表示本发明的轨枕性能，其中k2dyn＝8MN/m，M＝400kg，且k1dyn＝270MN/m。

[82]在0到10Hz的范围内，振动衰减性能基本相同。在10Hz到25Hz的范围内，介入增益比起曲线S1略大少许分贝(dB)。在25Hz到250Hz的范围内，介入增益比曲线S1的要小数分贝(dB)。

[83]此外，截止频率低于曲线S1的截止频率(前者为20Hz而不是32Hz)。

[84]因此，在25Hz到250Hz的范围内，本发明轨枕的性能显然更出色。

[85]在图6所示第二实施例中，轨枕108包括两个由一撑隔器184互连的刚性块体109。由于两块体式的轨枕108非常类似于单块体式轨枕8，因而在图6中使用与图1至4中所用标记相同的标记，但加上100。

[86]套壳120的长度适于接纳块体109。同样内容应用于横向衬垫126和弹性垫板122。显示单块体式轨枕8的图2和3也完全可应用于表示轨枕108。

[87]单块体式轨枕8和两块体式轨枕108之间的主要区别在于：存在一穿入两个块体109中的撑隔器184。

[88]弹性垫板122的动态刚度k2的减小、和/或块体109重量的增加，产生大的纵向弯曲移动。

[89]因此，撑隔器184的形状适于得到大的第二面积力矩。例如，它可以为角材或缸筒的形式。例如，撑隔器184具有在800平方毫米(mm²)到1500平方毫米范围内的断面积，且其厚度在6mm到10mm之间。例如，它由符合标准EN 13230-3的钢制成。

[90]每个块体109的重量在100kg到150kg之间，优选在130kg到150kg之间。

[91]应当观察到：单块体式轨枕8特别擅于抵挡本发明导致的额外的机械应力。

[92]应当理解：对于本发明的轨枕，弹性垫板22、122的动态刚度k2的减小用于得到更好的振动衰减性能，特别是通过降低截止频率且在25Hz到250Hz之间降低介入增益。

[93]对于弹性垫板22、122的给定动态刚度k2，块体9、109重量的增加也可以降低截止频率，并因此可以在低频率提高轨枕8、108的性能。然而，在一定重量以上，轨枕8、108承受的机械应力将变得太大。

[94]弹性支撑元件10、110的动态刚度k1的增加降低了在200Hz到250Hz范围之间的介入增益，且使共振频率朝更高的频率移动，而共振频率是介入增益被观测到增加的频率。

[95]本发明因此可以接近利用截止频率在14Hz到20Hz之间、且介入增益在63Hz处为-25dB的浮飘板而获得的振动衰减性能。

Claims (10)

1.轨道轨枕(8；108)，该类型的轨枕包括：

-刚性块体(9；109)，其具有底面(34)、和用于接纳至少一纵向轨道(4；104)的顶面(32)；

-套壳(20；120)，其用于接纳所述刚性块体(9；109)，且为包括底部(48；148)和围绕所述底部(48；148)的周边框(50；150)的刚性壳体的形式；和

-弹性垫板(22；122)，其布置在所述刚性块体(9；109)的底面(34)和所述套壳(20；120)的底部(48；148)之间，

所述轨枕的特征在于，所述弹性垫板(22；122)的动态刚度k2介于6kN/mm至10kN/mm之间，优选地介于6kN/mm至8kN/mm之间。

2.如权利要求1所述的轨枕(8；108)，其特征在于，所述弹性垫板(22；122)具有基本平坦的顶面和基本平坦的底面。

3.如权利要求1或2所述的轨枕(8；108)，其特征在于，所述刚性块体(9；109)具有四个连接所述顶面(32)至所述底面(34)的周面(36，38)，所述轨枕(8；108)包括布置在所述刚性块体(9；109)的每个周面(36，38)与所述套壳(20；120)的周边框(50；150)之间的弹性衬垫(24，26；124，126)。

4.如权利要求3所述的轨枕(8；108)，其特征在于，所述弹性衬垫(24，26；124，126)包括至少两个纵向的动态刚度介于20kN/mm到25kN/mm之间的弹性衬垫(24；124)、和至少两个横向的动态刚度介于15kN/mm至18kN/mm之间的弹性衬垫(26；126)。

5.如前述权利要求中任一项所述的轨枕(8；108)，其特征在于，所述轨枕在所述刚性块体(9；109)的顶面(32)上具有弹性支撑元件(10；110)，所述弹性支撑元件的动态刚度介于120kN/mm至300kN/mm之间，优选地在200kN/mm至300kN/mm之间，所述弹性支撑元件(10；110)设计用来接纳支靠在其上的轨道(4；104)。

6.如前述权利要求中任一项所述的轨枕(8)，其特征在于，所述轨枕(8)包括单个块体(9)和单个套壳(20)。

7.如权利要求6所述的轨枕(8)，其特征在于，所述刚性块体(9)的重量在350kg至450kg之间，优选地在400kg至450kg之间。

8.如权利要求1至5中任一项所述的轨枕(108)，其特征在于，所述轨枕(108)包括：两个刚性块体(109)；两个相应的与所述刚性块体相关联的套壳(120)；和使所述两个刚性块体(109)相互连接的横向撑隔器(184)。

9.如权利要求8所述的轨枕(108)，其特征在于，所述每个刚性块体(109)的重量在100kg至150kg之间，优选地在130kg至150kg之间。

10.轨道段(2；102)，其特征在于，所述轨道段包括根据前述权利要求中任一项所述的轨枕(8；108)、与至少一个支撑在所述轨枕(8；108)上的轨道(4；104)。