專利名稱：：鐵路用n75型鋼軌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型屬于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，涉及鐵路用鋼軌，特別是鐵路用75kg/m類型鋼軌。
背景技術(shù)：
：我國鐵路現(xiàn)使用的鋼軌的型式尺寸包括鋼軌軌頭的廓面形狀均為上世紀(jì)六、七十年代根據(jù)錐形車輪踏面而設(shè)計(jì)的。隨著我國車輪的踏面由錐形踏面改為磨耗型踏面，并經(jīng)大量投入運(yùn)行實(shí)踐，結(jié)果表明，現(xiàn)有鋼軌的軌頭廓面(如圖1所示)與磨耗型踏面車輪不匹配，影響輪軌的接觸狀態(tài)，增加了輪軌的接觸應(yīng)力，并加速輪軌的接觸疲勞損傷。特別是，我國現(xiàn)主要采用LM型磨耗型踏面的車輪。其中，LM型踏面具有如下的特點(diǎn)1)LM型踏面輪緣高27mm；2)輪緣根部圓弧半徑為14mm；3)LM型踏面外形還包括三段不同半徑的圓弧(凸形R100、凸形R500以及凹形R220)，該三段圓弧相切地連成復(fù)曲線，在這些曲線外側(cè)具有18的斜線。因此，需要針對磨耗型踏面車輪，特別是LM型磨耗型踏面車輪重新設(shè)計(jì)和改進(jìn)鋼軌形狀，從而改善輪軌的接觸狀態(tài)，降低輪軌的接觸應(yīng)力。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種適用于磨耗型踏面車輪特別是LM型磨耗型踏面車輪的鐵路用75kg/m鋼軌，從而改善輪軌接觸狀態(tài)，使得輪軌接觸區(qū)域通常位于軌頭的中央?yún)^(qū)域，降低輪軌接觸應(yīng)力。為了完成上述目的，本實(shí)用新型的鋼軌包括具有廓面的軌頭，所述軌頭的廓面的橫截面具有5段圓弧，其中具有半徑Rl的凸形第一圓弧段相對所述橫截面的垂向中心線是對稱的，分布在第一圓弧段兩側(cè)且具有相等的半徑R2的凸形第二和第三圓弧段相對垂向中心線是相互對稱的，分布在第二圓弧段外側(cè)且具有半徑R3的凸形第四圓弧段與分布在第三圓弧段外側(cè)且具有半徑R3的凸形第五圓弧段相對垂向中心線是相互對稱的，相鄰的兩段圓弧在它們的連接點(diǎn)處相切，其中200mm<Rl<250mm，所述第一圓弧段在水平方向上的長度為28.0mm。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，第二和第三圓弧段的半徑R2為42mm≤R2≤46mm,所述第二和第三圓弧段各外側(cè)端點(diǎn)之間的水平長度大于等于51.3mm且小于等于64.5mm。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述第二和第三圓弧段的半徑R2為42mm≤R2≤46mm，第二和第三圓弧段的最低點(diǎn)與所述鋼軌的最高點(diǎn)之間的垂直距離大于等于2.6mm且小于等于8.1mm。根據(jù)本實(shí)用新型的其它的進(jìn)一步特征，所述第四和第五圓弧段的半徑R3為Ilmm≤R3≤15mm，第四和第五圓弧段的最低點(diǎn)與所述鋼軌的最高點(diǎn)之間的垂直距離大于等于15.8mm且小于等于16.1mm。有利的是，所述第一圓弧段的半徑Rl=203mm，第一圓弧段的最低點(diǎn)與所述鋼軌的最高點(diǎn)之間的垂直距離為0.5mm。特別有利的是，所述第四和第五圓弧段的半徑R3=14mm。當(dāng)R3=14mm時(shí)，第四和第五圓弧段可以與LM磨耗型踏面的輪軌的輪緣根部圓弧相匹配，故而在曲線路徑行進(jìn)中形成輪軌共形，從而有效降低接觸應(yīng)力。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，第二和第三圓弧段的半徑R2=44mm，第二和第三圓弧段各外側(cè)端點(diǎn)之間的水平長度為54.3mm。優(yōu)選的是，第二和第三圓弧段的最低點(diǎn)與所述鋼軌的最高點(diǎn)之間的垂直距離為3.5mm和/或第四和第五圓弧段的最低點(diǎn)與所述鋼軌的最高點(diǎn)之間的垂直距離為15.8mm。所設(shè)計(jì)的鋼軌尺寸總體遵守鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《TB/T2341.4-93:75kg/m鋼軌型式尺寸》的規(guī)定，適于改進(jìn)、生產(chǎn)和鋪設(shè)。以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施例，其中圖1示出了現(xiàn)有的鐵路用75kg/m類型鋼軌；圖2示出了本實(shí)用新型的鋼軌的優(yōu)選實(shí)施例；圖3示出了圖2的鋼軌的軌頭，其中詳細(xì)示出了軌頭廓面；圖4示出了本實(shí)用新型的鋼軌的另一實(shí)施例；圖5示出了本實(shí)用新型的鋼軌的又一實(shí)施例。具體實(shí)施方式圖2示出了本實(shí)用新型的鋼軌1的優(yōu)選實(shí)施例。本實(shí)用新型對于現(xiàn)有技術(shù)的最大改進(jìn)之處在于對于鋼軌的軌頭2的廓面3的改進(jìn)，而本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)也是通過該改進(jìn)而獲得。并且根據(jù)圖1和2的對比，可以了解，除了軌頭廓面不同之外，本實(shí)用新型的鋼軌與現(xiàn)有鋼軌的型式尺寸總體是一致的，因而有利于替換和組合使用。圖3詳細(xì)地示出圖2的鋼軌的軌頭2，特別是軌頭廓面3。在這里，軌頭廓面3的橫截面由5段圓弧組成。第一圓弧段的半徑Rl=203mm，在水平方向上的寬度AA，為28.Omm,在垂直方向上的高度為0.5mm。第二和第三圓弧段分布在第一圓弧段的兩側(cè)，并且第二圓弧段與第一圓弧段在點(diǎn)A處相接并相切，第三圓弧段與第一圓弧段在點(diǎn)A’處相連接并相切。第二和第三圓弧段具有相同的半徑R2=44mm。此外，第四圓弧段分布在第二圓弧段的外側(cè)，并在點(diǎn)B處與第二圓弧段相接并相切。類似地，第五圓弧段分布在第三圓弧段的外側(cè)，并在點(diǎn)B’處與第三圓弧段相接并相切，其中第四和第五圓弧段具有半徑R3=14mm。如圖3所示，第二與第三圓弧段的外側(cè)端點(diǎn)在水平方向上的距離BB’為54.3mm，第二圓弧段(或第三圓弧段)在垂直方向上到軌頭廓面的最高點(diǎn)的距離0Β(0Β’)為3.5mm。依然如圖3所示，第四與第五圓弧段的外側(cè)端點(diǎn)，即第四與第五圓弧段分別與120斜線4的交點(diǎn)(切點(diǎn))，在水平方向上的距離CC'為72mm，可以發(fā)現(xiàn)本鋼軌的實(shí)施例的數(shù)據(jù)與現(xiàn)有鋼軌的相應(yīng)數(shù)據(jù)一致。此外，第四圓弧段(或第五圓弧段)在垂直方向上到軌頭廓面的最高點(diǎn)的距離OC(0C’)為15.8_，圖1中的現(xiàn)有鋼軌的參數(shù)值為15.6_。由圖1和圖2、圖3、圖4以及圖5的對比中可以理解，本實(shí)用新型的軌頭2與現(xiàn)有的軌頭12在總體高度和寬度上是相等的，本實(shí)用新型的軌頭的120斜線4下端點(diǎn)之間的水平距離與現(xiàn)有軌頭的120斜線14下端點(diǎn)之間的水平距離相等。由此可見，本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有鋼軌的總體尺寸大體一致，主要的改進(jìn)是在于5段圓弧的各尺寸參數(shù)。[0025]接下來對本實(shí)施例的鋼軌1與現(xiàn)有鋼軌11在一定實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)對比，以體現(xiàn)本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。選擇現(xiàn)有鐵路廣泛使用的LM磨耗型踏面的輪對，采用動力學(xué)計(jì)算軟件ADAMS分別計(jì)算在直線和R600的曲線情況下，兩種輪對接觸面的接觸應(yīng)力情況。設(shè)定運(yùn)行速度為70km/h，軌底坡為140。如下的表1列出了在不同工況下分別采用上述兩種鋼軌的輪軌接觸狀態(tài)的參數(shù)。表1不同工況下輪軌接觸狀態(tài)的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>根據(jù)上述表1的實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果表明，在直線路徑中行進(jìn)時(shí)，采用本實(shí)用新型的鋼軌與LM型輪子接觸區(qū)域的縱向長度減少了3.4mm，橫向長度增加了2.9mm，接觸區(qū)域的形狀更趨于橢圓形。同樣地，在曲線路徑的行進(jìn)中，本實(shí)用新型的鋼軌1與車輪的接觸區(qū)域的形狀相對于原有的鋼軌與車輪的接觸區(qū)域更趨于橢圓形。從而有效地改善了輪軌接觸狀況。并且在直線路徑中行進(jìn)時(shí)，采用本實(shí)用新型的鋼軌的最大法向應(yīng)力與最大Mises應(yīng)力也比原有的鋼軌的相應(yīng)應(yīng)力分別降低了16%和5.7%，同樣地，在曲線路徑中行進(jìn)時(shí)，上股的鋼軌的最大法向應(yīng)力與最大Mises應(yīng)力分別降低了6.8%和3.4%，下股的鋼軌的最大法向應(yīng)力降低了10.4%，從而可以明確地體現(xiàn)出本實(shí)用新型在減小最大接觸應(yīng)力上的改進(jìn)。圖4示出了本實(shí)用新型的另一實(shí)施例。本實(shí)施例與上述實(shí)施例的不同僅在于5段圓弧段的尺寸大小。在這里，Rl=250mm,R2=46mm,R3=15.Omm。第一圓弧段在水平方向上的長度為28.Omm，第二和第三圓弧段的外側(cè)端點(diǎn)之間的距離為51.3mm。第二圓弧段(或第三圓弧段)在垂直方向上到軌頭廓面最高點(diǎn)的距離為2.6mm，第四圓弧段(或第五圓弧段)在垂直方向上到軌頭廓面最高點(diǎn)的距離為16.1mm。圖5示出了本實(shí)用新型的又一實(shí)施例。本實(shí)施例與上述實(shí)施例的不同也僅在于廓面3的5段圓弧的尺寸大小。在本實(shí)施例中，Rl=200mm,R2=31mm,R3=11mm。第一圓弧段在水平方向上的長度為28.Omm，第二和第三圓弧段的外側(cè)端點(diǎn)之間的距離為65.4mm。第二圓弧段(或第三圓弧段)在垂直方向上到軌頭廓面3最高點(diǎn)的距離為8.1mm，第四圓弧段(或第五圓弧段)在垂直方向上到軌頭廓面3最高點(diǎn)的距離為15.8mm?，F(xiàn)已描述了本實(shí)用新型的幾個(gè)實(shí)施例，但應(yīng)該了解這些實(shí)施例僅用作對本實(shí)用新型的思想的描述而不是限定，本實(shí)用新型將由所附的權(quán)利要求書來限定。權(quán)利要求一種鐵路用磨耗型75kg/m鋼軌，包括具有廓面的軌頭，所述廓面的橫截面具有5段圓弧，其中具有半徑R1的凸形第一圓弧段相對所述橫截面的垂向中心線是對稱的，分布在所述第一圓弧段兩側(cè)且具有相等的半徑R2的凸形第二和第三圓弧段相對垂向中心線是彼此對稱的，分布在所述第二圓弧段外側(cè)且具有半徑R3的凸形第四圓弧段與分布在第三圓弧段外側(cè)且也具有半徑R3的凸形第五圓弧段相對垂向中心線是彼此對稱的，且相鄰的兩段圓弧在它們的連接點(diǎn)處相切，其特征在于，200mm≤R1≤250mm，所述第一圓弧段在水平方向上的長度為28.0mm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼軌，其特征在于，所述第二和第三圓弧段的半徑R2為42mm^R2(46mm，所述第二和第三圓弧段各外側(cè)端點(diǎn)之間的水平長度大于等于51.3mm且小于等于64.5mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼軌，其特征在于，所述第二和第三圓弧段的半徑R2為42mm^R2^46mm，第二和第三圓弧段的最低點(diǎn)與所述鋼軌的最高點(diǎn)之間的垂直距離大于等于2.6mm且小于等于8.1mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼軌，其特征在于，所述第四和第五圓弧段的半徑R3為Ilmm彡R3彡15mm，第四和第五圓弧段的最低點(diǎn)與所述鋼軌的最高點(diǎn)之間的垂直距離大于等于15.8mm且小于等于16.1mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的鋼軌，其特征在于，所述第一圓弧段的半徑Rl=203mmo6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的鋼軌，其特征在于，所述第一圓弧段的最低點(diǎn)與所述鋼軌的最高點(diǎn)之間的垂直距離為0.5mm。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼軌，其特征在于，所述第四和第五圓弧段的半徑R3=14mm。8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的鋼軌，其特征在于，所述第二和第三圓弧段的半徑R2=44mm.9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼軌，其特征在于，所述第二和第三圓弧段各外側(cè)端點(diǎn)之間的水平長度為54.3mm。10.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的鋼軌，其特征在于，所述第二和第三圓弧段的最低點(diǎn)與所述鋼軌的最高點(diǎn)之間的垂直距離為3.5mm，和/或第四和第五圓弧段的最低點(diǎn)與所述鋼軌的最高點(diǎn)之間的垂直距離為15.8mm。專利摘要本實(shí)用新型提供一種鐵路用磨耗型75kg/m鋼軌，包括具有廓面的軌頭，所述廓面的橫截面具有5段圓弧，具有半徑R1的凸形第一圓弧段相對橫截面的垂向中心線是對稱的，分布在第一圓弧段兩側(cè)且具有相等的半徑R2的凸形第二和第三圓弧段相對垂向中心線是彼此對稱的，分布在第二圓弧段外側(cè)且具有半徑R3的凸形第四圓弧段與分布在第三圓弧段外側(cè)且也具有半徑R3的凸形第五圓弧段相對垂向中心線是彼此對稱的，其中相鄰的兩段圓弧在它們的連接點(diǎn)處相切。在以上提出的鋼軌中，200mm≤R1≤250mm，第一圓弧段在水平方向上的長度為28mm。文檔編號E01B5/02GK201560363SQ20092010832公開日2010年8月25日申請日期2009年5月22日優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日發(fā)明者劉豐收,周清躍,周鎮(zhèn)國,張銀花,陳朝陽申請人:中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所