一種軌下墊板結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及軌道交通領(lǐng)域，特別涉及一種軌下墊板的結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景
[0002]近年來軌道交通因其運(yùn)量大、速度快、安全性高等優(yōu)點(diǎn)得到了迅猛發(fā)展，帶來便利的同時(shí)也產(chǎn)生了負(fù)面影響，尤為顯著的是城市軌道交通列車運(yùn)行過程中振動(dòng)噪聲對(duì)附近居民生活的影響。超標(biāo)的振動(dòng)噪聲會(huì)影響居民的日常生活和休息，危害身心健康。
[0003]在軌道交通領(lǐng)域尤其是無砟軌道結(jié)構(gòu)中，軌下彈性墊板位于鋼軌與軌枕之間，用于均勻承載、絕緣和減振降噪等。早期的軌下墊板垂直剛度約為40-70kN/mm，振動(dòng)和噪聲控制效果并不理想。在城市軌道交通和人們生活質(zhì)量高度發(fā)達(dá)的今天，人們對(duì)乘坐安全和舒適性提出了更高的要求，城市軌道交通系統(tǒng)面臨著的減振降噪方面十分嚴(yán)峻的考驗(yàn)。大量工程實(shí)踐告訴我們，隨著使用時(shí)間的增加部分地段鋪設(shè)的軌下墊板彈性呈大幅度衰減。經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，軌道減振元件彈性衰減的主要原因是橡膠材料性能不穩(wěn)定，長期承載于輪軌動(dòng)態(tài)力作用下材料發(fā)生硬化現(xiàn)象，彈性隨之衰減。而此時(shí)最行之有效的解決方法即為更換軌下墊板。為了改善并長久有效地維持良好的減振效果，同時(shí)考慮軌道結(jié)構(gòu)全壽命周期經(jīng)濟(jì)成本，針對(duì)降低軌下墊板剛度、提高軌下墊板彈性和使用壽命的研究大量可見。有些研究偏重軌下墊板材料的改良，從而提高性能，如將傳統(tǒng)的氯丁橡膠材料以彈性聚氨酯材料、熱塑性聚酯彈性體材料，或高分子材料等代替。通過以上材料的合理選用和優(yōu)化以達(dá)到軌下墊板的高韌性、高回彈性、優(yōu)良的耐磨性、抗疲勞性和耐老化性。有些從軌下墊板幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化的角度進(jìn)行改良研究，從最初的平面板式結(jié)構(gòu)，到墊板承載面設(shè)計(jì)凸起或下凹結(jié)構(gòu)，上凸及凹槽結(jié)構(gòu)可根據(jù)目標(biāo)剛度合理設(shè)計(jì)為圓柱狀、條狀、塊狀、臺(tái)狀等結(jié)構(gòu)形式。凸起或凹槽亦可為均勻分布或交錯(cuò)分布。有時(shí)采用上、下承載面對(duì)稱設(shè)計(jì)上凸或下凹結(jié)構(gòu)形式，而有時(shí)僅為單面凸起或下凹。通過以上的改型設(shè)計(jì)以達(dá)到降低剛度、提高彈性、節(jié)省材料等目的。
[0004]軌下墊板的改型研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，采用經(jīng)濟(jì)有效的方法優(yōu)化軌下墊板的幾何特征，降低剛度提高回彈性能不僅有助于提高減振降噪效率，還可以延長軌下墊板的使用壽命，降低軌道系統(tǒng)全壽命期內(nèi)局部大修次數(shù)，壓縮維修成本，減少安全隱患，提高經(jīng)濟(jì)效益。市場需要一種新穎且優(yōu)良的軌下墊板設(shè)計(jì)和制作方法，提高墊板的耐久性能和彈性性能。
[0005]圖1、圖2分別例舉了一種具有凸起幾何結(jié)構(gòu)和凹槽結(jié)構(gòu)的軌下墊板，二者均采用上、下承載面對(duì)稱設(shè)計(jì)的幾何形式，即圖中第一主表面1和第二主表面2沿虛線所在平面對(duì)稱。其中，虛線表示上、下彈性主體的光滑表面硫化處理后的粘結(jié)面。圖1中，以虛線表示的硫化面為邊界，上、下彈性主體的承載面(即第一主表面1和第二主表面2)均設(shè)計(jì)有圓柱形凸起結(jié)構(gòu)，且兩組凸起沿著硫化表面鏡面對(duì)稱。圖2中，上、下主體的第一主表面1’和第二主表面2’均設(shè)計(jì)有條形凹槽結(jié)構(gòu)，兩表面沿硫化面鏡像對(duì)稱，凹槽結(jié)構(gòu)橫斷面為小半徑半圓形。以上述兩種結(jié)構(gòu)形式為代表的軌下墊板是現(xiàn)行使用的最常見形式，但軌下墊板產(chǎn)品的具體形式多樣，不限于此。本專利將公開一種新式軌下墊板的設(shè)計(jì)和制作方法，利用該方法設(shè)計(jì)制作的軌下墊板在彈性特性和耐磨性能等方面優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的軌下墊板。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型目的在于提供一種軌下墊板結(jié)構(gòu)，采用該方法制作的彈性墊板在額定輪載作用下內(nèi)部應(yīng)力分布合理，剛度低，預(yù)計(jì)可在不增加經(jīng)濟(jì)成本的前提下使減振降噪效果優(yōu)于現(xiàn)有的傳統(tǒng)軌下墊板結(jié)構(gòu)形式，并使承載表面的耐磨性能得到改善，提高彈性墊板的使用壽命。根據(jù)本實(shí)用新型提出的設(shè)計(jì)方法制作的軌下墊板可用于城市軌道交通系統(tǒng)，并根據(jù)工程實(shí)際的彈性需求做不同程度的調(diào)整。
[0007]本實(shí)用新型的基本思路是，從結(jié)構(gòu)優(yōu)化角度，以現(xiàn)行使用的傳統(tǒng)軌下墊板為原型，將上、下彈性主體承載表面設(shè)計(jì)有凸起(或凹槽)單元而底部平滑面對(duì)貼硫化為整體的結(jié)構(gòu)形式修改為第一、第二主表面對(duì)貼硫化而平滑表面承載的幾何結(jié)構(gòu)。具體而言，本實(shí)用新型提供的軌下墊板的設(shè)計(jì)方法，以兩塊承載表面設(shè)計(jì)有凸起或凹槽結(jié)構(gòu)的彈性元件為主體?，F(xiàn)行使用的大多數(shù)軌下墊板，均采用將兩塊彈性主體的平滑表面進(jìn)行化學(xué)處理，而上、下承載面的凸起或凹槽結(jié)構(gòu)與鋼軌和軌枕或扣件上鐵板直接接觸。彈性墊板上、下主表面的基本單元可為矩形、橢圓形或其它任意形狀的凸起或凹槽。凡是上、下兩彈性主體第一及第二主表面的凸起或凹槽單元保持一致且排列方式對(duì)稱的軌下墊板，均適用于本實(shí)用新型提出的改良的設(shè)計(jì)方法。對(duì)于上、下彈性主體第一和第二承載表面不一致的彈性墊板不適用于本實(shí)用新型的改良方法；對(duì)于上、下彈性主體第一和第二主表面幾何單元完全一致且組合形式鏡像對(duì)稱，而除此以外的其他幾何特征有所不同的軌下墊板適用于本實(shí)用新型。
[0008]本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案為:
[0009]—種軌下墊板結(jié)構(gòu)，用于無砟軌道結(jié)構(gòu)中，包括兩塊結(jié)構(gòu)對(duì)稱的第一彈性主體和第二彈性主體，所述第一彈性主體包括第一主表面和承載面，所述第二彈性主體包括第二主表面和承載面，在所述第一主表面和第二主表面上有結(jié)構(gòu)一致的凸起或凹槽，并且第一主表面和第二主表面貼合固接，使軌下墊板結(jié)構(gòu)為一整體結(jié)構(gòu)。
[0010]所述第一主表面和第二主表面上有結(jié)構(gòu)一致的凸起的結(jié)構(gòu)單元包括但不限于長方體、圓柱體、橢圓柱體或各類柱體形狀。
[0011]所述第一主表面和第二主表面上有結(jié)構(gòu)一致的下凹的結(jié)構(gòu)單元包括但不限于長方體、圓柱體、橢圓柱體、條形凹槽。
[0012]需要說明的是，第一主表面和第二主表面的幾何單元可為上凸或是下凹結(jié)構(gòu)，可為均勻分布亦或是不規(guī)則分布。其中凸起或下凹結(jié)構(gòu)是為了增加自由膨脹面積，提高墊板彈性。
[0013]其中，對(duì)第一主表面和第二主表面上的凸起結(jié)構(gòu)可以為柱狀凸起或條形凸起，并不拘泥任何一種固定形式；下凹結(jié)構(gòu)亦可謂柱狀下凹或條形凹槽，幾何單元也可為不固定形式。為了使墊板內(nèi)部應(yīng)力分布合理，可以對(duì)凸起或下凹的分布、高度以及其他尺寸進(jìn)行調(diào)整使之達(dá)到最佳受力狀態(tài)。
[0014]在上述方案基礎(chǔ)上，兩個(gè)彈性主體，第一主表面和第二主表以外的幾何結(jié)構(gòu)允許不一致，特別是指承載面的結(jié)構(gòu)可以不一致。所述第一彈性主體的承載面為光滑或者有凸起或凹槽結(jié)構(gòu)。所述第二彈性主體的承載面為光滑或者有凸起或凹槽結(jié)構(gòu)。兩個(gè)承載面的結(jié)構(gòu)的可以一致，也可以不一致。
[0015]第一和第二彈性主體的材料既可是橡膠材料，亦可是聚氨酯材料、熱塑性聚酯彈性體材料或其他高分子材料制成的彈性主體。只要能滿足實(shí)際工程的強(qiáng)度要求，同時(shí)可以提供足夠的彈性，均適用于本實(shí)用新型所述的設(shè)計(jì)和制作方法。
[0016]所述第一主表面和第二主表面上有結(jié)構(gòu)一致的凸起或凹槽可為連續(xù)形式亦可為間斷形式。
[0017]所述第一主表面和第二主表面上有結(jié)構(gòu)一致的凸起或凹槽可沿鋼軌延伸方向布置，也可垂直于軌向布置。
[0018]—種軌下墊板結(jié)構(gòu)的制作方法，將第一彈性主體的第一主表面與第二彈性主體的第二主表面對(duì)貼，對(duì)各凸起單元或槽體單元接觸表面進(jìn)行化學(xué)處理，將兩個(gè)彈性主體硫化為整體即可。兩個(gè)彈性主體形成整體的化學(xué)處理方法可以為硫化，但不僅限于硫化。
[0019]本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)制作方法為:將兩塊彈性主體第一和第二主表面對(duì)貼，對(duì)各凸起單元或槽體單元接觸表面進(jìn)行化學(xué)處理，將兩彈性主體硫化為整體；而原始的硫化表面此時(shí)修改為承載面，上方直接與鋼軌接觸，下方與扣件系統(tǒng)或軌枕承軌槽接觸。上述制作過程僅為了描述本實(shí)用新型的主要設(shè)計(jì)思路，承載面不拘于光滑平面，亦可根據(jù)實(shí)際需要有所修改。
[0020]本實(shí)用新型的優(yōu)越性還在于，采用本實(shí)用新型提出的設(shè)計(jì)制作方法能確保在不增加材料成本的前提下降低同類軌下墊板的剛度，優(yōu)化彈性性能及元件內(nèi)部應(yīng)力分布，同時(shí)提高墊板上、下承載表面的耐磨性能及使用壽命。運(yùn)用本說明改良后的墊板產(chǎn)品與其原型相比，雖然自由膨脹面積保持不變，但承載面積有所增加導(dǎo)致整個(gè)墊板形狀系數(shù)增加。然而，這并不會(huì)降低軌下墊板的彈性；相反，墊板整體形狀由長而薄的板狀修改為塊狀，彈性體表征壓縮模量有所下降，回彈性能反而有所改善。軌下墊板上、下彈性主體的光滑平面由硫化面轉(zhuǎn)變?yōu)槌休d面，與鐵軌和承軌槽直接接觸，不僅有利于提高耐磨性能，還能夠減少灰塵和雨水等日積月累殘留于彈性墊板溝槽縫隙內(nèi)，減少墊板損傷，延長墊板的使用壽命，降低了成本，更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
【附圖說明】
[0021]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中上、下彈性主體承載面設(shè)計(jì)凸起幾何結(jié)構(gòu)的軌下墊板示意圖；
[0022]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中上、下彈性主體承載面設(shè)計(jì)凹槽結(jié)構(gòu)的軌下墊板示意圖；
[0023]圖3A為以圖1為原型改良的軌下墊板立體圖；
[0024]圖3B為圖3A的側(cè)視圖；
[0025]圖3C為圖3A的正視圖；
[0026]圖4為圖3A軌下墊板的制作過程；
[0027]圖5為以圖2為原型改良的軌下墊板立體圖；
[0028]圖6為截面為矩形的條形凹槽式軌下墊板立體圖；
[0029]圖7A為承載表面具有凹槽結(jié)構(gòu)的改良軌下墊板立體圖；
[0030]圖7B為圖7A的側(cè)視圖；
[0031]圖8A為承載表面具有凸起結(jié)構(gòu)的改良軌下墊板立體圖；
[0032]圖8B為圖8A的側(cè)視圖；
[0033]圖9為條形凹槽垂直于軌道延伸方向的軌下墊板示意圖；
[0034]圖10為內(nèi)部設(shè)計(jì)有圓柱體凹槽結(jié)構(gòu)的軌下墊板示意圖；
[0035]圖11為設(shè)計(jì)有矩形的彈性主體示意圖；
[0036]圖12為設(shè)計(jì)有橢圓形的彈性主體示意圖；
[0037]圖13為設(shè)計(jì)有大曲線花紋形的彈性主體示意圖。
[0038]附圖中標(biāo)號(hào)說明:
[0039