專利名稱：受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭的制作方法
受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭技術(shù)領(lǐng)域-本發(fā)明涉及鐵路鋼軌制造技術(shù)領(lǐng)域， 一種鋼軌焊接接面的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的無縫鋼軌由軌底、軌腰、軌頭和焊接面構(gòu)成，焊接面為垂直于鋼軌縱向的平面， 隨著客車的高速化和貨車的重載化，焊接在鐵路無縫鋼軌中便成為關(guān)鍵技術(shù)之一。因此國內(nèi)外對鋼軌焊接的技術(shù)競相研究，但是都把注意力集中在焊接材料和焊接工藝方面，對燥 接接縫的幾何形狀卻無人問津，鋼軌焊接焊縫的幾何形狀仍停留在垂直于鋼軌縱向的平 面，如圖8所示。因環(huán)境溫度下降，沿鋼軌縱向X對焊縫有很大的收縮拉力，在列車運行 時，由于爬坡或剎車，車輪作用于鋼軌B對焊縫也產(chǎn)生拉力，假設(shè)這三個拉力的總和為Fx， Fx是垂直于焊縫的拉力；與此同時，輪緣由鋼軌內(nèi)側(cè)沿Y向?qū)︿撥塀產(chǎn)生的擠壓力Fy， FY是完全作用于焊縫的剪切力；車輪對鋼軌B沿Z向的壓力Fz， Fz也是完全作用于煤縫 的剪切力。于是焊縫承受的是雙剪一拉的惡劣應(yīng)力狀態(tài)，這就對焊接強度提出了很高的要 求。此外，由于焊縫的突起或凹陷，當(dāng)車輪通過焊縫時，也產(chǎn)生上下顛簸和左右搖擺，隨 著列車的不斷增重和提速，這些現(xiàn)象更加突出，不但影響了列車運行的平穩(wěn)性，而且增加 了焊縫斷裂的幾率和運行的安全性，因此這是當(dāng)今鋼軌焊接技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述存在的問題，提出一種受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接 頭，它既改善了焊縫的受力狀態(tài)，增加了焊縫的承載能力，又減緩了車輪通過煤縫時的沖 擊、上下顛簸和左右搖擺。本發(fā)明的上述目的是這樣實現(xiàn)的，結(jié)合


如下一種受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，它是在不涉及鋼軌輔設(shè)的基礎(chǔ)、道床、 軌枕和扣件等的前提下，把鋼軌的接頭焊接面制成斜面。由垂直于鋼軌縱向X的平面變?yōu)榕c縱向X成a角的斜面，把平行于鋼軌垂向Z的平 面變?yōu)榕cZ成3角的斜面，其中鋼軌兩端焊接面的傾斜角度相對應(yīng)的a角的范圍為75°至 30° ， {3角的范圍為30°至70° ，于是車輪對鋼軌沿z向作用在斜面上的力，便分解為 垂直于斜面的壓力和平行于斜面的剪切力，輪緣由鋼軌內(nèi)側(cè)沿Y向作用于斜面的力便分解 為垂直于斜面的力和平行于斜面的剪切力，把沿X方向的拉力分解為作用于斜面的拉力和 平行于斜面的剪切力，這便把現(xiàn)行鋼軌接頭焊縫由雙剪一拉的惡劣受力狀態(tài)，轉(zhuǎn)化為拉、 剪、壓的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，這不但增加了焊縫的長度或面積，改善了焊縫的受力狀態(tài)，減緩 了車輪對焊縫的沖擊、上下顛簸和左右搖擺，而且降低了對焊縫質(zhì)量的過高要求。在垂直于鋼軌縱向X的平面變?yōu)榕c縱向X成a角的斜面情況下，又將平行于鋼軌垂向 Z的平面變?yōu)榕cZ成e角的斜面，能夠進(jìn)一步提高本發(fā)明的技術(shù)效果。本發(fā)明的有益效果是設(shè)計新穎、結(jié)構(gòu)緊湊，在不涉及鐵路鋼軌現(xiàn)行鋪設(shè)的路基、道 床、軌枕和扣件等的前提下，使焊縫的受力狀態(tài)、平順性和顛簸、震動等都有顯著改善， 而且提高了焊接效率，減少了焊接用費。

圖1是焊接面與平行鋼軌方向X成a角的示意圖； 圖2是圖1的仰視圖 圖3是圖1的正視圖；圖4是焊接面與垂直鋼軌方向Z成0角的示意圖；圖5是圖4的仰視圖；圖6是圖5的正視圖；圖7是綜合圖1和圖4的示意圖；圖8是鋼軌已有焊接面的示意圖。在圖1至圖8中A、 B是前后兩段鋼軌，l是軌底，2是軌腰，3是軌頭，4是接頭焊 接面，(X， Y， Z)是右手直角座標(biāo)系，X為平行于鋼軌的方向，Y為由內(nèi)向外垂直于鋼軌 的方向，Z為由上向下垂直于鋼軌的方向。
具體實施方式
，下面結(jié)合附圖對受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭作進(jìn)一歩具 體說明-參閱圖1至圖3，焊接面由原來垂直于X軸的直平面，變?yōu)榕cX軸成a角的斜面，a 角的取值范圍為75。至30° ，因溫降鋼軌收縮作用在斜面上的拉力Fx便分解為垂直于斜 焊接面的拉力和平行于斜焊接面的剪切力，于是減小了作用在斜焊接面上收縮力Fx，同時
輪緣由鋼軌內(nèi)側(cè)沿Y方向作用在直焊接面的剪切力FY便分解為垂直于斜焊接面的力和平 行于斜焊接面的剪切力，于是便減小了輪緣對斜焊接面的剪切力；由于車輪通過焊縫時的 直線變?yōu)樾本€，這便減小了車輪的沖擊和上下顛簸，增加了通過的平順性；由直焊接面變 為斜焊接面增加了焊縫的長度或焊接面的面積，相應(yīng)地降低了對焊接質(zhì)量的過高要求。參閱圖4至圖6，焊接面由原來平行于Z軸的直平面，變?yōu)榕cZ軸成e角的斜面，0 角的取值范圍為30。至70° ，由車輪作用在鋼軌B的壓力對原來直焊接面的純剪切力Fz 分解為垂直于斜焊接面的力和平行于斜焊接面的剪切力，于是減小了作用在焊接面上的剪 切力Fz;由于焊縫由沿Y軸的直線焊縫變?yōu)榕cY軸成e角的斜焊縫，便增加了輪緣作用 在斜焊縫處的平順性；由于由直焊縫變?yōu)樾焙缚p增加了焊縫的長度或焊接面的面積，相應(yīng) 地降低了對焊接質(zhì)量的過高要求。參閱圖7，圖7是將圖l和圖4綜合于一體，圖7的焊接斜面與X軸成ci角、與Y軸 成e角，于是便同時具有了沿X軸的抗拉性能，沿Y軸和Z軸的抗剪性能。當(dāng)所鋪設(shè)的 線路為普速、重載、大半徑或直線線路，a角可取75。 ， e角取40。至65°為宜；當(dāng)所 鋪設(shè)的線路為小半徑或山區(qū)的普載、普速，e角可取3(T ， a角取3(T至35°為宜；當(dāng) 所鋪設(shè)的線路為高速客車，a角可取3(T至45° ， 0角可取45°至65°為宜；當(dāng)所鋪設(shè) 的線路為高速重載時，a角可取30。至40° ， e角可取50。至70°為宜；于是便改善了 在焊接面的承載能力、抗拉能力和適應(yīng)能力。本發(fā)明的優(yōu)異技術(shù)效果在于1、 參閱圖1至圖3，假設(shè)已有鋼軌的焊接直平面所受的拉應(yīng)力為(^，由于把己有直平面變?yōu)榕c鋼軌縱向成a角的斜平面，于是沿斜平面的拉應(yīng)力c; =CTjrsin2 ，這就使作用在悍接面上的拉應(yīng)力減少了sin2。，如果取a為45。，拉應(yīng)力便減至原來拉應(yīng)力的一半， 而且由于焊縫由直縫變?yōu)樾笨p，增加了車輪通過焊縫時的平順度。2、 參閱圖4至圖6，假設(shè)已有平行于鋼軌焊接直平面所受的剪切應(yīng)力為^，由于將其變?yōu)榕c鋼軌z向成e角的斜平面，于是沿斜平面的剪切應(yīng)力^ =rzc0S2p，這就使作用在輝面上的剪切應(yīng)力降低了cos2々，如果取e為45。，剪切應(yīng)力便減至原來剪切應(yīng)力的一 半，而且由于焊縫由直縫變?yōu)樾笨p，增加了輪緣通過焊縫時的平順度。3、參閱圖'7，由于圖7是圖1和圖4的綜合，焊接面由原來垂直于鋼軌縱向的直平面 變?yōu)榕c鋼軌縱向X成a角、與鋼軌垂向Z成e角的斜平面，于是便把上述1和2的效果統(tǒng) 一于一體，同時根據(jù)線路的實際情況和列車的載重及行駛速度確定a角和f3角的范圍。由于上述1、 2和3的優(yōu)異技術(shù)效果，便解決了現(xiàn)行鋼軌焊接存在的一些亟待解決的 問題，而且a角和P角可根據(jù)實際情況設(shè)定。
權(quán)利要求
1、 一種受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，由軌底、軌腰、軌頭 和焊接面構(gòu)成，其特征在于焊接面與鋼軌平行方向呈Ct角；或與鋼軌上下垂直方向呈3角，其中ct角的范圍為75。至30° ， P角的范圍為30。 至70° 。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特征在于焊接面與鋼軌平行方向呈a角，a取值為75。。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特征在于焊接面與鋼軌平行方向呈a角，a的范圍為30。至35° 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特征在于焊接面與鋼軌平行方向呈a角，a的范圍為30。至45° 。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特征在于焊接面與鋼軌平行方向呈a角，a的范圍為30。至40° 。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特征在于焊接面與鋼軌上下垂直方向呈P角，P角取值為40。至65° 。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特征在于悍接面與鋼軌上下垂直方向呈P角，P角取值為30。。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特征在于焊接面與鋼軌上下垂直方向呈e角，3角取值為45°至65° 。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，其 特征在于焊接面與鋼軌上下垂直方向呈P角，P角取值為50。至70° 。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭， 其特征在于垂直于鋼軌縱向X的平面變?yōu)榕c縱向X成CL角的斜面情況下， 又將平行于鋼軌垂向Z的平面變?yōu)榕cZ成3角的斜面。
全文摘要
一種受力狀態(tài)和平順性好的鋼軌斜面焊接接頭，涉及鐵路建設(shè)的鋼軌焊接技術(shù)領(lǐng)域，是把已有鋼軌焊接面為垂直于鋼軌縱向的平面改為與鋼軌縱向成α角的斜面，同時把已有鋼軌焊接面為平行于垂直鋼軌方向的平面，改為與鋼軌垂直方向成β角的斜面。這便改善了焊縫的受力狀態(tài)，減緩了車輪通過鋼軌作用于焊縫的剪切力和因溫度下降鋼軌因收縮作用于焊縫的拉力。由于焊縫為斜縫，便減緩了車輪通過焊縫時的上下顛簸和左右搖擺，同時增加了焊縫的長度或焊接面的面積，相應(yīng)的降低了對焊接質(zhì)量的過高要求。按照本發(fā)明具體實施，無需對路基、道床、軌枕和扣件等進(jìn)行改變，這便提高了鋼軌鋪設(shè)的效率和焊縫承載能力，降低了鐵路建設(shè)的成本。
文檔編號E01B11/00GK101122110SQ20071005601
公開日2008年2月13日 申請日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月30日
發(fā)明者宋玉泉, 張曙光, 駱武偉 申請人:宋玉泉