一種新型便梁扣件

阮強(qiáng) 陳根賢 俞峰

摘要：本文通過(guò)對(duì)既有便梁扣件存的絕緣性差，使用周期短及質(zhì)量重等問(wèn)題，研制出一種新型材料的便梁扣件暨高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料便梁扣件。高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料便梁扣件自重輕、絕緣性好、耐腐蝕老化等特點(diǎn)，解決了既有扣件的不足，更確保了既有線行車的安全。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；便梁扣件；絕緣性能

1 前言

便梁扣件，是一種安裝于鐵路軌道兩側(cè)鋼枕上的鋼軌定位組件，其作用是保持鋼軌的正確位置，防止鋼軌縱向和橫向的位移，起到了鎖定鋼軌，保證軌距的作用。

由于城市道路新建或改擴(kuò)的發(fā)展，受地形條件的限制，道路建設(shè)往往需要形成與既有鐵路線交叉（上跨或下穿），以便于鐵路兩側(cè)行人和車輛的通行。而在下穿既有鐵路線施工或?qū)扔袠蛄后w施工時(shí)，為保證鐵路線路正常運(yùn)行，便梁被廣泛用于對(duì)鐵路線路的加固措施。

2 既有便梁扣件的現(xiàn)狀分析

根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究顯示，既有便梁扣件主要存在以下三個(gè)問(wèn)題：

2.1絕緣性差

既有可調(diào)扣板和止動(dòng)墊圈采用的材料具有導(dǎo)電性。既有可調(diào)扣板（即便梁扣板）和止動(dòng)墊圈（即鎖緊壓塊）普遍采用可鍛鑄鐵制造。可鍛鑄鐵有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌度，可以部分代替碳鋼。可鍛鑄鐵還有較好的強(qiáng)度和塑性，特別是低溫沖擊性能較好，耐磨性和減振性優(yōu)于普通碳素鋼。但是可鍛鑄鐵有著金屬材料的共性：良好的導(dǎo)電性能。這一性能決定了可調(diào)扣板不絕緣，不可以與鋼軌直接接觸，需要在可調(diào)扣板和鋼軌之間添加絕緣性扣件來(lái)絕緣，保證軌道電路信號(hào)的正常暢通。

2.2 尼龍絕緣角使用周期短，需經(jīng)常更換

現(xiàn)在便梁上普遍采用在可調(diào)扣板和鋼軌間添加尼龍絕緣角來(lái)隔絕便梁和鋼軌的導(dǎo)電性。尼龍絕緣角采用尼龍材料制造而成，壓縮變形量大、干燥或低溫脆裂現(xiàn)象普遍。施工便梁上使用的尼龍絕緣角一般只能使用數(shù)月左右就需要更換，如不能及時(shí)更換就會(huì)導(dǎo)致軌道電路出現(xiàn)“紅光帶”問(wèn)題，影響列車的正常行駛。

2.3質(zhì)量重施工不便

可鍛鑄鐵的密度高約為7.2×103g/cm3，比重大，不利于施工安裝，造成施工效率低、養(yǎng)護(hù)不便等。

針對(duì)既有便梁扣件存在的不足，就需要研制出一種絕緣性好、自重輕、強(qiáng)度高、耐老化等功能的新型材料的扣件來(lái)解決上述問(wèn)題。而在2005年已有相關(guān)鐵路局通過(guò)研發(fā)的高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料制成的鐵路線路扣件上道使用，解決替代了原金屬扣件存在的不足之處，應(yīng)用至今效果良好。

3 高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料便梁扣件

3.1高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料

高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料是以有機(jī)高分子材料為基體、高性能連續(xù)纖維為增強(qiáng)材料，通過(guò)復(fù)合工藝制備而成，具有明顯優(yōu)于原成分性能的一種新型材料。高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料與常規(guī)鐵道扣件所用的金屬或尼龍材料相比，具有絕緣性好、自重輕、強(qiáng)度高、模量高、抗疲勞斷裂性能好、耐候、耐磨、耐腐蝕、減震及降噪等一系列優(yōu)點(diǎn)。

3.1.1自重輕，強(qiáng)度高

高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的相對(duì)密度在1.5～2.0之間，只有碳鋼的1/4～1/5，但是拉伸強(qiáng)度卻接近甚至超過(guò)碳素鋼，而強(qiáng)度可以與高級(jí)合金鋼相比。高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料與其他材料的力學(xué)性能比較。見(jiàn)表3-1

3.1.2 抗疲勞斷裂性能好

疲勞破損是材料在交變載荷作用下，由于微觀的裂縫的形成和擴(kuò)展而造成的低應(yīng)力破壞。復(fù)合材料的疲勞斷裂是從基體開(kāi)始，逐漸擴(kuò)展到纖維和基體界面上，沒(méi)有突發(fā)性的變化，因此，復(fù)合材料在破壞前有預(yù)兆，可以檢查和補(bǔ)救。

3.1.3耐老化、耐腐蝕、耐候性能好

高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料不導(dǎo)電，在電解質(zhì)溶液里不會(huì)由離子溶解出來(lái)，因而對(duì)大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽等介質(zhì)有著良好的化學(xué)穩(wěn)定性，特別在強(qiáng)的非氧化性酸和相當(dāng)廣泛的pH值范圍內(nèi)的介質(zhì)中有著良好的適應(yīng)性。樣品在化學(xué)工業(yè)合成材料老化質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心經(jīng)過(guò)6000小時(shí)人工加速氣候老化試驗(yàn)，1680小時(shí)濕熱老化試驗(yàn)，720小時(shí)耐腐蝕試驗(yàn)，其彎曲強(qiáng)度、壓縮性能都沒(méi)有明顯變化，性能保持良好。

3.1.4可設(shè)計(jì)性好、工藝性優(yōu)良

可根據(jù)產(chǎn)品的形狀、技術(shù)要求、用途及數(shù)量來(lái)靈活的選擇成型工藝；工藝簡(jiǎn)單，可以一次成型，尤其是對(duì)形狀復(fù)雜、不宜成型的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，其工藝更顯優(yōu)越。

3.2新型扣件設(shè)計(jì)與技術(shù)指標(biāo)

3.2.1新型扣件的形式設(shè)計(jì)

便梁扣件包括便梁扣板和鎖緊壓塊。根據(jù)施工便梁的布設(shè)受鐵路限界、既有線間距、曲線半徑等因素的影響，便梁扣件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖3-1，圖3-2。

3.2.1.1 便梁扣板形式尺寸

便梁扣板寬度A為138mm±1.5㎜；孔長(zhǎng)為110mm±1.5mm；一個(gè)外角為65?±1?；便梁扣板與鋼軌接觸面的平面度不大于0.5㎜。

3.2.1.1 鎖緊形式尺寸

鎖緊壓塊為菱形，寬度為70mm±1.5㎜；孔為Φ30mm±1.5mm；兩個(gè)銳角為65?±1?；鎖緊壓塊與便梁扣板的平面度不大于0.5㎜。

3.2.1新型扣件的技術(shù)指標(biāo)

高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料便梁扣件性能穩(wěn)定可靠，根據(jù)《玻璃纖維增強(qiáng)塑料壓縮性能試驗(yàn)方法》、《固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率試驗(yàn)方法》、《纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，便梁扣件的橫向力應(yīng)大于等于120KN，在受120KN壓力后便梁扣件不斷裂，齒條不破壞。見(jiàn)表3-2

3.3新型便梁扣件的創(chuàng)新點(diǎn)

3.3.1 便梁扣板的結(jié)構(gòu)獨(dú)出匠心

高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料便梁扣件將既有的可調(diào)式扣板和尼龍絕緣角整合成一個(gè)整體配件——高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料便梁扣板，采用這種二合一式的高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料便梁扣板減少了軌距的誤差，使用更方便、安全，加強(qiáng)了軌距的穩(wěn)定性，提高了整體的絕緣性能。

3.3.2 鎖緊壓塊的菱形設(shè)計(jì)

鎖緊壓塊不用于既有止動(dòng)墊圈的方形結(jié)構(gòu)，而是采用菱形設(shè)計(jì)，加大了鎖緊壓塊齒條與便梁扣板齒條相互間的接觸面積。

3.3.3 齒特點(diǎn)

高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料便梁扣件的齒寬度從既有止動(dòng)墊圈的3mm增加到了5mm，加大了齒條的深度和寬度，提高了齒的強(qiáng)度，使得齒條間的相互作用力更強(qiáng)，更牢固。

3.3.4 性能優(yōu)良

高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料便梁扣件采用高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料為原料制造而成，具有高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的一切優(yōu)良性能。

3.3.5 自重輕

高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料便梁扣件的制造材料采用具有自重輕的高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，替代了傳統(tǒng)的可鍛鑄鐵材料，減輕了扣件的重量，高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料便梁扣件的重量只有既有鑄鐵扣件的四分之一左右，便于運(yùn)輸、安裝、卸載和保管。

4 結(jié)語(yǔ)

高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料便梁扣件解決了傳統(tǒng)的鋼軌扣件與鋼枕之間聯(lián)接不牢固，電路絕緣不可靠的問(wèn)題。便梁扣件采用二合一式的整體結(jié)構(gòu)方式將現(xiàn)有的可調(diào)式扣板、尼龍絕緣角整合成一個(gè)整體配件。既起到了絕緣的作用，又可以調(diào)整軌距，傳遞鋼軌的橫向水平推力的作用。因高強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料性能優(yōu)良，可適用于各種地質(zhì)情況，不受地勢(shì)條件的限制，施工安裝方便，使用壽命更長(zhǎng)，用戶減少了使用成本、減少了施工維護(hù)作業(yè)，保證了軌道穩(wěn)定性，能夠確保既有線的行車安全，效果良好，具有經(jīng)濟(jì)和社會(huì)雙重效應(yīng)。此產(chǎn)品的研發(fā)，于2014年1月13日通過(guò)了上海鐵路局總工程師室的技術(shù)審查，得到了與會(huì)專家的普遍肯定。

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