專利名稱：一種具有較小的空氣傳播噪音的鐵軌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由型材制成的路軌，特別是一種在機(jī)車行駛時具有較小的空氣傳播噪音的鐵軌。該鐵軌包括一個帶有一支撐面的軌底，一個軌腹以及一個帶有一承載面的軌頭。該鋼軌的軌高、最好是軌頭寬、特別是相對重心軸的慣性矩及阻力矩基本上等于具有相同負(fù)載能力的普通的標(biāo)準(zhǔn)型材鐵軌。
路軌是由軋制成型的鋼條制成。其用于鋪設(shè)機(jī)車軌道、特別是鐵軌。在鐵軌上可以進(jìn)行較經(jīng)濟(jì)的貨物運(yùn)輸。其中，金屬的、特別是鋼制的車輪或帶有一個鋼材表面的車輪在鋼軌上作為軌頭的部件的承載面上滾動。在與軌頭相對的一側(cè)、有一個通過軌腹與軌頭相連的軌底。該軌底通過其支撐面與路基相連。
隨著鐵路系統(tǒng)的發(fā)展，人們已經(jīng)將對應(yīng)于不同的負(fù)載要求和使用要求的鋼軌的斷面形狀按其功能進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。在歐洲經(jīng)常用在鐵軌上的一種標(biāo)準(zhǔn)型材是UIC60。其重量約為60kg/m，其尺寸公差較小。例如，軌高公差為±0.6mm、軌頭寬公差為±0.5mm。鋼軌具有較小的尺寸公差對于具有精確的幾何尺寸的鐵軌特別重要。它可以保證機(jī)車在不犧牲乘坐舒適性及不產(chǎn)生大的動載荷的前提下提高其車速。為減少磨擦，人們已經(jīng)在鋼軌上制出或使用一個具有較高的材料硬度的軌頭。
盡管人們已經(jīng)提高了鋼軌的尺寸精度、改善了其承載面或行駛面的質(zhì)量及平面度，但在車輛行駛時仍然會產(chǎn)生擺振及由此引起的空氣傳播噪音。特別是在高速行駛時這種噪音較大從而會給環(huán)境造成較大的噪音污染。人們還發(fā)現(xiàn)，通過鋼軌表面產(chǎn)生的空氣傳播噪音會引起機(jī)車行駛噪音的進(jìn)一步提高。
人們已經(jīng)試圖通過在鋼軌表面設(shè)置隔音層來降低其產(chǎn)生的空氣傳播噪音強(qiáng)度。
如DE-A-4225581或AT-AS652/90中所公開的，由某種減震材料構(gòu)成的涂敷層只能部分解決上述問題。其同時會引起材料消耗、妨礙鋼軌在鐵道上的可視性并且其本身可能因采用諸如增強(qiáng)聚合物等材料對環(huán)境產(chǎn)生污染。此外，在DE-OS4411833中還公開了若干方案，其通過在固定元件中增加彈性件將擺振傳遞到路基上并由此減小鋼軌產(chǎn)生的空氣傳播噪音。
迄今為止，人們提出的各種用于降低鋼軌或鐵道設(shè)施產(chǎn)生的空氣傳播噪音的設(shè)備及方案都具有一個共同的缺陷，即功能小或消耗大或二者兼有并且會大大減小鋼軌擺振的傳遞效果。
因此，本發(fā)明的目的在于減小或消除鋼軌在車輛行駛時、特別是高速行駛時產(chǎn)生的擺振，從而減小空氣傳播噪音程度及對環(huán)境的噪音污染。本發(fā)明的目的是通過減少固體、特別是鋼軌本身的、可產(chǎn)生空氣傳播噪音的擺振，從而用一種簡單的方法降低噪音傳播度及對環(huán)境的污染。
本發(fā)明的目的、特別是上述目的是通過該方案實現(xiàn)的，其采用一個如本申請開始就提及的型材路軌，其至少在軌腹一個側(cè)面上至少在其下部、即在由軌底向軌腹側(cè)面過渡的過渡線與鋼軌截面重心軸之間的區(qū)域內(nèi)形成一個基本上無拐點或無彎折區(qū)的凹曲部以及/或者采用比標(biāo)準(zhǔn)型材鋼軌大的軌底高度。
一種令人驚奇的現(xiàn)象是，并不象專業(yè)界通常認(rèn)為的那樣，即軌頭與軌底之間的軌腹會象一個膜片一樣擺動從而產(chǎn)生大量的被傳播的噪音。更確切地說是軌頭、特別是軌底具有較高的固體傳播噪音度，因而對整個噪音傳播水平具有較大的影響，因而成為影響環(huán)境噪音污染的主要因素。沿軌底縱向、例如沿軌底翼緣產(chǎn)生波形擺振、特別是在與頻率有關(guān)的高速行駛中產(chǎn)生的強(qiáng)烈擺振是因何原因引起的，在科學(xué)上尚無結(jié)論。但已被認(rèn)為，表面的拐點或彎折區(qū)或截面厚度的不連續(xù)變換表示著震動節(jié)點或應(yīng)力點，由此可增大或容許型材部件、如軌底的翼緣的振動。本發(fā)明將通過增大軌底的高度并且/或者通過從軌底到軌腹側(cè)面的無拐點或無彎折區(qū)的過渡來減小由軌底表面向周圍、特別是向路基傳播的空氣傳播噪音。
若型材截面相對于其垂直軸線為對稱形，則可進(jìn)一步減小型鋼的局部振動節(jié)點，從而選一步降低噪音的傳播。
若采用一種下面將敘述的最佳方案、即位于軌底過渡線與軌頭過渡線(即軌頭的側(cè)面向軌腹側(cè)面過渡時形成的過渡線)之間的軌腹側(cè)面的上部及下部在鋼軌的截面上形成基本上無拐點或無彎折區(qū)的圓弧狀凹陷區(qū)，則可進(jìn)一步減小擺振、特別是在型材件中產(chǎn)生的、可引發(fā)空氣傳播噪音的擺振。
若鋼軌截面采用這種形狀，即使軌腹側(cè)面的上部和下部由一段圓形和/或一段橢圓形曲線構(gòu)成，而其中間區(qū)域最好是一段沿其切線延伸的直線段，重心軸通過該中間段延伸，則可進(jìn)一步有利于制造工藝、即軋制工藝并可減小重量及減小空氣傳播噪音的傳播。其中以軌腹的最小厚度等于或大于標(biāo)準(zhǔn)鋼軌上的相應(yīng)的厚度為宜。
一種可以在低的空氣傳播噪音水平下獲得較高的鋼軌承載能力的最佳實施例是，重心軸與軌底上的支撐面之間的距離為鋼軌高度(A)的0.5至0.38，最好是0.47至0.41倍。
一種可進(jìn)一步抑制或減小軌底邊緣的外部件的振動敏感性的簡單方案是，與標(biāo)準(zhǔn)型材鋼軌相比，軌底具有較小的寬度和/或較大的高度。
作為一種最佳方案，本發(fā)明軌頭、特別是包括承載面的軌頭具有較高的材料硬度(其本身是已知的)，這樣可明顯減小在標(biāo)準(zhǔn)型材中較大的噪音傳播水平。其中，若軌底、特別是鋼軌上包括支撐面并相對于軸線基本對稱的中間區(qū)域也采用較高的材料硬度，則可獲得一種具有特別穩(wěn)定的、最好的使用性能的實施方案。
以下將借助于附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的實施例及由此得到的研究結(jié)果。其中

圖1為標(biāo)準(zhǔn)鋼軌UIC60的截面圖；圖2為本發(fā)明的、軌底得以增強(qiáng)的鋼軌的截面圖；圖3為鋼軌的截面圖，其中在軌腹側(cè)面靠近軌底側(cè)具有無拐點圓角；圖4為鋼軌的截面圖，其中軌腹側(cè)面全部采用圓角；圖5為鋼軌的固體傳播噪音水平及重量與截面形狀的關(guān)系圖。
圖1表示了一個標(biāo)準(zhǔn)鋼軌UIC60的截面。該鋼軌的總高A為172mm。其軌頭高，即由承載面41距軌腹側(cè)面31的過渡線34的距離為37.5mm.。軌底寬度B為150mm。重心軸X與軌底2上的支撐面21之間的距離S為80.95mm。
這樣一種重量或質(zhì)量為60.34Kg/m的標(biāo)準(zhǔn)鋼軌UIC60，在承載面41受到垂直于縱向延伸方向、沿豎直方向或水平方向產(chǎn)生的側(cè)面或者偏心激勵力時，將產(chǎn)生擺振脈沖并達(dá)到最大的固定傳播噪音水平及噪音傳播功率。在標(biāo)準(zhǔn)鋼軌上確定的值如圖5中的條形圖B所示，表示了UIC60的基本值，其結(jié)果值可用于同本發(fā)明鋼軌進(jìn)行比較。
圖2表示了本發(fā)明的鋼軌。該鋼軌相對于標(biāo)準(zhǔn)鋼軌UIC60具有增強(qiáng)的軌底2，即具有較大的軌底厚度H。由此使得在鋼軌總高A不變的前提下減小了由重心軸(X)至支撐面21的距離S。由圖5中的條形圖1可以看出，鋼軌的重量略有提高。從圖5中的條形圖1還可以看出，在受到相同激勵的前提下，該鋼軌與標(biāo)準(zhǔn)鋼軌相比，最大固體傳播噪音水平降低了，而且空氣傳播噪音水平有明顯的下降。
圖3表示了本發(fā)明的一種鋼軌型材，其中，軌底高度H與標(biāo)準(zhǔn)型材UIC60相同。位于靠近軌底的過渡線32與重心軸X之間的軌腹3側(cè)面31的下部31′構(gòu)成對稱的無拐點圓形圓角。如圖5中的條形圖2所示，采用該實施方案的鋼軌與標(biāo)準(zhǔn)鋼軌相比，在承受相同的脈沖激勵的前提下，固體傳播噪音水平明顯降低，且產(chǎn)生的噪音能量的總水平也下降1.05dB。其中，鋼軌的質(zhì)量(見圖5中下面的圖中的條形圖2)僅略有增加。
圖4表示了本發(fā)明的另一種鋼軌型材，其具有全圓角形連接板，即從靠近軌底的過渡線32至靠近軌頭的過渡線34具有無拐點的軌腹側(cè)面31，軌腹3在重心軸區(qū)域內(nèi)具有一段沿圓弧切線延伸的、與平面平行的中間區(qū)。盡管圖5中的下圖中條形圖3可以看出，軌腹3從軌頭4至軌底5的連續(xù)厚度變化使得鋼軌的質(zhì)量每米有提高，但從圖5的上圖中的條形圖3中可以看出，其最大的固體傳播噪音水平降低了一定的百分點并且所傳播的噪音總水平降低了約3.0dB。
與其他的標(biāo)準(zhǔn)鋼軌型材相比，具有本發(fā)明特征的鋼軌傳播噪音功率的總水平也同樣有明顯的下降。
權(quán)利要求
1.一種由型材制成的路軌(1)，特別是一種在機(jī)車行駛時具有較小的空氣傳播噪音的鐵軌，該鐵軌包括一個帶有一支撐面(21)的軌底(2)，一個軌腹(3)以及一個帶有一承載面(41)及軌高為(A)和有一軌頭寬度的軌頭(4)，特別是其相對重心軸的慣性矩及阻力矩基本上等于具有相同負(fù)載能力的普通的標(biāo)準(zhǔn)型材鐵軌，其特征在于，至少在軌腹一個側(cè)面(31)上至少在其下部(31’)，即在由軌底(2)向軌腹側(cè)面(31)過渡的過渡線(32)與鋼軌(1)的截面重心軸(X)之間的區(qū)域內(nèi)形成一個基本上無拐點或無彎折區(qū)的凹曲部以及/或者采用比標(biāo)準(zhǔn)型材鋼軌大的軌底高度(H)。
2.如權(quán)利要求1所述的由型材制成的路軌，其特征在于，截面形狀對稱于高度方向的對稱線(Y)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的由型材制成的路軌，其特征在于，位于軌底過渡線(32)與軌頭過渡線(34)，即軌頭(4)的側(cè)面(42)向軌腹上側(cè)面(31′)過渡時形成的過渡線之間的軌腹(3)側(cè)面(31)的上部(31′)及下部(31″)在鋼軌(1)的截面上形成基本上無拐點或無彎折區(qū)的圓弧狀凹陷區(qū)。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的由型材制成的路軌，其特征在于，在鋼軌(1)的截面上，軌腹側(cè)面(31)由一段圓形和/或一段橢圓形的上部(31′)和下部(31＂)構(gòu)成，而其中間區(qū)域最好是一段沿其切線延伸的直線段，重心軸(X)通過該中間段延伸。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的由型材制成的路軌，其特征在于，重心軸(X)與軌底(2)上的支撐面(21)之間的距離(S)為鋼軌高度(A)的0.5至0.38，最好是0.47至0.41倍。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的由型材制成的路軌，其特征在于，與標(biāo)準(zhǔn)型材鋼軌相比，鋼軌(1)的軌底(2)具有較小的寬度(B)和/或較大的高度(H)。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的由型材制成的路軌，其特征在于，軌頭(4)、特別是鋼軌(1)上包括承載面(41)的區(qū)域材料硬度高于軌腹及軌底的硬度。
8.如權(quán)利要求1至7之一所述的由型材制成的路軌，其特征在于，軌底(2)、特別是鋼軌(1)上包括支撐面并相對于軸線(Y)基本對稱的中間區(qū)域的材料硬度高于軌腹的硬度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由型材制成的路軌,特別是一種在機(jī)車行駛時具有較小的空氣傳播噪音的鐵軌。為減少噪音傳播,至少在軌腹一個側(cè)面(31)上至少在其下部(31′),即在軌底(3)側(cè)的過渡線(32)與鋼軌截面重心軸(X)之間的區(qū)域內(nèi)形成一個基本上無拐點或無彎折區(qū)的凹曲部以及/或者在與標(biāo)準(zhǔn)型材鋼軌總高A相同的前提下采用比標(biāo)準(zhǔn)型材鋼軌大的軌底高度(H)。
文檔編號E01B5/02GK1183820SQ96193735
公開日1998年6月3日 申請日期1996年3月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月24日
發(fā)明者H·A·希弗爾 申請人:沃斯特-阿爾派因鋼軌有限公司