[实用新型]低应力高阻尼铁路扣件弹条

说明书

本实用新型涉及一种低应力高阻尼铁路扣件弹条，该弹条为沿中心线方向为变截面的弹条，所述的弹条的变截面系数为1～3，即弹条最大截面面积与最小截面面积之比为1～3:1，与现有技术相比，本实用新型具有降低了现有弹条最大应力幅值，提高了弹条的安全系数等优点。

技术领域

本实用新型涉及一种铁路轨道技术，尤其是涉及一种低应力高阻尼铁路扣件弹条。

背景技术

铁路扣件弹条是使用最广泛的钢轨固定关键零件之一，扣件弹条不仅为轨道钢轨提供一定的扣压力和轨道纵向爬行阻力来保证车辆运行中钢轨的变形在其安全范围内，而且提供对钢轨在车辆车轮动载荷条件下产生的相对交变动态变形的疲劳寿命。现有铁路扣件弹条大多由等截面圆形弹簧钢制成，目前常用的弹条主要为“ω”形状弹条，“e”形状弹条及形状的FC快速弹等，弹条的设计一般为三点受力设计，即扣压点、支承点和约束点。根据虎克定律，弹条的扣压力是弹条的刚度与弹程的乘积，弹条的刚度则取决于弹条的材料、弹臂的等效长度及弹条截面。由于等截面设计弹条沿弹臂的应力呈不均匀分布，往往弹条在支承位置的应力较大；另外弹条结构本身的模态频率范围也在“车辆-轨道”激励频率范围内，由于弹条材料多选择低阻尼弹簧钢，弹条在使用过程中在“车辆-轨道”系统的高频激励条件下产生高幅值振动，特别在弹条高应力区域的共振模态频率附近会形成远远高于车轮通过频率的高频交变高应力，导致扣件弹条疲劳寿命大大缩短，在实际使用中出现了弹条疲劳断裂的情况，直接危害轨道交通运营安全及维护保养工作。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低应力高阻尼铁路扣件弹条。

在本实用新型中，首先设计了一种变截面的弹条结构，以此降低弹条支承区域的最大应力，同时考虑弹条制造工艺合理分布弹条沿弹臂的应力分布，同时充分发挥弹条不同区域的材料特性和作用，降低弹条材料成本，提出新的低应力弹条截面形状及沿弹臂的变化形状；采用复合截面设计同时满足低阻尼弹性层的弹条疲劳寿命要求和高结构阻尼的低共振响应要求，从而大大地提高扣件弹条疲劳寿命，解决弹条疲劳断裂问题。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种低应力高阻尼铁路扣件弹条，该弹条为沿中心线方向为变截面的弹条。所述的弹条的变截面系数为1～3，即弹条最大截面面积与最小截面面积之比为1～3:1。沿弹条中心线方向的变截面廓形是直线或波浪形，对应弹条在铁路轨道扣件安装及工作状态载荷条件下的应力在弹条不同位置均匀分布。所述的弹条包括弹趾，弹臂，弹跟和弹锁依次连接一体成型，其中弹跟处的截面面积大于弹趾和弹锁处的截面面积。

进一步地，所述的弹条为空心结构，形成弹条内腔。

进一步地，所述的弹条为中空的弹条母体弹性材料层，所述的弹条内腔是截面小于弹条母体弹性材料层的孔道，由此在弹条上形成了等截面或变截面的通孔或盲孔。

进一步地，所述的弹条内腔内设有阻尼弹性材料层，其内侧还设有约束质量层。

所述的阻尼弹性材料层的阻尼层弹性杨氏模量小于弹条母体弹性材料层的母体层弹性杨氏模量和约束质量层的约束层弹性杨氏模量。阻尼弹性材料层的阻尼层材料阻尼损耗因子大于弹条母体弹性材料层的母体层材料阻尼损耗因子和约束质量层的约束层材料阻尼损耗因子。

进一步地，阻尼弹性材料层和约束质量层组成多层复合体，该多层复合体为多阶“质量-弹簧”谐振阻尼系统，谐振频率范围为200-2000Hz。

所述的多层复合体是单层或多层的自由层或约束层，阻尼弹性材料层和约束质量层之间采用胶粘剂或硫化工艺或机械粘接复合成一体，或者采用流体形式灌注固化制成。

此外，所述的阻尼弹性材料层与约束质量层可为同一材料复合的颗粒状碰撞体，颗粒状碰撞体填入弹条母体弹性材料层的弹条内腔内，外侧有封口盖。