專利名稱：復(fù)合型鐵路道岔的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種鐵路道岔，特別是一種相對于高速機車，道岔的磨損和保養(yǎng)以及乘客的舒適，優(yōu)化幾何形狀的鐵路道岔。
150多年來人們一直使用尖軌傳轍器道岔使鐵路車輛從一條軌道轉(zhuǎn)轍至一分岔軌道。尖軌式轉(zhuǎn)轍器道岔包括一對引導(dǎo)機車車輛離開其原來線路的道岔尖軌，還包括引導(dǎo)機車車輛駛?cè)胄戮€路的曲導(dǎo)軌和允許外側(cè)輪繞過或穿過交叉鋼軌的轍叉。該道岔尖軌由標準鋼軌的直段制成，現(xiàn)在稱之為直線尖軌道岔。這些直線尖軌道岔經(jīng)濟實惠，使用輕巧，適于低速軌道，且當(dāng)今大多仍然使用著這種道岔。
大約40年前就發(fā)覺需要一種能提供安全速度更高和更加舒適的道岔。結(jié)果采用了曲線尖軌道岔。這些曲線道岔的半徑一般大于導(dǎo)軌曲線的半徑，相當(dāng)于過渡曲線或緩和曲線的半徑。而且道岔尖軌的進口角度減少了約一半。這樣，情況有了很大的改善，近幾年來在重型鐵路和普通運輸鐵路的設(shè)計中，為了追求高速度和舒適性，一般選用這些曲線尖軌道岔。這種類型的道岔已經(jīng)用在最近輕型鐵路運輸系統(tǒng)的建設(shè)之中。
而且，曲線道岔尖軌并非基本軌的切線，因輪緣與尖軌道岔相接觸突然向側(cè)面變換一新方向，從而產(chǎn)生了兩個麻煩的問題。對重貨運輸機來說很大的問題是道岔尖軌受到了嚴重的磨損，從而增加了保養(yǎng)費用，而且還限制了運輸速度，影響了運輸計劃，就運輸機務(wù)人員來說，對速度和計劃的限制影響也是很嚴重的，但更嚴重的是乘客有時候突然感受到劇烈的側(cè)向加速度。
在美國的兩件新事物的推動下，美國的鐵路設(shè)計者又求助于歐洲鐵路技術(shù)以解決上述兩個問題。這兩件新事物，一件是AMTRAK作出的著手發(fā)展高速列車設(shè)施的決定，另一件是要逐漸采用重型鐵路運輸系統(tǒng)如BART和MARTA。歐洲和日本已研制出速度很高的機車，如子彈頭火車和TGV，而且歐洲輕型鐵路系統(tǒng)被看作是新鐵路技術(shù)的發(fā)展起源。的確，歐洲鐵路實踐中的許多思想已經(jīng)或正在被美國接受。
新技術(shù)并不總是新的。它已經(jīng)在歐洲使用了一段時間，它對美國已不再是新的了。例如，可動或動點轍叉已在美國使用，它主要用在運輸系統(tǒng)，切線型道岔已用在起重機軌道和運輸系統(tǒng)中。在輕型鐵路設(shè)計者看來，歐洲道岔的許多性能都耗資昂貴，而且對現(xiàn)在使用的AREA20號道岔的行駛速度或額定速度增加很少甚至沒有增加。
在AREA標準道岔基礎(chǔ)上發(fā)展的特征是切線型道岔的應(yīng)用。然而，經(jīng)驗并不能支持高速的要求，這些要求的本質(zhì)是將20號道岔的尖軌角從0°27′減至0°。這樣做大大提高了通過通岔的行駛能力，在許多方面切線型道岔要優(yōu)于AREA道岔。然而考慮到輪緣與道岔尖軌接觸的實際關(guān)系，顯然0°道岔尖軌角是不必要也不需要。
輪緣在軌距線內(nèi)側(cè)從3/8英寸移至3/4英寸，直到它完全通過道岔尖端，才與道岔尖軌相接觸。這一點，我們稱之為有效進入點，切線型道岔已經(jīng)將有效進口角提高到0°21至0°27’。在設(shè)計具有最高速度和舒適性的鐵路道岔時，有效前伸角應(yīng)最小且道岔曲線半徑應(yīng)最大。
在認識到這個事實的基礎(chǔ)上提出了割線型道岔。除了尖軌的半徑與導(dǎo)軌曲線的相同外，該割線型道岔與AREA的幾何尺寸是相似的。為了比較這兩種幾何尺寸，下表給出了標準AREA20號道岔與最佳，切線型道岔和割線型道岔的參數(shù)比較。所述切線型道岔和割線型道岔可制作成與20號道岔具有相同的導(dǎo)程。
AREA 切線型割線型尖軌角0°27′19″0°0′00″ 0°04′37″進口角度 0°32′17″0°20′05″ 0°20′05″導(dǎo)軌半徑 3333.362444.22 2581.37尖軌長度 39′-0″48′-6″導(dǎo)程 156′-0″156′-0″ 156′-0″當(dāng)切線型道岔的進口角度小于AREA道岔的前伸角時，它有三個主要缺陷。尖軌越長，導(dǎo)軌半徑越陡，尖軌呈切口狀因此薄弱易損。割線型道岔，具有相同的導(dǎo)程長度，且優(yōu)于切線型道岔。盡管進口角度相同，但尖軌更短，導(dǎo)軌半徑更大(盡管與AREA幾何尺寸相比非常小)且尖軌不易損壞。本發(fā)明簡介本發(fā)明通常涉及一種具有新穎幾何形狀特色的改進的鐵路道岔，它優(yōu)化了行駛磨損與保養(yǎng)性能，并考慮了成本和有效性。鐵路道岔的幾何形狀，這里稱之為復(fù)合型尖軌道岔，是建立在如下觀察的基礎(chǔ)上的即已有技術(shù)的道岔的頭幾英尺只有很小的作用，也應(yīng)該是直的。這種變化產(chǎn)生了一種道岔尖軌，這種尖軌的頭幾英尺是直的，其余的是彎的，而且與導(dǎo)軌曲線具有相同的半徑。使用上述相同的導(dǎo)距長度參數(shù)，本發(fā)明的復(fù)合型道岔具有下列特征復(fù)合型道岔尖軌角 0°20’05”進口角度0°20’05”導(dǎo)軌半徑2810.3尖軌長度45’-10”導(dǎo)距156’-0”很明顯，復(fù)合型道岔優(yōu)于割線型道岔就如同割線型道岔優(yōu)于切線型道岔一樣。它的進口角相同，曲率半徑明顯增大，而尖軌長度小于割線型道岔。
尤其是，當(dāng)應(yīng)用長導(dǎo)距時，復(fù)合型道岔的優(yōu)越性更突出。長導(dǎo)距會增加各種型式道岔的效率，但切線型和割線型道岔卻達到漸近極限，這也是他們的相同點。這個極限范圍，對于給定的相同的轍叉切線。是178’-9”。且在那一點進口角度是0°17”，半徑是3353英寸且尖軌長度是 這與切線型和割線型可伸展的距離一樣遠。
然而，復(fù)合型道岔可延伸至無窮長，且實際極點是由物力和財力限制確定的?？紤]到所有的因素，復(fù)合型道岔可設(shè)計成進口角度為0°11’，半徑為3332英尺，道岔尖軌長度為59英尺 英寸，導(dǎo)距為179英尺， 英寸。這種布置可使得輕型鐵路車輛以50英里/小時舒適地行駛，具有改進懸浮機構(gòu)的車輛可以55英里/小時速度通過道岔，貨車可以60英里/小時的速度通過道岔?？稍O(shè)計使用復(fù)合型道岔的其它布置，通過合理的規(guī)定，各種規(guī)格可以標準化。這里所述的關(guān)系對所有道岔角度、長度和軌距也適用。附圖簡要說明

圖1是典型的已有技術(shù)的鐵路道岔的平面圖，它顯示了主要的特點和定義參數(shù)。
圖2是已有技術(shù)的主要鐵路道岔的示意圖，強調(diào)不同的道岔尖軌輪廓。
圖3是進入鐵路道岔的機車車輛的沖擊角的示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明制造的20號道岔的示意圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明制造的伸展長度的20號道岔的示意圖。
圖6是已有技術(shù)的切線型和割線型鐵路道岔與本發(fā)明的復(fù)合型鐵路道岔比較的示意圖。最佳實施例說明本發(fā)明通常涉及一種具有新穎的幾何形狀的改進的鐵路道岔，它優(yōu)化了行駛、磨損與保養(yǎng)性能，考慮了成本和有效性。在描述本發(fā)明之前，有必要重新審視作對比的已有技術(shù)的鐵路道岔的外形，以便認識它們之間細微但卻很重要的差別和本發(fā)明的優(yōu)點。本發(fā)明可稱之為復(fù)合型尖軌式道岔。參考圖1，典型的已有技術(shù)的鐵路道岔，包括一對按標準軌距平行伸展的前伸鋼軌11和12，和一對布置成與前伸鋼軌斜交的互相平行的道岔鋼軌13和14。設(shè)置一對道岔尖軌16和17，用來引導(dǎo)鐵路車輛駛?cè)胍粚η鷮?dǎo)軌18和19上。轍叉21置于鋼軌段12、13和18的交匯點，它允許車輪從鋼軌18穿過鋼軌12移動至鋼軌13。道岔的尖軌長度是指從道岔尖軌的樞軸點至其尖端的距離，導(dǎo)距長度是指道岔尖軌的尖端至轍叉的距離。
參見圖3，車輪轉(zhuǎn)向架22必須從直軌11和12移到道岔尖軌16和17處。輪緣23在軌距線內(nèi)側(cè)從3/8英寸移至3/4英寸，直到輪緣完全通過道岔尖端才與道岔尖軌16接觸。車輪轉(zhuǎn)向架繼續(xù)作直線運動直至輪緣23碰撞道岔尖軌。在接觸的一剎那，邊緣23與尖軌確定了一沖擊角，該沖擊角決定了鐵路車輛受到的側(cè)向加速度，以及乘客在轉(zhuǎn)向時的舒適程度，以及岔道的磨損系數(shù)。沖擊角還是通過道岔的最大安全速度的限制因素。盡管道岔尖軌和直軌段以某個預(yù)定角度相交或可重疊成切線關(guān)系，然而根據(jù)輪緣與道岔尖軌的實際關(guān)系，實際沖擊角一般會不同。
如圖2所示，沖擊角等于道岔尖軌角的唯一道岔布置形式是直線型尖軌道岔。在直線型尖軌道岔中，道岔尖軌31是條直線并與曲導(dǎo)軌32的端部相切。在標準AREA20號是道岔布置方式中，道岔尖軌31以0°58’30”的角度伸展，這也是其車輪轉(zhuǎn)向架與道岔接觸時的沖擊角。這個沖擊角比較大，它確定了通過道岔的最高安全速度和使乘客不舒適的側(cè)向加速度。
為討論起見，20號道岔繼續(xù)用作對比的基準。然而，這里描述的關(guān)系對所有道岔角度，長度和軌距均適用。
為減少直線型尖軌道岔的大的沖擊角，引入了曲線型道岔尖軌。如圖2所示，道岔尖軌使用曲軌33并圓滑地過渡到曲導(dǎo)軌34。通常尖軌33的曲率半徑大于導(dǎo)軌34的曲率半徑。盡管在標準20號曲線型道岔布置中與進口鐵軌形成的尖軌角是0°27’19”，在尖軌33與進口鐵軌間的距離為0.5英寸處，實際沖擊角是0°32’17”。該距離是希望輪緣與道岔尖軌33碰撞的位置。沖擊角比直線型尖軌道岔的沖擊角要小，但仍然較大且限制了通過道岔的速度等等。
為了進一步減少曲線型道岔的沖擊角，引入了切線型道岔尖軌，參見附圖2，道岔尖軌36，沿與進口鐵軌相切的方向上延伸，且其曲率半徑通常等于導(dǎo)軌37的曲率半徑。這樣，道岔尖軌角是0°00’00”，然而，在標準20號切線型道岔尖軌的布置形式中，在道岔尖軌與進口鐵軌的間距為0.5英寸處，沖擊角是0°20’05”，如上所述，道岔尖軌的尖端的切線關(guān)系要求該尖端薄似刀口，因而該尖端薄弱易磨耗損壞。而且，在引導(dǎo)火車車輛行駛時，由于輪緣不能接觸尖軌的尖端，因而尖軌尖部頭幾英尺的鋼軌不受沖擊影響。
道岔的進一步發(fā)展產(chǎn)生了割線型道岔尖軌，如圖2所示，割線型道岔尖軌38的曲率半徑一般與曲導(dǎo)軌39的相同，但道岔尖軌角大于零度(例如對20號割線型道岔布置為0°04’36”)，以增加道岔尖軌尖端的厚度和強度。其沖擊角與切線型道岔尖軌布置形式的沖擊角-0°20’05”相同。然而，在引導(dǎo)火車車輛行駛時，由于輪緣不能接觸尖軌的尖端，因而尖軌尖部頭幾英尺的鋼軌不受沖擊影響。
本發(fā)明包括如上所述的在已有技術(shù)的鐵路道岔上進行改進后的一種鐵路道岔。如圖4所示，本發(fā)明為一種復(fù)合型尖軌道岔，其中道岔尖軌組合了曲線型、切線型和割線型道岔的優(yōu)點。這種復(fù)合型尖軌道岔包括一對可繞樞軸轉(zhuǎn)動的尖軌41和一對固定的曲導(dǎo)軌42。每個導(dǎo)軌42包括一鄰近端部43，該鄰近端部為一直線并與導(dǎo)軌的主要彎曲部分相切，端部43伸展至道岔的轍叉44內(nèi)。每個尖軌41包括一彎曲的鄰近部分47，該鄰近部分47的曲率半徑通常與導(dǎo)軌42的相同。尖軌41還包括成直線并與鄰近部47相切的末端部分46。每個尖軌41的鄰近部分47與末端部分46相連接的位置，被確定為沖擊點。該點位于輪緣第一次碰撞尖軌的位置，且直線部分46以一角度向進口鐵軌延伸。例如，在采用復(fù)合型尖軌的20號道岔中，道岔尖軌角是0°20’05”，沖擊角也是0°20’05”。尖軌長度是 ，導(dǎo)軌的半徑是2810.29英尺，導(dǎo)程是標準的156’-0.5″。
尖軌的直線末端部分46設(shè)有相當(dāng)堅硬的末端，而且減少了彎制無用的曲線端部的費用。其沖擊角與切線型或割線型20號鐵路道岔的相同。另外本發(fā)明的復(fù)合型道岔提供了可能最短的尖軌長度，在相同沖擊角的情況下比切線型布置更短。
圖6表示了本發(fā)明的復(fù)合型道岔與已有技術(shù)的割線型和切線型道岔的比較。它表明了本發(fā)明的復(fù)合型道岔的導(dǎo)軌曲率半徑最大，尖軌長度最小。
盡管本發(fā)明的復(fù)合型尖軌道岔提供一種在AREA20號形式中改進的優(yōu)選的鐵路道岔，其超出已有技術(shù)的優(yōu)點主要在于較長導(dǎo)程尺寸。圖5表示另一實例，其中與圖4相一致的部分通過向相應(yīng)數(shù)字標號右上角附加一短撇(’)表示。優(yōu)化復(fù)合幾何形狀導(dǎo)程長度約為179英尺，取進口角度(和沖擊角)約0°11’。這個小角度可允許機車高速通過道岔，這對現(xiàn)代高速鐵路已經(jīng)足夠。
No20復(fù)合道岔伸展的復(fù)合道岔尖軌角 0°20′05″ 0°11′00″進口角度0°20′05″ 0°11′00″導(dǎo)軌半徑2810.3英尺 3332英尺尖軌長度45′-10″ 59′-10″導(dǎo)距156-0″ 本發(fā)明的復(fù)合型道岔尖軌具有優(yōu)于已有技術(shù)的道岔的許多優(yōu)點簡要概括如下1、與進口鐵軌形成盡可能最小的分離角；2、盡可能量大的導(dǎo)軌曲線半徑；3、按照大導(dǎo)軌曲線半徑和小分離角，全道岔長度盡可能最短；4、盡可能最短的道岔尖軌；5、最堅硬的尖軌尖端，降低磨損和減小保養(yǎng)；6、獲得高性能的同時制造成本最低。
7、高性能的道岔的保養(yǎng)費用最低。
以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的最佳實施例，本發(fā)明并不僅限于所公開的部分，在不違背本發(fā)明精神與范圍的前提下，參考上述公開的內(nèi)容有可能作出許多修改與變化。所述的實例最能說明，本發(fā)明的原理和實用性，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以針對其它實例和修改利用本發(fā)明達到特定的預(yù)期目的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種尖軌式轉(zhuǎn)轍器鐵路道岔，包括一對導(dǎo)軌，每個導(dǎo)軌包括一基本彎曲部分和第一鄰近端部，該第一鄰近端部整體伸展并與所述基本彎曲部分相切；一對尖軌，所述尖軌可以分別繞樞軸軒動，它用來引導(dǎo)機車車輛從一對進口鐵軌轉(zhuǎn)向至上述導(dǎo)軌，每個所述尖軌包括第二鄰近端部，該第二鄰近端部伸展并與各導(dǎo)軌的各基本彎曲部分的尖端鄰接，所述第二鄰近端部是彎曲的；每個所述尖軌還包括一直線末端部分，所述直線末端部分整體伸展并與所述第二鄰近端部相切；每個所述尖軌的上述直線末端部分與各自的進口鐵軌限定了一道岔尖軌角；所述道岔尖軌角不為零。
2.一種尖軌式轉(zhuǎn)轍器鐵路道岔，包括一對導(dǎo)軌，每個導(dǎo)軌包括一基本彎曲部分和第一鄰近端部，該第一鄰近端部整體伸展并與所述基本彎曲部分相切；一對尖軌，所述尖軌可以分別繞樞軸轉(zhuǎn)動，它用來引導(dǎo)機車車輛從一對進口鐵軌轉(zhuǎn)向至所述導(dǎo)軌，每個所述尖軌包括第二鄰近端部，該第二鄰近端部伸展并與各導(dǎo)軌的各基本彎曲部分的尖端鄰接，所述第二鄰近端部是彎曲的；每個所述尖軌還包括一直線末端部，所述直線末端部整體伸展并與所述第二鄰近端部相切；每個所述尖軌的上述直線末端部分與各自的進口鐵軌限定了一道岔尖軌角；其中所述道岔尖軌角并非切向角且大于0°00’00”。
3.一種尖軌式轉(zhuǎn)轍器鐵路道岔，包括一對導(dǎo)軌，每個導(dǎo)軌包括一基本彎曲部分和第一鄰近端部，該第一鄰近端部整體伸展并與所述基本彎曲部分相切；一對尖軌，所述尖軌可以分別繞樞軸轉(zhuǎn)動，它用來引導(dǎo)機車車輛從一對進口鐵軌轉(zhuǎn)向至所述導(dǎo)軌，每個所述尖軌包括一第二鄰近端部，該第二鄰近端部伸展并與各導(dǎo)軌的各基本彎曲部分的尖端鄰接，所述第二鄰近端部是彎曲的；每個所述尖軌還包括一直線末端部分，所述直線末端部分整體伸展并與所述第二鄰近端部相切；每個所述尖軌的上述直線末端部分與各自的進口鐵軌限定了一道岔尖軌角；每個所述尖軌角包括一沖擊點，該沖擊點構(gòu)成機車車輛的輪緣預(yù)期的沖擊位置，所述沖擊點與所述第二鄰近端部和所述直線末端部分的接合位置相重疊。
4.如權(quán)利要求1所述的尖軌式轉(zhuǎn)轍器鐵路道岔，其特征在于每個所述的導(dǎo)軌的所述基本彎曲部分具有第一曲率半徑，所述第二鄰近端部具有第二曲率半徑，且所述第一和第二曲率半徑基本上相同。
5.如權(quán)利要求1所述的尖軌式轉(zhuǎn)轍器鐵路道岔，其特征在于所述鐵路道岔還包括一道岔轍叉，所述轍叉布置在一條進口鐵軌和其中一條導(dǎo)軌的接合處，它還包括其中一條導(dǎo)軌的第二直線端部分，該第二直線端部分延伸穿過所述道岔轍叉。
全文摘要
一種改進的尖軌式轉(zhuǎn)轍器道岔，所述道岔具有一復(fù)合尖軌(41)，它伸向一彎曲導(dǎo)軌(42)，所述彎曲導(dǎo)軌是線性的且與道岔轍叉(44)相切。道岔尖軌(41)包括與導(dǎo)軌(42)具有相同半徑的鄰近曲線部分(47)，和呈直線且與鄰近部(47)相切的末端部(46)，尖軌(41)的直線末端部分(46)提供了尖軌的進口角度，該進口角度與車輪轉(zhuǎn)向架碰撞岔道時的沖擊角相同，還包括盡可能最短的道岔尖軌長度和盡可能最大的導(dǎo)軌的曲率半徑。本發(fā)明能夠優(yōu)化沖擊角度和導(dǎo)軌(42)的沖擊角度，允許機車高速通過并能減少磨損，節(jié)省保養(yǎng)費用。
文檔編號E01B7/00GK1131446SQ9419343
公開日1996年9月18日 申請日期1994年8月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月17日
發(fā)明者羅伯特·埃·維洛 申請人:羅伯特·?！ぞS洛