混凝土轨枕及其生产方法
专利汇可以提供混凝土轨枕及其生产方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 混凝土 轨枕 及其生产方法，该轨枕适合重载及提速后 铁 路标准线路用轨枕，以及半径在500m－1200m的曲线和直线的山区铁路线路使用。本发明的轨枕挡肩结构，其挡肩混凝土加高，轨距 挡板 加厚， 橡胶 垫板加厚，轨枕内按竖向错开排列方式布置有螺旋肋 钢 筋，在挡肩端部 位置 配置剪 力 筋。有益效果是：提高挡肩强度，改变横向作用力在挡肩上的传递方向，增大受力面积，理论及实验均证明了可提高挡肩极限承载能力一倍以上，有效地解决了混凝土挡肩易破损的问题；同时解决了轨距挡板座沿挡肩上爬、下串的问题；提高轨下及枕中截面的静载力，防止产生沿 钢筋 的竖向裂纹，有效地增强轨枕的抗疲劳能力及后期强度。，下面是混凝土轨枕及其生产方法专利的具体信息内容。
1.一种混凝土轨枕，包括螺纹道钉结构、配筋、扣件及轨距调整、高低 调整，其特征在于：挡肩混凝土加高，轨距挡板加厚，橡胶垫板加厚，混凝 土轨枕内按竖向错开排列方式布置有螺旋肋钢筋，在挡肩端部位置配置剪力 筋，挡板座与混凝土轨枕挡肩两端沟槽吻合，轨距挡板与挡板座密贴。
2.根据权利要求1所述的混凝土轨枕，其特征在于：采用直坡沟槽结构的 挡肩在正立面的投影由一斜线、一竖直线和一圆弧线组成，呈T形挡板座。
3.根据权利要求2所述的混凝土轨枕，其特征在于：挡肩在正立面的投影 的斜线长为17.5mm，竖直线长为30mm，承轨槽端部沟深为8mm，宽为18mm。
4.根据权利要求2所述的混凝土轨枕，其特征在于：在挡肩端部位置配置 的剪力筋呈U型，其两端具有180°的弯沟。
5.根据权利要求2所述的混凝土轨枕，其特征在于：轨距调整量为-4- +8mm，钢轨左右轨距挡板座可以换用，调高量为-7-+7mm，道钉采用螺纹道 钉，螺栓长度增加8mm。
6.根据权利要求1所述的混凝土轨枕，其特征在于：采用圆弧挡肩结构， 其挡肩坡度从60度增加到70度，挡板座与轨枕接触处采用圆弧过渡，挡板座 为弧形挡板座。
7.根据权利要求1所述的混凝土轨枕，其特征在于：采用斜坡沟槽挡肩结 构，其挡肩坡度从60度增加到70度，在承轨槽的端部设一圆弧槽，圆弧半径 为12mm，挡板座为瓢形挡板座。
8.一种实施权利要求1所述混凝土轨枕的生产方法，该生产方法采取机组 流水线作业，其工艺流程包括一般工序、特殊工序和关键工序，一般工序： 钢丝定长下料、编组及镦头、配件的安放、混凝土的浇灌；特殊工序：砼搅 拌、钢丝张拉、振动成型、蒸汽养护；关键工序：轨枕脱模；其中
所述特殊工序
①砼搅拌：采用强制式搅拌机，混凝土强度等级为C60，其水泥用量不超 过500kg/m3，混凝土净搅拌时间为120-150秒，确保搅拌均匀，稠度的增实因 数JC应控制在1.400-1.305之间，
②钢丝张拉：采用Φ6.25mm钢丝，张拉时钢丝受力应均匀，采用自动张 拉和手动张拉，自动张拉的张拉程序为：0→100KN→N(持荷1min)→锁紧螺 帽；手动张拉的张拉程序为：0→5Mpa→σk(张拉控制应力)持荷1min→补 拉至σk→及时用手锤敲紧锁紧螺母；
③振动成型：轨枕成型作业是在保证混凝土振动密实和轨枕底部花纹符 合图纸要求的振动台上进行的，普振时间不少于2min，加压振动时间不少于 1min，加压振动的压力不小于3000Pa，以确保砼振动密实及压花清晰；
④蒸汽养护：轨枕采用蒸汽养护时，要保证混凝土达到一定强度，避免 升温时破坏混凝土结构，一般为水泥初凝终了，静停时间不少于2h升温速度 不大于20℃/h，蒸汽养护温度不大于60℃，并要求有一定的停汽降温时间， 降温速度不大于20℃/h，出坑前的轨枕表面与坑外环境温度差不大于20℃；
所述关键工序：轨枕脱模
轨枕的生产模具采用铁轨槽块与铁轨槽板组合承轨槽模具，或采用橡胶 轨槽块与铁轨槽板组合承轨槽模具，脱模后按规定保湿养护完成后出轨枕成 品。
9.根据权利要求8所述混凝土轨枕的生产方法，其特征在于：所述采用铁 轨槽块与铁轨槽板组合的承轨槽模具，铁轨槽块与铁轨槽板之间设置小于或 等于84度的脱模角度，两端的联接螺栓通过钢模底板与铁轨槽块联接，并对 称切割预应力钢筋。
10.根据权利要求8所述混凝土轨枕的生产方法，其特征在于：所述采用 橡胶轨槽块与铁轨槽板组合的承轨槽模具，两端的各两只联接螺栓通过钢模 底板与橡胶轨槽块联接。
技术领域
本发明涉及铁路线路标准轨距用混凝土轨枕，适合重载和提速后铁路线 路标准轨距用，以及半径在500m-1200m的曲线和直线的山区铁路线路使用。
背景技术
发明内容
本发明采用直坡沟槽式挡肩形式，改变挡肩的受力情况，减少了轨距挡 板传递到挡肩的水平力，但是挡肩自身的抗剪能力没有提高，现有的各种混 凝土轨枕挡肩受力均为素挡肩受力。同理，采用直坡沟槽式挡肩形式后，带 来许多优点，但因原有的有挡肩轨枕其挡肩斜度为120度，产品生产过程脱模 较为容易。本发明的另外两种结构方案：圆弧挡肩结构和斜坡沟槽结构轨枕 的挡肩斜度均为70度，脱模也容易，而直坡沟槽挡肩斜度为90度，故脱模不 易，在工艺上如采用整体轨槽板，则预应力放张后，轨枕产生收缩变形，使 轨枕挡肩与轨槽板之间产生较大的压应力，导致这种混凝土轨枕的挡肩易被 推裂，另一方面因为挡肩与轨槽板之间有较大的压应力，使轨枕脱模时挡肩 与轨槽板之间有较大的摩擦阻力，致使仅靠轨枕自身重力不能从模型中脱出 来。
本发明的另一目的是实现上述设计方案，提供一种混凝土轨枕的生产方 法，解决了生产工艺中的脱模问题，生产出本发明的混凝土轨枕。
本发明的目的是通过下述的技术措施实现：
一种混凝土轨枕，包括螺纹道钉结构、配筋、扣件及轨距调整、高低调 整，即挡肩混凝土加高，轨距挡板加厚，橡胶垫板加厚，混凝土轨枕内按竖 向错开排列方式布置有螺旋肋钢筋，在挡肩端部位置配置剪力筋，挡板座与 混凝土轨枕挡肩两端沟槽吻合，轨距挡板与挡板座密贴。
采用直坡沟槽结构，挡肩在正立面的投影由一斜线、一竖直线和一圆弧 线组成，呈T形挡板座。
所述挡肩在正立面的投影的斜线长为17.5mm，竖直线长为30mm，承轨槽 端部沟深为8mm，宽为18mm。
所述在挡肩端部位置配置的剪力筋呈U型，其两端具有180°的弯沟。
所述轨距调整量为-4-+8mm，钢轨左右轨距挡板座可以换用，调高量为- 7-+7mm，道钉采用螺纹道钉，螺栓长度增加8mm。
采用圆弧挡肩结构，其挡肩坡度从60度增加到70度，挡板座与轨枕接触 处采用圆弧过渡，挡板座为弧形挡板座。
采用斜坡沟槽挡肩结构，其挡肩坡度从60度增加到70度，在承轨槽的端 部设一圆弧槽，圆弧半径为12mm，挡板座为瓢形挡板座。
本发明混凝土轨枕的生产方法采取机组流水线作业，其工艺流程包括一 般工序：钢丝定长下料、编组及镦头、配件的安放以及混凝土的浇灌；特殊 工序：砼搅拌、钢丝张拉、振动成型、蒸汽养护；关键工序：轨枕脱模。其 中
所述特殊工序
①砼搅拌：采用强制式搅拌机，混凝土强度等级为C60，其水泥用量不超 过500kg/m3，混凝土净搅拌时间为120-150秒，确保搅拌均匀，稠度的增实因 数JC应控制在1.400-1.305之间，材料计量误差：砂、石±2％，水泥、水、 减水剂±1％。
②钢丝张拉：采用Ф6.25mm钢丝，张拉时钢丝受力应均匀，可采用自动 张拉和手动张拉。自动张拉的张拉程序为：0→100KN→N(持荷1min)→锁紧 螺帽；手动张拉的张拉程序为：0→5Mpa→σk(张拉控制应力)持荷1min→ 补拉至σk→及时用手锤敲紧锁紧螺母。
③振动成型：轨枕成型作业是在能保证混凝土振动密实和轨枕底部花纹 符合图纸要求的振动台上进行的。普振时间不少于2min，加压振动时间不少 于1min，加压振动的压力不小于3000Pa，以确保砼振动密实及压花清晰。
④蒸汽养护：轨枕采用蒸汽养护时，要保证混凝土达到一定强度，避免 升温时破坏混凝土结构，一般为水泥初凝终了，静停时间不少于2h升温速度 不大于20℃/h，蒸汽养护温度不大于60℃，并要求有一定的停汽降温时间， 降温速度不大于20℃/h，出坑前的轨枕表面与坑外环境温度差不大于20℃。
所述关键工序：轨枕脱模
本混凝土轨枕的生产模具采用铁轨槽块与铁轨槽板组合承轨槽模具，或 采用橡胶轨槽块与铁轨槽板组合承轨槽模具，脱模后按规定保湿养护完成后 出轨枕成品。
所述混凝土轨枕的生产模具，是采用铁轨槽块与铁轨槽板组合的承轨槽模 具，铁轨槽块与铁轨槽板之间设置小于或等于84度的脱模角度，两端的联接 螺栓通过钢模底板与铁轨槽块联接，并对称切割预应力钢筋。
所述混凝土轨枕的生产模具，是采用橡胶轨槽块与铁轨槽板组合的承轨 槽模具，两端的各两只联接螺栓通过钢模底板与橡胶轨槽块联接。
所述模具特别适用于生产直坡沟槽挡肩结构轨枕，有效地解决了生产工 艺中的脱模问题。
本发明的有益的积极效果：轨枕挡肩加高，配置剪力筋，可有效地提高 挡肩强度，改变横向作用力在挡肩上的传递方向，增大受力面积，理论及实 验均证明了可提高挡肩极限承载能力一倍以上，有效地解决了混凝土挡肩易 破损的问题，同时解决了轨距挡板座沿挡肩上爬、下串的问题。配置14根螺 旋肋钢筋，并按竖向错开排列方式布置，可提高轨下及枕中截面的静载力， 防止产生沿钢筋的竖向裂纹，有效地增强轨枕的抗疲劳能力及后期强度。采 用铁轨槽块与铁轨槽板组合的承轨槽模具、或采用橡胶与铁轨槽板组合的承 槽模具，是轨枕生产技术上的一项革新，特别是有效地解决了直坡沟槽结构 脱模困难的问题。将轨距挡板圆弧降低，增大与轨距挡板座的接触面积，可 承受较大的横向推力，也同时解决了轨距挡板沿挡板座上爬的问题。总之由 于采取了本发明的技术措施，使轨枕整体强度得以加强，减少维修和破坏， 有较好的经济性和前瞻性。
附图说明
图1是原结构的轨距挡板座受横向力后上爬示意图。
图2是原结构的轨距挡板座受力后上爬对挡肩的影响示意图。
图3是本发明轨枕的直坡沟槽挡肩结构半剖视示意图。
图4是本发明轨枕与轨距挡板和挡板座组装示意图。
图5是本发明轨枕的配筋示意图。
图6是本发明轨枕的剪力筋布置示意图。
图7是本发明轨枕与轨距挡板和挡板座优选方案示意图。
图8是本发明轨枕的生产工艺流程图。
图9是本发明轨枕承轨槽模具的一种结构示意图。
图10是本发明轨枕承轨槽模具的另一种结构示意图。
图11是本发明轨枕的圆弧沟槽挡肩结构半剖视示意图。
图12是本发明轨枕的斜坡沟槽挡肩结构半剖视示意图。
具体实施方式
参见图11，圆弧沟槽挡肩结构：其挡肩坡度从60度增加到70度，挡板座6 与轨枕相接触处采用半径为20mm的圆弧过渡，挡板座6采用弧形挡板座、其厚 度根据组装要求增加，其它同上述直坡沟槽挡肩结构。该结构挡肩混凝土应 力较小，无明显应力集中现象，挡板座可以翻转使用，节约了挡板座的号码 配置。轨枕制造时技术要求不高，容易脱模。缺点是挡板座难以保持位置， 容易上下滑动，影响轨道几何行位的保持。为控制挡板座的滑动，可采用异 形轨距挡板，或改动挡板座结构，使其包住挡板。
参见图12，斜坡沟槽挡肩结构：其挡肩坡度从60度增加到70度，在承轨 槽的端部设一深为12mm的圆弧槽，圆弧半径为12mm，挡板座6采用瓢形挡板 座，挡板座的尺寸由安装条件决定，其它同上述直坡沟槽挡肩结构。该结构 的外形美观，轨枕制造时脱模容易，挡板座6基本没有左右滑动。缺点是圆弧 槽离螺纹道钉较近，给道钉周围螺旋钢筋的布置带来了困难，在最大动态竖 向力和最大横向力的联合作用下，在挡板座圆弧与直线倒角处的混凝土应力 偏大，同时挡板座的结构形式决定、不能翻转使用。
参照图3、图4和图7：挡板5仍采用Q235钢轧制而成，厚度均匀为8mm，为 提高其强度及防锈蚀能力，厚度增至10mm。其一端扣压着钢轨底部，另一端 以圆弧面支承在挡板座6中。当调整轨下垫层厚度时，轨距挡板5可在挡板座6 中转动一角度而与轨距挡板5座密贴。因弹条一侧扣压在轨底的挡板5肢上， 另一侧支承在挡板5圆弧内，受弹条宽度及挡板厚度的限制，挡板座6宽度可 变化量较小。这样轨枕挡肩结构及挡板尺寸决定了轨距挡板座6的大致形状。 轨距挡板座6材料选用了两种方案：改性尼龙和掺玻纤、纳米的增强增韧改性 尼龙。为此，还对本发明轨枕作了横向推力试验，结果表明：轨枕挡肩在承 受120kN横向作用力后，未出现裂缝，且不掉皮、掉块，其挡肩承载力较原III A型枕提高了一倍。采用改性尼龙与掺玻纤纳米后的增强增韧改性尼龙制造的 轨距挡板座6均可承受120kN的横向推力而不发生严重变形，不破裂，扣板未 上爬。根据与轨枕和轨距挡板尺寸相配合，设计了四种方案，最后选择第四 方案。为了使挡板5在挡板座6中转动后能密贴接触，并能有效地防止挡板5从 挡板座6中滑出，将左端圆弧降低4mm。这样轨距挡板5与轨底面间所形成的角 度由3°增至8°，左端圆弧采用近似半圆形，并设置4.5mm高的1∶9斜坡，与挡 板座6的接触面积增大。钢轨调低时，轨距挡板5可保持与挡板座6密贴，钢轨 调高7mm时，两者的间隙小于0.5mm，在轨距挡板座6压缩变形后，可形成较好 的密贴。为了便于调整轨距，轨距挡板5设计了(6)、(10)两种型号，轨 距挡板座6设计了(0)、(2)、(4)、(6)四种型号，相互配合，可得到 与现有II型弹条4相同的轨距调整量。轨距调整量为-4-+8mm，钢轨左右轨距 挡板座可以换用，调高量为-7-+7mm，道钉采用螺纹道钉，螺栓长度增加 8mm。
参照图5和图6：配筋设计的重点是预应力钢筋的设计，不再对箍筋另行 设计。选用14根Ф6.25mm高强度钢丝作为轨枕预应力钢筋，并按竖向错位排 列方式布置。可提高轨下及枕中截面的静载力，防止产生沿钢筋的竖向裂 纹，有效地增强轨枕的抗疲劳能力及后期强度。为了提高挡肩的强度，在挡 肩部位设置了Ф6mm的剪力筋9，即在轨枕两个承轨槽10外的挡肩端部位置配 置了两道剪力筋9，该剪力筋呈U型，其两端具有180°的弯沟，两个弯沟是悬挂 在主筋上用扎丝连接绑扎牢固并准确定位，与主筋为一体。经静载试验，本 配筋方案的最大拉应力为2.73Mpa，最大压应力为20.3Mpa，均在容许限度 内。高配筋率、低张拉应力是目前混凝土轨枕设计中的一个趋势，本发明枕 与原III型枕总张拉力均为420kN时，本发明枕中每根钢筋的平均张拉应力仅为 965.1Mpa，原III型枕中每根钢筋的平均张拉应力为1091.3Mpa，降低了 11.6％，这样每根钢筋周边混凝土的压力将会降低，有利于增强轨枕的抗疲劳 能力及后期强度，延长轨枕的使用寿命。作为技术储备，将总张拉应力提高 至450kN，这样本发明枕中每根钢筋的平均张拉应力仅为1034.0Mpa，较原III 型枕中每根钢筋的平均张拉应力降低了5.2％。经对新III型枕的静载试验 (450kN的总张拉力)，轨下截面静载力达到了268kN(较设计值提高了 27.6％)，枕中截面静载力达到了195kN(较设计值提高了14.7％)，比较有利 的是，这种配筋方式承载力的检测值波动较小，产品质量十分稳定。
参照图8：轨枕的生产采取机组流水线作业，其工艺流程包括一般工序： 钢丝定长下料、编组及镦头、配件的安放、混凝土的浇灌；特殊工序：砼搅 拌、钢丝张拉、振动成型、蒸汽养护；关键工序：轨枕脱模。特殊工序：① 砼搅拌，采用强制式搅拌机，混凝土强度等级为C60，其水泥用量不超过 500kg/m3，混凝土净搅拌时间为120-150秒，确保搅拌均匀，稠度的增实因数 JC应控制在1.400-1.305之间。材料计量误差：砂、石±2％，水泥、水、减 水剂±1％。②钢丝张拉，采用Ф6.25mm钢丝，张拉时钢丝受力应均匀。可采 用自动张拉和手动张拉。自动张拉的张拉程序为：0→100KN→N(持荷1min) →锁紧螺帽；手动张拉的张拉程序为：0→5Mpa→σk(张拉控制应力)持荷 1min→补拉至σk→及时用手锤敲紧锁紧螺母。③振动成型，轨枕成型作业是 在能保证混凝土振动密实和轨枕底部花纹符合图纸要求的振动台上进行的。 普振时间不少于2min，加压振动时间不少于1min，加压振动的压力不小于 3000Pa，以确保砼振动密实及压花清晰。④蒸汽养护，轨枕采用蒸汽养护 时，要保证混凝土达到一定强度，避免升温时破坏混凝土结构，一般为水泥 初凝终了，静停时间不少于2h升温速度不大于20℃/h，蒸汽养护温度不大于 60℃，并要求有一定的停汽降温时间，降温速度不大于20℃/h，出坑前的轨 枕表面与坑外环境温度差不大于20℃。关键工序：轨枕脱模，其脱模是经多 次试验研究才得以解决，在试验过程中发现，PVC高分子模具硬度对直坡沟槽 挡肩表面具有十分重要的影响，首先采用邵氏硬度为60-70度的PVC材料，脱 模后直坡沟槽挡肩表面不平整，随后将邵氏硬度提高到了90度，脱模后挡肩 和承轨槽表面的平整度可以得到保证。在批量生产过程中，又发现PVC高分子 材料的邵氏硬度会随着温度的增加而降低，在连续使用过程中，又会出现硬 度降低的现象，经过反复对比筛选，选用邵氏硬度为90度的橡胶与铁片组合 的承轨槽模具，又经试验后发现橡胶的硬度未发现变化，可以保证在连续生 产过程中轨枕表面的平整度，脱模率达100％。
参照图9、图10：其模具采用铁轨槽块与铁轨槽板组合承轨槽模具，铁轨 槽块13与铁轨槽板12之间设有α≤84°的脱模角度，两端的联接螺栓14通过钢 模底板11与铁轨槽块13联接；或采用橡胶轨槽块13’与铁轨槽板12’组合承轨槽 模具，两端的各两支联接螺栓14’通过钢模底板11’与橡胶轨槽块13’联接。脱模 后按TB10210的规定保湿养护三天出轨枕成品。混凝土轨枕产品的外观质量及 各部位尺寸质量均应达到设计要求，并作轨枕静载抗裂强度检验载荷值 (KN)及轨枕疲劳强度检验载荷值(KN)。所述机组设备及一般工艺流程， 除承轨槽组合模具外，均系现有技术。
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