[发明专利]铁轨的起重装置、方法和设备

说明书

本发明涉及一种铁轨的起重装置、方法和设备。

有许多不同的方法将铁轨连接在一起形成铁路轨道。其中，一种方法是使用螺栓将铁轨连接形成轨道。这种形式的轨道，单根铁轨长度一般20米左右，铺设并固定到位。在英国，铁轨通常被固定于枕木上，而美国的铁轨用枕木或只用连接板来固定。当铁轨铺设好后，则由钢板(如鱼尾板或连接板)将他们一根根连接起来，形成轨道。

铁轨之间特意留有缝隙，即膨胀接头，允许铁轨在炎热的天气下热膨胀。另外，鱼尾板螺栓安装孔出于膨胀考虑一般为椭圆形。

如果缝隙保持得不够恰当，由于膨胀接头的存在，铁路轨道在火车行驶时就会产生颠簸、噪音和不适感；而且由于它太脆弱，因而不适合高速火车。

铁轨工业主要的轨道通常使用无缝焊接轨道(CWR)。这种轨道，铁轨被一根根地焊接在一起，形成连续轨道，长达数公里。这样可省去膨胀接头，而且铁轨也因为接头少而强度增加，可为高速行驶的火车提供一个平滑的行驶表面。因为它的高强度，使得火车可以在轨道上高速行驶且减小摩擦阻力。铺设焊接轨道比留有膨胀接头的铁轨费用更高，但是其后期的维修费用大大降低。

如上所述，铁轨具有热胀冷缩特性。而焊接铁轨的膨胀接头较少，因此在气温高时可能发生扭曲而导致火车脱轨。为补偿焊接铁轨的热膨胀，铁轨在铺设时被施加一定的应力。该过程通常是以压力方式，保证铁轨在高温时的膨胀程度不大。

施加在铁轨上用以产生应力的载荷应根据当地某一特定温度计算，铁轨在该温度时膨胀，抵消应力，直到应力为零。这个温度称为无应力温度(SFT)。该温度SFT在每个国家都不同，因地而异，在英国一般为27℃。

如图1A为铁轨应力拉紧方法的示意图。

两段铁轨10和20被铺设到数条枕木上，并在铁轨的两端截面之间留出计算好的膨胀间隙30。膨胀间隙根据无应力温度SFT和铁轨膨胀系数确定。图1A中的每段铁轨10、20长度为900米或其他长度，将铁轨10、20远离间隙30的两端40、50夹在20米以上的枕木上，也称作地锚。拉力机(一般为液压)置于铁轨的两个自由端60、70，使用大约60吨的拉力将两根铁轨互相对拉。拉力的大小取决于铁轨类型和现场条件。该拉力将铁轨10、20拉伸直到自由端60、70对接在一起。当自由端对接在一起后，将其进行焊接形成无缝焊接轨道。

如图1B为铁轨沿着未装夹长度方向在理想状态(实线)和实际状态(虚线)下延伸分布图。在理想状态下，铁轨沿未装夹方向均匀延伸；然而在实际状态下，由于铁轨和枕木之间存在摩擦力，大部分的延伸发生在靠近拉力施加点附件(起点为铁轨自由端)。这样将导致载荷集中在膨胀间隙附近，使铁轨在焊接处的应力过大，造成铁轨断裂。同时，在铁轨的另一端，靠近锚的附近应力不足，当气温高时会因热膨胀而导致铁轨变形。

为了减少摩擦力，目前的惯例是在铁轨拉伸时使用辊子，将棍子沿铁轨未装夹方向间隔布置。此外，如轨道有弯曲，应另外增加侧棍将铁轨正确定位，防止铁轨向曲率中心偏移。

实际操作时，首先使用起重器将铁轨吊起，将辊子插入铁轨底部，然后落下起重器。目前所使用的辊子为安装在扁形金属板上的简单装置。另外，也可以像法国那样，其辊子是数段布置在铁轨和混凝土轨枕顶部之间的钢条。

但是，以上所述的惯用方法也存在一些问题：

使用单独的起重器、辊子和侧辊很不方便，因而造成铁轨承受应力的过程耗时长，费用高。首先，除所要使用的单独设备外，还需要几个人协作完成铁轨的抬升、放置辊子和侧辊，以及铁轨降落等步骤。其中抬升沉重的铁轨和放置辊子都是很危险的操作，容易将手挤压。

虽然辊子对于减小摩擦有重要意义，可以防止铁轨因摩擦难以延伸，但是它们仍然对铁轨的自由移动形成阻力。辊子一般承受来自铁轨底面的压力。当铁轨在工作状态时，该铁轨底面通常与地面距离较近，易受侵蚀而产生碎片。辊子在这样的表面上滚动时工作状况不理想。

GB 2334692披露了一种铁轨起重工具。该工具的一端有一个手柄，另一端为装夹系统。使用时，夹子安装在一段铁轨的端部，然后提起手柄，夹子就会夹紧铁轨且不会松动。该工具使用时需要手动抬升铁轨，因此只能将很短长度的铁轨抬升有限的一段时间。另外，如上所述，由于该铁轨起重工具需要联合单独的辊子和测辊使用，因而使用时不方便。

US 1663061和GB 1035743披露了具有简单杠杆系统的铁轨起重工具，利用该工具可实现手动抬升铁轨。如上所述，该工具操作时也必须联合单独的辊子和测辊使用，由于使用独立的辊子和测辊使操作也不方便。