一种新型便梁扣件

阮强 陈根贤 俞峰

摘要：本文通过对既有便梁扣件存的绝缘性差，使用周期短及质量重等问题，研制出一种新型材料的便梁扣件暨高强树脂基复合材料便梁扣件。高强树脂基复合材料便梁扣件自重轻、绝缘性好、耐腐蚀老化等特点，解决了既有扣件的不足，更确保了既有线行车的安全。

关键词：复合材料；便梁扣件；绝缘性能

1 前言

便梁扣件，是一种安装于铁路轨道两侧钢枕上的钢轨定位组件，其作用是保持钢轨的正确位置，防止钢轨纵向和横向的位移，起到了锁定钢轨，保证轨距的作用。

由于城市道路新建或改扩的发展，受地形条件的限制，道路建设往往需要形成与既有铁路线交叉（上跨或下穿），以便于铁路两侧行人和车辆的通行。而在下穿既有铁路线施工或对既有桥梁体施工时，为保证铁路线路正常运行，便梁被广泛用于对铁路线路的加固措施。

2 既有便梁扣件的现状分析

根据相关调查研究显示，既有便梁扣件主要存在以下三个问题：

2.1绝缘性差

既有可调扣板和止动垫圈采用的材料具有导电性。既有可调扣板（即便梁扣板）和止动垫圈（即锁紧压块）普遍采用可锻铸铁制造。可锻铸铁有较高的强度、塑性和冲击韧度，可以部分代替碳钢。可锻铸铁还有较好的强度和塑性，特别是低温冲击性能较好，耐磨性和减振性优于普通碳素钢。但是可锻铸铁有着金属材料的共性：良好的导电性能。这一性能决定了可调扣板不绝缘，不可以与钢轨直接接触，需要在可调扣板和钢轨之间添加绝缘性扣件来绝缘，保证轨道电路信号的正常畅通。

2.2 尼龙绝缘角使用周期短，需经常更换

现在便梁上普遍采用在可调扣板和钢轨间添加尼龙绝缘角来隔绝便梁和钢轨的导电性。尼龙绝缘角采用尼龙材料制造而成，压缩变形量大、干燥或低温脆裂现象普遍。施工便梁上使用的尼龙绝缘角一般只能使用数月左右就需要更换，如不能及时更换就会导致轨道电路出现“红光带”问题，影响列车的正常行驶。

2.3质量重施工不便

可锻铸铁的密度高约为7.2×103g/cm3，比重大，不利于施工安装，造成施工效率低、养护不便等。

针对既有便梁扣件存在的不足，就需要研制出一种绝缘性好、自重轻、强度高、耐老化等功能的新型材料的扣件来解决上述问题。而在2005年已有相关铁路局通过研发的高强树脂基复合材料制成的铁路线路扣件上道使用，解决替代了原金属扣件存在的不足之处，应用至今效果良好。

3 高强树脂基复合材料便梁扣件

3.1高强树脂基复合材料

高强树脂基复合材料是以有机高分子材料为基体、高性能连续纤维为增强材料，通过复合工艺制备而成，具有明显优于原成分性能的一种新型材料。高强树脂基复合材料与常规铁道扣件所用的金属或尼龙材料相比，具有绝缘性好、自重轻、强度高、模量高、抗疲劳断裂性能好、耐候、耐磨、耐腐蚀、减震及降噪等一系列优点。

3.1.1自重轻，强度高

高强树脂基复合材料的相对密度在1.5～2.0之间，只有碳钢的1/4～1/5，但是拉伸强度却接近甚至超过碳素钢，而强度可以与高级合金钢相比。高强树脂基复合材料与其他材料的力学性能比较。见表3-1

3.1.2 抗疲劳断裂性能好

疲劳破损是材料在交变载荷作用下，由于微观的裂缝的形成和扩展而造成的低应力破坏。复合材料的疲劳断裂是从基体开始，逐渐扩展到纤维和基体界面上，没有突发性的变化，因此，复合材料在破坏前有预兆，可以检查和补救。

3.1.3耐老化、耐腐蚀、耐候性能好

高强树脂基复合材料不导电，在电解质溶液里不会由离子溶解出来，因而对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐等介质有着良好的化学稳定性，特别在强的非氧化性酸和相当广泛的pH值范围内的介质中有着良好的适应性。样品在化学工业合成材料老化质量监督检验中心经过6000小時人工加速气候老化试验，1680小时湿热老化试验，720小时耐腐蚀试验，其弯曲强度、压缩性能都没有明显变化，性能保持良好。

3.1.4可设计性好、工艺性优良

可根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活的选择成型工艺；工艺简单，可以一次成型，尤其是对形状复杂、不宜成型的产品来说，其工艺更显优越。

3.2新型扣件设计与技术指标

3.2.1新型扣件的形式设计

便梁扣件包括便梁扣板和锁紧压块。根据施工便梁的布设受铁路限界、既有线间距、曲线半径等因素的影响，便梁扣件的设计结构，见图3-1，图3-2。

3.2.1.1 便梁扣板形式尺寸

便梁扣板宽度A为138mm±1.5㎜；孔长为110mm±1.5mm；一个外角为65?±1?；便梁扣板与钢轨接触面的平面度不大于0.5㎜。

3.2.1.1 锁紧形式尺寸

锁紧压块为菱形，宽度为70mm±1.5㎜；孔为Φ30mm±1.5mm；两个锐角为65?±1?；锁紧压块与便梁扣板的平面度不大于0.5㎜。

3.2.1新型扣件的技术指标

高强树脂基复合材料便梁扣件性能稳定可靠，根据《玻璃纤维增强塑料压缩性能试验方法》、《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》、《纤维增强塑料弯曲性能试验方法》进行测试，便梁扣件的横向力应大于等于120KN，在受120KN压力后便梁扣件不断裂，齿条不破坏。见表3-2

3.3新型便梁扣件的创新点

3.3.1 便梁扣板的结构独出匠心

高强树脂基复合材料便梁扣件将既有的可调式扣板和尼龙绝缘角整合成一个整体配件——高强树脂基复合材料便梁扣板，采用这种二合一式的高强树脂基复合材料便梁扣板减少了轨距的误差，使用更方便、安全，加强了轨距的稳定性，提高了整体的绝缘性能。

3.3.2 锁紧压块的菱形设计

锁紧压块不用于既有止动垫圈的方形结构，而是采用菱形设计，加大了锁紧压块齿条与便梁扣板齿条相互间的接触面积。

3.3.3 齿特点

高强树脂基复合材料便梁扣件的齿宽度从既有止动垫圈的3mm增加到了5mm，加大了齿条的深度和宽度，提高了齿的强度，使得齿条间的相互作用力更强，更牢固。

3.3.4 性能优良

高强树脂基复合材料便梁扣件采用高强树脂基复合材料为原料制造而成，具有高强树脂基复合材料的一切优良性能。

3.3.5 自重轻

高强树脂基复合材料便梁扣件的制造材料采用具有自重轻的高强树脂基复合材料，替代了传统的可锻铸铁材料，减轻了扣件的重量，高强树脂基复合材料便梁扣件的重量只有既有铸铁扣件的四分之一左右，便于运输、安装、卸载和保管。

4 结语

高强树脂基复合材料便梁扣件解决了传统的钢轨扣件与钢枕之间联接不牢固，电路绝缘不可靠的问题。便梁扣件采用二合一式的整体结构方式将现有的可调式扣板、尼龙绝缘角整合成一个整体配件。既起到了绝缘的作用，又可以调整轨距，传递钢轨的横向水平推力的作用。因高强树脂基复合材料性能优良，可适用于各种地质情况，不受地势条件的限制，施工安装方便，使用寿命更长，用户减少了使用成本、减少了施工维护作业，保证了轨道稳定性，能够确保既有线的行车安全，效果良好，具有经济和社会双重效应。此产品的研发，于2014年1月13日通过了上海铁路局总工程师室的技术审查，得到了与会专家的普遍肯定。

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