РЕЛЬСОВОЕ СКРЕПЛЕНИЕ

Полезная модель относится к строительству железных дорог и может быть использована при оснащении скреплениями бесстыкового пути.
Известно рельсовое скрепление /1/, содержащее вкладыш, изолирующий рельс, прутковую пружинную клемму, имеющую три петли, заделанный в шпалу анкер для удержания клеммы, который в вертикальной стенке имеет отверстие для размещения участков клеммы, и подрельсовую прокладку. Эти признаки совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения. Петли клеммы в плане образуют букву "М". Элементы фиксации клеммы размещены на боковых поверхностях анкера. Прижатие рельса клеммой осуществляется через отдельный изолятор.
Недостатком рельсового скрепления является его недостаточная надежность из-за возможности сползания клеммы с рельса. Кроме того, скрепление не позволяет регулировать положение рельса по уровню и ширину колеи.
Известно рельсовое скрепление /2/, содержащее вкладыш, изолирующий рельс, прутковую пружинную клемму, имеющую три петли, две из которых сформованы возле концевых участков, направленных в одну сторону, а третья петля размещена на верхней наклонной поверхности вкладыша, заделанный в шпалу анкер для удержания клеммы, и подрельсовую прокладку. Эти признаки совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения. Анкер имеет два хвостовика, соединенные между собою. В полости анкера размещено устройство для нагружения клеммы с эксцентрично расположенным, поворачиваемым шестигранником.
Недостатком рельсового скрепления является его недостаточная надежность из-за низкой стойкости изолирующего вкладыша. Кроме того, скрепление не позволяет регулировать ширину рельсовой колеи и имеет металлоемкий литой хрупкий анкер.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является рельсовое скрепление /3/, содержащее вкладыш, изолирующий рельс, прутковую пружинную клемму, имеющую три петли, две из которых сформованы возле концевых участков, направленных в одну сторону, а третья петля размещена на верхней наклонной поверхности вкладыша, заделанный в шпалу анкер для удержания клеммы, который в вертикальной стенке имеет отверстие для размещения концевых участков клеммы, и подрельсовую прокладку. Эти признаки совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения. Верхняя наклонная поверхность изолирующего вкладыша выполнена параллельной поверхности, контактирующей с подошвой рельса. Зазор между частью нижней поверхности вкладыша, примыкающей к подошве рельса, и верхней поверхностью подрельсовой прокладки отсутствует.
Недостатком рельсового скрепления является его недостаточная надежность. Малая площадь опоры вкладыша на стенку анкера приводит к его износу от циклических боковых нагрузок в кривых участках пути и неустойчивому положению рельса.
В основу полезной модели поставлена задача в рельсовом скреплении путем новой формы выполнения деталей скрепления обеспечить увеличение его надежности.
Для решения указанной задачи рельсовое скрепление, содержит вкладыш, изолирующий рельс, прутковую пружинную клемму, имеющую три петли, две из которых сформованы возле концевых участков, направленных в одну сторону, а третья петля размещена на верхней наклонной поверхности вкладыша, заделанный в шпалу анкер для удержания клеммы, который в вертикальной стенке имеет отверстие для размещения концевых участков клеммы, и подрельсовую прокладку. В отличие от прототипа на верхней поверхности вкладыша выполнены два выступа, размещенные по разные стороны отверстия в стенке анкера и вплотную прилегающие к ней. Наклонная часть верхней поверхности вкладыша имеет угол наклона, больший, чем угол наклона поверхности вкладыша, контактирующей с подошвой рельса, на 2+20. Величина зазора между концевыми участками и третьей петлей клеммы в каждом из горизонтальных сечений в положении перед монтажом клеммы составляет 0,95+1,2
суммарной толщины стенки анкера и выступов на верхней поверхности вкладыша. Зазор между частью нижней поверхности вкладыша, примыкающей к подошве рельса, и верхней поверхностью подрельсовой прокладки составляет 0,1+0,4 высоты подошвы рельса, измеренной в точках пересечения продолжений вертикальной боковой поверхности подошвы с ее верхней наклонной и нижней горизонтальной поверхностями. На концевых участках клеммы выполнены углубления, взаимодействующие с верхней стенкой отверстия анкера. Ветви третьей петли клеммы выполнены сближающимися по мере удаления от ее части, размещенной на верхней наклонной поверхности вкладыша.
Вышеизложенные признаки заявляемой полезной модели обеспечивают получение технического результата, заключающегося в увеличении надежности рельсового скрепления.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой полезной моделью и достигаемым техническим результатом состоит в следующем.
Выполнение на верхней поверхности вкладыша двух выступов, размещенных по разные стороны отверстия в стенке анкера и вплотную прилегающих к ней, дает возможность увеличить площадь контакта вкладыша со стенкой анкера, не препятствуя размещению в его отверстии концевых участков клеммы, и повысить прочность вкладыша. При этом суммарная со всей площади опоры реакция на вкладыш со стороны анкера будет приложена выше края подошвы рельса, что при одинаковом опрокидывающем моменте, действующем на рельс, приведет к снижению указанной реакции и повышению надежности рельсового скрепления.
Выполнение наклонной части верхней поверхности вкладыша с углом наклона, большим, чем угол наклона поверхности вкладыша, контактирующей с подошвой рельса, на 2+20 позволяет перед монтажом клеммы иметь более низкое расположение ее концевых участков по отношению к отверстию в анкере при неизменной толщине концевого участка выступа вкладыша, опирающегося на подошву рельса, по сравнению с конструкцией, когда указанные выше углы наклона совпадают. Таким образом, при необходимом для монтажа клеммы исходном уровне расположения концевых участков клеммы по отношению к отверстию в анкере в предлагаемом скреплении можно использовать клемму с большим упругим ходом, имеющую большее возвышение концевых участков над плоскостью расположения третьей петли. Повышение упругости клеммы увеличит стабильность прижатия рельса и надежность рельсового скрепления.
Если разность угла наклона части верхней поверхности вкладыша, по которой перемещается клемма при закреплении, и угла наклона поверхности вкладыша, контактирующей с подошвой рельса, окажется меньше 2, то существенного увеличения упругого хода клеммы не произойдет. Если разность угла наклона части верхней поверхности вкладыша, по которой перемещается клемма при закреплении, и угла наклона поверхности вкладыша, контактирующей с подошвой рельса, окажется больше 20, то возрастет усилие перемещения клеммы из-за большого угла ее подъема при закреплении.
Выполнение величины зазора между концевыми участками и третьей петлей клеммы в каждом из горизонтальных сечений в положении перед монтажом клеммы в пределах 0,95+1,2 суммарной толщины стенки анкера и выступов на верхней поверхности вкладыша позволяет ориентировать клемму для закрепления в анкере без перекоса как ручным инструментом, так и механизировано перемещаемой по рельсам тележкой.
Если зазор между концевыми участками и третьей петлей клеммы в каждом из горизонтальных сечений в положении перед монтажом клеммы окажется меньше 0,95 суммарной толщины стенки анкера и выступов на верхней поверхности вкладыша, то потребуется большое усилие упругого отжатия концов клеммы для установки ее на анкер и вкладыш в положение перед закреплением. Если зазор между концевыми участками и третьей петлей клеммы в каждом из горизонтальных сечений в положении перед монтажом клеммы окажется больше 1,2 величины суммарной толщины стенки
анкера и выступов на верхней поверхности вкладыша, то в результате возможного перекоса клеммы перед монтажом потребуются дополнительные затраты времени на ее закрепление.
Выполнение зазора между частью нижней поверхности вкладыша, примыкающей к подошве рельса, и верхней поверхностью подрельсовой прокладки равным 0,1+0,4 высоты подошвы рельса, измеренной в точках пересечения продолжений вертикальной боковой поверхности подошвы с ее верхней наклонной и нижней горизонтальной поверхностями, дает возможность при осадке подрельсовой прокладки под действием рельса при поездной нагрузке перемещаться вкладышу вместе с подошвой рельса, не преодолевая сопротивление выступающей из под рельса подрельсовой прокладки, как в случае отсутствия зазора. Усилие прижатия рельса вкладышем уменьшится только на величину, связанную с уменьшением упругого хода клеммы на величину осадки рельса, что повысит надежность скрепления.
Если зазор между частью нижней поверхности вкладыша, примыкающей к подошве рельса, и верхней поверхностью подрельсовой прокладки окажется меньше 0,1 высоты подошвы рельса, то при нагружении рельса вкладыш упрется в выступающую из-под рельса прокладку и часть усилия прижатия вкладыша клеммой не передастся на подошву рельса. Если зазор между частью нижней поверхности вкладыша, примыкающей к подошве рельса, и верхней поверхностью подрельсовой прокладки окажется больше 0,4 высоты подошвы рельса, то из-за малой площади контакта края подошвы рельса со вкладышем произойдет его смятие под действием боковых нагрузок на рельс в кривых участках пути.
Выполнение на концевых участках клеммы углублений, взаимодействующих с верхней стенкой отверстия анкера, позволяет увеличить сопротивление сдвига клеммы с анкера при ее снятии. Снятие клеммы вручную возможно только с помощью специального инструмента, что дополнительно защищает скрепление от вандализма.
Выполнение ветвей третьей петли клеммы сближающимися по мере удаления от ее части, размещенной на верхней наклонной поверхности вкладыша, дает возможность увеличить длину контакта клеммы с вкладышем и снизить напряжения в месте контакта без увеличения длины анкера и той его части, где размещены пазы для фиксации клеммы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - общий вид рельсового скрепления, при этом слева клемма находится в положении перед монтажом, а справа - после монтажа; на фиг.2 - вид сверху на фиг.1;
на фиг.3 - схема нагружения вкладыша усилиями опрокидывания рельса.
Рельсовое скрепление содержит вкладыш 1, который изолирует рельс 2, прутковую пружинную клемму 3, заделанный в шпалу 4 анкер 5 для удержания клеммы и подрельсовую прокладку 6. Клемма имеет три петли 7, 8 и 9. Две петли 7 и 8 сформованы возле концевых участков 10 клеммы, направленных в одну сторону, а третья петля 9 размещена на верхней наклонной поверхности 11 вкладыша 1. Анкер 5 в вертикальной стенке 12 имеет отверстие 13 для размещения концевых участков 10 клеммы. На верхней поверхности 11 вкладыша 1 выполнены два выступа 14, размещенные по разные стороны отверстия 13 в стенке 12 анкера 5 и вплотную прилегающие к ней. Площадь контакта вкладыша со стенкой 12 анкера увеличивается на треть по сравнению со вкладышем без выступов. Из условия равенства изгибающих моментов от действующих на вкладыш усилий Р как реакции от стенки анкера, F - от клеммы, Q и Т - от подошвы рельса относительно точки О возможного поворота рельса при опрокидывании с увеличением расстояния "к" усилие Р снижается при неизменности остальных усилий. Снижение напряжений на вкладыше от усилия Р приведет к повышению на треть его стойкости, а, следовательно, и надежности рельсового скрепления. Наличие двух выступов на вкладыше позволяет также увеличить угол наклона части его верхней поверхности 11, по которой перемещается при закреплении клемма, по сравнению с углом наклона верхней поверхности рельса,
не уменьшая при этом площади контакта вкладыша с анкером. Кроме того, наличие двух выступов на вкладыше дает возможность устранить перекосы клеммы при ее центрировании в положении перед закреплением благодаря заполнению выступами 14 зазора между третьей петлей клеммы и ее концами 10, который имел бы место в случае отсутствия выступов 14.
Наклонная часть верхней поверхности 11 вкладыша имеет угол наклона "а", больший угла наклона "b" поверхности 15 вкладыша, контактирующей с подошвой рельса 2, на 2+20. В этом интервале значений разности указанных углов наклона для рельсов разной конструкции в рельсовом скреплении перед надвижением на рельс клемма опирается большой петлей на верхнюю наклонную поверхность вкладыша таким образом, что ее концевые участки находятся против скошенной части отверстия 14 в анкере. Но большая петля клеммы расположена на вкладыше ниже, чем если бы указанные выше углы наклона "а" и "b" совпадали. Благодаря этому концы клеммы можно выполнить возвышающимися над плоскостью ее большой петли в среднем на 2,6 мм и удается при надвижении клеммы на рельс увеличить упругий ход ее концевых участков с 17 до 19,6 мм. Величина 2,6 мм увеличения упругого хода клеммы при ее надвижении на рельс Р65 определяется как произведение хода надвижения, равного 25 мм, на тангенс оптимальной разности углов "а" и "b", равный 0,105. Пропорционально увеличению упругого хода клеммы усилие прижатия нею рельса к шпале увеличится на 15%. Увеличение усилия прижатия рельса к шпале во всем указанном интервале значений разности углов "а" и "b" повышает надежность скрепления.
Если угол "b" наклона верхней поверхности подошвы рельса Р65 по ГОСТ 8161 к горизонтальной опорной поверхности рельса составляет 13, то оптимальный угол "а" наклонной части верхней поверхности 11 вкладыша 1 составляет 19, т.е. больше угла "b" на 6. У остряковых рельсов по ГОСТ 17507 угол "b" составляет 10, а оптимальный угол "а" больше этого угла на 9. У рельсов по международному стандарту UIC 60 угол "b" составляет 4, а оптимальный угол "а" больше этого угла на 15. У рельсов по британскому стандарту BS 11 угол "b" составляет 5 40?, а оптимальный угол "а" больше этого угла на 13 20?. Таким образом, приведенные разные конструкции рельсов обуславливают увеличение оптимального угла "а" наклонной части верхней поверхности 11 вкладыша 1 по сравнению с углом "b" наклона верхней поверхности подошвы рельса на 6+15. Разница в значениях между этим оптимальным для разных конструкций рельсов интервалом и предлагаемым интервалом увеличения угла "а" по сравнению с углом "b" на 2+20 обусловлена сохранением в этом интервале технического эффекта повышения надежности рельсового скрепления, хотя и в меньшей степени, чем при указанных оптимальных значениях. Например, если для скрепления с рельсом Р65 при оптимальной разности углов "а" и "b", равной 6, усилие прижатия рельса клеммой увеличится на 15%, то при разности 2 всего на 5%. Достижение разности углов "а" и "b" меньше 2 нецелесообразно, так как увеличение усилия прижатия рельса клеммой становится меньшим 5% и сравнимым с колебаниями усилий прижатия рельса, вызванными допускаемыми отклонениями размеров деталей скреплений. Для скрепления с рельсом по международному стандарту UIC 60 при оптимальной разности углов "а" и "b", равной 15, усилие прижатия рельса клеммой увеличится на 15%, а при разности 20 усилие прижатия рельса клеммой увеличится на 27,5%. Однако усилие надвижения клеммы диаметром 16 мм на рельс ручным рычажным инструментом при разности углов "а" и "b", равном 20, также возрастет на 27,5% и составит около 350 Н. Такое усилие уже тяжело преодолеть при ручном закреплении клеммы. Дальнейшее увеличение разности углов "а" и "b" свыше 20 приведет к недопустимо большому усилию надвижения клеммы на рельс, которое невозможно осуществить вручную рычажным инструментом. Кроме того, от возникающих при этом больших деформациях клеммы, надвигаемой по вкладышу на рельс под большим углом, может быть превышен предел упругости клеммы, что приведет к ее недопустимым остаточным деформациям.
Величины зазора "в" между концевыми участками 10 и третьей петлей 9 клеммы в каждом из горизонтальных сечений Б-Б в положении перед монтажом клеммы составляют 0,95+1,2 от суммарной толщины "а" стенки 12 анкера и выступов 14 на верхней поверхности 11 вкладыша. Для клеммы диаметром 16 мм, анкера с толщиной стенки 12 мм и вкладыша с толщиной выступа на его верхней плоскости 5 мм оптимальный зазор "в" между концевыми участками 10 и третьей петлей 9 клеммы в
горизонтальном сечении, проходящем через указанную плоскость, в положении перед монтажом клеммы составляет 17 мм. При установке клеммы на вкладыш и анкер большая петля 9 клеммы прислоняется к выступу 14 вкладыша, а концы 10 клеммы касаются стенки 12 анкера против отверстия 13 в нем, что ориентирует клемму без перекоса в направлении ее надвижения на рельс и позволяет одним поворотным движением руки с помощью рычажного инструмента закрепить клемму в анкере. При этом малые петли 7 и 8 клеммы точно попадают в соответствующие им по конфигурации углубления в анкере 5. Быстрое и точное закрепление клеммы во всем указанном интервале значений величин зазора "в" повышает надежность рельсового скрепления.
Если величина зазора "в" между концевыми участками 10 и третьей петлей 9 клеммы в каждом из горизонтальных сечений Б-Б в положении перед монтажом клеммы составляет 0,95 от суммарной толщины "а" стенки 12 анкера и выступов 14 на верхней поверхности 11 вкладыша, то установка клеммы на вкладыш и анкер перед ее закреплением произойдет с упругим отжатием концов клеммы, составляющим 0,05а. При этом перекоса клеммы на анкере не произойдет, так как большая петля клеммы будет плотно прижата к ровной поверхности выступов 14 вкладыша. В рассматриваемом примере рельсового скрепления величина отжатия концов клеммы в направлении их продольных осей составит 0,85 мм, что еще позволяет по усилию отжатия надеть вручную клемму на анкер и вкладыш с таким натягом. При величине зазора "в", меньшей 0,95а, надеть вручную клемму на анкер и вкладыш становится невозможным из-за больших усилий.
Если величина зазора "в" между концевыми участками 10 и третьей петлей 9 клеммы в каждом из горизонтальных сечений Б-Б в положении перед монтажом клеммы составляет 1,2 от суммарной толщины "а" стенки 12 анкера и выступов 14 на верхней поверхности 11 вкладыша, то установка клеммы на вкладыш и анкер перед ее закреплением произойдет с зазором между петлей 9 и выступом 14 вкладыша, составляющим 0,2а, или 3,4 мм в рассматриваемом примере скрепления. При длине боковых поверхностей выступов вкладышей, обращенных к третьей петле 9 клеммы, равной 100 мм, угол возможного наибольшего перекоса клеммы на вкладыше перед монтажом составит 2. Такой угол перекоса клеммы еще может быть устранен двумя симметрично расположенными и контактирующими с внутренними криволинейными поверхностями третьей петли клеммы зубьями рычажного инструмента, центрируемого по верхней части анкера. Клемма будет симметрично сориентирована на анкере и вкладыше рычажным инструментом до закрепления на рельсе, и произойдет ее точное закрепление. При величине зазора "в", превышающей 1,2а, в результате большого зазора между большой петлей 9 клеммы и выступом 14 вкладыша клемма может перекоситься относительно оси симметрии анкера на угол больший 2, при котором устранить перекос клеммы рычажным инструментом затруднительно. Потребуются дополнительные затраты времени, чтобы точно установить петли 7 и 8 клеммы в углубления на анкере.
Зазор "с" между частью нижней поверхности 15 вкладыша, примыкающей к подошве рельса, и верхней поверхностью 16 подрельсовой прокладки 6 составляет 0,1+0,4 высоты "h" подошвы рельса, измеренной в точках пересечения продолжений вертикальной боковой поверхности подошвы 17 с ее верхней наклонной 15 и нижней горизонтальной 16 поверхностями. Для рельса Р65 с высотой "h" подошвы рельса, равной 11 мм, оптимальный зазор "с" составляет 3 мм. При этом при осадке рельса под нагрузкой поезда на 2 мм не произойдет касания нижней поверхностью вкладыша верхней поверхности резиновой прокладки и усилие прижатия рельса клеммой через вкладыш не уменьшится из-за отсутствия зазора.
На концевых участках 10 клеммы выполнены углубления 18 глубиной 1,5 мм, которые взаимодействуют с верхней стенкой 19 отверстия 13 анкера в положении окончательного монтажа, и для снятия клеммы с анкера путем ее деформации потребуется одновременно преодолеть не только усилие зацепления двух петель в пазах анкера, но и усилие зацепления концевых участков.
Ветви 20 третьей петли 9 клеммы 3 сближаются по мере удаления от ее части, размещенной на верхней наклонной поверхности 11 вкладыша. На всей длине ветвей
клеммы сближение составляет 9 мм, а длина контакта клеммы с вкладышем увеличивается на 10% без увеличения длины анкера.
Источники информации:
1.Патент Российской федерации 2125626, кл. Е 01 В 9/30, 27. 01. 1999.
2.Авторское свид. СССР 1401095, кл. Е 01 В 9/00, Бюллетень 21, 1988.
3.Патент Российской федерации 2255165, кл. Е 01 В 9/30, 09.10.2003 (прототип).