ДЮБЕЛЬ КРЕПЕЖНОГО УЗЛА ПРОМЕЖУТОЧНОГО РЕЛЬСОВОГО СКРЕПЛЕНИЯ

Область техники
Полезная модель относится к конструкции верхнего строения железнодорожного пути, в частности к дюбелю, предназначенному для скрепления рельса с бетонной шпалой.
Уровень техники
Из уровня техники известен дюбель рельсового скрепления, содержащий участок с наружной и внутренней резьбой для соединения с крепежным элементом, верхний и нижний участки, последний из которых выполнен расширенным по отношению к верхнему участку и образован с наружной стороны конической частью, продолжением которой является цилиндрическая часть. Дюбель выполнен из полиамида, при этом наружная и внутренняя резьбы выполнены разнонаправленными (RU 135654 U1, Е01В 9/18, дата публикации 20.12.2013).
Недостаток такого дюбеля заключается в выполнении нижнего участка широким, что обеспечивает высокую концентрацию напряжений в шпале, возникающих при сборке и эксплуатации рельсового скрепления. Такое выполнение затрудняет осуществление монтажа и демонтажа дюбеля при возникновении необходимости проведения ремонта шпалы.
Известен дюбель крепежного узла рельсового скрепления, состоящий из одной цилиндрической части и одной конической части с внутренней и наружной резьбой, при этом цилиндрическая часть имеет вдавленные углубления, выполненные, по крайней мере, в двух продольных плоскостях с противоположных сторон (RU 177455 U1, Е01В 9/14, дата публикации 21.02.2018).
Недостатком такого дюбеля является наличие углублений на цилиндрической части, снижающих прочность и долговечность дюбеля, а также то, что верхняя часть дюбеля не содержит ребер жесткости, что дополнительно снижает его прочность и повышает вероятность его выкручивания, поломки и разрушения.
В качестве наиболее близкого аналога принят дюбель крепежного узла промежуточного рельсового скрепления, содержащий участок с внутренней и наружной винтовыми поверхностями и верхний и нижний участки для закрепления узла промежуточного рельсового скрепления на шпале. Нижний участок выполнен в виде усеченного конуса, на наружной поверхности которого расположены ребра жесткости. Верхний участок состоит из двух частей - верхней части, имеющей форму цилиндра, и нижней части, имеющей форму усеченного конуса с ребрами жесткости на наружной поверхности, причем наружный диаметр верхней части больше наружного диаметра нижней части, а на внутренней поверхности верхней части верхнего участка выполнено не менее двух вертикальных пазов для обеспечения возможности замены дюбеля в процессе ремонта. Участок с наружной винтовой поверхностью расположен между коническими поверхностями верхнего и нижнего участков (RU 177786 U1, Е01В 9/14, дата публикации 12.03.2018).
Недостатком наиболее близкого аналога является выполнение верхнего участка верхней части цилиндрическим, поскольку такая его форма затрудняет осуществление операции по замене дюбеля. Также недостатком является выполнение нижней части дюбеля, являющейся конечной фиксирующей частью дюбеля в шпале, в виде усеченного конуса. Такая форма обеспечивает большое распирание бетона (например, по сравнению с цилиндрической формой), из-за этого повышается концентрация напряжений и ухудшается надежность фиксации нижней части дюбеля в шпале а, следовательно, и надежность всего рельсового скрепления при его эксплуатации.
Технической проблемой заявленной полезной модели является преодоление технических недостатков, присущих аналогам, что ведет к необходимости создания дюбеля, обеспечивающего простоту при его изготовлении и высокую ремонтопригодность шпалы с зафиксированным в ней дюбелем (упрощение процесса замены дюбеля при необходимости), а также расширение арсенала технических средств крепления рельса со шпалой, обладающих стойкостью к излому и разрушению, повышенной эксплуатационной надежностью.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение долговечности дюбеля и надежности рельсового скрепления, что достигается за счет создания конструкции дюбеля, обеспечивающей воздействие на нее сниженной нагрузки, передаваемой от бетона шпалы.
Технический результат заявленной полезной модели достигается за счет выполнения дюбеля крепежного узла промежуточного рельсового скрепления с верхней 1 и нижней 2 частями для закрепления узла промежуточного рельсового скрепления на шпале, между которыми расположена средняя часть 3 с внутренней и внешней винтовыми поверхностями. Верхняя часть 1 снаружи содержит ребра жесткости 4 и выполнена из двух участков - верхнего 5 и нижнего 6, каждый из которых выполнен в виде усеченного конуса. Минимальный наружный диаметр верхнего участка 5 верхней части 1 выполнен большим, чем максимальный диаметр нижнего участка 6. Нижняя часть 2 дюбеля выполнена цилиндрической.
Наружная винтовая поверхность средней части дюбеля предназначена для ввинчивания и вывинчивания дюбеля из шпалы. Внутренняя винтовая поверхность предназначена для вворачивания шурупа в дюбель и выворачивания шурупа из него.
Верхняя часть дюбеля является направляющей при установке шурупа в дюбель и является по большей части бесконтактной для шурупа при эксплуатации. Средняя и нижняя части являются основными частями дюбеля, которые осуществляют функцию закрепителя его в шпале.
Выполнение верхнего участка 5 верхней части 1 в виде усеченного конуса, по сравнению с прототипом, где он выполнен цилиндрическим, обеспечивает снижение концентрации напряжений, воздействующих на дюбель при его эксплуатации, а также плавное распределение и передачу вертикальной нагрузки, воздействующей на дюбель при его эксплуатации, с верхней на среднюю и нижнюю части дюбеля, которые несут в себе основную функцию фиксации в шпале. Такое выполнение обеспечивает повышение долговечности дюбеля и надежности рельсового скрепления, а также обеспечивает технологичность изготовления дюбеля, его ремонтопригодность, упрощает извлечение дюбеля из шпалы при необходимости его замены.
Выполнение нижнего участка верхней части цилиндрической формы таким же образом обеспечивает повышение долговечности дюбеля и надежности рельсового скрепления.
В результате выполнения верхней части дюбеля таким образом, что наружный минимальный диаметр верхнего участка является большим, чем наружный максимальный диаметр сообщающегося с ним нижнего участка, с образованием между ними опирающей ступеньки, повышается долговечность дюбеля за счет снижения воздействия распирающих нагрузок, воздействующих на дюбель, и возникающих из-за конусности верхней части дюбеля. Ступенька также служит дополнительным фиксатором дюбеля в шпале, что повышает надежность рельсового скрепления, и обеспечивает упрощение ремонта при демонтаже дюбеля.
За счет выполнения нижней, конечной фиксирующей часть дюбеля в шпале, цилиндрической формы, по сравнению с прототипом, где она выполнена конусной, обеспечивается повышение надежности фиксации дюбеля, а также равномерности распределения вертикальной нагрузки, воздействующей на нижнюю часть дюбеля, что приводит к повышению долговечности дюбеля и надежности всего рельсового скрепления.
За счет наличия ребер жесткости снаружи верхней части дюбеля обеспечивается повышение фиксации дюбеля в шпале, исключается возможность самоотвинчивания дюбеля из шпалы, что повышает долговечность дюбеля и надежность рельсового скрепления.
Таким образом, одновременно за счет всей совокупности признаков дюбеля - выполнения всех его участков различной формы вышеупомянутым образом при наличии ребер жесткости - обеспечивается синергетический эффект, а именно повышение равномерности распределения нагрузки по площади дюбеля при его эксплуатации при одновременном повышении надежности фиксации в шпале, что обеспечивает существенное повышение его долговечности при максимальном снижении концентрации напряжений в шпале, что также положительно влияет на долговечность шпалы и надежность рельсового скрепления в целом.
В частных случаях заявленный дюбель может быть выполнен следующим образом.
Дюбель может быть выполнен из полимерных материалов, например, из альфамида или полиамида.
Верхний участок и/или нижний участок верхней части дюбеля предпочтительно могут быть выполнены сужающимися книзу, что дополнительно обеспечивает долговечность при эксплуатации дюбеля и снижает трудозатраты при замене и установке дюбеля.
Внутренняя поверхность верхнего участка верхней части содержит продольные пазы, которые обеспечивают возможность замены дюбеля при помощи клина, выполненные, например, в количестве от двух до четырех прямоугольной или трапецеидальной или округлой формы.
На нижней части дюбеля снаружи могут быть выполнены ребра жесткости.
На торце верхней части снаружи может быть выполнен буртик для снижения распирающих нагрузок, воздействующих на дюбель, а также для дополнительной фиксации дюбеля в шпале, что повышает его надежность при эксплуатации;.
Ребра жесткости предпочтительно могут быть расположены продольно и могут быть выполнены квадратными или в форме двухмерной волны или быть скошенными в сторону нижней части дюбеля формой (в форме пандуса), что обусловлено особенностями технологии изготовления.
Средняя часть дюбеля предпочтительно может быть выполнена в виде усеченного конуса, переходящего в цилиндр.
Стенки участков винтовой поверхности средней части дюбеля могут быть выполнены с переменной толщиной, находящейся в зависимости от радиуса поперечного сечения участка.
Толщина стенок средней винтовой части дюбеля определяется в зависимости от зоны взаимодействия с крепежным элементом (шурупом).
Краткое описание чертежей
Заявленная полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено следующее:
Фиг. 1 - общий вид дюбеля крепежного узла промежуточного рельсового скрепления,
фиг. 2 - вид дюбеля сбоку,
фиг. 3 - вид дюбеля сверху,
фиг. 4 - разрез А-А.
Позициями на чертежах обозначены следующие элементы:
1 - верхняя часть дюбеля,
2 - цилиндрическая нижняя часть дюбеля,
3 - средняя часть дюбеля,
4 - ребро жесткости верхней части,
5 - верхний конусообразный участок верхней части,
6 - нижний конусообразный участок верхней части,
7 - паз,
8 - буртик.
Дюбель крепежного узла промежуточного рельсового скрепления содержит расположенные последовательно верхнюю часть 1, среднюю цилиндрическую часть 2 с внутренней и внешней винтовыми поверхностями и нижнюю часть 3. Верхняя часть 1 снаружи содержит ребра жесткости 4, причем она состоит из двух участков - верхнего 5 и нижнего 6. Верхний участок 5 верхней части 1 изнутри содержит пазы 7. Верхняя часть 1 снаружи содержит ребра жесткости 4 и выполнена в виде верхнего конусообразного участка 5 с гладкой внутренней поверхностью, переходящего нижний конусообразный участок 6. На торце верхней части снаружи выполнен буртик 8. Наружный минимальный диаметр верхней части 5 больше наружного максимального диаметра нижней части 6, а внутренний имеет сплошную конусность - для улучшения монтажа шурупа в дюбель. При этом радиус верхнего основания усеченного конуса нижней части меньше радиуса нижнего основания усеченного конуса верхней части. Заявленный дюбель используют при монтаже промежуточных рельсовых скреплений с шурупно-дюбельным прикреплением, например, типа ЖБР.
Осуществление полезной модели
Дюбель изготавливают из полимерного материала методом литья под давлением. Канал внутри дюбеля выполняют прямолинейным по форме с однозаходной резьбой с необходимым профилем.
Дюбель монтируют в бетонную шпалу стандартным образом (дюбеледержатель вкручивают в оснастку для шпалы, после чего на него монтируют дюбель) с расположением верхней части в одной плоскости с поверхностью шпалы. При необходимости для усиления надежности фиксации осуществляют армирование дюбеля посредством стальной спирали, которую размещают снаружи дюбеля по всей поверхности его средней части.
При проведении ремонтных работ железнодорожного пути осуществляют снятие элементов скрепления, и после выкручивания шурупа из дюбеля оценивается изношенность и повреждение дюбеля, определяется необходимость его замены. При необходимости замены в вертикальные пазы дюбеля, расположенные на внутренней поверхности верхней части верхнего участка дюбеля, вставляется инструмент, с помощью которого дюбель выкручивается из шпалы и обеспечивается возможность замены дюбеля. Либо устанавливают на дефектный дюбель кондуктор и осуществляют высверливание дюбеля по минимальному или максимальному диаметру внешней средней (винтовой) части для его выемки из шпалы. После выемки дюбеля, осуществляют очистку и подготовку отверстия в шпале с последующей установкой нового дюбеля.
Пример 1
Заявленная конструкция дюбеля обладает следующими характеристиками, зависящими от параметров рельсового скрепления:
- длина - 120-210 мм;
- максимальный наружный диаметр верхней части верхнего участка - 34-40 мм;
- максимальный наружный диаметр нижнего участка верхней части - 29,9-36 мм;
- максимальный диаметр нижней части - 22,4 - 20-25 мм;
- длина верхней части - 30-45 мм;
- длина нижней части - 1-10 мм;
- толщина стенок внешнего и внутреннего винтовых участков имеет разную величину и находится в диапазоне от 2-10 мм;
- угол конуса верхней части - от 10' до 3°;
- прочность дюбеля при растяжении составляет не менее 5,0 кН;
- прочность дюбеля при растяжении после выдержки в течение 120±10 мин при температуре 80±2°С - не менее 5,0 кН. Прочность дюбеля при растяжении проверяют на готовых изделиях с помощью разрывной машины, обеспечивающей нагрузку не менее 15 кН. Скорость проведения испытания - 50±5 мм/мин;
- прочность дюбеля при растяжении после выдержки в течение 60±5 мин при температуре минус 60°С - не менее 5,0 кН;
- усилие вырыва шурупа из дюбеля составляет не менее 90,0 кН;
- многократный монтаж-демонтаж узла скрепления на шпалу составляет не менее 30 циклов монтажа-демонтажа.
Пример 2
Для рельсового скрепления типа ЖБР использовали дюбели со следующими параметрами:
- длина - 170 мм;
- максимальный наружный диаметр верхней части верхнего участка - 35 мм;
- максимальный наружный диаметр нижнего участка верхней части - 30 мм;
- максимальный диаметр нижней части - 25 мм;
- длина верхней части - 35 мм;
- длина нижней части - 7 мм;
- угол конуса верхней части - 1°.
Таким образом, заявленная конструкция дюбеля обеспечивает возможность многократного монтажа и демонтажа дюбеля при повышенной долговечности его конструкции.