Пружинная клемма рельсового скрепления
SPRING TERMINAL OF RAIL FASTENING

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к рельсовым скреплениям.
Известна клемма рельсового скрепления (см., например, описание к свидетельству РФ на полезную модель №37502 по классу Е01В 9/48 с приоритетом от 18.07.2003 г.), выполненная из прутка пружинной стали и состоящая из сопряженных между собой в горизонтальной плоскости по радиусам прямолинейного участка опирания на рельс, расположенных под углом к нему прямолинейных в плане переходных участков, участков опирания на упорный элемент рельсового скрепления и направленных в сторону участка опирания на рельс, прямолинейных в плане, радиально выпуклых в вертикальной плоскости свободных концов для приложения усилия затяжки, причем участки опирания на упорный элемент скрепления содержат прямолинейные части, параллельные участку опирания на рельс.
Недостатком указанной клеммы является относительно малые упругая деформация и усталостная прочность. Это связано с тем, что упругая деформация определяется, преимущественно, кручением относительно коротких участков клеммы, максимально удаленных от пересечения продольной осевой линии нарельсового участка с прямыми проходящими через точки контакта нашпальных участков с шпалой и точки приложения усилия на концевых участках.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является пружинная клемма рельсового скрепления, выполненная из прутка упругого материала, изогнутого с образованием прямолинейного нарельсового участка, плавно переходящего сначала в боковые протяженные участки, а затем - в примыкающие друг к другу дугообразные нашпальные участки и в концевые участки, отогнутые внутрь клеммы, а меньшие углы между продольными осями прямолинейных нарельсового и боковых протяженных участков составляют угол, равный 70…75° (пат. РФ №184715, Е01В 9/48). Недостатком указанной клеммы является также относительно малые упругая деформация, а значит стабильность усилия прижатия рельса и усталостная прочность из-за локализации максимальных напряжений на относительно коротких участках клеммы, определяющих упругую деформацию.
Задачей изобретения является увеличение стабильности усилия прижатия рельса и усталостной прочности.
Поставленная задача решается тем, что у пружинной клеммы рельсового скрепления, выполненной из прутка упругого материала, изогнутого с образованием прямолинейного нарельсового участка, плавно переходящего сначала в боковые протяженные участки, а затем - в примыкающие друг к другу нашпальные дугообразные участки и в концевые участки, отогнутые внутрь клеммы, каждый из боковых протяженных участков образован частью окружности с центром, лежащим на пересечении продольной осевой линии прямолинейного нарельсового участка и прямой, проходящей через точку опоры нашпального дугообразного участка о шпалу и точку приложения усилия на концевом участке.
Изобретение поясняется чертежом, на котором показан вид в плане на пружинную клемму рельсового скрепления.
Клемма содержит прямолинейный нарельсовый участок 1, концы которого плавно изогнуты и переходят в боковые протяженные участки 2. Расположенные за ними дуговые нашпальные участки 3 примыкают друг к другу и переходят в отогнутые внутрь клеммы концевые участки 4.
Пружинная клемма рельсового скрепления выполнена из прутка пружинной стали.
Клемма устанавливается таким образом, что нарельсовый участок 1 опирается на верхнюю часть подошвы рельса.
Дуговые нашпальные участки 3 опираются о шпалу в точках а через упорную прокладку, при этом к концевым участкам 4 прикладывается усилие в точках b от, например, замоноличенного в шпалу анкера (пат. РФ №2682114, Е01В 9/48 «Безболтовое рельсовое скрепление»).
С учетом симметрии клеммы, указанное усилие в точках b уравновешивается суммой усилий в точках а на шпале и точках с нарельсового участка, находящихся на одной прямой. Боковые протяженные участки 2 равноудалены от точек с и образуют части окружностей с радиусом R.
Усилие в точках b на концевых участках 4 относительно точек а опоры о шпалу, благодаря равноудаленности от точек с, вызывает одинаковое максимальное тангенциальное напряжение τ в боковых протяженных участках 2, в результате чего в точках с нарельсового участка 1 возникает необходимое усилие Р прижатия на рельс.
3
Причем, τ=16PR/πd,
где d - диаметр прутка клеммы (см., например, 9.54 на стр. 231 «Сопротивление материалов» под ред. Г.С.Писаренко, Киев. 1979 г).
Для каждой части пружинной клеммы при заданных тангенциальном напряжении τ, усилии прижатия Р и выбранном диаметре прудка d определяют необходимый радиус окружности R.
Исполнение участков 2 в виде части окружности, имеющих одинаковое максимальное напряжение позволяет при том же усилии на рельс получить в 1,6 раз больше упругой деформации при одинаковых усилии, напряжении и диаметре прутка, а значит увеличить стабильность усилия прижатия на рельс и усталостную прочность, что проверено на испытаниях макетного образца. При этом, длина развертки клеммы (или масса) увеличиваются всего в 1,16 раз.
Кроме того, полученный запас по упругой деформации дает возможность уменьшить радиус R боковых протяженных участков 2 и получить необходимое усилие на рельс при меньшем диаметре прутка, что уменьшает металлоемкость клеммы. Предлагаемая клемма выполняется из прутка диаметром 15 мм и имеет массу 0,7 кг, а клемма ЖБР-65 - из прутка 17 мм и имеет массу 0,92 кг.
Указанное изменение удлиняет участки клеммы с одинаковым максимальным тангенциальным напряжением, что приводит к увеличению упругой деформации при том же усилии на рельс. Следствием этого является увеличение стабильности прижатия рельса при технологическом разбросе геометрически размеров и износе элементов рельсового скрепления. Также увеличивается усталостная прочность, потому что циклическое перемещение от рельса передается на более протяженные одинаково напряженные участки клеммы, т.е. уменьшается относительная деформация.