АНКЕР ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ РЕЛЬСА С ОСНОВАНИЕМ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ

Анкер относится к узлам крепления рельса со шпалой железнодорожного пути. Анкер в указанном узле является основной несущей деталью, соединяющей рельс со шпалой. Попарно четыре анкера замоноличены в отвержденном бетоне шпалы, по два анкера на каждом конце шпалы. В этой связи с одной стороны анкеры являются монолитно соединенными со шпалой деталями, а с другой стороны анкеры являются частями узла крепления рельса к шпале.
С учетом технических требований к шпале и узлам крепления анкеры изготавливают по показателям их прочности и надежности, а с другой стороны анкеры изготавливают с учетом требованием прочного соединения каждого анкера в отвержденном бетоне шпалы.
Металлические анкера отливают из чугуна в формах, а шпалы формуют в формах для изготовления шпал, при этом в процессе формовки каждой отдельной шпалы в форме в контрольных точках располагают четыре анкера по два на каждом конце и заливают форму для формовки шпалы бетонной смесью, при этом заливают бетоном ножки анкеров. В результате верхняя часть каждого анкера, его кронштейны возвышаются над основанием рельсового пути, а нижняя часть каждого анкера, его ножка располагается в отвержденном бетоне (фиг. 8).
В связи с изложенным, к анкеру предъявляются требования по его собственной прочности, а также требования по прочности соединения нижней части анкера с основанием рельсового пути, каким являются его шпалы.
Известны анкеры для соединения рельса с основанием рельсового пути (RU 188917 U1, 29.04.2019. RU 182200 U1, 07.08.2018. RU 179190 U1, 03.05.2018), при этом патенте RU 188917 U1 для повышения точности взаимного расположения рельсов железнодорожного пути относительно их оснований анкер содержит пару кронштейнов с опорными горизонтальными выступами, в верхней части анкера выполнены верхние выступы, с боковых сторон в кронштейнах выполнены боковые каналы для фиксации концов упругой клеммы, ниже опорных выступов анкер имеет ножку для ее замоноличивания в монолите основания железнодорожного пути. В зоне соединения ножки с кронштейнами выполнена соединяющая кронштейны тыльная стенка анкера и середине этой стенки по ее высоте выполнена выступающая наружу от стенки упорная полка, над которой расположен боковой изолятор из диэлектрического материала. Изолятор выполнен с выступами на концах изолятора, расположенными в боковых каналах кронштейнов, он запрессован на верхних выступах анкера с возможностью его съема и замены. Изолятор в поперечном разрезе имеет Г-образную форму, образованную верхней горизонтальной стенкой и нижней вертикальной стенкой, прилегающей к тыльной стенке анкера. Между упорной полкой анкера и нижним торцом вертикальной стенки изолятора образован зазор для зажима в нем подрельсовой прокладки рельсового пути. Толщина t вертикальной стенки бокового изолятора находится в пределах 6,0-12,0 мм, ширина f горизонтальной стенки изолятора и равна 2t, а высота h вертикальной стенки изолятора равна ширине f горизонтальной стенки. В патенте RU 182200 U1, представлен анкер узла соединения рельсов рельсового пути с его основанием или шпалами. С целью повышение надежности анкера он включает верхнюю часть, имеющую пару кронштейнов, на концах которых выполнены опорные выступы, и расположенную ниже верхней части нижнюю часть анкера в виде прямой ножки с опорой на конце, при этом в зоне соединения указанных частей анкера выполнен упорный буртик, на торце опоры с ее нижней стороны выполнен полукруглый выступ, смещенный на виде анкера сбоку к его передней части и в сторону от продольной оси симметрии прямой ножки, рабочие контактные поверхности упорного буртика и опорных выступов расположены в одной горизонтальной плоскости, каждый опорный выступ выполнен удлиненным, а ширина каждого упорного буртика равна длине каждого опорного выступа. Длина Lв каждого выступа от торца соответствующего ему кронштейна, а также ширина Lб буртика находятся в пределах от 5 мм до 25 мм. Ось симметрии полукруглого выступа расположена параллельно продольной оси ножки, а задняя поверхность ножки расположена в базовой плоскости, в которой расположена задняя стенка анкера.
В патенте RU 179190 U1 для повышения надежности анкера он включает опору, имеющую пару кронштейнов, на концах которых выполнены опорные выступы, и расположенную ниже опоры ножку, в зоне соединения ножки с опорой выполнен упорный буртик, причем на виде анкера спереди ножка выполнена изогнутой, образующей две прямолинейные части, одна из которых является верхней вертикальной частью, а другая часть наклонена по отношению к верхней части под углом β во внутреннюю сторону анкера и является нижней наклонной частью ножки. С нижней стороны на торце ножки выполнен полукруглый выступ, смещенный в наружную сторону от продольной оси симметрии ножки, а рабочие контактные поверхности упорного буртика и опорных выступов расположены в одной горизонтальной плоскости. Ось симметрии полукруглого выступа расположена параллельно к вертикальной части ножки, и она расположена от внешнего контура верхней части ножки на расстоянии 40-50 мм, а крайняя нижняя точка полукруглого выступа расположена на удалении от указанной горизонтальной плоскости на расстоянии 120-130 мм.
Из известных анкеров наиболее близким к представленному в данном описании анкеру является анкер, раскрытый в патенте RU 179190 U1 (прототип), который содержит общие с представленным в данном описании анкером следующие существенные признаки.
Недостатком прототипа является его неудовлетворительная собственная прочность и прочность соединения анкера со шпалой. Это связано с тем, что в прототипе в зонах плоскостей и линий перехода в радиусных частях перехода возникают большие концентрации напряжений, отрицательно влияющие на прочность анкера. В прототипе при перпендикулярных и параллельных поверхностях анкера друг к другу и к плоскостям, в которых располагаются контрольные точки анкера, зачастую возникает брак вследствие недоливов металла и появления пустот.
Техническим результатом анкера является повышение его прочности во взаимодействии с основанием рельсового пути.
Технический результат получен анкером для соединения рельса с основанием рельсового пути, включающим верхнюю часть с двумя кронштейнам и нижнюю часть, имеющую ножку с ребром жесткости, при этом в верхней части имеется упорный буртик, опорные выступы, наклонные поверхности, наклоненные, соответственно, под углами α, μ β, и γ относительно вертикально и горизонтально ориентированных плоскостей А, Б, В, при этом поверхности расположены наклонно по отношению друг к другу, отличающийся тем, что указанные углы установлены в пределах 1,0-9,0°, в местах перехода наклонных поверхностей выполнены скругления по радиусам r1-r15 в пределах 2,5-5,0 мм, причем верхняя и нижняя части анкера разделены линиями пересечения горизонтальной плоскости А с вертикальной плоскостью В, ниже которой поверхность анкера контактирует с отвержденным бетоном основания железнодорожного пути в рабочем положении анкера, верхняя часть анкера, начиная от плоскости А сужается вверх и образует усеченный пирамидальный контур, в верхней части анкера имеются углубления, каждое из которых имеет треугольную форму с изломом внизу, каждая грань анкера, которая расположена под кронштейном выполнена сужающейся в сторону поверхности, образованной задней стенкой анкера, между каждым кронштейном 1 и плоскостью А образует острый с плоскостью угол  кронштейн наклонен в заднюю сторону анкера, между кронштейнами на поверхности перемычки выполнен выступ, имеющий прямой угол между поверхностью и вертикальной частью выступа, центральное ребро жесткости анкера имеет форму сужающейся вверх трапеции, а расположенное под буртиком ребро жесткости имеет плоскую форму, при этом поверхности ножки с двух ее сторон, а также тыльные поверхности 19 кронштейнов выполнены плоскими.
На фиг. 1 показан представленный в данном описании анкер, вид сбоку.
На фиг. 2 - вид А на фиг. 1.
На фиг. 3 - верхняя часть анкера.
На фиг. 4 - фрагмент задней части анкера с буртиком.
На фиг. 5 - поперечный разрез верхней части анкера.
На фиг. 6 - анкер, вид сзади.
На фиг. 7 - анкер, вид спереди.
На фиг. 8 - анкер в разрезе по вертикальной оси симметрии в рабочем положении.
На фиг. 9 - анкер в разрезе по вертикальной перед монтажом.
предмотажном положении, во взаимосвязи с элементами узла крепления.
Анкер включает верхнюю часть с двумя кронштейнами 1 (фиг. 2), предназначенными для крепления в анкере прижимной клеммы узла крепления (не показана), и нижнюю часть, имеющую ножку 2. Нижняя часть анкера предназначена для ее замоноличивания в основании (шпале) рельсового пути (основание не показано).
На верхней части анкера выполнен упорный буртик 3 и опорные выступы 4 (фиг. 1), расположенные с противоположной стороны от кронштейнов 1 и ниже кронштейнов. Наклонные поверхности 5, 6 и 7 и 8 анкера расположены под наклонными углами α, μ β, и γ, соотсветственно (фиг. 2.3) относительно вертикально и горизонтально ориентированных плоскостей А, Б, В, при этом поверхности 5-8 расположены также наклонно по отношению друг к другу.
Благодаря этому, в процессе отливки анкера в форме расплавленный металл с большей скоростью заполняет форму. Расплавленный металл скатывается по наклонным поверхностям и равномерно заполняет собой форму, при этом скорость заполнения формы металлом положительно влияет на качество металла анкера в процессе его отверждения. Установлены оптимальные значения пределов указанных углов углы, каждое из которых выбрано предпочтительно равным 5,0° и быбрано из предельных значений углов 1,0-9,0°, связанных со структурой расплава и поверхностью формы. Выбранные углы позволили существенно сократить расход металла и исключить появления в анкере пустот и недоливов при отливе анкера. Следует заметить, что почти все грани анкера выполнены под уклоном, кроме некоторых поверхностей.
Поверхности 5-8 анкера в местах перехода имеют увеличенные радиусные закругления по радиусам r1-r15, эти радиусы имеют оптимальный размер 3,25 мм и находятся в пределах 1,5-10,0 мм, что как показала практика, позволило в сравнении с прототипом существенно уменьшить концентрации напряжений в местах перехода одной поверхности в другую поверхность.
Поверхность опорных выступов 4 (фиг. 3) не имеет уклонов. В месте расположения буртика 3, показанная позицией 10 точка является точкой пересечения линии А и В, ниже которой анкер замоноличен в основании железнодорожного пути. Данное место является наиболее критическим с точки зрения как среза ножки анкера, так и его изгиба от изгибающего момента.
Выступы 4 и буртик 3 являются опорами анкера, на которые он устойчиво опирается в плите формующей оснастки для формовки шпалы из бетонной смеси и замоноличивания в смеси ножки 2 анкера.
Верхняя часть анкера, начиная от плоскости А (фиг. 2), сужается вверх и образует усеченный пирамидальный контур. Стороны 6-8 верхней части анкера образуют заходные фаски, облегчающие в процессе формовки шпалы надевание уплотнителя на анкер, а также надевание анкера на формовочную плиту. Фаски исключают вероятность повреждения уплотнителя при его надевании на анкер. Благодаря усеченному пирамидальному контуру, наклонным поверхностям 6-8, между формовочным гнездом и уплотнителем образуется более надежное конусное уплотнение, что сглаживает погрешности установки анкера в гнездо формы, исключает протечки бетонного раствора (молочка) в процессе формовки шпалы и, соответственно, повышает прочность соединения анкера с отвержденной шпалой.
В верхней части анкера (фиг. 3) имеются углубления 11, которые позволяют использовать их в качестве опор для инструмента, предназначенного для задвижки или раздвижки клеммы узла крепления рельса к шпале, для плотного подвешивания шпалы к рельсу при монтаже, и для установки оборудования проверки прижатия клеммы. Для облегчения установки на анкер оснастки, инструмента и оборудования каждое углубление 11 имеет треугольную форму, с изломом вниз нижней поверхности углубления 11, что позволяет легко направлять и позиционировать указанные элементы на анкере.
Каждая грань 12 анкера, которая расположена под кронштейном 1 выполнена сужающейся в сторону поверхности 6, образованной задней стенкой анкер. Перед гранью 12 расположена закругленнная грань 13. Каждый кронштейн 1 образует с плоскостью А острый угол . Это позволяет упростить и облегчить ввод клеммы в посадочные места анкера, а также облегчить извлечение клеммы в обратном направлении. При вводе клеммы в посадочные места нагрузка на клемме возрастает постепенно и клемма точно позиционируется в рабочем положении при ее вводе в анкер.
Каждая грань 14 анкера (фиг. 6) расположена под уклоном к плоскости Б, при этом грань 14 с наклонной поверхностью 6 позволяет упростить и облегчить насаживание на анкер бокового изолятора.
Образованная перемычкой между кронштейнами 1 поверхность 16 (фиг. 5) наклонена в заднюю сторону анкера, что позволяет клемме с надетым на нее прижимным изолятором заходить на наклонную поверхность подошвы рельса сверху и исключить возможность разрыва прижимного изолятора на стадии сборки узла. Анкер имеет выступ 15 (фиг. 2, 5.9), расположенный между кронштейнами на поверхности 16 верхней части анкера, причем между этой поверхностью 16 и вертикальной частью выступа 15 имеет прямой угол. Выступ 15, расположенный между кронштейнами 1 на поверхности 16 в верхней части анкера выполняет функцию замка клеммы, когда она вместе с прижимным изолятором находится в монтажном положении. За выступ 15 зацепляется замок прижимного изолятора, который выполнен в виде углубления, в которое входит выступ 15. Это исключает выпадение клеммы и прижимного изолятора при транспортировке шпалы. При этом выступ 15 имеет прямой угол между его внутренней гранью и поверхностью 16 верхней части анкера.
Центральное ребро 17 жесткости (фиг. 5,7) анкера имеет форму сужающейся вверх трапеции, а расположенное под буртиком 3 ребро жесткости имеет плоскую форму, при этом поверхности ножки 2 с двух ее сторон, а также тыльные поверхности 19 кронштейнов выполнены плоскими.
Центральное ребро 17, имеющее форму сужающейся вверх трапеции и плоское ребро 18 в поперечном сечении позволили существенно сократить расход металла путем исключения его заливки в полость формы полностью без ущерба прочности анкера и прочности его соединения с основанием рельсового пути. Поверхность ребра 18 ножки анкера (фиг. 2) и поверхности 19 кронштейнов выполнены плоскими также с целью обеспечения на них более четкой и надежной маркировки анкера, наносимой на эти поверхности с целью надежной идентификации данных об анкере, как в процессе изготовления шпал, так и в процессе их эксплуатации в тяжелых климатических условиях, температурных и механических воздействий, оказывающих влияние на маркировку.
На фиг. 8 и 9 показан анкер в двух монтажных положениях, вместе с другими частями узла крепления на основании 20 рельсового пути. Ножка 2 анкера замонличена в основании 20 пути. На конец клеммы 21 надет прижимной изолятор 22. Между торцом подошвы 23 рельса 24 и анкером 1 установлен боковой изолятор 25. Под подошвой рельса установлена прокладка 26. Клемма 21 находится в рабочем положении.
Работает анкер следующим образом. Устанавливают в монтажном положении показанное на фиг. 9 части узла соединения рельса 24 с основанием 20 рельсового пути так, как это показано на изображении, а затем ударом по свободному концу клеммы 21 (фиг. 9) слева-направо загоняют клемму в ее рабочее положение, показанное на фиг. 8, при этом клемма надвигается на подошву рельса и прижиманет ее к основанию 20. Асе части узла принимают рабочее надежное положение, а петля клеммы 21 вместе с прижимным изолятором 22, надвинутая на наклонную поверхность подошвы 23 рельса, прижимает собой подошву рельса к прокладке 16 и основанию 20. В процессе работы узла крепления рельса к основанию, анкер испытывает нагрузки сдвига от проектного положения в строну от рельса 24 и к рельсу, нагрузки излома, кручения и отрыва на закруглениях пути, а также другие сложные нагрузки, которые анкер передает на основание 20 рельсового пути. В зависимости от прочности соединения анкера с основанием пути и прочности самого анкера зависит проектное рабочее положение рельсового пути и безопасность движения подвижного состава по рельсовому пути. При необходимости изменения ширины коллеи между двумя рельсами рельсового пути, известным образом снимают боковые изоляторы 25 и устанавливаю на их места другие боковые изоляторы, каждый из которых имеет толщину, соответствующую увеличению или уменьшению рельсовой коллеи. Исходя из указанных условий изменения рельсовой коллеи, клемма 21 изготовлена с существенным запасом той части ее длины, которая располагается в рабочем положении на наклонной поверхности подошвы 23 рельса Конструктивные особенности анкера, раскрытые в описании, как показывает практика, позволили существенно повысить надежность анкера.