СПОСОБ СТЫКОВКИ РЕЛЬСОВ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ
METHOD FOR JOINING RAIL GAUGE RAILS

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к рельсовым путям и способам стыковки рельсов.
Известен способ стыковки рельсов с зазором для компенсации температурных изменений длины. Но при этом возникают ударные нагрузки и стук колес на компенсационных температурных зазорах. Для облегчения прохождения стыка был предложен способ стыковки рельсов звеньевого пути патент RU 2037597.
Чем больше зазор и чем выше скорость движения, тем сильнее удары. Для уменьшения количества стыков рельсы стали сваривать в бесстыковые плети. Но чем длиннее плеть, тем больше ее удлинение при увеличении температуры и тем выше внутренние напряжения в закрепленных на шпалах рельсах. Для компенсации изменений длины и внутренних напряжений в стыковых соединениях используют уравнительные приборы. Патенты. SU 16977, SU 41012, SU 13268, RU 2582757, RU 2592178 C1, BY 1067 U.
При проведений поиска были рассмотрены патенты RU 2407844, RU 2423211, RU 2500850, RU 2399714 и другие предполагающие наличие дополнительных элементов (уравнительного рельсового прибора), образующего переходную часть между концами соединяемых рельсов, либо жесткое, в том числе и сваркой соединение рельсов.
Опубликован способ стыковки рельсов рельсовой колеи (патент BY 23387 С1, от 30.04.2021 г.), формула которого имеет ограничения, выраженные в конкретных цифрах. Например, «глубина уступов на торцах рельсов от 16 мм до 39 мм». Допустимое отклонение длины рельсов, изготавливаемых по ГОСТ Р 51685-2013, ±1 мм на 1 м длины (±12,5 мм для рельса L=12,5 м и ±20 мм для рельса L=25 м). Даже при тарировании длины рельсов, необходимо учитывать допуска при определении глубины уступов. Температурный диапазон в некоторых регионах может оказаться больше 110°С. И поэтому максимальная необходимая глубина уступов может потребоваться 40 мм или чуть-чуть больше. «Смежные стыки правой и левой рельсовых нитей рельсовой колеи смещают относительно друг друга на расстояние от 300 до 900 мм». Для разнесения во времени момента прохождения компенсационных температурных зазоров на стыках правой и левой рельсовых нитей рельсовой колеи, смежные стыки можно располагать почти на любом расстоянии друг от друга (но не менее двойной глубины паза и не равном расстоянию между осями колесных пар в вагонных и локомотивных тележках. (Расстояния между осями колесных пар в вагонных и локомотивных тележках могут быть: 1350 мм, 1750 мм, 1850 мм, 2000 мм, 2100 мм, 2300 мм, 2500 мм, 3000 мм, 3500 мм, 4200, мм, 4300 мм).
Патент BY 23387 С1 является аналогом-прототипом в продолжении, уточнении, корректировки формулы которого и получении патента в РФ состоит цель подачи данной заявки.
Во время эксплуатации при нагревании происходит линейное расширение и увеличение длины рельса.
где K - полное удлинение рельса;
α=0,0000118 - температурный коэффициент линейного расширения рельсовой стали при изменении температуры на 1°С; L - длина рельса;
Т - температурный диапазон изменения температуры рельсов. Выпускаются рельсы длиной L=12,5 м и L=25 м. ГОСТ Р 51685-2013. Температурные диапазоны возьмем, например, 80°С и 110°С.
Составим таблицу:
h - глубина уступов на торцах рельсов,
К - полное удлинение рельса при изменении температуры от min до max значения;
К/2 - смещение торцов рельса при закреплении рельса посередине;
С - принятое гарантированное перекрытие рельсов при min температуре рельса (окружающей среды).
В зависимости от длины рельсов (12,5 или 25 м), температурного диапазона конкретного региона (80° или 110°) и принятого гарантированного перекрытия С (например, 4…6 мм) расчетная глубина уступов на торцах рельсов h будет колебаться от ~16 до ~39 мм.
Техническая сущность предлагаемого решения поясняется фигурами.
На фиг. 1 изображен рельс с двумя уступами на торцах, срезанными зеркально для левой нити рельсового пути.
На фиг. 2 изображен рельс с двумя уступами на торцах, срезанными зеркально для правой нити рельсового пути.
На фиг. 3 изображен универсальный рельс с двумя уступами, срезанными на его торцах с одной стороны.
На фиг. 4 изображена рельсовая колея, состоящая из рельсов, показанных на фиг. 1 и фиг. 2. S - расстояние, на которое смещены смежные стыки правой и левой рельсовых нитей рельсовой колеи.
На фиг. 5 изображена рельсовая колея, состоящая из одного типа рельса со срезанными зеркально торцами показанного на фиг. 2.
На фиг. 6 изображена рельсовая колея, состоящая из одного типа рельса со срезанными торцами показанного на фиг. 3.
На фиг. 7 изображен вид сверху на стык рельсов длиной L=12,5 м со срезанными на 16 мм уступами при разных значениях температуры.
Уступы на концах рельса могут быть выполнены с разных сторон от оси рельса (фиг. 1 и 2) или с одной стороны (фиг. 3). Возможные схемы стыковки рельсов могут быть различны: с уступом, выполненным с разных сторон (фиг. 4 и 5), с уступом с одной стороны (фиг. 6). На схеме стыковки, показанной на фиг. 4 рельсы правой и левой рельсовых нитей рельсовой колеи не взаимозаменяемы, так как уступы срезаны зеркально, (фиг. 1 и 2). На фиг. 5 и 6 показаны схемы стыковки взаимозаменяемых всех рельсов.
Изобретение может быть использовано при укладке рельсов и ремонте железнодорожных, трамвайных и других транспортных рельсовых путей. Производят предварительную механическую обработку торцов рельсов, срезая уступы на половину ширины рельса требуемой глубиной h (фиг. 1). Глубина уступа должна быть достаточной для перекрытия отдающего и принимающего рельсов при минимальной температуре окружающей среды и отсутствия контакта торцов - при максимальной температуре. В результате компенсационный температурный зазор вместо прямого провала по всей ширине несущей поверхности рельса будет разбит на две части со смещением. Во время прохождения его первой части колесо будет опираться на половину ширины несущей поверхности отдающего рельса, а при прохождении второй его части - на половину ширины несущей поверхности принимающего рельса. То есть при прохождении компенсационного температурного зазора постоянно будет наличие опорной поверхности рельсов под колесом.
Для разнесения во времени момента прохождения компенсационных температурных зазоров на смежных стыках правой и левой рельсовых нитей рельсовой колеи, стыки располагают на некотором расстоянии. S друг от друга. Теоретически это смещение может быть почти любым, но не менее двойной глубины уступа и не равным расстоянию между осями колесных пар в вагонных и локомотивных тележках, а для удобства предварительного монтажа желательно минимальным, например, равным 300-900 мм. Смещение смежных стыков уменьшает нагрузку на каждый стык и повышает плавность их прохождения.
Каждый рельс необходимо жестко закрепить на середине его длины, обеспечив свободное продольное перемещение его торцов, вызванное изменением температуры окружающей среды (удлинение или укорочение рельса). При этом необходимо выдержать зазор Δl между рельсами.
Δl - расчетный зазор, зависящий от температуры рельса (окружающей среды) при закреплении рельсов.
Изобретение направлено на исключение внутренних напряжений в рельсах, ударных нагрузок и стука колес при прохождении компенсационных температурных зазоров на стыках рельсов.
Внедрение данного способа стыковки рельсов дает возможность, используя рельсы (например, длиной 12,5 м) создавать неограниченной длины путь по своим характеристикам плавности хода, подобный бесстыковому, но без внутренних напряжений, вызванных изменением температуры, не требующий весенних и осенних корректировок ширины стыковочных температурных зазоров (сопряжений) бесстыковых плетей и позволяющий эксплуатировать его и в резко континентальном климате с большим перепадом температур (например, 110°С и более). При этом расходы на содержание и обслуживание пути будут меньше, а сроки эксплуатации железной дороги и подвижного состава больше.
Источники информации:
1. ГОСТ Р 51685-2013 Рельсы железнодорожные. Общие технические условия.
2. Альбом элементов и конструкций верхнего строения железнодорожного пути, 2012. Утвержден Главным инженером Управления пути и сооружений Центральной дирекции инфраструктуры-филиала ОАО «РЖД» Ермаковым. В.А.
3. RU 2582757 Безударный стык для бесстыкового пути.
4. SU 13268 Рельсовое стыковое соединение.
5. SU 16077 Уравнительный рельсовый прибор.
6. SU 41012 Уравнительный рельсовый прибор.
7. RU 2423211 Способ сварки рельсов давлением с подогревом.
8. RU 2037597 Способ стыковки рельсов звеньевого пути.
9. RU 2407844 Рельсовая колея и способ ее эксплуатации.
10. RU 2500850 Способ укладки рельсовой плети бесстыкового пути.
11. RU 2399714 Способ разрядки температурных напряжений в рельсовых плетях.
12. BY 23387 С1 Способ стыковки рельсов рельсовой колеи.
13. BY 1067 U Рельсовое стыковое соединение.
14. RU 2401901 С2 Железнодорожный рельс, направляющая колея и способ их применения.
15. RU 2592178 С1 Рельсовый путь прямолинейной высокоскоростной железнодорожной дороги.
16. RU 2611292 Безударный рельсовый стык.