РЕЛЬСОВОЕ СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ
RAIL BUTT JOINT

Изобретение в основном относится к железнодорожным рельсам, но может быть применено и для рельсов подкрановых и трамвайных путей, конвейеров, транспортеров и др.
Достигнутый на сегодняшний день уровень техники в стыковых соединениях разного типа не удовлетворяет требованиям надежности работы таких соединений с позиций износостойкости, быстрой ремонтопригодности, финансовых расходов и возможности неоднократного оперативного восстановления за минимальный период времени.
Имеется достаточно большое количество аналогов по стыковым соединениям. В частности, следующие.
Рельсовое стыковое соединение - номер патента: 2049186; класс(ы) патента: Е01В 11/30; номер заявки: 5036083/11; дата подачи заявки: 07.02.1992; дата публикации: 27.11.1995. Суть: содержит стыковые накладки, связанные друг с другом и с шейками рельсов и стыковыми болтами. Головки рельсов на половину ширины срезаны продольной плоскостью наклонно к вертикали. Стыковая накладка установлена в контакте со срезанной частью головки рельса, а другая накладка выполнена с площадкой под гребень колеса и ограничена выступом. При этом рельсовое стыковое соединение снабжено подкладкой с ребордами, ограничивающими ложе под рельс и жестко скрепленными со стыковыми накладками.
Известно стыковое соединение рельсов (патент Швейцарии №550892 по кл. Е01В 11/24 20.06.74 г.), содержащее срезанные по вертикальной плоскости симметрии примыкающие друг к другу концы рельсов, связанные между собой болтовыми соединениями, головки болтов которых расположены в выполненных в шейке одного из стыкуемых рельсов пазах снаружи колеи, причем ширина шейки каждого рельса в зоне стыка равна ширине половины его головки.
Патент на полезную модель Стык рельсов №71987, дата публикации: 27 марта 2008. Торцы стыкуемых концов рельс выполнены с выступами, примыкающие друг к другу по симметрии в продольной плоскости и снабжены опорами, которые опираются по диагонали на противоположные концы рельс через размещенные на них опорные площадки. Модель относится к устройству железнодорожного пути и может быть использована при образовании рельсовых соединений.
Безударный рельсовый стык. Класс Е01В. Патент на изобретение №2492285. Опубликовано: 10 сентября 2013. Безударный рельсовый стык содержит примыкающие друг к другу концы рельсов, связанные между собой болтовыми соединениями. Стыкуемые рельсы оснащены наконечниками о усиленной до ширины головки шейкой и взаимно проникающими пазами и выступами.
7
Рельсовое стыковое соединение: RU №2241795 С1; МПК  Е01В 11/24. Опубликовано: 10.12.2004. Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1769771 A3, 15.10.1992. DE 853671, 27.10.1952. US 3877641, 15.04.1975. WO 01/12903 A1, 22.02.2001. Разработки могут использоваться в железнодорожной отрасли промышленности и хозяйственной деятельности, предусматривающей эксплуатацию рельсового транспорта. В рельсовом стыке стыкуемые рельсы связаны друг с другом боковыми накладками и поперечными крепежными элементами. Торцы каждого стыкуемого рельса выполнены осесимметрично под углом к продольной оси рельса. Поверхности торцов стыкуемых рельсов обратно симметричны относительно перпендикуляра к продольной оси рельсов.
Известно рельсовое стыковое соединение (авторское свидетельство: СССР №1783017 от 11.10.90, Е01В 11/00, F16B 43/00) - прототип, которое выполнено с зазором, при этом содержит стыковые накладки, расположенные по обе стороны от рельсов и связанные друг с другом и шейками рельсов болтами. В этом соединении торцы стыкуемых рельсов находятся в плоскости, расположенной перпендикулярно продольной оси рельса. Практическое применение такого стыкового соединения показало несколько существенных его недостатков. Прежде всего наличие температурного зазора (разрыва в путевом полотне), образованного нормально расположенными к оси рельсов торцами, что приводит к появлению значительных периодических ударных нагрузок при прохождении через стык колес подвижного состава. Это приводит к интенсивному износу самого путевого полотна, колес подвижного состава и его подшипниковых узлов.
Задача изобретения - создание конструкции, максимально защищающей стыковое соединение рельсов от соударений при прохождении через него колес. Таким образом, цель изобретения - абсолютная защита концов соседних рельсов в зоне стыка от любых ударных воздействий на них со стороны катящихся колес (колесных пар), что максимально защитит стык от быстрого изнашивания, расплющивания и появления трещин и сколов.
Технический результат достигается за счет исключения каких-либо ударных воздействий на стык рельсов со стороны круга катания колеса по головке рельса, что достигается введением в существующую конструкцию дополнительного дугообразного рельса с накладкой в виде съемной пластины, плотно примыкающего и прикрепленного к шейке стандартного рельса; при этом гребень колеса кратковременно катится по поверхности накладки, обеспечивая тем самым бесконтактное прохождение кругом катания колеса зоны стыка рельсов.
Сущность разработки поясняется рисунком 1, а, б, где вид а) - с торца конца рельса; б) - с наружной части рельса. При этом обозначено:
1 - рельс; 2 - подошва/основание рельса; 3 - накладка наружная с отверстиями в ней эллиптической формы; 4 - шейка рельса; 5 - отверстие цилиндрическое под болтовое крепление; 6 - головка рельса; 7 - буртик дугообразный накладки внутренней; 8 - пластина накладная; 9 - концевая часть пластины накладной 8; 10 - место расположения отверстия в пластине накладной; 11 - желоб; 12 - накладка внутренняя; 13 - колесо (колесной пары); 13* - положение колеса над стыком железнодорожных рельсов; 14 - гребень колеса; 15 - круг катания колеса; 16 - места расположения отверстий на шейке рельса; 17 - отверстия эллиптической формы в накладке внутренней 12 под крепежные болты.
В статике механическая дополнительная предложенная конструкция, предохраняющая полностью концы рельсов от ударов и износа со стороны катящихся колес, собрана в следующем виде.
К шейке 4 рельса 1, имеющего подошву/основание 2 и головку 6, в зоне стыка через цилиндрические отверстия 5 в шейке рельса и сделанные под крепящие болты эллиптические отверстия 17, сделанные как в местах 16 накладки 12 внутренней, так и накладки 3 наружной, прикреплена накладка внутренняя 12, имеющая форму дугообразного рельса, наиболее выпуклая часть которой как раз располагается вверху, в зоне стыка рельсов, а концы дугообразного рельса плавно опущены вниз, в сторону подошвы/основания рельса 1. Накладка внутренняя 12 имеет аналогичный дугообразный желоб 11, внутри которого по его концам к нему прикреплена, например болтами, пластина накладная 8 также в своей концевой части 9 через места 10, для сделанных отверстий под крепежные элементы (например, болты). Общее прочное соединение накладки наружной 3 и накладки внутренней 12 осуществлено с шейкой 4 рельса 1 стандартными стяжными болтами (на рисунке не показаны). Толщина пластины накладной 8, прочно прикрепленной по своим концам к внутренней нижней поверхности дугообразного желоба 11, показана просветом между пунктирными линиями с позициями 8 для пластины накладной и желобом 11 (рис.1, б).
В эксплуатации предложенная механическая конструкция работает следующим образом.
Первоначально просверливаются цилиндрические отверстия в шейках 4 рельсов 1, которые образуют стыковое соединение. Аналогично их месту расположения просверливаются эллиптические (овальные) отверстия 17 в обеих накладках поз.3 (наружная) и поз.12 - внутренняя. Прижав обе накладки к шейке 4 рельсов 1 с обеих сторон, прочно скрепляем эти три элемента стяжными болтами. Так как отверстия в накладках имеют овальную форму, то это позволяет рельсам перемещаться в продольных направлениях при колебаниях окружающей температуры. Дугообразная накладка 12 с вставленной в ее желоб 11 пластиной накладной 8, съемного типа (за счет наличия стандартных механических креплений типа болтов, например) к самой накладке 12, обеспечивает качение по ней гребня 14 колеса 13 без контакта круга катания колеса с головкой рельса. Это достигается благодаря тому, что диаметр гребня колеса всегда существенно больше, чем диаметр круга катания колеса. Поэтому гребень 14 колеса при его движении будет плавно набегать на пластину накладную 8, а после прохождения стыка также плавно опускаться вниз до перехода качения на сам круг катания колеса по головке 6 рельса. На рис.1, б показано, что колесо 13* своим гребнем 14 кратковременно катится по пластине накладной 8, а круг катания 15 колеса остается навесу. Таким образом осуществляется полная защита концов стыкового соединения рельсов от каких-либо ударов и изнашиваний, расплющиваний и разрушений (даже при наличии значительных межстыковых зазоров). Кратковременное нагружение гребня колеса не вызывает чрезмерных в нем напряжений. При появлении заметного износа пластин накладных 8 их можно быстро заменить на новые, что в сотни раз быстрее и дешевле, чем менять рельсовые плети или выполнять иные трудоемкие ремонтные работы. Описанное устройство можно использовать на всех маневровых железнодорожных путях депо и заводов, где скорости перемещаемых вагонов и локомотивов не превышают 10 км/ч. Но даже и на таких скоростях в известных вариантах стыкового пути колеса все равно в итоге сильно повреждают стыковые соединения, вызывая необходимости проведения трудоемких замен или ремонтов.
Сохранение устойчивого положения колесных пар на рельсовой колее в1 зоне прохождения стыка в предложенном варианте обеспечивается тем, что с одной стороны возможное незначительное поперечное перемещение колеса (его гребня) ограничено головкой рельса, а с другой стороны ограничено дугообразным буртиком 7 накладки внутренней 12. Дополнительно жесткость прикрепляемой конструкции и рельса в зоне стыка обеспечивается за счет того, что как накладка наружная, так и накладка внутренняя, будучи разнопрофильными, опираются своими нижними поверхностями на подошву/основание рельса.
Следовательно, поставленная цель полностью решена: полностью обеспечено бесконтактное движение колес над рельсовым стыком. При этом предложенное техническое решение исполнимо, не нарушает общей прочности рельсов, не препятствует их возможному продольному* перемещению при колебаниях окружающей температуры, позволяет существенно снизить время на ремонт и уменьшает трудозатраты.