СТОЙКА ОПОРЫ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Полезная модель относится к строительству, в частности к опорным конструкциям в виде пространственной фермы для контактной сети железных дорог.
При электрификации железных дорог в РФ применяются стальные опоры контактной сети, стойки которых конструктивно выполненные из двух наклонных гнутых швеллеров постоянного по высоте сечения, соединенных между собой через некоторое расстояние плоскими планками («Металлические опоры контактной сети и стойки жестких поперечин». Проект 6226И. Рабочие чертежи, см. статью «Металлические стойки жестких поперечин и опор контактной сети», выложенную на сайте «Электропоставка» компании ООО «Электропоставка», RU, в сети Интернет в режиме он-лайн доступа по адресу: http://elektropostavka.ru/metall-stoyki-opor-kontakt-seti/).
Так, например, известна стойка опоры контактной сети железных дорог, представляющая собой пространственную ферму, содержащую два расположенных на расстоянии напротив друг друга швеллера, выполненных каждый из металлического гнутого листа с образованием открытого поперечного сечения, имеющего центральную полку и отогнутые от нее боковые полки и обращенного открытой частью в сторону открытой части такого же напротив расположенного швеллера, при этом боковые смежно расположенные полки швеллеров связаны между собой горизонтальными планками или наклонными раскосами, которые приварены к боковым полкам швеллеров (RU №83272, E04H 12/10, опубл. 27.05.2009).
Изгибающий момент, воспринимаемый в каждом сечение стойки опоры контактной сети, уменьшается по высоте стойки, в связи с чем существует возможность уменьшения несущей способности стойки по высоте. Именно с этой целью швеллера, образующие несущие пояса, выполнены в рассматриваемой конструкции наклонными. При таком конструктивном исполнение опоры контактной сети уменьшение несущей способности стойки по ее высоте достигается за счет сближения швеллеров между собой, что приводит к уменьшению момента инерции стойки. В такой конструкции стойки экономия стали и снижение веса стойки достигается за счет уменьшения по высоте стойки длины планок, соединяющих несущие пояса из швеллеров постоянного сечения.
Также известна стойка контактной сети железных дорог, в которой уменьшение несущей способности стойки по высоте обеспечивается изменением сечения образующих ее несущих поясов, выполненных в виде швеллеров переменного сечения (RU №101481, E04H 12/10, опубл. 20.01.2011).
Указанные выше объекты приняты за прототипы.
Следует отметить, что выбранное в прототипах сечение в виде швеллера не является оптимальным. В случае необходимости повышения несущей способности стоек, выполненных из двух швеллеров, это возможно осуществить либо увеличением расстояния между швеллерами, либо увеличением размеров самих швеллеров. Увеличение расстояния между швеллерами увеличивает длину соединяющих их раскосов или планок, и снижает механические характеристики стойки в аварийных режимах обрыва контактного провода, когда на стойку воздействуют скручивающие нагрузки. Увеличение размера швеллера при сохранение толщины металла, из которого он изготовлен, может привести к портере местной устойчивости его центральной полки. Наиболее оптимальным сечением является сечение, образованное преобразованием центральной полки швеллера в три полки, одна из которых остается центральной, а две другие отогнуты от нее под тупым углом. При таком исполнение несущих поясов достигаются две цели: во-первых, при том же расстояние между несущими поясами мы получаем сечение с большей несущей способностью за счет того, что отодвигаем сечение дальше от его нейтральной оси и тем самым увеличиваем его момент инерции, а во-вторых дополнительные гибы уменьшают свободную длину отдельных элементов сечения и тем самым повышают его местную устойчивость.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по оптимизации расхода металлопроката за счет выбора рациональной конфигурации поперечного сечения по высоте стойки с точки зрения снижения ее веса применением в конструкции опоры контактной сети железных дорог несущих поясов переменного сечения с повышенной механической прочностью.
Достигаемый при этом технический результат заключается в уменьшении расхода стали при изготовлении опоры контактной сети железных дорог при сохранении несущей способности стойки по высоте, либо достижения при тех же весовых характеристиках стойки ее большей механической прочности.
Указанный технический результат достигается тем, что в стойке опоры контактной сети железных дорог, представляющей собой пространственную ферму и содержащей два расположенных на расстоянии напротив друг друга несущих пояса, расположенных параллельно или наклонно друг к другу и каждый из которых выполнен из гнутого металлического листа с образованием открытого поперечного сечения, имеющего центральную полку и отогнутые от ее краев две параллельные друг другу боковые полки, при этом расположенные друг на против друга боковые полки двух несущих поясов попарно находятся в одной плоскости и связаны между собой горизонтальными планками или наклонными раскосами, которые приварены или прикреплены к ним болтами, причем несущие пояса выполнены с поперечным сечением, уменьшающимся или постоянным по площади в направлении увеличения высоты, центральная полка каждого несущего пояса выполнена гнутой в срединной части для формирования центрально расположенной продольно ориентированной части, от которой под тупым углом отогнуты две боковые части, для формирования по высоте центральной полки двух продольно ориентированных ребер жесткости, образованных расположенными под углом друг к другу плоскими частями центральной полки в зонах перегиба, при этом боковые полки отогнуты от боковых частей центральной полки, а вершины ребер жесткости центральных полок несущих поясов направлены в противоположные стороны относительно друг друга.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Полезная модель поясняется конкретными примерами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
На фиг. 1 представлен вид стойки с планками;
фиг. 2 - представлен вид стойки с раскосами;
фиг. 3 - сечение несущего пояса.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция стойки опоры контактной сети железных дорог, которая представляет собой пространственную ферму, содержащую два расположенных на расстоянии напротив друг друга несущих пояса 1, расположенных параллельно или наклонно по отношению друг к другу. Каждый несущий пояс выполнен из гнутого металлического листа с образованием открытого поперечного сечения, имеющего одну центральную полку 2 и отогнутые под углом от ее краев две параллельные друг другу боковые полки 3.
Центральная полка каждого несущего пояса выполнена гнутой в срединной части для формирования центрально расположенной продольно ориентированной части 4, от которой под тупым углом отогнуты две боковые части 5, для формирования по высоте центральной полки двух продольно ориентированных ребер жесткости 6, образованных расположенными под углом друг к другу плоскими частями центральной полки в зонах перегиба. Боковые полки 3 отогнуты от боковых частей 5 центральной полки. А вершины ребер жесткости 6 центральных полок 2 несущих поясов 1 направлены в противоположные стороны относительно друг друга.
При выполнении центральной полки с выпуклым наружу ребром жесткости обеспечивается придание ей повышенной пространственной жесткости и сопротивления изгибу, в том числе и на кручение. При этом при том же расходе стали (допустим сохраняется толщина металлического листа, подвергаемого гибке) несущая способность серьезно повышается. Это позволяет для получения той же несущей способности либо уменьшить толщину металлического листа, либо уменьшить сечение несущего пояса. Формирование ребер жесткости в конструкциях относится к известным приемам, но для длинномерных и тонколистовых объемных конструкций - это единственный путь достижения высоких показателей пространственной жесткости и сопротивления, которые являются базовыми для формирования способности нести нагрузку. При этом для таких пространственных конструкций типа стоек важным является выбор места расположения такого ребра. Если проанализировать заявленную стоку, то можно увидеть, что ее поперечный контур сформирован четырьмя гранями. При этом две грани образованы смежно расположенными в одной плоскости боковыми полками разных поясок, которые (полки) связаны прочно между собой планками или раскосами. Видно, что данные грани из-за наличия связей (планок или раскосов) имеют высокое сопротивление изгибу в плоскости расположения боковых планок, но недостаточное сопротивление в поперечном направлении. В поперечном направлении механические качества граней прямо зависят от центральных полок, так как последние являются для них опорами. В прототипе эти опоры плоские и, по сути, представляют собой плоскую поверхность, пространственная жесткость которой определена наличием углов (зоны перегиба краев центральных полок для образования боковых полок). Эти зоны перегиба являются так же ребрами жесткости. Но деформация такого ребра сразу приводит к потере несущей способности центральной полки. Для исключения этого явления, которое может произойти не только из-за внешней нагрузки, но и из-за нарушения технологии монтажа стойки, необходимо усилить центральную полку либо увеличением е толщины, либо конструктивным приемом - формированием на ней протянутого по высоте полки ребер жесткости. Самым оптимальным является получение таких ребер перегибом частей центральной полки и образованием углов между ними. Сформировавшиеся при этом вершины этих углов и будут являться ребрами жесткости, которые будут подпирать ребра жесткости, образованные вершинами углов, полученными при отгибе краев центральной полки и получения боковых полок.
Такой прием повышения пространственной жесткости стойки является технологичным, так как, по сути, является повторением технологии получения боковых полок методом их отгиба. Поэтому затраты на проведение такой операции минимизированы, а выигрыш в экономии стали очевиден. Ко всему прочему достигается эксплуатационная долговечность стойки, если она выполняется из металлического листа той толщины, которая обычно используется в соответствии с требованиями по рабочим чертежам Проекта 6226И «Металлические опоры контактной сети и стойки жестких поперечин».
Расположенные друг напротив друга боковые полки двух несущих поясов попарно находятся в одной плоскости и связаны между собой горизонтальными планками или наклонными раскосами 7, которые приварены или прикреплены к ним болтами. Планки или раскосы выполнены из стальной полосы, стального круглого сечения прута, стального уголка или швеллера. А при креплении к несущим поясам раскосов или планок, выполненных из швеллера или уголка при помощи сварки, они приварены к несущим поясам полкой или ребрами.
Несущие пояса выполнены с поперечным сечением, уменьшающимся или постоянным по площади в направлении увеличения высоты за счет уменьшения или сохранения постоянным сечения всех граней, или любой комбинации уменьшения сечения каких-то определенных граней, и сохранением постоянного сечения других граней.
Настоящая полезная модель промышленно применима, так как может быть изготовлена с использованием известных технологий создания стоек.