ДВУХГОЛОВАЯ НАКЛАДКА РЕЛЬСОВОГО СТЫКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ

Полезная модель относится к верхнему строению пути и может быть использована на магистральных железных дорогах, а также на железнодорожных путях промышленных предприятий.
Известна двухголовая накладка рельсового стыкового соединения, содержащая верхнюю и нижнюю головки, с опорными поверхностями накладки, шейку накладки с отверстиями для стыковых болтов, две двухголовые накладки соединяются стыковыми болтами, размещенными в отверстиях шейки двух примыкающих друг к другу рельсов, между каждой накладкой и шейкой рельсов предусмотрен зазор для обеспечения прижатия накладок к рельсу независимо от возможного износа накладки, головки и подошвы рельса (RU №2245953, Е01В 11/04, опубл. 2004.09.07).
Известны стыки с накладками плоской формы, которые недостаточно жесткие в горизонтальной и вертикальной плоскостях, поэтому не обеспечивают под нагрузкой от проходящих поездов ограничения перемещения рельсов в стыке в продольном направлении и вертикальных перемещений рельсовых концов стыка, которые превышают аналогичные перемещения рельса вне стыка, создают короткую неровность и повышение уровня динамического взаимодействия колес с рельсами (Железнодорожный путь. Г.М.Шахунянц. М. Транспорт, 1969, стр.223, рис.11-47,а).
4
4
На железных дорогах Российской Федерации находятся в эксплуатации рельсовые стыки со следующими характеристиками: момент инерции поперечного сечения одной накладки относительно горизонтальной оси (для рельса Р65, масса которого равна 64,720 кг на 1 п.м.) равен 530 см, момент инерции сечения рельса типа Р65 равен 3548 см. Таким образом, соотношение моментов инерции поперечного сечения рельса и двух накладок составляет 3,35 (Путь и безопасность движения поездов. В.И.Болотин, В.А.Лаптев, B.C.Лысюк и др. ред. В.Я.Шульга М. Транспорт, 1994, с.67-68).
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является двухголовая накладка рельсового стыкового электроизолирующего соединения, содержащая верхнюю и нижнюю головки с профилем и наклонными поверхностями, в вертикальной шейке накладки предусмотрены отверстия для стыковых болтов (RU №2250281, Е01В 11/00; Е01В 11/54; В60М 5/00, опубл. 2005.06.16).
Недостатком этого технического решения является то, что концы рельсов стыка имеют вертикальный прогиб от действия колес подвижного состава в 2-3 раза больший, чем аналогичные прогибы рельсов вне пределов стыка. Такой значительный вертикальный прогиб в стыке объясняется недостаточной жесткостью и малым моментом инерции сечения двух стыковых накладок.
Задачей полезной модели является увеличение срока службы накладки и рельсов стыка за счет увеличения величины соотношения моментов инерции поперечного сечения двух накладок и поперечного сечения рельса относительно горизонтальной оси.
Технический результат достигается тем, что в двухголовой накладке рельсового стыкового соединения, содержащей шейку с отверстиями для болтовых соединений, верхнюю и нижнюю головки с прямолинейными профилями стенок, взаимодействующих с головкой и подошвой рельса и имеющих уклоны, равные уклонам головки и подошвы рельса, наружные профили верхней и нижней головок имеют выступы трапецеидальной формы, которые расположены в средней части длины накладки.
Момент инерции двух накладок в средней части ее длины, т.е. в зоне стыкового зазора увеличен, а величина прогиба рельсов при воздействии подвижного состава на путь значительно уменьшена. Соблюдение габарита подвижного состава для беспрепятственного прохождения бандажа и гребня колеса обеспечено.
Как пример конкретного варианта стык рельсов типа Р65 имеет следующие характеристики:
4
- момент инерции одной накладки относительно горизонтальной оси составляет 847 см, т.е. увеличен в 1,6 раза;
- соотношение моментов инерции рельса и 2-х накладок в стыке типа Р65 изменено и равно 2,09.
в
Вычисление момента инерции накладки с учетом предложенных выступов накладки, исходные данные: в - ширина выступа, h - высота, у - расстояние от центра тяжести до оси х, F - площадь сечения выступа, J - момент инерции сечения выступа относительно оси сечения:
в
в
2
3
2
4
ΔJ=J+Fу=в н/12+в н у=157,5 см.
Для двух выступов получим величину момента инерции:
4
4
ΔJ 2=157,5 см 2=315 см
4
Таким образом, момент инерции накладки полезной модели равен 530+315=845(см), т.е. увеличен в 1,6 раза по сравнению с прототипом и серийными накладками для рельсов типа Р65.
Полезная модель поясняется с помощью трех фигур:
фиг.1 - разрез двухголовых стыковых накладок в створе зазора;
фиг.2 - вид стыкового соединения в вертикальной плоскости;
фиг.3 - вид рельсового стыка с двухголовыми накладками сверху.
Позициями на фиг.1, фиг.2 и фиг.3 обозначено:
1 - шейка накладки;
2 - отверстия - в шейке накладки; для стыкового болта;
3 - верхняя головка накладки;
4 - нижняя головка накладки;
5 - головка рельса;
6 - подошва рельса;
7 - вертикальная ось рельса;
8 - опорная часть головки рельса;
9 - опорная часть подошвы рельса;
10 - верхний выступ трапецеидальной формы;
11 - нижний выступ трапецеидальной формы;
12 - стыковые болты;
13 - ось стыкового болта;
14, 15 - шпалы;
16 - закладные болты;
17 - клеммные болты;
18 - подкладки;
19 - линия центров отверстий;
20, 21 - левый и правый рельсы стыкового соединения;
22 - стыковой зазор.
Двухголовая накладка рельсового стыкового соединения содержит шейку 1, в которой предусмотрены отверстия 2, прямолинейные профили головок 3 и 4, прижатые к головке 5 и подошве 6 рельса 7, выполненные с уклонами 8 и 9, величиной равной величине уклонов головки 5 и подошвы 6 рельса 7. Полезная модель отличается тем, что наружные профили головок 3 и 4 накладки имеют выступы 10 и 11 трапецеидальной формы, при этом выступы 10 и 11 трапецеидальной формы в горизонтальной плоскости расположены в средней части длины накладки.
Предлагаемая полезная модель, кроме того, содержит стыковые болты 12 с продольной осью 13, подошва 6 рельса 7 закреплена на шпалах 14, 15 с помощью болтов 17 на подкладках 18, удерживаемых закладными болтами 16, причем стыковые болты расположены на линии центров отверстий 19.
Двухголовая накладка рельсового стыкового соединения работает следующим образом. Колесная пара подвижного состава сначала нагружает левый рельс 20 стыка, затем нагрузка колеса будет действовать на правый рельс 21 стыка. Оба рельса 20 и 21 стыка будут иметь вертикальный прогиб, величина которого возрастает с приближением действующей силы к торцу рельсов 20, 21 стыка, т.е. непосредственно над стыковым зазором 22. Для уменьшения прогиба рельсов 20, 21 в зоне зазора 22 увеличена площадь
сечения накладок, суммарный момент инерции, положительно влияющий на несущую способность рельсового стыка, также имеет большую величину в сравнении с прототипом.
Двухголовая накладка рельсового стыкового соединения для рельсов типа Р65 с расположением стыков в шпальном ящике, содержащая трапецеидальные выступы в средней части, будет иметь прогиб от воздействия поездной нагрузки (в том числе повышенной до 25 т на ось) в 1,5-2 раза меньше по сравнению с прототипом. Поэтому на предлагаемом стыковом соединении будет меньший износ накладок, подошвы и головки рельса, стыковых болтов и отверстий в шейке рельса, эксплуатационные расходы на текущее содержание будут также сокращены. По результатам испытаний динамическая вертикальная неровность в стыке имеет глубину 1,2-1,4 мм, что значительно меньше, чем глубина неровности в стыке-прототипе.