Плита рельсового скрепления
RAIL FASTENING PLATE

Плита рельсового скрепления относится к железнодорожному транспорту, в частности к строению железнодорожного пути, включающему узлы крепления рельсов к основаниям пути (плитам и шпалам), имеющим элементы крепления плит к основанию рельсового пути, причем имеются в виду такие рельсовые скрепления, в которых указанные узлы крепления содержат зафиксированные в основании пути дюбели и завинченные в них шурупы так, что обеспечивается возможность перемещения плиты относительно шурупов в поперечном направлении рельсового пути в процессе изменения ширины колеи
Из патентной документации известна верхняя опорная пластина (плита) для опирания на неё рельса, соединенная с нижней фундаментной плитой (основанием), верхняя плита имеет возможность перемещаться в горизонтальном поперек колеи и вертикальном направлениях, при этом боковое перемещение верхней пластины поперек рельса ограничено усиленными выступающими фланцами на первой паре краев нижней пластины. Усиление включает горизонтальные полки, выступающие наружу от верхних краев выступающих полок. Дополнительные фланцы на второй паре нижних краев пластины способствуют дополнительному усилению и ограничивают перемещение верхней пластины в направлении рельса. Шайбы устанавливают нижнюю пластину для бокового регулирующего движения с предварительно выбранными приращениями различной величины (US 4715522 A, 1987-12-29).
Известна плита из чугуна, расположенная под рельсом рельсового пути и оснащенная двумя съемными узлами на плите, которые заменяют анкеры крепления для удержания рельса  (CN  205443809 U, 2016-08-10).
Известна опорная пластина рельса, имеющая средства регулировки расстояния её крепления на шпале шурупами, ввинчиваемыми в заглубленные в шпале дюбели (CN 212771759 U, 2021-03-23).
Известно рельсовое скрепление, содержащее симметричную подкладку, включающую подклеммные участки с упорными стенками, направляющими ребрами, ограничительными выступами, расположенными у отверстий для прохода крепежных элементов, а также расположенный между ними подрельсовый участок, при этом подклеммная часть по концам направляющих ребер и подрельсовый участок имеют разную толщину, а часть подкладки, находящаяся под концевыми участками клеммы по оси крепежного элемента, имеет возвышение относительно остального подклеммного участка, а на упорной стенке подкладки выполнены выступы, являющиеся продолжением ее основания (RU 183452U1, 24.09.2018).
Известно рельсовое скрепление, содержащее  основание с анкером и позиционирующей прокладкой, дюбель, в который ввинчен шуруп, при этом внешний конец анкера расположен в углублении позиционирующей прокладки (RU 136441 U1, 10.01.2014).
Известно рельсовое скрепление, включающее подкладку с отверстиями под элементы крепления подкладки к шпале с двумя боковыми упорами, скрепление имеет клеммно-болтовое крепление рельса к подкладке и регулирующий элемент, установленный с одной стороны рельса с возможностью его перестановки на другую сторону и закрепления посредством клеммно-болтового крепления (RU 2398923 С2, 10.09.2010).
Известно рельсовое скрепление, содержащее установленную на подрельсовом основании двухребордную подкладку, клеммные болты, установленные в пазах, выполненных в ребордах подкладки, причем на левом и правом концах двухребордной подкладки выполнены углубления с отверстиями, перпендикулярные продольной оси симметрии подкладки, при этом отверстия в углублениях имеют овальную форму, а на верхней стороне двухребордной подкладки установлены регулировочные вкладыши с круглыми отверстиями, выполненными с эксцентриситетом, величина которого равна не более нормативного бокового износа головки рельса (RU 195061 U1, 14.01.2020).
Известна плита рельсового скрепления, имеющая на виде сверху прямоугольную форму, на которой расположены выполненные монолитно с ней анкерные головки, при этом каждая головка имеет центральный проем и боковые ложементы под петлю и ветви клеммы, плита имеет овальные отверстия под располагаемые в них элементы узла соединения плиты со шпалой, анкерные головки плиты и овальные отверстия расположены со смещением от центральной оси и расположены друг против друга по диагонали плиты в её угловых зонах (заявка WO 2019186097 А1, 03.10.2019 – прототип). Внешний вид раскрытой в прототипе плиты представлен рельсовым скреплением в сборе в источнике информации: https://berserkon.com/images/fast-clip-pandrol-fastclip-2.jpg, дата осмотра 14.10.2021.
Из раскрытой в прототипе конструкции плиты рельсового скрепления следует, что при перемещении рельса поперек рельсового пути в процессе регулировки ширины колеи в обусловленных температурных условиях, подошва рельса будет толкать плиту и при этом упираться в боковой изолятор рельсового скрепления. Перемещение рельса производится с опасным усилием, могущим разрушить перемещаемый  вместе с плитой изолятор. В другом случае перемещения рельса, когда изолятор предварительно снят, то подошва рельса будет упираться в посадочные под изолятор места анкера плиты с опасностью повреждения этих мест. В итоге, раскрытое в прототипе рельсовое скрепление в не в полной мере отвечает надежности работы плиты при температурных перепадах в пределах от +70ºС до -70ºС и восприятии плитой динамических нагрузок при движении подвижного состава по рельсовому пути на повышенных скоростях. Повышение скоростей движения связано с качественной и безопасной регулировкой ширины колеи рельсового пути.
Техническим результатом представленного в данном описании изобретения является повышение надежности плиты и работы рельсового скрепления в тяжелых климатических условиях в режиме повышенных динамических нагрузок.
Другим полученным результатом является повышение качества регулировочных работ, влияющих на точность позиционирования плиты и рельсового скрепления в процессе перемещения плиты поперек рельсового пути в случаях  изменения ширины колеи рельсового пути.
Технический результат получен плитой рельсового скрепления, монолитно изготовленной из чугуна или из прочного композитного неокисляемого материала, при этом плита  имеет прямоугольную форму на виде сверху, соответствующую нагрузкам толщину t,  головки для крепления к ним клемм прижатия подошвы рельса рельсового пути к плите, а также выполненные в плите овальные отверстия под винтовые элементы крепления плиты к шпале, причем сверху плита имеет две пары направляющих, которые расположены продольно головкам на противоположных поперечных сторонах плиты и вдоль неё, каждое овальное отверстие выполнено между каждой парой направляющих плиты, большая ось симметрии каждого овального отверстия параллельна каждой направляющей каждой пары и параллельна центральной оси плиты, при этом между каждой парой направляющих вокруг овального отверстия выполнена зубчатая поверхность, каждый зуб которой расположен поперек плиты, при этом нижняя поверхность плиты и верхняя поверхность плиты, расположенная между головками плиты и зубчатыми поверхностями выполнены гладкими, причем головки плиты, пары направляющих, овальные отверстия и зубчатые поверхности расположены со смещением от центральной продольной оси плиты так, что пары направляющих и головки расположены по диагонали в угловых зонах плиты и напротив друг друга, а торцы каждой пары направляющих и зубчатая между ними поверхность смещены вдоль плиты в наружную её сторону от плоскости расположения головки на расстояние V – максимально возможное расстояние перемещения плиты в одну из сторон в продольном направлении плиты.
Каждая головка плиты имеет центральный проем под располагаемую в нём петлю клеммы и симметрично расположенные по отношению к этому проему боковые ложементы под располагаемые в них ветви клеммы, при этом между ложементами и центральным проемом расположено прямоугольное открытое сверху углубление.
Торцы каждой пары направляющих смещены в сторону от середины плиты относительно плоскости расположения передней части анкерной головки на расстояние V – максимально возможное расстояние перемещения плиты в одну из сторон в продольном направлении плиты для ограничения перемещения плиты в поперечном направлении в процессе регулировки ширины колеи пути на расстояние V  в одну из сторон перемещения в пределах  V=1-6 мм.
Больший размер каждого овального отверстия имеет пределы Dв+2V, где V – максимально возможное расстояние перемещения плиты в одну из сторон в продольном направлении плиты в пределах 1,0-6,0 мм, а Dв – диаметр расположенной в овальном отверстии втулки с расположенным в ней шурупом, имеющем диаметр  D.
Ширина овального отверстия 6 равна диаметру Dв втулки.
Плита имеет длину L и ширину Н, центр каждого овального отверстия  расположен на расстоянии Lо=2,2D от края поперечной стороны плиты и на расстоянии Но=1,5D от края продольной стороны плиты, где D – диаметр шурупа, при этом ширина плиты находится в пределах Н=(0,4-0,6) L, а толщина t плиты находится в пределах t=(0,5-2,5)D.
На фиг. 1 показана плита рельсового скрепления на виде спереди.
На фиг. 2 – плита вид сверху по стрелке  А на фиг.1.
На фиг. 3 – плита вид сбоку по стрелке  Б на фиг.1.
На фиг. 4 – плита вид снизу по стрелке  В на фиг.1.
На фиг. 5 – схема расположения втулки узла крепления плиты к шпале в
овальном отверстии плиты.
На фиг. 6 – плита  в аксонометрии, вид сверху с поворотом на ¾.
Плита 1 рельсового скрепления представляет собой монолитную деталь сложной формы, изготовленную предпочтительно из чугуна или из любого иного прочного композитного неокисляемого материала. Плита крепежными элементами - шурупами соединена со шпалой или плитой рельсового пути.
Плита имеет прямоугольную форму на виде сверху и толщину t, соответствующую нагрузкам на плите, сверху на плите расположены выполненные монолитно с ней головки 2 и 3, предназначенные для крепления к ним клемм прижатия подошвы рельса рельсового пути к плите (клеммы не показаны).
Плита сверху имеет две пары направляющих 4 и 5 (фиг.2), которые расположены на противоположных поперечных сторонах плиты и выполнены монолитно с ней. Каждая направляющая имеет форму прямоугольного выступа, который возвышается над плитой, простирается вдоль плиты параллельно продольной оси 10 плиты. Обращенные внутрь плиты торцы направляющих 4 и 5 расположены в плоскости 21 (фиг.2). Пара направляющих,  расположенная вдоль плиты, предназначена для удержания в проектном положении шурупов 19  (фиг.5) крепления плиты к шпале, а также для устойчивого перемещения плиты 1 поперек рельсового пути относительно неподвижных шурупов, завинченных в дюбели основания пути. Каждый шуруп 19, расположен в  показанном на схеме (фиг.5) круглом отверстии втулки 20, которая расположена  с возможностью скольжения в овальном отверстии 6 плиты 1. (Шуруп 19 и втулка 20 не входят в конструкцию плиты).
Овальное отверстие 6 (фиг.4) симметрично расположено между каждой парой направляющих 4 и 5, при этом большая ось 16 овального отверстия 6 расположена вдоль плиты 1, а меньшая ось 17 овального отверстия 6 расположена поперек плиты. В свету больший размер по оси 16 каждого овального отверстия 6 имеет длину Dв+2v, где Dв – диаметр или ширина той части втулки, которая расположена в овальном отверстии плиты, а v – максимально возможное расстояние перемещения плиты в одну из сторон в продольном направлении плиты относительно неподвижной втулки 20 и расположенного в ней неподвижного шурупа 19, закрепленного в шпале.
Плита имеет длину L и ширину Н (фиг.4), а центр 18 каждого овального отверстия 6 (фиг.4) расположен на расстоянии Lо=2,2D от края поперечной стороны плиты и на расстоянии Но=1,5D от края продольной стороны плиты, где D – диаметр шурупа, при этом ширина плиты находится в пределах Н=(0,4-0,6) L, а толщина t плиты 1 (фиг.1) находится в пределах t=(0,5-2,5)D. Такие соотношения позволяют наиболее компактно распределить на плите все элементы рельсового скрепления.
Диаметр D шурупа находится в зависимости от толщины t плиты, материала шурупа и плиты, и от максимально возможных динамических нагрузок на плите при движения подвижного состава по рельсовому пути.
Сверху плиты между каждой парой направляющих 4 и 5, и кромкой каждого отверстия 6 выполнена зубчатая поверхность 7, причем каждый зуб этой поверхности расположен поперек плиты. Нижняя поверхность 8 плиты выполнена гладкой, верхняя поверхность 9 плиты, которая расположена между головками 2 и 3 плиты и поверхностями 7, также выполнена гладкой. Зубчатая поверхность 7 предназначена для зацепления с зубчатой шайбой узла соединения плиты со шпалой (шайба не показана).
Головки 2 и 3 плиты, направляющие 4 и 5, а также овальные отверстия 6 и зубчатые поверхности 7 расположены со смещением в боковые стороны плиты от её центральной продольной оси 10 так, что овальные отверстия, головки 2 и 3 и пары направляющих 4 и 5 расположены по диагонали плиты в её угловых зонах, напротив друг друга.
Каждая головка плиты имеет центральный проем 11 под располагаемую в нём петлю клеммы и симметрично расположенные по отношению к проему 11 боковые ложементы 12 под располагаемые в них концевые ветви клеммы. В плите 1, между ложементами 12 каждой головки, выполнена в виде выреза выемка 13 в целях экономии металла. В другом исполнении выемка 13 может быть выполнена в виде прямоугольного углубления, имеющего днище (не показано), при  этом такое углубление открыто с наружной торцовой стороны плиты и с её верхней стороны с целью повышения прочности плиты в зоне расположения головки плиты.
Для пояснения работы плиты, перед головками 2 и 3 плиты показаны (условно) места 14 под съемные боковые изоляторы (фиг.1), определяющие взаимное расположение элементов плиты. Поверхность передней стенки каждого изолятора расположена в плоскости 15 (фиг.2), а торцы каждой пары направляющих 4 и 5 и зубчатая между ними поверхность 7 расположены со смещением на расстояние V в наружную сторону плиты от плоскости 15. Расстояние V между плоскостью 21 и плоскостью 15 находится в пределах V=14-18 мм - размер места для расположения ушек подрельсовой прокладки (не показана). Расстояние V находится в пределах 6-10 мм, оно регламентировано в этих пределах условиями безопасности. В процессе перемещения рельсов (при снятых изоляторах) торцы направляющих 4 и 5 выходят к середине плиты и располагаются за пределами расположения каждой головки плиты с целью исключения повреждения торцом подошвы рельса головки плиты при перемещении рельса и его подошвы в процессе регулировки колеи пути.
Плита работает следующим образом. В условиях производства шпальных решеток устанавливают каждую плиту 1 на  каждой шпале шпальной решетки и при этом совмещают замоноличенные в шпале дюбели с центрами овальных отверстий 6. Затем располагают между направляющими 4 и 5 зубчатую прямоугольную шайбу зубьями вниз так, чтобы они вошли в зацепление с зубьями зубчатой поверхности 7 плиты 1. Вводят в отверстие шайбы втулку 20 и располагают её нижнюю часть в овальном отверстии. Вводят в отверстие втулки 20 шуруп 19 и завинчивают его в дюбель шпалы. Надевают на головки 2 и 3 боковые изоляторы 14, между которыми располагают подрельсовую прокладку (не показана) и располагают на ней рельс. Затем прижимают подошву рельса к  плите пружинной клеммой (не показана), вводимой в проем 11 и ложементы 12 головок 2 и 3.
При движении по рельсам рельсового пути подвижного состава плита воспринимает вертикальные нагрузки сжатия в сторону шпалы и нагрузки на отрыв плиты от шпалы, а при ускорении или замедлении движения подвижного состава плита воспринимает нагрузки сдвига плиты, действующие в плоскости прилегания плиты к шпале. Указанные нагрузки передаются на каждую втулку 20 (фиг.5) и расположенный в её отверстии шуруп 19, при этом с целью исключения сдвига плиты относительно шурупов и обеспечении достаточного сцепления поверхности плиты с элементами крепления – зубчатые поверхности 7 препятствуют скольжению плиты относительно ответных зубьев прямоугольных шайб рельсового скрепления (шайбы не показаны). В результате достигается надежность соединения плиты со шпалой шурупами.
При эксплуатации рельсового пути боковые поверхности головок рельса изнашиваются. При чрезмерном боковом износе и увеличения ширины колеи пути, а также при изменении проектного расположения пути – ширину колеи и расположение рельсов регулируют путем смещения рельсов в соответствующих направлениях.
Регулировку ширины колеи осуществляют следующим образом. Отвинчивают шурупы крепления плиты к шпале, выводят из зацепления с зубьями зубчатой поверхности 7 плиты зубья шайбы рельсового скрепления, демонтируют клеммы, извлекают боковые изоляторы рельсового скрепления, сдвигают рельс в заданную сторону, и устанавливают на головках новые боковые изоляторы с толщиной полок в пределах от 6 мм до  10 мм. После проведенных операций  устанавливают клеммы в рабочее положение, завинчивают шурупы и закрепляют плиту на шпале. Фиксацию плиты и рельса в новом положении осуществляют заменой боковых изоляторов, имеющих большую или меньшую толщину полки бокового изолятора.
В целях безопасности рельсового пути и движения по нему подвижного состава принято, что нормативным максимально возможным перемещением рельса и вместе с ней плиты в процессе  изменения ширины колеи пути является расстояние V=6 мм, при этом перемещение рельса вместе с плитой возможно от 1 мм до 6 мм в любую из сторон в поперечном направлении пути.
В результате существенно повышается качество регулировочных работ, влияющее на точность позиционирования плиты и рельсового скрепления, и на точность регулировки ширины колеи  рельсового пути.
В результате повышена надежность плиты, надежность рельсового скрепления, работающего в тяжелых климатических условиях на повышенных динамических нагрузках.