УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТАРИРОВОЧНЫХ НАГРУЖЕНИЙ СЕЧЕНИЙ РЕЛЬСА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, в частности к контрольно-измерительным устройствам, предназначенным для проверки состояния железнодорожного полотна [В61К 9/08].
Из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМИТАЦИИ ПРОЦЕССА ДВИЖЕНИЯ КОЛЕСА ПО РЕЛЬСУ [патент РФ на полезную модель №98 070], состоящее из модели рельса, закрепленной в шпинделе токарно-винторезного станка, и модели колеса, установленной в центрах вилки, закрепленной в приспособлении на суппорте станка, соединенного с усилителем и датчиками универсального динамометра, отличающееся тем, что происходит имитация непрерывности процесса движения и прохождения стыка рельсов за счет того, что модель рельса выполнена в виде диска с пропилом, и создание продольных и поперечных нагрузок на модель колеса при прохождении прямых и кривых участков пути при помощи продольной и поперечной подач суппорта станка. Также из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМИТАЦИИ ПРОЦЕССА НАГРУЖЕНИЯ КОЛЕСА НА РЕЛЬС [патент РФ на полезную модель №113839], состоящее из держателя-корпуса, внутри которого размещена тарированная пружина с возможностью предварительного нагружения винтом, установленным с противоположного торца корпуса, двух штифтов, расположенных в прорезях корпуса, с помощью которых контролируется предварительное нагружение тарированной пружины и величина общей нагрузки, полки для установки устройства в резцедержателе, отличающееся тем, что для имитации полного нагружения колеса по всей длине рельса модель колеса закреплена в центрах подпружиненной вилки, размещенной в держателе-корпусе. Недостатком данных аналогов является то, что установка не позволяет оценить значения напряжений в сечении модели рельса, также к недостатку можно отнести то, что нагружению подвергается модель рельса, выполненная в виде диска, что обуславливает значительное искажение нагрузок в сечении модели рельса в сравнении с реальным воздействием колеса на рельс.
Наиболее близким по технической сущности является УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ЖЕСТКОСТИ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ [патент РФ на полезную модель №138300], содержащее силовой орган с возможностью измерения и регулирования величины испытательной нагрузки и средствами для измерения смещения рельсов при испытании, отличающееся тем, что испытательная нагрузка от силового органа передается одновременно на два рельса через опорные узлы, выполненные в виде П-образных корпусов, в боковой части которых выполнено сквозное резьбовое отверстие с фиксирующим элементом
Недостатком прототипа является то, что нагрузка передается на рельсы через опорные узлы, которые создают в сечении рельса напряжения, отличные от тех, которые возникают при движении колеса подвижного железнодорожного состава по рельсу, что снижает точность определения реальных характеристик рельсового железнодорожного пути, также к недостатку прототипа можно отнести растяжение рельса в длину.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности моделирования напряжений в сечении рельса, а также повышение надежности и долговечности использования.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для тарировочных нагружений сечений рельса, содержащее П-образный корпус, в боковой части которого выполнено сквозное резьбовое отверстие с фиксирующим элементом, отличающееся тем, что в П-образном корпусе выполнено дополнительное сквозное отверстие, в котором расположен твердотельный вкладыш, с внутренней стороны которого выполнен выступ.
В частности, в основании П-образного корпуса выполнено 2 продольных прямоугольных сквозных отверстия, в которых с возможностью вертикального перемещения расположены твердотельные вкладыши с выступами на внутренней стороне, которые образуют тороидальные поверхности, которые в продольном направлении имеют радиус, близкий к радиусу колеса подвижного состава, при этом в боковых частях корпуса выполнены резьбовые отверстия, в которых расположены фиксирующие болты. В частности, сквозное отверстие выполнено на боковой части П-образного корпуса и состоит из двух частей - внешней большого диаметра и внутренней маленького диаметра, твердотельный вкладыш расположен в данном отверстии с возможностью горизонтального перемещения и состоит из 3 частей - внешнего цилиндра с конической выемкой и внутреннего цилиндра с конической выемкой, в которой расположен твердотельный сферический элемент, сверху основания корпуса выполнены 3 продольные канавки округлого сечения, при этом крайние канавки сообщаются с канавками прямоугольного сечения, расположенными на боковых и нижней частях основания, к которым болтовыми соединениями прикреплены твердотельные вкладыши с тороидальными выступами, которые в продольном направлении имеют радиус, близкий к радиусу колеса подвижного состава, резьбовое отверстие с фиксирующим элементом расположено на противоположной боковой стороне П-образного корпуса относительно твердотельного вкладыша, на основаниях фиксирующего элемента выполнены конические выемки, при этом на внешней конической выемке фиксирующего элемента выполнены зацепы под шлицевую отвертку, а на внутренней конической выемке расположен твердотельный сферический элемент.
В частности, сквозное отверстие прямоугольной формы выполнено в основании П-образного корпуса, при этом твердотельный вкладыш расположен внутри корпуса, сверху твердотельного вкладыша выполнены 2 продольные канавки треугольного сечения, а снизу - 2 выступа, которые образуют тороидальные поверхности, которые в продольном направлении имеют радиус, близкий к радиусу колеса подвижного состава. В частности, в боковых частях П-образного корпуса выполнены резьбовые отверстия с фиксирующими болтами, при этом снизу к торцам корпуса прикреплены съемные фиксирующие пластины с наклонными резьбовыми отверстиями, в которых расположены прижимные болты.
В частности, твердотельный вкладыш выполнен с отверстиями для болтового соединения с П-образным корпусом.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан вид спереди 1 варианта реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса.
На фиг. 2 показан вид сбоку 1 варианта реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса.
На фиг. 3 показан вид сверху 1 варианта реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса.
На фиг. 4 показан общий вид 1 варианта реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса.
На фиг. 5 показан вид спереди 2 варианта реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса.
На фиг. 6 показан вид сверху 2 варианта реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса.
На фиг. 7 показан разрез А-А 2 варианта реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса.
На фиг. 8 показан разрез Б-Б 2 варианта реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса.
На фиг. 9 показан вид спереди 3 варианта реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса.
На фиг. 10 показан вид спереди 4 варианта реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса.
На фиг. 11 показан общий вид 4 варианта реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса.
На фиг. 12 и фиг. 13 показано взаимное расположение насадки на гидравлический домкрат и твердотельного вкладыша 3 и 4 вариантов реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса.
На фиг. 14 показан пример нагружения левой стороны рельса для 3 и 4 вариантов реализации устройства.
На фиг. 15 показан пример нагружения правой стороны рельса для 3 и 4 вариантов реализации устройства.
На фиг. 16 показан пример нагружения центральной части рельса для 3 и 4 вариантов реализации устройства.
На фиг. 17 показан пример установки на рельсе опытного образца 1 варианта реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса.
На фиг. 18 показан пример установки на рельсе опытного образца 2 варианта реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса.
На фигурах обозначено: 1 - рельс, 2 - П-образный корпус 1 варианта реализации, 3 - продольные прямоугольные отверстия, 4 - твердотельные вкладыши с тороидальными выступами 5, 6 - фиксирующие болты, 7 - насадка на домкрат для нагружения центральной части рельса, 8 - П-образный корпус 2 варианта реализации, 9 - верхние горизонтальные продольные канавки круглого сечения, 10 - вертикальные боковые канавки прямоугольного сечения, 11 - нижние горизонтальные продольные канавки прямоугольного сечения, 12 - П-образные вкладыши с тороидальными выступами 13, 14 - болты, 15 - фиксирующий элемент с коническими выемками 16, 17 - твердотельные сферические вкладыши, 18 - цилиндрический элемент с конической выемкой 19 и отверстием 20, 21 - цилиндрический элемент с конической выемкой 22, 23 - насадка призматической формы для вертикального нагружения боковой части рельса 1 на гидравлический домкрат 24, 25 - П-образные корпусы для 3 и 4 вариантов реализации с прямоугольными отверстиями 26, 27 - твердотельные вкладыши с продольными выемками треугольного сечения 28 и тороидальными выступами 29, 30 - съемные фиксирующие пластины, 31 - прижимные болты, 32 - зацепы под шлицевую отвертку.
Осуществление полезной модели
1 вариант реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса (см. Фиг. 1-4) содержит П-образный корпус 2, в основании которого выполнено 2 продольных сквозных отверстия 3, в которых установлены твердотельные вкладыши 4 с тороидальными выступами 5. В боковых частях корпуса 2 выполнены резьбовые отверстия, в которых установлены фиксирующие болты 6.
2 вариант реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса содержит П-образный корпус 8, сверху которого выполнены 3 продольные канавки круглого сечения 9, при этом крайние канавки 9 сообщаются с вертикальными боковыми канавками прямоугольного сечения 10, между которыми на нижней части основания корпуса 8 выполнены нижние горизонтальные продольные канавки прямоугольного сечения 11. В канавках 10 и 11 установлены П-образные твердотельные вкладыши 12 с тороидальными выступами 13. Вкладыши 12 прикреплены к корпусу 8 болтами 14. В боковых частях корпуса 8 выполнены сквозные отверстия, состоящие из двух частей - внешних большего диаметра и внутренних меньшего диаметра, при этом с одной стороны в отверстии меньшего диаметра выполнена резьба и установлен фиксирующий элемент 15, который конструктивно состоит из 2 двух цилиндрических частей - внешней большого диаметра, которая является ответной для внешней части соответствующего отверстия, и внутренней меньшего диаметра с внешней резьбой, которая является ответной внутренней части соответствующего отверстия. На основаниях элемента 15 выполнены конические выемки 16, при этом на внутренней конической выемке 16 установлена сферическая твердотельная вставка 17, а на внешней конической выемке 16 выполнены зацепы под шлицевую отвертку 32. С другой стороны корпуса 8 во внешней части составного отверстия расположен цилиндрический элемент 18 с конической выемкой 19 и отверстием 20, при этом во внутренней части данного составного отверстия расположен цилиндрический элемент 21 с конической выемкой 22, в которой расположена сферическая твердотельная вставка 17.
Элементы 18, 21 и 17 преимущественно изготавливают из высоколегированной твердотельной стали и они образуют твердотельный вкладыш, который выполнен с возможностью горизонтального продольного перемещения, при этом в качестве выступа используется сферический твердотельный элемент 17.
Отверстие 20 может быть использовано для подведения смазки.
3 вариант реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса содержит П-образный корпус 25, в основании которого выполнено прямоугольное отверстие 26, внутри корпуса 25 расположен твердотельный вкладыш 27, сверху которого выполнены 2 продольные канавки треугольного сечения 28, а на нижней поверхности выполнены 2 тороидальных выступа 29, на одной боковой части корпуса 24 выполнено сквозное резьбовое отверстие, в котором расположен фиксирующий болт 6.
4 вариант реализации устройства для тарировочных нагружений сечений рельса содержит П-образный корпус 25, в основании которого выполнено сквозное прямоугольное отверстие 26. Внутри корпуса 25 расположен твердотельный вкладыш 27, сверху которого выполнены 2 продольные канавки треугольного сечения 28, а на нижней поверхности выполнены 2 тороидальных выступа 29. Вкладыш 27 расположен внутри корпуса 25. В боковых частях корпуса 25 выполнены сквозные резьбовые отверстия, в которых расположены фиксирующие болты 6, снизу к торцам корпуса 25 болтами 14 прикреплены съемные фиксирующие пластины 30, в которых выполнены наклонные резьбовые отверстия, в которых расположены прижимные болты 31.
Выступы 5, 13 и 29 имеют тороидальную поверхность контакта с рельсом 1, причем в продольном направлении радиус поверхности имеет величину, близкую к радиусу колеса подвижного железнодорожного состава, а в продольном направлении – радиус, меньший 30 мм.
Устройство для тарировочных нагружений сечений рельса на примере 4 варианта реализации используется следующим образом.
Перед эксплуатацией производят монтаж устройства на рельс 1 в следующем порядке:
- устанавливают вкладыш 27 на головку рельса 1 (см. Фиг. 12);
- устанавливают сверху вкладыша 27 корпус 25;
- болтами 14 прикручивают к нижним торцам корпуса 25 фиксирующие пластины 30;
- вкручивают в резьбовые отверстия пластин 30 прижимные болты 31;
- фиксируют корпус 25 на головке рельса 1 посредством закручивания фиксирующих болтов 6;
- устанавливают насадку призматической формы 23 домкрата 24 на одну из выемок 28, при этом для нагружния левой части рельса 1 насадку 23 размещают в левой выемке 28 (см. Фиг. 14), для нагружения правой части рельса 1 насадку 23 размещают в правой выемке 28 (см. Фиг. 15), для нагружения центральной рельса используют насадку 7 с двумя выступами треугольного сечения (см. Фиг. 16);
- размещают домкрат 24 между насадкой 23 и, например, железнодорожным вагоном таким образом, чтобы можно было фиксировать значения нагрузки, создаваемой домкратом 24, что может быть реализовано путем размещения между железнодорожным вагоном и домкратом 24 динамометра.
- горизонтальную силу к рельсу прикладывают при помощи горизонтально домкрата упором непосредственно в фиксирующий болт 6.
Для моделирования напряжений в сечении рельса 1 последовательно нагружают домкратом 24 сначала левую часть рельса 1, затем центральную и правую части рельса 1, одновременно прикладывают горизонтальную нагрузку, при этом фиксируют по показаниям динамометра значение прилагаемых сил, после чего вычисляют напряжения, возникающие в различных участках сечения рельса 1. Также по данным значениям выстраивают матрицу влияния, при помощи которой можно с высокой точностью до 95-99% получить силы и координату точки контакта колеса подвижного состава с рельсом 1 для реального состава в любой момент времени.
Технический результат полезной модели - повышение точности моделирования напряжений в сечении рельса достигается за счет того, что в П-образном корпусе выполнено дополнительное сквозное отверстие, в котором расположен твердотельный вкладыш, с внутренней стороны которого выполнены тороидальные выступы, которые, в свою очередь, благодаря своей форме при нагружении образуют максимально схожее пятно контакта с рельсом 1 как реальное колесо подвижного железнодорожного состава. Эти же отличительные особенности обеспечивают повышение надежности и долговечности, поскольку при моделировании необходимость нагружения возникает только для твердотельного вкладыша, который не деформируется при подаче на него больших нагрузок и длительное время сохраняет заданную форму выступа.
В 2016 году заявитель изготовил опытные образцы 1 варианта реализации (см. Фиг. 17) и 2 варианта реализации (см. Фиг. 18) устройства для тарировочных нагружений сечений рельса, испытания которых подтвердили достижение заявленного технического результата полезной модели.