БОКОВОЙ ИЗОЛЯТОР РЕЛЬСОВОГО СКРЕПЛЕНИЯ ДЛЯ РЕГУЛИРОВКИ ШИРИНЫ КОЛЕИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
LATERAL RAIL FASTENING INSULATOR FOR ADJUSTING THE RAILWAY TRACK GAUGE

Боковой изолятор относится к элементам узлов крепления рельса к основанию железнодорожного пути, он является съемной составной частью узла и предназначен для изоляции головки анкера и железобетонной шпалы от проходящего в рельсовых цепях электрического тока, удерживания рельса в проектном положении, гашения и передачи нагрузки от подвижного состава на головку анкера узла рельсового скрепления путем восприятия боковых сил, передаваемых от подошвы рельса на анкерные головки, для удержания ширины колеи железнодорожного пути в расчетных пределах, для возврата рельса в проектное положение относительно оси железнодорожного пути в случаях увеличения бокового износа головки рельса, а также для осуществления плавного перехода прямых участков пути в кривые участки при различных радиусах закругления пути методом отвода ширины колеи в сторону увеличения относительно оси пути.
Из публикаций в сети Интернет известны регулировочные боковые изоляторы рельсовых скреплений для их использования в узлах соединения рельсов рельсового пути со шпалами, имеющие для регулировки колеи рельсового пути ряд толщин рабочих полок 6 мм,7 мм, 9 мм, 10 мм, при этом между вертикальной плоскостью, в которой расположена передняя стенка изолятора и плоскостью, в которой расположены наклонные поперечные стенки изолятора, образован угол α, равный 23° (Технические условия «Скрепления рельсовые пружинные для железобетонных шпал PANDROL FASTCLIP», стр. 5,20, рис. D.1. Общий вид бокового изолятора. «Изолятор боковой скрепления анкерного рельсового ПАНДРОЛ-350». ТУ 3185-005-59753858-2009).
В практическом применении регулировочных изоляторов, имеющих толщины рабочей полки в пределах 6-10 мм, углы α могут иными и вместе с ними иными могут быть другие углы и размеры изоляторов, что существенно ограничивает использование в узлах модифицированных рельсовых скреплений изоляторов с указанными углами α=23°.
Из опубликованной патентной документации известен изолятор боковой скрепления анкерного рельсового, состоящий из первой пластины, второй пластины, выступающей перпендикулярно из центральной части верхнего края первой пластины, причем первая пластина ниже в своей центральной части, чем на концах, на каждом конце первой пластины выполнены выступающие вверх позиционирующие элементы изолятора, которые простираются перпендикулярно первой пластине, причем позиционирующие элементы изолятора разнесены со второй пластиной, каждый из позиционирующих элементов в нижней поверхности имеет паз, простирающийся параллельно первой пластине, позиционирующие опоры, простирающиеся из нижней поверхности каждого позиционирующего элемента изолятора, удаленные от первой пластины и имеющие наклонную верхнюю поверхность, и стенки, соединяющие одну сторону верхней поверхности позиционирующих опор с позиционирующими элементами изолятора, отличающийся тем, что первая пластина имеет толщину в своей центральной части, большую или равную 6 мм, но меньшую 8 мм, либо большую 8 мм, но меньшую или равную 10 мм (RU 130316 U1, 20.07.2013. Акционерное общество «РС-Комплект»).
Известно рельсовое скрепление с регулирующим колею г-образным элементом, установленным с одной стороны рельса с возможностью перестановки его на другую сторону и закрепления посредством клеммно-болтового крепления, при этом расстояние между ребордами превышает ширину подошвы рельса на толщину регулирующего г-образного элемента (RU 2100510 С1, 27.12.1997. Забайкальская железная дорога).
Известен способ изменения ширины рельсовой колеи железнодорожного пути от участка пути круговой кривой до прямого участка пути с использованием анкерных рельсовых скреплений с нарельсовыми вкладышами, имеющими вертикальную полку, размещенную между подошвой рельса и выступающей из бетона упорной поверхностью анкерной детали, причем на участках круговой кривой и переходной кривой используются подрельсовые основания одного типоразмера с одним расстоянием между упорными поверхностями анкерной детали по каждой рельсовой нити, как для прямого участка пути, но увеличенным расстоянием между упорными поверхностями анкерных деталей, формирующими ширину рельсовой колеи двух рельсовых нитей, причем изменение ширины колеи в переходной кривой на установленную величину производится смещением как внутреннего, так и наружного рельса за счет нарельсовых вкладышей с различной толщиной вертикальной полки с внутренней стороны колеи и с наружной стороны колеи. Способ изменения ширины рельсовой колеи железнодорожного пути предусматривает, что на каждом шаге i изменения ширины колеи, как для внутренней, так и для наружной рельсовых нитей толщина вертикальной полки нарельсовых вкладышей с наружной и внутренней стороны колеи изменяется по установленным зависимостям: номинальная толщины вертикальной полки нарельсового вкладыша для прямого участка пути, величина t изменения ширины колеи, составляющая 2-3 мм, количество шагов изменения ширины колеи при номинальной толщине вертикальной полки нарельсового вкладыша не менее 4 мм (RU 2346101С1, 10.02.2009. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ).
Известен изолятор рельсового скрепления, расположенный между подошвой рельса и анкером, выполненный в виде уголка, причем полки уголка выполнены равновеликими с возможностью поворота в горизонтальное положение в случае износа вертикальной полки. Полки имеют толщину в пределах 4-12 мм для обеспечения регулировки положения подошвы рельса до 8 мм (RU 2190720 С1, 27.07.2002. Московский государственный университет путей сообщения и др.).
В опубликованных за рубежом и в РФ патентах компании «Пэндрол Лимитед» раскрыты конструкции боковых изоляторов, с числовыми параметрами, характеризующими месторасположение и форму выполнения позиционирующей опоры, препятствующей подъему изолятора в работе, при этом стенка изолятора соединяет одну сторону верхней поверхности позиционирующей опоры с позиционирующим элементом изолятора, который может иметь следующие размеры: первая пластина, длина 119 мм, высота в центральной части - 20 мм и высота в остальной части - 26 мм, причем толщина составляет 8 мм; вторая пластина имеет длину 55 мм, ширину 15,5 мм и толщину 6 мм; позиционирующий элемент изолятора имеет длину 21,5 мм, высоту 26 мм и ширину 19,5 мм; углубление изолятора имеет ширину 10,5 мм; паз изолятора имеет высоту 20 мм, ширину 8,5 мм и длину 13 мм, причем толщина материала, образующего две из трех вертикальных стенок паза составляет приблизительно 8 мм; позиционирующая опора имеет толщину 3,5 мм в тонком месте, опора имеет верхнюю поверхность, наклоненную под углом 16° к горизонтали, длину 15,5 мм, ширину 8,5 мм и нижнюю поверхность, которая на 2 мм возвышается над самой нижней точкой первой пластины (RU 2125626 С1, 27.01.1999. Фиг. 6-8, текст описания. Компания «Пэндрол Лимитед» (GB).
В другом боковом изоляторе узла рельсового скрепления, выполненном в виде цельной детали, имеющей имеющую первую и вторую пластины (стенки), выступающие перпендикулярно из центральной части верхнего края первой пластины, - на каждом конце первой пластины выполнены выступающие вверх позиционирующие элементы изолятора, которые простираются перпендикулярно первой пластине, причем позиционирующие элементы изолятора разнесены со второй пластиной. Каждый из позиционирующих элементов в нижней поверхности имеет паз, простирающийся параллельно первой пластине, при этом позиционирующие опоры, простирающиеся из нижней поверхности каждого позиционирующего элемента изолятора, удалены от первой пластины и имеют наклонную верхнюю поверхность, и стенки, соединяющие одну сторону верхней поверхности позиционирующих опор с позиционирующими элементами изолятора, причем первая пластина имеет высоту в своей центральной части, большую или равную 25 мм, но меньшую или равную 36 мм (RU 129938 U1, 10.07.2013. Акционерное общество "РС-Комплект").
В аналоге, близком по сущности к представленному в данном описании изобретению раскрыт боковой изолятор, содержащий корпус, имеющий переднюю стенку, образующую с задней стороны корпуса изолятора внутреннюю грань на виде сзади, вертикальные пластины с внутренними стенками, при этом на торцах корпуса снизу выполнены вырезы с верхними и боковыми сторонами, при этом внутренняя грань и внутренние грани вертикальных пластин образуют собой на виде изолятора сзади усеченную пирамиду, сужаясь снизу вверх, на передней стороне каждой вертикальной пластины выполнены наклонные направляющие, являющиеся продолжением передней стенки и пластин, внутренняя грань передней стенки выполнена наклонной в заднюю сторону изолятора, каждая пластина на виде сзади имеет наклонную к середине изолятора грань под углом β к вертикали в пределах β=0,5-10°, внутренняя грань наклонена в заднюю сторону изолятора, на которой выполнены наклонные выступы, (RU 196527 U1, 03.03.2020. Акционерное общество "PC-Комплект" - прототип).
Раскрытый в патенте RU 196527 U1 изолятор не предусматривает возможность его модификации и изготовления с разными размерами ряда изоляторов для регулировки колеи рельсового пути и для изменения радиусных закруглений пути, при этом существующие изоляторы для регулировки колеи рельсового пути и изменения радиусных закруглений пути не отвечают точности позиционирования рельсов, что приводит к усложнению процесса регулировки ширины колеи, снижению качества регулировки, эксплуатационной надежности и ресурса рельсового пути.
Техническим результатом изобретения, представленного в данном описании, является повышение эксплуатационной надежности и ресурса рельсового пути путем повышения точности позиционирования рельсов при их перемещении поперек рельсового пути в сторону уменьшения или увеличения ширины рельсовой колеи и при изменении радиусов закруглений пути.
Технический результат получен боковым изолятором рельсового скрепления для регулировки ширины колеи железнодорожного пути, монолитно изготовленным методом литья из электроизоляционного материала, имеющим переднюю стенку (1) для взаимодействия с торцом подошвы рельса, боковые наклонные стенки (2), а также наклонные в сторону от передней стенки продольные стенки (3) и прямые поперечные стенки (4), при этом стенки (3) и (4) простираются вверх от передней стенки (1) и образуют открытый сверху проем под располагаемую в нем петлю клеммы рельсового скрепления и перемещения клеммы относительно изолятора в процессе монтажных работ, при этом изолятор имеет пару направляющих (6) в виде наклонных выступов для опирания на них концов клеммы и крепления изоляторов на анкерах рельсового скрепления, все указанные элементы изолятора расположены в контуре позиционирующей рабочей опорной полки в свету на виде сбоку на изолятор так, что между вертикальной плоскостью (9), в которой расположена передняя стенка (1), и плоскостью (10), в которой расположены наклонные продольные стенки (3), образован острый угол α, причем между вертикальной плоскостью (11), проходящей через верхнюю крайнюю точку А на продольной стенке (3), и наклонной плоскостью (12), в которой расположены элементы изолятора с его нижней стороны, образован угол β, при этом передняя стенка (1) удалена от вертикальной плоскости (11), проходящей через верхнюю крайнюю точку А на продольной стенке, на расстоянии t, при этом передняя стенка (1) удалена от вертикальной плоскости (18), в которой расположены торцы (19) направляющих (6), на расстоянии w, отличающийся тем, что угол α находится в пределах 15-30°, угол β находится в пределах 45-65°, толщина t рабочей полки находится в пределах 6-10 мм и равна расстоянию между передней стенкой (1) и плоскостью (11), проходящей через верхнюю крайнюю точку А на продольной стенке (3), а расстояние w между плоскостями (9) и (18) находится в пределах 27,6 - 31,6 мм.
Боковой изолятор может быть выполнен разных размеров, причем при постоянных углах наклона γ и μ и при неизменности геометрических параметров посадочных мест изолятора под анкер, числовые параметры для изолятора разных размеров следующие:
- углы α имеют ряд значений, град.: α1=15, α2=18,7, α3=22,5, α4=26,2, α5=30;
- углы β имеют ряд значений, град.: β1=45, β2=50, β3=55, β4=60, β5=65;
- расстояния t имеют ряд значений, мм: t1=6, t2=7, t3=8, t4=9, t5=10;
- расстояния w имеют ряд значений, мм: w1=27,6; w2=28,6; w3=29,6; w4=30,6; w5=31,6.
На фиг. 1 показана схема бокового изолятора с контуром рабочей полки, условно изображенной штриховыми линиями.
На фиг. 2 - боковой изолятор в аксонометрии, вид спереди.
На фиг. 3 - боковой изолятор в аксонометрии, вид сзади.
На фиг. 4 - боковые изоляторы в узле рельсового скрепления с рельсом в разных положениях рельса в процессе регулировки колеи рельсового пути.
Боковой изолятор имеет сложную объемную форму в виде пространственной литой детали (фиг. 1-3) изготовленной из электроизоляционного прочного материала. Изолятор имеет множество перекрещивающихся монолитно выполненных стенок, которые на виде сбоку в свету образуют контур позиционирующей рабочей опорной полки (на фиг. 1 контур условно показан штрихованными линиями).
Изолятор имеет переднюю стенку 1 (фиг. 2, 3), которая предназначена для взаимодействия с торцом подошвы рельса, боковые наклонные стенки 2, наклонные продольные стенки 3 и поперечные стенки 4, которые простираются вверх от передней стенки 1 и образуют в поперечном сечении г-образный профиль. Каждая поперечная стенка 4 расположена под прямым углом к стенке 3. Между стенками 4 расположена под прямым углом к передней стенке горизонтальная стенка 5, которая образует со стенками 4 открытый сверху проем под располагаемую в нем петлю клеммы рельсового скрепления.
С задней стороны изолятор имеет пару направляющих 6 в виде наклонных выступов, которые предназначены для опирания на них концов клеммы, а также для крепления изоляторов на анкерах рельсового скрепления, для чего с нижней стороны каждая направляющая 6 имеет выемку 7, образующую в изоляторе с каждой его стороны посадочное место под располагаемый в нем элемент анкера рельсового скрепления. Наклонная поверхность 8 выступа каждой направляющей наклонена в наружную сторону от продольной оси изолятора.
Между вертикальной плоскостью 9 (фиг. 1), в которой расположена передняя стенка 1, и плоскостью 10, в которой расположены наклонные поперечные стенки 3, образован угол α в пределах 18-27°, который для изоляторов разных размеров имеет значения, град.: α1=18, α2=21, α3=23, α4=25, α5=27.
Между вертикальной плоскостью 11, проходящей через крайнюю точку А заштрихованного контура на фиг. 1 и наклонной плоскостью 12, в которой расположены элементы изолятора с его нижней стороны, образован угол β в пределах 42-55°, который для изоляторов разных размеров имеет значения, град.: β1=42, β2=45, β3=48, β4=51, β5=54.
При указанных углах α и β толщина опорной полки представляет собой расстояние t между передней стенкой 1 и плоскостью 11 (фиг. 1) для изоляторов разных размеров, при этом t для разных размеров одного типа изоляторов имеет разные значения, мм: t1=6, t2=1, t3=8, t4=9, t5=10. Установлено, что значения углов α1-α5 и углов β1-β5 находятся в зависимости от толщин опорной полки t1-t5 изоляторов в их средней части.
Ребра 13 стенок 4 (фиг. 3) изолятора расположены в наклонной плоскости 14 (фиг. 1), которая образует заднюю линию заштрихованного контура позиционирующей рабочей опорной полки изолятора. Ребра 13 расположены между вертикальной плоскостью 11 и наклонной плоскостью 14, которая наклонена к передней стенке 1 под углом γ. Угол γ находится в пределах γ=2-4° при оптимальном его значении 3°.
Внизу контура имеется закругление, обозначающее границы расположения элементов изолятора в свету на виде на изолятор сбоку, а в боковых наклонных стенках 2 выполнены технологические углубления 15.
Между наклонной поверхностью 16 каждой направляющей 6 и вертикальной упорной стенкой 17 имеется угол μ в пределах 113-115° при оптимальном значении этого угла μ=114°. Каждая упорная стенка 17 расположена над наклонной поверхностью 8 выступа 6 и предназначена для упора в нее торца ветви клеммы.
Между вертикалью 9 и вертикальной плоскостью 18 (фиг. 1), в которой расположены торцы 19 направляющих 6 (фиг. 3), имеется расстояние w, которое для разных изоляторов находится в пределах 27,6-31,6 мм для разных по размерам изоляторов. При постоянных оптимальных углах наклона γ=3° и μ=114° и при неизменности геометрических параметров посадочных мест изоляторов под анкер - расстояние w для изоляторов разных размеров имеет ряд значений, мм: w1=27,6; w2=28,6; w3=29,6; w4=30,6; w5=31,6.
Боковые изоляторы 20 (фиг. 4) в узле рельсового скрепления установлены сбоку от торцов подошвы рельса 21, который закреплен на шпале 28 рельсового пути двумя рельсовыми скреплениями, расположенными с боковых сторон рельса. В работе изоляторы 20 взаимодействуют с торцами подошвы рельса 21 рельсового пути, анкерами 22 и клеммами 23 узла рельсового скрепления.
В случаях предельного износа головки рельса 21, отрицательно влияющего на ширину колеи рельсового пути, рельс перемещают поперек рельсового пути, при этом головка рельса может занимать положения, показанные на фиг. 4 тонкими линиями 24, 25, 26, 27. Эти положения головка рельса занимает в процессе регулировки колеи рельсового пути. Перемещения рельса поперек пути производят относительно шпалы 28 и относительно продольной оси 29 рельсового пути.
Линия 24 показывает смещение рельса к оси 28 пути при установке пары изоляторов с толщинами полок 6 мм и 10 мм; линия 25 показывает смещение рельса к оси 28 пути при установке пары изоляторов с толщинами полок 10 мм и 6 мм; линия 26 показывает смещение рельса к оси 28 пути при установке пары изоляторов с толщинами полок 7 мм и 9 мм; линия 27 показывает смещение рельса к оси 28 пути при установке пары изоляторов с толщинами полок 9 мм и 7 мм. На фиг. 1 пунктирными линиями показаны положения элементов рабочих полок при соответствующих им толщинах полок t1-t5 от 6 до 10 мм.
Изолятор используют следующим образом. В зависимости от контурной толщины t полки, находящейся в пределах t=6-10 мм, подбирают для взаимодействия с подошвой рельса с двух ее сторон пары изоляторов с толщиной полки каждого изолятора в паре, мм: 6-10; 7-9; 8-8.
При этом рельсовое скрепление, имеющее два изолятора, толщина полки каждого из которых равна 8 мм, соответствует базовому проектному рабочему положению рельсового скрепления с условно «базовыми» параметрами боковых изоляторов.
В случае износа головки одного рельса или износа головок двух рельсов
- изменяют ширину колеи рельсового пути путем замены боковых изоляторов, имеющих толщину полки, равную t=8 мм, соответствующую базовому узлу скрепления. Изменяют ширину колеи после выявления величины износа головок рельсов, замену изоляторов производят по одной рельсовой нити или по обеим нитям рельсового пути, при этом выполняют следующие действия:
- переводят клемму рельсового скрепления из рабочего положения в положение для замены бокового изолятора,
- изымают из рельсового скрепления боковые изоляторы с толщиной t=8 мм,
- сдвигают рельс в сторону к оси пути на заданное расстояние,
- устанавливают боковой изолятор толщиной полки t2=7 мм изнутри колеи, а снаружи колеи устанавливают боковой изолятор с толщиной полки t4=9 мм,
- устанавливают клеммы в рабочее положение.
После проведенных операций рельс сдвинут к оси 29 на расстояние 1,0 мм и его подошва зафиксирована в рабочем положении с одной стороны изолятором, имеющим толщину 7,0 мм, а с другой стороны подошва рельса зафиксирована изолятором, имеющим толщину 9,0 мм. При этом расстояния (фиг. 4) между рабочими поверхностями изоляторов имеют значения w1=7 мм, w2=9 мм. В случае роста бокового износа головок рельсов вышеназванные операции выполняют в указанной последовательности, однако при этом изымают боковые изоляторы, имеющие толщину t2=7 мм и t4=9 мм и вместо них устанавливают, соответственно, изолятор t1=6 мм изнутри колеи, а изолятор t5=10 мм устанавливают с наружной стороны колеи. Аналогичные вышеописанным действиям производят действия при проведении работ, связанных с плавным отводом рельсов в сторону для увеличения ширины колеи относительно оси пути. Устанавливают те же пары изоляторов, однако при этом изолятор t2=7 мм устанавливают снаружи рельсовой колеи, а изолятор t4=9 мм устанавливают изнутри колеи. Или изолятор с толщиной полки t1=6 мм устанавливают снаружи колеи, а изолятор t5=10 мм устанавливают изнутри колеи.
Точность позиционирования и стабильность расположения каждого рельса (нитки) пути в ее проектном рабочем положении зависят от точности и стабильности рабочего положения бокового изолятора, удерживающего подошву рельса от смещения в горизонтальной плоскости относительно шпалы рельсового пути. При прохождении подвижного состава по рельсовому пути рельс испытывает знакопеременные изгибающие нагрузки в вертикальной плоскости и нагрузки, действующие в горизонтальной плоскости. На боковой изолятор нагрузки от рельса рельсового пути передаются в сложных условиях работы и эти условия обусловлены множеством отрицательных разрушающих боковой изолятор факторов, к которым относятся нагрузки: механические статические и динамические, включая ударные и вибрационные, электрические и тепловые в диапазоне -70°С до +70°С, а также другие нештатные нагрузки. Точность позиционирования изолятора влияет на точность позиционирования рельса рельсового пути и безопасность движения подвижного состава. Конструкция бокового изолятора разработана с учетом факторов, влияющих на позиционирование изолятора - учтено, что при изготовлении в одной отливочной форме множества разных по размерам изоляторов посадочные на анкер места изоляторов остаются постоянными, соответствующими отливочной форме, а толщина t рабочей полки изменяется путем изменения формующих углов α и β. Постоянство параметров посадочных мест изоляторов с разными толщинами рабочих полок изоляторов существенно повышает точность позиционирования каждого изолятора на анкере, что повышает точность позиционирования рельса рельсового пути.
В процессе перемещения рельса 21 (фиг. 4) его головка занимает положения 24-27, при этом перемещается подошва рельса. После перемещения рельса поперек пути относительно шпалы 28 и продольной оси 29 рельсового пути, боковые изоляторы 20 заменяют на изоляторы, которые имеют большую или меньшую толщину t рабочей полки. В результате такой замены расположение равнодействующей силы прижатия пружинной клеммы 23 к наклонной поверхности подошвы рельса уменьшается или увеличивается и, соответственно, уменьшается или увеличивается сила Р прижатия подошвы рельса к шпале 28 в диапазоне ±10% от нормативного номинального значения Р=22кН. Установлено, что перемещение рельса в любую из указанных сторон на величину t1-t5 находится в пределах Р=20-24кН - в указанных пределах числовых значений изоляторов с нормативным усилием Р прижатия и в установленных пределах пружинного хода клеммы.
В Таблице 1 показаны номера изоляторов разных по размерам с разными числовыми значениями t, w, α, β, γ, μ и массой m изоляторов, при различных усилий Р прижатия клеммы к подошве рельса, зависящим от толщины t рабочей полки изолятора и точкой приложения усилия Р к наклонной поверхности подошвы рельса. При выборе параметров изоляторов учтена электрическая прочность Епр изоляторов из расчета 40 кВ/мм, зависящая от толщины t рабочей полки изолятора и материала, из которого выполнен изолятор.
Из Таблицы 1 следует, что толщина t=11 мм рабочей полки образца №7 изолятора и толщина t=5 мм рабочей полки образца №1 изолятора являются неприемлемыми, так как их параметры выходят за нормативные значения усилия Р прижатия пружинной клеммы с учетом погрешностей в диапазоне ±10%. В результате установлено, что образцы №2-№6 находятся в безопасных пределах числовых значений параметров t, w, α и β, которые не оказывают отрицательного действия на работу рельсового скрепления и при этом обеспечивают достижение указанного технического результата.
Конструкция бокового изолятора с указанными пределами его параметров позволяет производить изоляторы с разными значениями основных параметров t, w, α и β при неизменности других параметров изоляторов. Принятый ряд регулировочных изоляторов в диапазоне толщины полки t1-t5 позволяет повысить точность позиционирования и фиксации рельсов рельсового пути после их перемещения в сторону уменьшения или увеличения ширины рельсовой колеи и точность позиционирования колеи. В результате уменьшаются отклонения колеи от ее проектного положения, уменьшается износ головок рельсов, что обеспечивает повышение надежности железнодорожного пути при существенной простоте регулировки его колеи.