БЕЗУДАРНЫЙ СТЫК ДЛЯ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ
UNSTRESSED JOINT FOR CONTINUOUS RAILWAY TRACK

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть применено при строительстве, реконструкции и ремонте бесстыкового пути для соединения бесстыковых плетей разъемным стыковым соединением, исключающим удары колес о рельсы.
Из уровня техники известно, что конструкция рельсового стыкового соединителя должна отвечать трем основным требованиям:
- воспринимать изгибающий момент и поперечную силу в зоне рельсового стыка;
- допускать продольные перемещения концов рельсов в стыке при изменении длины рельсов вследствие колебаний их температуры;
- обеспечивать возможность изготовления деталей соединителя одним из способов массового производства.
Также известно, что способ закрепления рельсов к подрельсовому основанию оказывает влияние на конструкцию соединителя. Известно два способа закрепления бесстыковых плетей:
- температурно-напряженный;
- с саморазрядкой температурных напряжений.
Из уровня техники известно соединение бесстыковых плетей типовыми накладками двухголовыми по ГОСТ 8193-73, выполняемое по инструкции ТУ-2012 на Российских железных дорогах на температурно-напряженных бесстыковых путях. Инструкция указывает, что при невозможности сварки рельсовых стыков между рельсовыми плетями, независимо от их длины, при отсутствии изолирующих стыков должны быть уложены две или три пары уравнительных рельсов. В регионах с годовыми амплитудами более 110°C и максимальными суточными перепадами температуры рельсов 50°C и более, по согласованию с начальником службы пути можно укладывать по четыре пары уравнительных рельсов. Уравнительные рельсы всех типов соединяются между собой и с концами плетей только шестидырными накладками.
Главным недостатком соединения рельсов накладками является то, что накладки не обеспечивают прямолинейную траекторию рельсовой нити в собственной зоне. Из-за разрыва рельсовой нити нагрузка от колеса в стыке воспринимается накладками, момент инерции которых в рельсовом стыке меньше момента инерции рельса вне стыка. В стыке траектория точки контакта колеса с рельсом имеет перелом, вследствие чего создаются ударно-динамические силы и повышенное воздействие на путь в этой зоне, в результате которого происходит выплеск балласта и нарастающее искривление рельсов в зоне стыка.
Из уровня техники известно несколько устройств - уравнительных приборов для соединения бесстыковых плетей, описанных в патентах SU 16077, SU 41012, которые применяют для соединения плетей закрепленных с саморазрядкой температурных напряжений. Уравнительный прибор состоит из пары скошенных под острым углом рельсов, уложенных на специальные рельсовые скрепления.
Недостатками уравнительных приборов является невозможность изготовления деталей стыка одним из способов массового производства, необходимость укладки под них отличного от основного пути подрельсового основания, прибор требует повышенного контроля при содержании. Интенсивность износа уравнительных приборов в полтора-два раза превышает износ путевых рельсов. На дороге остаются стыковые зазоры между рельсами в местах установки накладок, которые снижают эффективность функционирования бесстыкового пути.
Из уровня техники известно рельсовое стыковое соединение, описанное в патенте SU 13268, которое состоит из двух щек и направляющей пластинки, соединенных между собой болтом, и образующих переходную часть между концами соединяемых рельсов. Стыковые щеки связаны каждая с концом соответствующего рельса при помощи обоймы, скрепленной болтами.
Данное рельсовое стыковое соединение является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения.
Недостатком данного стыкового соединения является невозможность изготовления деталей стыка одним из способов массового производства. Соединение щек одним болтом не безопасно. Форма подошвы стыка отлична от профиля подошвы рельса, что предполагает использования специального подрельсового основания.
В основу изобретения поставлена задача выполнить стыковое соединение, которое отвечало бы в максимальной степени требованиям, предъявляемым к данным устройствам при обустройстве бесстыкового пути на современном уровне техники.
Предлагаемый безударный стык для бесстыкового пути представляет собой элемент, образующий переходную часть между концами соединяемых рельсов, выполненный по типу разъемного стыкового соединения с перекрытием зазора взаимозаменяемыми частями соединительного элемента. Каждую часть выполняют из двух отрезков полурельса (специального профиля металлопроката), имеющих разную длину. Отрезки выравнивают по торцу, к которому в дальнейшем закрепят бесстыковую плеть, согласовывают между собой шпонкой, препятствующей их сдвигу относительно друг друга в вертикальном направлении, и закрепляют болтовым (или болтовым и клепочным) соединением в единую конструкцию. Один торец полученной конструкции выполнен в виде профиля рельса, который согласуется с рельсом бесстыковой плети по рабочим поверхностям подошвы и головки. Части соединительного элемента закрепляют с торцами соответствующих рельсов сваркой, соединяют в пару не менее чем двумя болтами. При этом части согласовывают между собой шпонкой, препятствующей их сдвигу относительно друг друга в вертикальном направлении, и между частями устанавливают смазывающие пластины (технический войлок или фетр, пропитанный смазкой). Между головкой болта, соединяющего части элемента, и наружной поверхностью одной части, которая может перемещаться относительно болта, устанавливают накладку, которую также закрепляют болтом, соединяющим отрезки полурельсов другой части элемента.
Техническая сущность предлагаемого решения поясняется фигурами.
На фиг. 1 изображена взаимозаменяемая часть безударного стыка.
На фиг. 2 изображено сечение В-В по сварочному шву.
На фиг. 3 изображено сечение Г-Г по путевому болту.
На фиг. 4 изображено сечение по путевому болту для электроизолирующего стыка.
На фиг. 5 изображено сечение Д-Д по клепке.
На фиг. 6 изображен безударный стык в собранном виде.
На фиг. 7 изображен вид А (сверху) на безударный стык.
На фиг. 8 изображено сечение Б-Б по средней вертикальной плоскости.
На фиг. 9 изображена взаимозаменяемая часть безударного электроизолирующего стыка.
На фиг. 10 изображен безударный стык, установленный в бесстыковой путь (зазор между частями имеет максимальный размер).
На фиг. 11 изображен безударный стык, установленный в бесстыковой путь (зазор между частями имеет минимальный размер).
Безударный стык состоит из: полурельса длинного (1), полурельса короткого (2), шпонки металлической (3) или электроизолирующей (4), накладки металлической (5) или электроизолирующей (6), пластины под приварку (7), накладка под головку болта (8), смазывающей пластины (9) или электроизолирующей прокладки (10), болта путевого, соединяющего части стыка (11), клепки (болта), соединяющего полурельсы (12), шайбы стопорной (13), гайки (14), втулки электроизолирующей (15).
Соединение бесстыковых плетей в бесконечный бесстыковой путь реализуется следующим образом.
Вначале из специального профиля металлопроката (полурельса) нарезают отрезки 1, 2 определенной длины, далее в них выполняют отверстия 16 для болтов и клепок, отверстия 17 для электроизолирующих втулок. Пазы 18 выполняют для перемещения частей стыка относительно друг друга на величину до 100 миллиметров. Угол фаски 19 выполняют на поверхности катания с величиной полградуса на длину 300 миллиметров. Из круглого проката нарезают шпонки 3 определенной длины, далее их упрочняют закалкой. Изготавливают накладки 4, которые упрочняют закалкой. Соединяют длинный отрезок полурельса 1 с коротким отрезком 2 в конструкцию клепкой (болтом) 12, при этом между отрезками полурельсов располагают шпонку 3 и пластину 7. Конструкцию (часть соединения) приваривают к рельсу 22 до установки в путь, либо непосредственно на пути, любым известным способом. Под стык устанавливают дополнительную шпалу 20 с рельсовым скреплением 21, как на основном пути. Шпалы под стыковым соединением устанавливают с минимальным расстоянием (420 мм) (см. фиг 10), далее шпалы рассредоточивают с плавным увеличением расстояния до эпюры основного пути. На температурно-напряженных бесстыковых путях безударный стык устанавливают взамен двухголовых накладок. На путях с саморазрядкой температурных напряжений стык устанавливают между плетьми длиной от ста до двухсот метров. При этом часть плети закрепляют противоугонами. При изготовлении электроизолирующего стыка между частями устанавливают диэлектрическую прокладку 10, путевой болт 11 изолируют втулкой 15 и под накладку 8 устанавливают диэлектрическую прокладку 10. Между частями устанавливают диэлектрическую шпонку 4. Электроизолирующий стык выполняют в статическом исполнении.
Технический результат:
- снижение издержек на содержание пути (сокращение работ по выплескам, одр, смене уравнительных рельсов и др.);
- снижение издержек на ремонт подвижного состава (сокращение работ по восстановлению профиля колеса, ремонту неподрессоренной части подвижного состава и др.);
- снижение металлоемкости верхнего строения пути;
- увеличение ресурса рельсов, колесных пар;
- экономия энергетических ресурсов (при ударе колеса о рельс энергия расходуется на деформацию и нагревание рельсов и колес);
- снижение шума и вибраций при взаимодействии подвижного состава и верхнего строения железного пути (сокращение затрат на возведение шумозащитных сооружений, звукоизоляцию подвижного состава; повышение комфортности для пассажиров и др.);
- возможность организации бесстыкового пути на путях с костыльным скреплением (возможность укладки плети длиной 100-200 м без жесткого закрепления к шпалам);
- укладка бесстыкового пути в кривых малого радиуса, где протекает интенсивный износ рельсов (длина плети 100-200 м);
- возможность использования в качестве электроизолирующего стыка и для соединения рельсов стрелочного перевода;
- повышение безопасности (снижаются риски изломов колес, боковых рам тележек, выброса пути, изломов рельсов и др.);
- повышение эффективности железной дороги (снижаются простои дороги).
Список используемых источников
ГОСТ 8193-73 Накладки двухголовые к рельсам типов Р65 и Р75. Конструкция и размеры.
ГОСТ Р 51685-2013 Рельсы железнодорожные. Общие технические условия.
ТУ-2012 Инструкция по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути. Утверждена распоряжением ОАО "РЖД" 29.12.2012 г. №2788 р.
SU 13268 Рельсовое стыковое соединение.
SU 16077 Уравнительный рельсовый прибор.
SU 41012 Уравнительный рельсовый прибор.