КЛЕММА УПРУГАЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО РЕЛЬСОВОГО СКРЕПЛЕНИЯ

Полезная модель относится к железнодорожному и промышленному рельсовому транспорту, в частности к конструкциям верхнего строения рельсового пути, в которых скрепления рельсов со шпалами осуществляется с помощью упругих клемм, прижимающих подошвы рельсов к шпалам, обеспечивая скрепление рельсов со шпалами рельсового пути.
Как правило, такие рельсовые скрепления включают анкер, закрепленный в шпале, вкладыш, установленный между головкой анкера и подошвой рельса, упругую клемму, которая установлена в направляющих пазах головки анкера с возможностью передачи упругого усилия клеммы через вкладыш к подошве рельса для ее прижима к шпале рельсового пути в рабочем положении упругой клеммы. Такие рельсовые скрепления общеизвестны.
Одним из главных элементов таких скреплений является упругая клемма, основными характеристиками которой являются ее упруго-деформационные свойства, то есть возможности деформирования клеммы в пределах упругих деформаций до достижения порога текучести материала, из которого изготовлена клемма, с обеспечением необходимых упругих усилий, прижимают подошву рельса к шпале.
При монтаже рельсового скрепления упругую клемму переводят с некоторого исходного положения клеммы в ее рабочее положение с неизбежной деформацией клеммы, отличающейся от схемы деформации упругой клеммы в ее рабочем положении, на которую она рассчитана. При этом на некоторых (критических) участках упругой клеммы (как правило, на участках изгиба прутка упругой клеммы) существует вероятность деформации упругой клеммы за пределами упругих характеристик, когда напряжения превышают порог текучести материала, из которого изготовлена клемма. При этом упруго-деформационные свойства клеммы ухудшаются, упругое усилие, прижимающее подошву рельса к шпале, уменьшается и может стать ниже допустимого уровня, что неизбежно приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик рельсового скрепления. Конструктивные особенности упругой клеммы должны исключать указанную ситуацию, когда в процессе монтажа клеммы напряжения на критических участках клеммы могут превышать порог текучести материала, из которого изготовлена клемма.
В данном случае рассматривается конструкция обще известной упругой клеммы, которая включает среднюю прижимную петлю, взаимодействующую с вкладышем рельсового скрепления, и два концевых прямолинейных участка, соединенных со средней прижимной петлей боковыми ветвями клеммы. Монтаж такой клеммы выполняют путем установки одного концевого прямолинейного участка в одном из пазов головки анкера (исходное положение клеммы) с последующим проворачиванием клеммы вокруг оси указанного концевого прямолинейного участка в указанном пазу головки анкера, в процессе которого второй концевой прямолинейный участок клеммы скользит по направляющей поверхности головки анкера до попадания во второй паз головки анкера (рабочее положение клеммы). При этом клемма деформируется не свойственным для рабочего положения клеммы образом (увеличение расстояния между конечными прямолинейными участками с перекосом пространственной конфигурации клеммы), в результате чего на критических участках клеммы могут возникать напряжения, превышающие напряжение текучести материала клеммы с описанными выше последствиями. Конструктивные особенности клеммы должны предупреждать такие ситуации.
В качестве аналога заявляемой полезной модели выбрана известная клемма рельсового скрепления модифицированная (патент Украины на полезную модель №41143, МПК Е01В 9/48, дата подачи заявки 12.11.2008 г.), которая изготовлена из стального прутка, изогнутого с образованием симметричных относительно продольной и вертикальной осей клеммы средней петли, двух боковых ветвей и двух концевых прямолинейных участков, расположенных под боковыми ветвями. Средняя петля образована изгибом среднего участка прутка клеммы в сторону концевых прямолинейных участков клеммы. Боковые ветви образованы изгибом прутка клеммы на участках, соединяющих среднюю петлю с концевыми прямолинейными участками. Боковые ветви выполнены с симметричным наклоном относительно плоскости, проходящей через продольную и вертикальную оси упругой клеммы, с раскрытием угла наклона в направлении от средней петли. Величина угла наклона находится в пределах 25-35 градусов. Средняя петля изогнута волнообразно, то есть имеет два дополнительных изгиба, симметричных относительно вертикальной оси клеммы, которые образуют в центральной части средней петли волнообразный выступ, направленный в сторону концевых прямолинейных участков. Концевые прямолинейные участки вогнуты к середине клеммы и размещены друг от друга на расстоянии не менее 30 мм.
Монтаж клеммы выполняют путем установки одного из концевых прямолинейных участков в одном из пазов головки анкера с последующим проворачиванием клеммы с помощью соответствующего рычажного устройства вокруг оси указанного концевого прямолинейного участка в указанном пазу головки анкера. В процессе указанного проворачивания клеммы второй концевой прямолинейный участок клеммы скользит по направляющей поверхности головки анкера до попадания ее в другой паз головки анкера, то есть до перевода клеммы в ее рабочее положение.
Общими признаками аналога и заявляемого решения являются:
- клемма упругая промежуточного рельсового скрепления;
- клемма изготовлена из стального прутка, изогнутого с образованием симметричных относительно продольной и вертикальной осей клеммы средней петли, двух боковых ветвей и двух концевых прямолинейных участков, расположенных под боковыми ветвями;
- средняя петля образована изгибом среднего участка прутка клеммы в сторону концевых прямолинейных участков клеммы;
- боковые ветви образованы изгибом прутка клеммы на участках, соединяющих среднюю петлю с концевыми прямолинейными участками;
- боковые ветви выполнены с симметричным наклоном относительно плоскости, проходящей через продольную и вертикальную оси упругой клеммы, с раскрытием угла наклона в направлении от средней петли.
Выполнение двух дополнительных изгибов в средней петли образует дополнительные критические участки, в которых могут возникать напряжения, превышающих порог текучести материала при деформации клеммы в процессе ее монтажа. Выполнение в центральной части средней петли волнообразного выступа, который контактирует с вкладышем в рабочем положении клеммы, повышает контактные напряжения в месте взаимодействия средней петли клеммы с вкладышем, что приводит к повышенному износу контактной поверхности вкладыша.
Кроме того, в результате перекоса пространственной конфигурации клеммы в процессе ее монтажа возможно перемещение торца концевого прямолинейного участка, скользящего по направляющей головки анкера, в сторону вкладыша и его взаимодействие с вкладышем при проворачивании клеммы, следствием чего может быть повреждение вкладыша в процессе монтажа клеммы.
В качестве прототипа выбрана клемма рельсового скрепления, известная по патенту Украины на изобретение №49745, МКП Е01В 9/48, дата подачи заявки 16.05.2002 г.
Клемма выполнена из стального прутка, изогнутого с образованием, симметричных относительно продольной и вертикальной осей клеммы, средней петли, двух боковых ветвей и двух концевых прямолинейных участков, расположенных под боковыми ветвями.
Средняя петля образована изгибом среднего участка прутка клеммы в сторону концевых прямолинейных участков и выполнена с прямолинейным участком в центральной ее части. Длина указанного прямолинейного участка превышает расстояние между концевыми прямолинейными участками.
Боковые ветви образованы изгибом прутка клеммы на участках, соединяющих среднюю петлю с концевыми прямолинейными участками клеммы. Боковые ветви выполнены в вертикальных плоскостях.
Длина одного концевого прямолинейного участка равна длине второго концевого прямолинейного участка. Торцы концевых прямолинейных участков находятся на одном уровне в горизонтальной плоскости клеммы. Один из концевых прямолинейных участков предназначен для размещения в одном из пазов головки анкера, а второй - для перемещения его по направляющей поверхности головки анкера до попадания во второй паз головки анкера в процессе монтажа упругой клеммы в рельсовом скреплении.
Монтаж клеммы выполняют путем установки одного из концевых прямолинейных участков в одном из пазов головки анкера с последующим проворачиванием клеммы с помощью соответствующего рычажного устройства вокруг оси указанного концевого прямолинейного участка в указанном пазу головки анкера. В процессе указанного проворачивания клеммы второй концевой прямолинейный участок клеммы скользит по направляющей поверхности головки анкера до попадания его в другой паз головки анкера, то есть до перевода клеммы в ее рабочее положение.
Общими признаками прототипа и заявляемого решения являются:
- клемма упругая промежуточного рельсового скрепления;
- клемма изготовлена из стального прутка, изогнутого с образованием, симметричных относительно продольной и вертикальной осей клеммы, средней петли, двух боковых ветвей и двух концевых прямолинейных участков, расположенных под боковыми ветвями;
- средняя петля образована изгибом среднего участка прутка клеммы в сторону концевых прямолинейных участков клеммы;
- средняя петля выполнена с прямолинейным участком в центральной ее части;
- боковые ветви образованы изгибом прутка клеммы на участках, соединяющих среднюю петлю с концевыми прямолинейными участками.
В процессе монтажа клемма деформируется не свойственным для рабочего положения клеммы образом (увеличение расстояния между концевыми прямолинейными участками с перекосом пространственной конфигурации клеммы), в результате чего в критических участках клеммы (как правило, на участках изгиба прутка) могут возникать напряжения, превышающих напряжение текучести материала клеммы с описанными выше последствиями.
Пространственная конфигурация указанной упругой клеммы, характеризующаяся выполнением боковых ветвей в вертикальных плоскостях и выполнением средней петли с прямолинейным участком в центральной ее части, длина которого превышает расстояние между концевыми прямолинейными участками, не способствует уменьшению напряжений на критических участках клеммы при монтаже клеммы и улучшению упруго-деформационных характеристик клеммы с учетом особенностей деформации клеммы, как при ее монтаже, так и в ее рабочем положении.
Кроме того, в результате перекоса пространственной конфигурации клеммы в процессе ее монтажа возможно перемещение торца концевого прямолинейного участка, скользящего по направляющей головки анкера, в сторону вкладыша и взаимодействие указанного торца с вкладышем при проворачивании клеммы, следствием чего может быть повреждение вкладыша в процессе монтажа клеммы.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования клеммы упругой промежуточного рельсового скрепления, в которой за счет особенностей выполнения пространственной формы клеммы обеспечивается уменьшение механических напряжений в критических участках клеммы в процессе монтажа клеммы и улучшение упруго-деформационных характеристик клеммы, чем повышается эксплуатационная надежность упругой клеммы и рельсового скрепления в целом.
Поставленная задача решается тем, что в клемме упругой промежуточного рельсового скрепления, которая изготовлена из стального прутка, изогнутого с образованием симметричных относительно продольной и вертикальной осей клеммы средней петли, двух боковых ветвей и двух концевых прямолинейных участков, расположенных под боковыми ветвями, при этом средняя петля образована изгибом среднего участка прутка клеммы в сторону концевых прямолинейных участков клеммы и выполнена с прямолинейным участком в центральной ее части, боковые ветви образованы изгибом прутка клеммы на участках, соединяющих среднюю петлю с концевыми прямолинейными участками, согласно полезной модели боковые ветви выполнены с симметричным наклоном относительно плоскости, проходящей через продольную и вертикальную оси упругой клеммы, с раскрытием угла наклона в направлении от средней петли, а длина прямолинейного участка в центральной части средней петли меньше расстояния между концевыми прямолинейными участками.
Указанные признаки являются существенными признаками полезной модели, так как обеспечивают уменьшение механических напряжений в критических участках клеммы в процессе монтажа клеммы и улучшения упруго-деформационных характеристик клеммы, то есть обеспечивают достижение технического результата.
Причинно-следственная связь между существенными признаками полезной модели и достигаемым техническим результатом подтверждается результатами компьютерного моделирования напряженно-деформационного состояния клеммы при ее монтаже и результатами экспериментального испытания клеммы в условиях, близких к реальным условиям эксплуатации рельсового скрепления.
Целесообразно угол наклона боковых ветвей относительно плоскости, проходящей через продольную и вертикальную оси упругой клеммы, выполнить в пределах 15-20 градусов. Такая величина угла является оптимальной с точки зрения возможностей уменьшения механических напряжений в критических участках клеммы без особого усложнения технологической оснастки и технологии изготовления клеммы.
Целесообразно длину прямолинейного участка в центральной части средней петли выбрать в пределах 10-25 мм. Указанная величина достаточна для уменьшения концентрационных напряжений в месте взаимодействия средней петли клеммы с вкладышем рельсового скрепления и практически не требует выполнения дополнительных изгибов прутка клеммы, как концентраторов внутренних напряжений при деформации клеммы.
Целесообразно длину одного из концевых прямолинейных участков выполнить меньше длины второго концевого прямолинейного участка со смещением торца более короткого концевого прямолинейного участка в сторону изогнутого участка прутка на величину 3-7 мм. Такое исполнение исключает взаимодействие торца концевого прямолинейного участка, скользящего по направляющей поверхности головки анкера в процессе монтажа клеммы, с вкладышем рельсового скрепления и предупреждает его повреждение указанным торцом.
Ниже приводиться описание заявляемой клеммы упругой промежуточного рельсового скрепления со ссылкой на чертежи, на которых показано:
Фиг. 1 - Клемма упругая промежуточного рельсового скрепления, вид сбоку.
Фиг. 2 - Клемма упругая промежуточного рельсового скрепления, вид А на фиг. 1.
Фиг. 3 - Клемма упругая промежуточного рельсового скрепления, вид в плановой плоскости клеммы.
Клемма упругая промежуточного рельсового скрепления выполнена из стального прутка, изогнутого с образованием средней петли 1, двух боковых ветвей 2 и двух концевых прямолинейных участков 3, 4, расположенных под боковыми ветвями 2.
Средняя петля 1, боковые ветви 2, концевые прямолинейные участки 3, 4 выполнены симметричными относительно продольной 5 и вертикальной 6 осей клеммы.
Средняя петля 1 образована изгибом среднего участка прутка клеммы в сторону концевых прямолинейных участков 3, 4 и выполнена с прямолинейной участком 7 в центральной ее части, которая симметрична относительно вертикальной 6 оси клеммы. Длина прямолинейного участка 7 а меньше расстояния в между концевыми прямолинейными участками 3, 4 и находится в пределах 10-25 мм. Такое исполнение средней петли 1 обеспечивает уменьшение контактных напряжений в месте взаимодействия средней петли 1 с вкладышем рельсового скрепления в рабочем положении упругой клеммы без заметного ухудшения упруго-деформационных характеристик клеммы.
Боковые ветви 2 образованы изгибом прутка клеммы на участках, соединяющих среднюю петлю 1 с концевыми прямолинейными участками 3, 4, боковые ветви 2 выполнены с симметричным наклоном относительно плоскости, проходящей через продольную 5 и вертикальную 6 оси упругой клеммы. Угол наклона α составляет 15-20 градусов с раскрытием угла в направлении от средней петли 1. В результате такого выполнения расстояние d между верхними частями боковых ветвей 2 будет больше расстояния в между прямолинейными свободными концевыми частями 3, 4 клеммы.
Длина одного из концевых прямолинейных участков (участка 3) меньше длины второго концевого прямолинейного участка (участка 4). В результате такого выполнения торцы прямолинейных участков 3, 4 клеммы смещены в горизонтальной плоскости один относительно другого на величину с (торец участка 3 смещен на величину с относительно торца участка 4 в сторону изогнутого участка прутка на величину 3-7 мм). Концевой прямолинейный участок 4 предназначен для размещения в одном из пазов головки анкера, а концевой прямолинейный участок 3 - для перемещения по направляющей поверхности головки анкера до его попадания во второй паз головки анкера в процессе монтажа упругой клеммы в рельсовом скреплении. В результате такого выполнения предупреждается повреждение вкладыша рельсового скрепления торцом концевого прямолинейного участка 3 в процессе монтажа рельсового скрепления.
Монтаж клеммы в рельсовом скреплении выполняют следующим образом. Концевой прямолинейный участок 4 устанавливают в одном из направляющих пазов головки анкера (исходное положение клеммы). Далее с помощью соответствующего рычажного устройства клемму проворачивают вокруг оси концевого прямолинейного участка 4 в указанном пазу головки анкера. В процессе проворачивания клеммы концевой прямолинейный участок 3 скользит по направляющей поверхности головки анкера до его попадания в другой (противоположный) паз головки анкера. Клемма занимает рабочее положение, в котором концевые прямолинейные участки 3, 4 размещены в противоположных направляющих пазах головки анкера, а средняя петля 1 клеммы контактирует прямолинейным участком 7 с вкладышем рельсового скрепления, обеспечивая прижим подошвы рельса к шпале упругим усилием клеммы.
Выполнение боковых ветвей 2 с симметричным наклоном относительно плоскости, проходящей через продольную 5 и вертикальную 6 оси упругой клеммы, с раскрытием угла наклона в направлении от средней петли 1, и длины прямолинейного участка 7 в центральной части средней петли 1 меньшей расстояния между концевыми прямолинейными участками 3, 4 обеспечивает уменьшение механических напряжений в критических участках клеммы в процессе монтажа клеммы и улучшения упруго-деформационных характеристик клеммы.
Выполнение концевого прямолинейного участка 3 меньше длины концевого прямолинейного участка 4 предупреждает повреждение вкладыша рельсового скрепления торцом концевого прямолинейного участка 3 в процессе монтажа упругой клеммы.