ПУТЕВОЙ ШУРУП С ШЕСТИГРАННОЙ ГОЛОВКОЙ

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно: к конструкции крепежных деталей, применяемых для рельсовых скреплений железнодорожного пути, в частности, к конструкции путевых шурупов.
Актуальность разработки новой конструкции обусловлена внедрением на железных дорогах Российской Федерации и стран СНГ нового прогрессивного вида шурупно-дюбельного рельсового скрепления с железобетонными шпалами, предусматривающего в качестве основного крепежного элемента путевой шуруп с шестигранной головкой и стержнем с поверхностями, выполненными с возможностью сопряжения с ответными поверхностями полимерного дюбеля.
Известен шуруп, содержащий шестигранную головку, стержень, состоящий из 2-х частей (гладкой цилиндрической и резьбовой цилиндрической), и острие (см. ГОСТ 11473-75 «Шурупы с шестигранной головкой. Конструкция и размеры., М., Государственный комитет стандартов Совета Министров СССР, 1976 г.). Однако известный шуруп применяется только в мебельной, деревообрабатывающей промышленности и в быту при креплении деталей в деревянные конструкции, для чего содержит острие и часть стержня с шурупной резьбой. Высота шестигранной головки составляет 0,4 от размера под ключ. Шуруп данной конструкции не может быть использован в качестве элемента рельсового скрепления, т.к. не обладает достаточной прочностью и надежностью под действием циклических знакопеременных нагрузок (при прохождении поездов и подвижных составов) и не содержит переходной части на стержне, необходимой для комплектации с полимерным дюбелем.
Известен путевой шуруп, содержащий стержень, состоящий из 3-х частей (гладкой, резьбовой и переходной между ними конической) и головку квадратной формы (см. ГОСТ 809-71 «Шурупы путевые, Технические условия», М., Государственный комитет СССР по стандартам, 1980 г.), широко применяемый в традиционных рельсовых скреплениях. Указанный шуруп имеет длину цилиндрической гладкой части стержня, превышающей длину конической части в 1,33 раза, что не сопрягается с размерами дюбеля. Форма головки также не применима для нового вида рельсового скрепления, т.к. не может обеспечить надежность соединения.
Наиболее близким аналогом является путевой шуруп с шестигранной головкой (см. патент Р.Ф. №31788 от 31788 от 30.01.2003 г., опубл. 27.08.2003 г., Бюл. №24) «Шуруп крепежного узла рельсового скрепления». Основным недостатком данной конструкции является увеличенная длина гладкой части стержня, превышающая длину конической части более, чем в 2 раза (не менее, чем в 2 раза), что превышает длину, необходимую для сопряжения с остальными деталями рельсового скрепления в сборе и не может гарантировать достаточную надежность скрепления при эксплуатации. Кроме того, увеличение длины гладкой части стержня более чем в 2 раза от длины конической части не обеспечивает выполнения основных технических требований по соосности и криволинейности стержня (из длительных экспериментов и производственного опыта по штамповке шурупов).
В формуле изобретения не указаны основные соотношения размеров шестигранной головки, что также важно для условий эксплуатации и обслуживания ж/д пути.
В основу полезной модели поставлена задача создания путевого шурупа, лишенного перечисленных выше недостатков и обладающего высокой надежностью соединения в рельсовом скреплении при сложном механическом воздействии на железнодорожный путь.
Поставленная задача решается тем, что предложен путевой шуруп с шестигранной головкой с наиболее оптимальными соотношениями размеров всех составных частей, позволяющими с наибольшей надежностью сопрягаться с остальными деталями рельсового скрепления в сборе и обеспечивать повышенную эксплуатационную стойкость.
Путевой шуруп содержит головку шестигранной формы и стержень, состоящий из 3-х частей: цилиндрической с гладкой поверхностью, цилиндрической с шурупной резьбой и переходной между ними конической с началом резьбы с длинами частей цилиндрической формы превышающих длину конической части. Длина гладкой части стержня выбрана в пределах 1,8-1,98
длины конической части. Общая длина стержня выбрана в пределах 1,5-2,3 длины резьбовой части и 6,0-8,4 максимального диаметра гладкой части стержня. Высота шестигранной головки выбрана в пределах 0,55-0,75 размера под ключ.
На фиг.1 показан предложенный путевой шуруп с шестигранной головкой. Путевой шуруп содержит головку шестигранной формы 1 и стежень, состоящий из 3-х частей: гладкой цилиндрической 2, цилиндрической с шурупной резьбой 4 и переходной между ними конической с началом резьбы 3.
Технический результат, на достижение которого направлено данное решение, заключается прежде всего в получении качественных изделий с исключением брака по кривизне стержня, а также в повышении надежности и долговечности рельсового скрепления при эксплуатации.
При освоении путевого шурупа с размерами гладкой части более, чем в 2 раза превышающем размер переходной конусной части (аналог), наблюдался массовый брак по кривизне (изогнутости) стержня, образуемый как при штамповке, так и при накатке резьбы, что не позволило освоить массовый выпуск таких изделий. И только после уменьшения длины гладкой части стержня 2 (менее, чем в 2 раза от длины переходной конусной части 3), удалось получить качественные шурупы без отклонений по кривизне стержня от заданного размера, наиболее точно сопрягаемые с ответными поверхностями дюбеля.
Предложенный путевой шуруп используется в рельсовом шурупно-дюбельном скреплении ЖБР-65Ш в комплекте с полимерным дюбелем, вставляемым в отверстие железобетонной шпалы, пружинной клеммой и прокладками и является основным элементом данного крепежного узла рельсового скрепления, обеспечивающим надежность и прочность соединения.
При сборке рельсового скрепления путевым шурупом с заявленными соотношениями размеров происходит более прочное затягивание элементов рельсового скрепления, при этом пружинная клемма в результате упругого пружинения более надежно удерживает путевой шуруп в сборке, препятствуя расслаблению всего соединения в результате циклических нагрузок при прохождении поездов.
Общая длина стержня шурупа определяется длиной дюбеля, в комплекте с которыми используется путевой шуруп.Выбор общей длины в заявленных соотношениях: (1,5-2,3) от длины резьбовой части (4) и (6,0-8,4) от максимального диаметра гладкой части (2) позволяет избежать изгиба стержня при штамповке и накатке резьбы, а также использовать предложенный шуруп с применяемыми дюбелями различной длины.
При изготовлении путевого шурупа с заявленными соотношениями длин как основных частей стержня, так и общей длины создаются более благоприятные условия штамповки и исключается брак по кривизне стержня.
При штамповке стержневых изделий на многопозиционных автоматах захват при переносе заготовок по позициям осуществляется за стержень, поэтому наилучшие условия, исключающие изгиб стержня, создаются для более коротких заготовок, как при задаче в матрицы и при штамповке головки, так и при редуцировании части стержня под накатку резьбы. Из ОМД и производственного опыта известно, что на коротких заготовках практически не наблюдается изгиба стержня при штамповке и накатке.
Экспериментальные исследования, проведенные на ОАО «МКЗ» по применению исходных заготовок различных длин, показали, что на заготовках для шурупов с заявленными соотношениями длин отсутствует изгиб стержня при штамповке и накатке резьбы. Наилучшее качество изделий получается при минимальных значениях соотношений. Если общая длина шурупа превышает 2,3 от длины резьбовой части и 8,4 от максимальной длины гладкой части, то на применяемых для штамповки и накатки резьбы заготовках увеличенных длин наблюдается потеря устойчивости стержня на всех операциях и, как следствие, - кривизна.
От отношения общей длины стержня и длины резьбовой части шурупа (1,5-2,3) зависит также устойчивость заготовки на операции редуцирования. Чем меньше длина редуцируемой части стержня под резьбу, тем меньше вероятность изгиба стержня при выталкивании заготовки из редуцирующей матрицы. Наилучшие результаты по качеству были получены на заготовках для шурупов с минимальными значениями соотношений (1,5-1,6 и до 2,3). При соотношении>2,3 наблюдался изгиб стержня отредуцированной заготовки при выталкивании из матрицы, что исключало возможность дальнейшей накатки резьбы.
Для достижения основного технического результата большое значение имеют соотношения длин составных частей стержня и значения общей длины заготовки шурупа (определяются в зависимости от размеров готового шурупа) при накатке шурупной резьбы.
Перед накаткой отредуцированная часть стержня заготовки шурупа и небольшой участок гладкой части стержня нагреваются в индукторе до температуры 1100-1250°С, а затем заготовка подается в накатной автомат для накатки шурупной резьбы тремя роликами.
Наилучшие условия накатки создаются для более коротких заготовок с меньшей длиной гладкой части, т.к. в результате нагрева только части стержня образуется неравномерность механических свойств в нагретой и ненагретой частях стержня, а в связи с увеличенным весом шестигранной головки удлиненные заготовки при задаче в накатные ролики теряют устойчивость, происходит искривление стержня при накатке.
Экспериментами по накатке заготовок шурупов с шестигранной головкой различных длин выявлено, что для избежания брака по кривизне стержня длина гладкой части стержня должна быть менее 2-х (1,8-1,98) от длины переходной конусной части, формируемой при накатке, а общая длина стержня готового шурупа - не более 2,3 длины резьбовой части и 8,4 от максимального диаметра гладкой части. В связи с вышеизложенным превышение указанных соотношений длин приводит к кривизне стержня при накатке резьбы. Наилучшие условия накатки резьбы роликами - для нижних пределов всех заявленных соотношений, т.к. при этом уменьшается консоль и, соответственно, увеличивается устойчивость заготовок в накатных роликах в процессе накатки резьбы. Таким образом, значения длин во всех заявленных интервалах обеспечивают получение резьбы высокого качества и исключают брак по кривизне стержня шурупа.
Именно качество резьбы путевых шурупов и отсутствие кривизны стержня гарантируют повышение надежности и долговечности рельсового соединения.
Основной технический результат от заявленной высоты головки шурупа (1) в пределах (0,55-0,75) от размера под ключ получен как при сборке рельсового скрепления (отсутствие проворачивания при закручивании гаечным ключом, возможность использования шуруповерстов), так и при эксплуатации - высота головки в заявленных интервалах обеспечивает наиболее оптимальную массу головки для создания необходимого давления на пружинную клемму, работающую в упругой области, что также обеспечивает прочность и надежность соединения в сборе.
Таким образом, технический эффект от предложенной конструкции путевого шурупа заключается в получении высококачественных конкурентоспособных изделий, в улучшении контакта с сопрягаемыми деталями при сборке, в повышении прочности и надежности рельсового скрепления при эксплуатации.
Осуществление полезной модели.
В соответствии с заявленными конструкцией шурупа и соотношением размеров возможно изготовление путевых шурупов с шестигранной головкой (1) с диаметром резьбы (4) и диаметром гладкой части (2) 24 мм, общей длиной стержня 144-200 мм, длиной переходной части (3) 20-25-30 мм; длинами гладкой части (2) соответственно: 36-мм; 45-49,5 мм; 54-59,4 мм.
Длина резьбовой части (4) может выполняться в интервалах 62,6-133,3 мм в зависимости от длины шурупа.
Головка шестигранной формы (1) для всех шурупов выполняется под ключ 36 мм. Заявленная высота головки может выполняться в диапазоне 19,8-27 мм. Технический результат (см. выше) достигается при использовании путевых шурупов всех приведенных выше размеров.
Типовым представителем заявленной полезной модели является путевой шуруп 24×190 мм. Шуруп состоит из шестигранной головки (1) с размером под ключ 36 мм, высотой 25 мм и стержня общей длиной 190 мм, длиной гладкой части (2) 57 мм. длиной переходной конической части (3) 30 мм и длиной резьбовой части (4) - 103 мм.
В конструкции и размерах данного шурупа использованы все отличительные элементы формулы изобретения. Заявленный шуруп выпускается в ОАО «МКЗ» на стандартном технологическом оборудовании. Штамповка заготовки осуществляется на многопозиционном холодновысадочном автомате КА-74 (фирмы Мальмеди), накатка резьбы - на автомате горячей накатки WGW-25. Применяемая технология обеспечивает получение высококачественных изделий с заданными геометрическими параметрами.
Экспериментальные и натуральные (на Дальневосточной железной дороге) испытания предложенного (и изготовленного в ОАО «МКЗ») путевого шурупа с шестигранной головкой показали, что с использованием всех отличительных элементов создан путевой шуруп, сочетающий требуемое качество исполнения и высокую надежность при эксплуатации.
Предложенная конструкция путевого шурупа более совершенна и оптимальна по сравнению с аналогами, т.к. повышает удобство обслуживания (использование стандартных гаечных ключей) и надежность рельсового скрепления, что гарантируется увеличенной высотой головки, а также конструкцией и соотношением размеров стержня, наиболее точно контактирующих с ответными поверхностями сопрягаемых деталей.
Предложенная конструкция путевого шурупа с шестигранной головкой может выпускаться на стандартном технологическом оборудовании и не требует для своего освоения больших материальных затрат.