Анкер рельсового скрепления

Полезная модель относится к строительству железных дорог, в частности к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к конструкциям приспособлений для крепления рельсов железнодорожных путей к шпалам, и может быть использована при строительстве высокоскоростных магистралей, в частности магистралей на железобетонной основе с высокой грузоподъемностью.
С ростом осевых нагрузок подвижного состава, грузонапряженности и скоростей движения повысились требования и к рельсовым скреплениям, в связи с чем весьма актуальной становится задача получения такой рациональной конструкции рельсового скрепления, которая обеспечивает высокую надежность его работы.
Анкер является важным элементом рельсового скрепления, содержащего анкер, замоноличенный в подрельсовой зоне железобетонной шпалы, пружинную клемму, сочленяющую рельс с анкером, изолятор, размещенный между анкером и рельсом, и подрельсовую прокладку, уложенную под подошвой рельса.
2
Известен цельнолитой анкер безболтового крепления железнодорожного рельса к шпале, состоящий из головки и ножки. В головке выполнены два посадочных места в виде пазов под ножки клеммы пружинной, канавка под изолирующий вкладыш с одной стороны и полость или, при необходимости, упорный гребень с противоположной стороны. Ножка анкера имеет не менее двух поперечных ребер жесткости и представляет собой вертикальный стояк крестообразного сечения с овальным закруглением внутренних и наружных углов и с суммарной площадью сечения не менее 300 мм. При наличие упорного гребня его поперечное сечение представляет собой прямоугольную трапецию прямоугольной стороной вверх (см.: Патент Республики Беларусь №5794 на полезную модель).
Известен анкер рельсового крепления, содержащий вертикальный стояк с цельнолитой головкой, в которой расположены два посадочных места в виде сквозных пазов под ножки клеммы пружинной и два паза под изолятор (или с одной стороны паз, а с другой полость), размещенные в верхней части головки симметрично друг другу относительно фронтальной плоскости сечения анкера, при этом стояк имеет не менее двух горизонтальных ребер жесткости (см.: Патент Российской Федерации №64644 на полезную модель).
Общим недостатком известных конструкций анкера является то, что они не обеспечивают необходимую площадь контакта рельсового скрепления и рельса, что в свою очередь ведет к недостаточно надежному скреплению железнодорожного рельса и шпалы.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является анкер рельсового скрепления из альбома элементов и конструкций верхнего строения железнодорожного пути, Д.С. Ершова - М., 2012, доступно по ссылке http://www.tdesant.ru/info/item/131 (чертеж 64), содержит верхнюю часть, состоящую из двух головок для образования клеммных узлов, выступающих над поверхностью подрельсового основания по обе стороны от подошвы рельса, нижнюю часть замоноличиваемую в подрельсовое основание и объединяющую два клеммных узла, состоящую из перемычки, двух криволинейных участков перехода от основания головок к указанной перемычке, и двух направленных вниз гофрированных хвостовиков. Недостатки этого анкера:
- высокая металлоемкость анкера вследствие повышенного (излишне высокого) запаса прочности головок анкера, как от воздействия вертикальных нагрузок, так и от боковых сил от торца подошвы рельса;
Справочно:
Вес известного анкера рельсового скрепления - 4,5 кг, в состав узла скрепления входит один анкер.
- высокая металлоемкость анкера, а соответственно и стоимость оказывает негативное влияние на конкурентоспособность рельсового скрепления в целом;
- малая площадь контакта торца подошвы рельса и кронштейнов головок анкера, способствует преждевременному износу и сокращению срока эксплуатации нарельсового изолирующего уголка из-за повышенной точечной нагрузки в пределах площади кронштейнов головок анкера.
Технический результат полезной модели - снижение металлоемкости анкера рельсового скрепления при одновременном обеспечении достаточного запаса прочности и его работоспособности; создание конструкции анкера для рельсового скрепления, позволяющей повысить надежность крепления железнодорожного рельса к шпале за счет увеличения площади контакта анкерного скрепления и рельса.
Указанный технический результат достигается созданием, практически, нового типа анкера с отличительными существенными признаками, изложенными в формуле полезной модели.
Поставленный технический результат достигается тем, что в анкере рельсового скрепления, содержащем вертикальный стояк с основанием, горизонтальными и вертикальными ребрами жесткости и цельнолитую со стояком головку, в которой расположены два посадочных места в виде сквозных пазов под ножки клеммы пружинной, выполненных открытыми по всей длине, и два паза под изолятор или один паз в облегченном анкере, размещенные в верхней части цельнолитой головки симметрично друг другу относительно фронтальной плоскости сечения анкера, ширина нижней части головки анкера во фронтальной плоскости сечения составляет не менее 65 мм и не более 110 мм, при этом нижняя часть головки анкера может быть снабжена упорным гребнем на боковой поверхности с противоположной стороны паза под изолятор, при этом анкер может быть выполнен симметричным относительно фронтальной плоскости сечения, как минимум, с одним пазом в верхней части с одной стороны и с полостью - с другой.
Сущность полезной модели поясняется фигурами: где на фиг. 1 изображен предлагаемый анкер -вид спереди; на фиг. 2 изображен предлагаемый анкер - вид сзади; на фиг. 3 - анкер с гребнем, вид сбоку; на фиг. 4 показан облегченный анкер - вид спереди; на фиг. 5 - анкер облегченный, вид сбоку; на фиг. 6 - анкер облегченный, вид сзади.
Облегченный анкер отличается от обычного меньшей металлоемкостью (и, соответственно, ценой) и используется на обычных ж/д путях, при этом облегчение не влияет на прочностные характеристики описываемого анкера. Анкер с упорным гребнем изготавливают по требованию - для обеспечения его дополнительной жесткости в шпале.
Анкер 1 рельсового скрепления, содержит вертикальный стояк 2 с основанием 3, горизонтальными 4 и вертикальными 5 ребрами жесткости и цельнолитую со стояком 2 головку 6, в которой расположены два посадочных места 7 и 8 в виде сквозных пазов под ножки клеммы пружинной, выполненных открытыми по всей длине, и два паза 9 под изолятор, размещенные в верхней части цельнолитой головки 6 симметрично друг другу относительно фронтальной плоскости сечения анкера, ширина нижней части 10 головки анкера 6 во фронтальной плоскости сечения аналогична ширине изолятора и составляет не менее 65 мм и не более 110 мм. В частном случае исполнения нижняя часть головки анкера имеет упорный гребень 11, расположенный на боковой поверхности с противоположной стороны паза под изолятор. В другом частном случае анкер выполнен симметричным относительно фронтальной плоскости сечения. В третьем частном случае анкер с одной стороны имеет паз, а с другой полость. Позицией 12 обозначены выемки для облегчения анкера.
Анкер рельсового скрепления отливают цельнолитым из высокопрочного чугуна методом точного литья.
Если условно разделить цельнолитую головку 6 на нижнюю часть 10 и верхнюю часть, то анкер 1 рельсового скрепления изготавливают таким образом, что вертикальный стояк 2 плавно переходит в нижнюю часть 10 цельнолитой головки 6. Вертикальный стояк 2 может иметь любую известную конструкцию, например, стояк может быть выполнен в поперечном сечении крестообразным или в форме сужающегося к низу усеченного конуса, или иметь отверстия, для заполнения связующим материалом, например, бетоном, или иметь основание, выполненное в форме эллипса или квадрата и т.д. Главное, чтобы конструкция стояка способствовала надежному креплению анкера в шпале. В верхней части цельнолитой головки 6 вышеуказанного анкера 1 изготавливают симметрично друг другу относительно фронтальной секущей плоскости два паза 9 под изолятор. В цельнолитой головке 6 выполняют два посадочных места 7 и 8 в виде сквозных открытых по всей длине пазов под ножки клеммы пружинной. Нижнюю часть 10 цельнолитой головки 6 анкера 1 во фронтальной плоскости выполняют шириной аналогичной ширине изолятора, не менее 65 мм и не более 110 мм. В частном случае выполнения нижнюю часть 10 цельнолитой головки 6 анкера 1 выполняют с упорным гребнем 11. В другом частном случае анкер 1 выполняют симметричным относительно фронтальной плоскости сечения. Для обеспечения удержания рельсы от поперечного смещения, анкер должен быть выполнен по ширине аналогично ширине изолятора (65-110 мм).
Установка анкера рельсового скрепления осуществляется следующим образом. Вертикальный стояк 2 анкера 1 монолитно встраивают в шпалу при ее изготовлении, что в дальнейшем обеспечивает надежную опору рельсовому скреплению, при этом цельнолитая головка 6 анкера 1 остается на поверхности. Анкеры 1 устанавливают попарно таким образом, чтобы фронтальная плоскость цельнолитой головки 6 анкера 1 была перпендикулярна продольной оси симметрии шпалы. В случае использования анкера 1, изготовленного симметричным относительно фронтальной плоскости сечения, обеспечивается удобство при монтаже и снижение трудозатрат, так как нет необходимости при установке анкера обращать внимание на особенности его конструкции. В случае, когда шпалы предназначены для установки на железнодорожных путях с повышенной нагрузкой на ось используют анкеры 1 с упорным гребнем 11.
Изготовление нижней части 10 цельнолитой головки 6 анкера 1 во фронтальной плоскости шириной аналогичной ширине изолятора, от 65 мм до 110 мм, позволяет значительно увеличить площадь контакта рельса и рельсового скрепления, что значительно повышает надежность крепления железнодорожного рельса. Анкер не деформируется под нагрузкой, вследствие чего ширина колеи остается стабильной. Указанные результаты подтверждены проведенными испытаниями.
Из конструктивного описания известного анкера и анкера предлагаемого следует, что они являются абсолютно разными и не могут быть взаимозаменяемыми. Плюсы полезной модели:
- значительное снижение металлоемкости анкера рельсового скрепления при одновременном обеспечении достаточного запаса прочности и его работоспособности;
Справочно:
Вес полезной модели анкера рельсового скрепления - 1,12 кг, в состав узла скрепления входит два анкера, соответственно металлоемкость - 2,24 кг, что практически в два раза меньше в сравнении с металлоемкостью известного анкера.
- увеличенная, практически в полтора раза в сравнении с известным анкером, площадь контакта торца подошвы рельса и анкерного скрепления.
Справочно:
2
Площадь контакта торца подошвы рельса и анкерного скрепления, при условии применения рельса Р-65 и анкера полезной модели со сплошной площадью контакта, составляет: 11,2 * 90=1008 мм
где, 11,2 мм - высота подошвы рельса Р-65;
90 мм - ширина цельнолитой головки анкера полезной модели;
2
1008 мм - общая площадь контакта рельса Р-65 и цельнолитой головки анкера полезной
модели.
Площадь контакта торца подошвы рельса и известного анкера рельсового скрепления из альбома элементов и конструкций верхнего строения железнодорожного пути, Д.С. Ершова - М., 2012, доступно по ссылке http://www.tdesant.ru/info/item/131 (чертеж 64), составляет:
2
11,2 * 30=336 мм
2
336+336=672 мм
где, 11,2 мм - высота подошвы рельса Р-65;
30 мм - ширина кронштейна в головке анкера;
2
672 мм - общая площадь контакта рельса Р-65 и кронштейнов головки анкера.
2
Малая площадь контакта торца подошвы рельса и кронштейнов головки известного анкера рельсового скрепления по 336 мм, способствует преждевременному износу и сокращению срока эксплуатации нарельсового изолирующего уголка из-за повышенной точечной нагрузки на изолирующий уголок в пределах площади кронштейнов головки анкера.
Увеличенная площадь контакта торца подошвы рельса и анкерного скрепления при условии применения цельнолитого анкера полезной модели, позволяет:
1. Повысить удерживающую способность промежуточного рельсового скрепления в поперечном направлении пути, что непосредственно влияет на устойчивость положения упорной рельсовой нити в кривых участках пути и обеспечивает стабильность ширины рельсовой колеи.
2. Повысить сопротивление повороту рельса в узле промежуточного рельсового скрепления в горизонтальной плоскости, что непосредственно влияет на устойчивость бесстыкового пути от выброса.
3. Обеспечить увеличение площади взаимодействия головки анкера с изолятором, что в свою очередь позволяет уменьшить точечное напряжение от поперечного воздействия, передаваемого посредствам рельса на изолятор, избежать преждевременного износа и продлить срок эксплуатации изолятора.
4. Обеспечить прямолинейность рельсовой нити и отсутствие длинноволновых отклонений (которые неблагоприятно влияют на динамику подвижного состава и вызывают галопирование вагона), что крайне важно на участках обращения скоростных и высокоскоростных пассажирских поездов со скоростями свыше 140 км/час, при условии применения изолятора шириной аналогичной ширине цельнолитой головки анкера.
Справочно:
Опытным путем определено, что продольное сопротивление сдвигу в узле промежуточного рельсового скрепления, при применении конструкции цельнолитого анкера полезной модели и изолятора шириной аналогичной ширине головки анкера, составляет 19,0 кН, при минимально необходимом 14,0 кН, согласно межгосударственному стандарту ГОСТ 32698-2014 «Скрепление рельсовое промежуточное железнодорожного пути».
Снижение металлоемкости анкера рельсового скрепления при одновременном обеспечении достаточного запаса прочности и его работоспособности; создание конструкции анкера для рельсового скрепления, позволяющей повысить надежность крепления железнодорожного рельса к шпале за счет увеличения площади контакта анкерного скрепления и рельса, что особенно важно для железнодорожных путей с высокой нагрузкой на ось и на криволинейных участках железнодорожного пути, является достоинством и преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом.