АНКЕР ЗАКЛАДНОЙ ПРОМЕЖУТОЧНОГО РЕЛЬСОВОГО СКРЕПЛЕНИЯ

Полезная модель относится к железнодорожному и промышленному рельсовому транспорту, в частности к конструкциям верхнего строения рельсового пути, и предназначена для использования в промежуточном скреплении рельс со шпалами с помощью упругих клемм в условиях прямолинейных и криволинейных участков высокоскоростных магистралей, а также в криволинейных участках малых радиусов кривизны с возможностью регулирования ширины колеи.
Одним из основных элементов такого скрепления является анкер, который, как правило, выполнен в виде головки, выступающей над подрельсовой площадкой шпалы и соединенной с хвостовиком, забетонированным в теле шпалы. Головка анкера служит для установки упругой клеммы и ограничивает боковое перемещение рельсы, которая контактирует с головкой через опорный изолирующий вкладыш, установленный между головкой и подошвой рельсы. Хвостовик выполняют с возможностью надежного соединения анкера с шпалой. Регулировку ширины рельсовой колеи в таком рельсовом скреплении выполняют путем подбора толщины элемента вкладыша, который расположен между головкой анкера и краем подошвы рельсы. При изменении толщины указанного элемента вкладыша рельсы перемещается в боковом направлении в ту или иную сторону по отношению к неподвижной головке анкера, меняя ширину рельсовой колеи. Такой способ регулирования ширины рельсовой колеи является общеизвестным.
В качестве аналогов заявляемой полезной модели можно привести следующие решения.
Анкер закладной, известный по патенту Украины на полезную модель №1743, МПК E01B 9/30, дата подачи заявки 25.07.2002.
Анкер закладной содержит головку и хвостовик для закрепления в железобетонных шпалах. В головке выполнены пазы для размещения концевых участков упругой клеммы, канавка для размещения изолирующего вкладыша (втулки), полки для размещения прокладки рельсового скрепления. Хвостовик выполнен с фиксирующими поперечными ребрами для закрепления в теле шпалы. Пазы выполнены в боковых частях головки симметрично относительно продольной оси анкера. Полки для прокладки выполнены на тех же сторонах головки анкера, что и пазы, и расположены между пазами и хвостовиком. Канавка для изолирующего вкладыша (втулки) выполнена на передней стенке головки, обращенной к рельсе. Поперечное сечение хвостовика выполнено клиновидной формы с утолщением клина в направлении, противоположном действию изгибающего момента от упругой клеммы.
В смонтированном (рабочем) положении рельсового скрепления концевые участки упругой клеммы размещены в пазах головки. Прижимная петля упругой клеммы опирается на верхнюю поверхность подошвы рельсы непосредственно или через изолирующий вкладыш (втулку), в основном неметаллическую, прижимает подошву рельсы к шпале. Изолирующий вкладыш (втулка) вместе с эластичной прокладкой между рельсом и шпалой гасит шумы и вибрацию при эксплуатации железнодорожного пути.
Общими признаками указанного аналога и заявляемого решения являются: анкер закладной промежуточного рельсового скрепления, содержащий головку с пазами для установки концевых участков упругой клеммы, выполненными в боковых частях головки симметрично относительно продольной оси анкера, хвостовик, соединенный с головкой и выполненный с поперечными ребрами, расположенными по длине хвостовика.
Конструкции хвостовой части данного анкера не обеспечивает достаточного анкерного эффекта для предупреждения вырыва анкера с шпалы в процессе эксплуатации рельсового пути, особенно в условиях скоростного движения поездов. При регулировании ширины рельсовой колеи путем подбора толщины вкладыша, расположенного между головкой анкера и краем подошвы рельсы, прижимная петля упругой клеммы смещается от своего оптимального (расчетного) положения относительно подошвы рельсы, в результате чего уменьшается надежность скрепления рельсы со шпалами. Кроме того существует вероятность образования продольных трещин в верхней части шпалы в связи с отсутствием поперечных анкерных элементов.
Анкер для рельсового скрепления, известный по патенту Украины на изобретение №66030, МПК E01B 9/30, дата подачи заявки 15.07.2003.
Анкер для рельсового скрепления содержит головку и соединенный с головкой хвостовик. В головке с противоположных сторон симметрично относительно подольной оси анкера выполнены посадочные места (отверстия или пазы) для размещения прямолинейных концевых участков упругой клеммы. На боковой поверхности головки соосно продольной оси анкера выполнен глухой паз для установки изолирующего вкладыша. Хвостовик выполнен из вертикальных стенок, связанных поперечными ребрами. Вертикальные стенки в промежутках между поперечными ребрами выполнены вогнутыми внутрь. В промежутках между поперечными ребрами в плоскости продольного сечения хвостовика выполнены сквозные окна, имеющие разную высоту, в частности, в верхней части хвостовика окно имеет меньшую высоту, а в нижней части окно - больше. Внутренние стенки окон в поперечном сечении имеют выпуклую форму. В нижней части головки анкера выполнена опорная площадка, обращенная суженной частью вниз. Головка анкера может быть любой конструкции в зависимости от формы упругой клеммы.
В смонтированном (рабочем) положении рельсового скрепления прямолинейные концевые участки упругой клеммы размещены в пазах головки. Прижимная петля упругой клеммы опирается на верхнюю поверхность подошвы рельсы через изолирующий вкладыш и прижимает подошву рельсы к шпале.
Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: анкер закладной промежуточного рельсового скрепления, содержащий головку с пазами для установки прямолинейных концевых участков упругой клеммы, выполненные в боковых частях головки симметрично относительно продольной оси анкера, хвостовик, соединенный с головкой и выполненный с поперечным ребрами, расположенными по длине хвостовика, и сквозными отверстиями между поперечными ребрами.
Как и в предыдущем аналоге регулирование ширины рельсовой колеи путем подбора толщины вкладыша, расположенного между головкой анкера и краем подошвы рельсы, неизбежно приводит к перемещению прижимной петли упругой клеммы относительно вертикальной оси симметрии рельсы, так как конструктивные особенности головки анкера не предусматривают перемещения клеммы при регулировании ширины рельсовой колеи (боковое перемещение рельсы в ту или иную сторону при неподвижной клемме). При этом прижимная петля упругой клеммы смещается от своего оптимального (расчетного) положения относительно подошвы рельсы, в результате чего уменьшается надежность скрепления рельсы со шпалою. Кроме того, конструкция хвостовика не обеспечивает достаточного анкерного эффекта и защиты шпалы от продольного растрескивания.
В качестве прототипа выбран анкер для рельсового скрепления, известный по патенту Украины на полезную модель №48923, МПК Е01B 9/08, Е01B 9/30, дата подачи заявки 16.05.2002.
Анкер для рельсового скрепления содержит головку и соединенный с головкой хвостовик. В боковых частях головки симметрично относительно продольной оси анкера выполнены посадочные места - отверстия (пазы) для установки концевых участков упругой клеммы. На боковой поверхности головки соосно с продольной осью анкера выполнен глухой паз для установки изолирующего вкладыша. Хвостовик выполнен из двух параллельно расположенных вертикальных стенок прямоугольного сечения, связанных поперечными ребрами (поперечными бортами). В промежутках между поперечными ребрами в плоскости продольного сечения хвостовика выполнены сквозные окна переменной высоты - меньшей в верхней части и большей на периферии хвостовика. Внутренние стенки окон в поперечном сечении имеют выпуклую форму. В нижней части головки анкера выполнена опорная площадка.
В смонтированном (рабочем) положении рельсового скрепления концевые участки упругой клеммы размещены в пазах головки. Прижимная петля упругой клеммы опирается на верхнюю поверхность подошвы рельсы через изолирующий вкладыш и прижимает подошву рельсы к шпале.
Общими признаками прототипа и заявляемого решения являются: анкер закладной промежуточного рельсового скрепления, содержащий головку с пазами для установки концевых участков упругой клеммы, выполненными в боковых частях головки симметрично относительно продольной оси анкера, хвостовик, соединенный с головкой и выполненный в виде двутаврового профиля с поперечным ребрами, расположенными по длине хвостовика.
В решении по прототипу, как и в приведенных выше аналогах, в процессе регулирования ширины рельсовой колеи путем подбора толщины вкладыша, расположенного между головкой анкера и краем подошвы рельсы, прижимная петля упругой клеммы смещается от своего оптимального (расчетного) положения относительно подошвы рельсы, в результате чего уменьшается надежность скрепления рельсы со шпалой. Как и в аналогах, конструкция хвостовика не обеспечивает надежного закрепления анкера в теле шпалы, не предотвращает образование продольных трещин в верхней части шпалы в связи с отсутствием поперечных анкерных элементов.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования анкера закладного промежуточного рельсового скрепления, в котором повышается надежность скрепления рельсы со шпалами за счет сохранения оптимального положения прижимной петли упругой клеммы относительно подошвы рельсы при регулировании ширины рельсовой колеи, повышается надежность закрепления анкера в бетоне шпалы и предупреждается образование продольных трещин в верхней части шпалы.
Поставленная задача решается тем, что в анкере закладном промежуточного рельсового скрепления, содержащем головку с пазами для установки концевых участков упругой клеммы, выполненными в боковых частях головки симметрично относительно продольной оси анкера, хвостовик, соединенный с головкой и выполненный в виде двутаврового профиля с поперечным ребрами, расположенными по длине хвостовика, согласно полезной модели, головка анкера выполнена удлиненной в сторону, противоположную рельсе рельсового пути, в верхней части головки выполнена площадка, наклонная в сторону, противоположную рельсе рельсового пути, а поперечные ребра хвостовика выполнены с разветвлениями.
Указанные признаки являются существенными признаками полезной модели.
Целесообразно на наклонной площадке головки выполнить поперечную выемку для фиксации прижимной петли упругой клеммы в ее промежуточном технологическом положении, а перед выемкой выполнить поперечный выступ с закругленным поперечным сечением, что обеспечивает удобство монтажа рельсового скрепления и надежность фиксации прижимной петли упругой клеммы в указанном промежуточном технологическом положении.
Целесообразно участки пазов в верхней их части выполнить скошенными, что облегчает введение концевых участков упругой клеммы в указанные пазы при выполнении монтажных работ.
В центральной части тела головки со стороны, противоположной рельсе рельсового пути, целесообразно выполнить открытую полость, что уменьшает расход металла без ухудшения механических свойств анкера.
Целесообразно в нижней части головки анкера со стороны рельсы рельсового пути и на противоположной стороне головки выполнить горизонтальные опорные площадки, обеспечивающие необходимое положение анкера и его фиксацию относительно технологической формы в процессе изготовления шпалы с анкерами и увеличивают устойчивость головки анкера, а также анкера в целом от поперечных сил, передаваемых на головку анкера от действия подошвы рельсы, особенно при скоростном движении и на криволинейных участках пути.
Целесообразно головку соединить с хвостовиком с использованием косынок, выполненных в плоскости, перпендикулярной рельсе рельсового пути, и в плоскости, параллельной рельсе рельсового пути. Такое исполнение позволяет уменьшить механические напряжения в месте соединения головки анкера с хвостовиком, обеспечивает высокую жесткость анкера при уменьшенных затратах металла на его изготовление.
Хвостовик целесообразно выполнить с вертикальным стержнем, который является продолжением хвостовика в нижней части, а свободный конец указанного стержня выполнить с утолщением. При размещении указанного стержня в средней части поперечного сечения шпалы, где имеют место сжимающие напряжения от продольной арматуры, повышается степень сцепления хвостовика с бетоном шпалы (повышается анкерный эффект).
Разветвления целесообразно выполнить в виде стержней, расположенных с противоположных сторон хвостовика попарно вдоль продольной оси хвостовика в плоскости, параллельной рельсе рельсового пути, в частности, в виде двух пар стержней - верхней и нижней пары стержней.
Стержни верхней пары могут быть выполнены симметрично наклонными относительно продольной оси хвостовика в сторону нижней пары стержней, а стержни нижней пары - перпендикулярными продольной оси хвостовика.
Стержни верхней пары могут быть выполнены перпендикулярно продольной оси хвостовика, а стержни нижней пары - симметрично наклонными относительно продольной оси хвостовика в сторону верхней пары стержней.
Стержни верхней пары могут быть выполнены симметрично наклонными относительно продольной оси хвостовика в сторону нижней пары стержней, а стержни нижней пары - симметрично наклонными относительно продольной оси хвостовика в сторону верхней пары стержней.
Стержни верхней и нижней пары могут быть выполнены перпендикулярными продольной оси хвостовика.
Концы противоположных боковых стержней соседних пар могут соединены между собой с образованием совместно с хвостовиком фигуры "Ф"-образной формы. Такое исполнение повышает степень сцепления стержней с бетоном шпалы и улучшает восприятие знакопеременных и температурных нагрузок, действующих вдоль и поперек хвостовика.
Радиальные стержни могут быть гладкими или с переменным профилем, с круглым или плоским, или другой формы поперечным сечением.
На концах стержней целесообразно выполнить головки для повышения анкерного эффекта.
Существенные признаки полезной модели находятся в причинно-следственной связи с достигаемым результатом.
Так, отличительные признаки полезной модели (головка анкера выполнена удлиненной в сторону, противоположную рельсе рельсового пути, в верхней части головки выполнена площадка, наклонная в сторону, противоположную рельсе рельсового пути, а поперечные ребра хвостовика выполнены с разветвлениями) в совокупности с существенными признаками, общими с прототипом, повышают надежность скрепления рельсы со шпалой за счет сохранения оптимального положения прижимной петли упругой клеммы относительно подошвы рельсы при регулировании ширины рельсовой колеи, надежность закрепления анкера в бетоне шпалы и предупреждают образование продольных трещин в верхней части шпалы.
Выполнение головки анкера удлиненной в сторону, противоположную рельсе рельсового пути, увеличивает длину пазов для установки концевых участков упругой клеммы, что в свою очередь дает возможность перемещать упругую клемму относительно головки анкера (перемещать концевые участки упругой клеммы в пазах головки) на величину, соответствующую величине бокового перемещения рельсы в процессе регулирования ширины рельсовой колеи, с сохранением оптимального фиксированного положения прижимной петли упругой клеммы относительно подошвы рельсы. Удлинение головки анкера требует выполнения в верхней части головки площадки, по которой будет скользить прижимная петля упругой клеммы при ее перемещении в технологическое промежуточное и рабочее положение с постепенным раскрытием (деформированием) упругой клеммы. Выполнение хвостовика с разветвленными стержнями повышает степень сцепления хвостовика с бетоном шпалы (повышается анкерный эффект), то есть надежность закрепления анкера в бетоне шпалы, что особенно важно для высокоскоростных магистралей. При расположении указанных стержней в плоскости поперечного сечения шпалы они выполняют функции поперечного армирования шпалы, что предотвращает образование продольных трещин в верхней части шпалы.
Ниже приводится описание заявляемого анкера закладного промежуточного рельсового скрепления со ссылками на чертежи, на которых показано:
Фиг. 1 - Анкер закладной промежуточного рельсового скрепления, вид сбоку.
Фиг. 2 - Анкер закладной промежуточного рельсового скрепления, вид спереди.
Фиг. 3 - Анкер закладной промежуточного рельсового скрепления, разрез А-А на фиг. 2.
Фиг. 4 - Анкер закладной промежуточного рельсового скрепления, вид сверху.
Фиг. 5 - Анкер закладной промежуточного рельсового скрепления, разрез В-В на фиг. 2.
Фиг. 6 - Анкер закладной промежуточного рельсового скрепления, разрез Б-Б на фиг. 2.
Фиг. 7 - Анкер закладной промежуточного рельсового скрепления, формы поперечного сечения стержней.
Фиг. 8 - Анкер закладной промежуточного рельсового скрепления, схема закрепления и расположения анкера в шпале.
Фиг. 9-16 - Анкер закладной промежуточного рельсового скрепления, примеры выполнения положения стержней.
Фиг. 17 - Анкер закладной промежуточного рельсового скрепления, схема регулирования ширины рельсовой колеи с использованием заявляемого анкера.
Фиг. 18 - Анкер закладной промежуточного рельсового скрепления, схема расположения концевiх участков клеммы в пазах анкера.
Анкер закладной промежуточного рельсового скрепления содержит головку 1, которая в рабочем положении выступает над подрельсовой площадкой 2 шпалы, и хвостовик 3, забетонированный в теле шпалы.
Головка 1 выполнена удлиненной в сторону, противоположную рельсе 4 рельсового пути. В боковых частях головки 1 симметрично относительно продольной оси анкера выполнены пазы 5 для размещения концевых прямолинейных участков 6 упругой клеммы 7. Пазы 5 выполнены без элементов фиксации концевых прямолинейных участков 6 упругой клеммы 7 в пазах 5 с возможностью их свободного перемещения в пределах пазов 5 в заданное нефиксированное положение при изменении ширины рельсовой колеи. В верхней части головки 1 выполнена площадка 8, наклоненная в сторону, противоположную рельсе 4 рельсового пути. На наклонной площадке 8 головки 1 выполнена поперечная выемка 9 для фиксации прижимной петли 10 упругой клеммы 7 в ее промежуточном положении и выступ 11 перед выемкой 9 из закругленным поперечным сечением. Входные участки пазов 5 выполнены со скосами 12 для облегчения ввода в пазы 5 концевых прямолинейных участков 6 упругой клеммы 7 и расположение изгибов клеммы 7, смежных с прямолинейными концевыми участками 6 клеммы 7 (фиг. 18).
В нижней части головки 1 со стороны рельсы 4 рельсового пути и на противоположной стороне головки 1 выполнены горизонтальные опорные площадки 13. В центральной части тела головки 1 со стороны рельсы 4 рельсового пути выполнена открытая полость 14.
Хвостовик 3 выполнен из двутавровых профилем, с двумя поперечными ребрами - верхним 15 и нижним 16, которые расположены по длине хвостовика 3. Хвостовик 3 соединен с головкой 1 с использованием длинной 17 и коротких косынок 18, выполненных в плоскости, перпендикулярной рельсе 4 рельсового пути, и в плоскости, параллельной рельсе 4 рельсового пути.
На поперечных ребрах 15, 16 выполнены разветвления в виде поперечных стержней 19, 20, которые расположены с противоположных сторон хвостовика 3 попарно вдоль продольной оси хвостовика 3 в плоскости, параллельной рельсе 4 рельсового пути. Стержни 19, соединенные с верхним поперечным ребром 15 образуют верхнюю пару стержней (разветвлений). Стержни 20, соединенные с нижним поперечным ребром 16 образуют нижнюю пару стержней (разветвлений). Концы стержней 19, 20 могут быть выполнены с головками (утолщениями) 21 для увеличения анкерного сцепления стержней 19, 20 с бетоном шпалы. Стержни 19, 20 могут быть гладкими или с переменным профилем, круглым или плоским, или другой формы поперечного сечения (фиг. 7).
Двутавровый профиль хвостовика 3 выполнен со сквозными отверстиями 22 в стенке профиля с переходными овальными ребрами 23 между отверстиями 22, вертикальными стенками 24 и поперечными ребрами 15, 16.
Нижнее поперечное ребро 16 выполнено с вертикальным стержнем 25, который является продолжением хвостовика 3 в нижней его части. В конце вертикального стержня 25 выполнено утолщение в виде головки 26. Стержень 25 может быть выполнен в поперечном сечении круглым, плоским или иной формы. Длина стержня 25 обеспечивает возможность его размещения в средней части поперечного сечения шпалы, где имеют место сжимающие напряжения от продольной арматуры 27.
На фиг. 8 показана схема размещения анкера в поперечном сечении шпалы в подрельсовй зоне промежуточного рельсового скрепления, в соответствии с которой стержни 19, 20 размещены в верхней неармированной части шпалы, обеспечивают армирование верхней неармированной части шпалы в поперечном направлении и отдалены от арматурного пакета 27 для обеспечения электрозащиты. Вертикальный стержень 25 с головкой 26 расположен в средней зоне арматурного пакета 27, где имеют место сжимающие напряжения от продольной арматуры.
Стержни 19, 20 могут иметь различное исполнение.
Так, на фиг 9 показано решение, согласно которому, стержни 19 верхней пары выполнены симметрично наклонными относительно продольной оси хвостовика 3 в сторону нижней пары стержней 20, а стержни 20 нижней пары выполнены перпендикулярно продольной оси хвостовика 3.
На фиг. 11 - стержни 19 верхней пары выполнены перпендикулярно продольной оси хвостовика 3, а стержни 20 нижней пары выполнены симметрично наклонными относительно продольной оси хвостовика 3 в сторону верхней пары стержней 19.
На фиг. 13 - стержни 19 верхней пары выполнены симметрично наклонными относительно продольной оси хвостовика 3 в сторону нижней пары стержней 20, а стержни 20 нижней пары выполнены симметрично наклонными относительно продольной оси хвостовика 3 в сторону верхней пары стержней 19.
На фиг. 15 - стержни 19 верхней пары и стержни 20 нижней пары выполнены перпендикулярно продольной оси хвостовика 3.
Независимо от выполнения стержней 19, 20 свободные концы противоположных боковых стержней 19, 20 соседних пар могут быть соединены между собой с образованием совместно с хвостовиком 3 фигуры "Ф"-образной формы (рис. 10, 12, 14, 16).
На фиг. 17 показана схема регулирования ширины рельсовой колеи в промежуточном рельсовом скреплении с использованием заявляемого анкера. В рабочем положении элементов промежуточного рельсового скрепления прижимная петля 10 упругой клеммы 7 прижимает подошву 28 рельсы 4 к подрельсовой площадке 2 шпалы через вкладыш 29 или 30, который установлен между головкой 1 анкера и подошвой 28 рельсы 4. Концевые прямолинейные участки 6 упругой клеммы 7 расположены в пазах 5 головки 1. Прижимная петля 10 упругой клеммы 7 находится в оптимальном (расчетном) положении относительно вертикальной оси симметрии 31 рельсы 4, которое обеспечивает эффективное прижатие подошвы 28 рельсы 4 к подрельсовой площадке 2.
Перемещение рельсы 4 в боковом направлении на заданную величину Δ (регулирование ширины рельсовой цепи) выполняют путем подбора вкладыша с соответствующей толщиной выступа 32 или 33, который расположен между головкой 1 анкера и торцевым краем 34 подошвы 28 рельсы 4. При этом важно, чтобы при любом боковом перемещении рельсы 4 прижимная петля 10 упругой клеммы 7 оставалась в оптимальном (расчетном) положении относительно вертикальной оси симметрии 31 рельсы 4 и относительно торцевой края 34 подошвы 28 рельсы 4. Как видно из схемы, приведенной на фиг. 17а, б, при боковом перемещении рельсы 4 на величину Δ прижимная петля 10 упругой клеммы 7 остается в неизменном положении относительно вертикальной оси симметрии 31 рельсы 4 - на расстоянии L от вертикальной оси симметрии 31 рельсы 4, которое является оптимальным (расчетным). Это обеспечивается фиксацией прижимной петли 10 упругой клеммы 7 в ее рабочем положении выемкой 35 в вкладышах 29 и 30 и возможностью свободного перемещения концевых прямолинейных участков 6 упругой клеммы 7 в пределах пазов 5 в заданное нефиксированное положение при изменении ширины рельсовой колеи. Для свободного перемещения концевых прямолинейных участков 6 клеммы 7 в боковых частях 36 вкладышей 29 и 30 выполнены углубления 37 и 38, в которых располагаются концевые части 6 клеммы 7. Вкладыши 29 и 30 и углубления 37, 38 приведены для примера перемещения рельсы 31 на величину Δ.