СИСТЕМА РЕЛЬСОВОГО СКРЕПЛЕНИЯ В ПЕРЕХОДНЫХ ЗОНАХ
SYSTEM OF RAIL FASTENING IN TRANSITION ZONES

Изобретение касается систем рельсового скрепления для крепления рельса на нижнем строении пути, содержащих промежуточную плиту, расположенную на дорожной плите/бетонной плите (монолитный путь) или на шпале (верхнее строение пути на щебеночном балласте), плиту для крепления рельса с расположенными на ней угловыми направляющими пластинами: по меньшей мере два первых упругих зажима для стягивания основания рельса с плитой для крепления рельса, а также винты и/или дюбели для свинчивания этой системы рельсового скрепления с дорожной плитой или соответственно с верхним строением пути на щебеночном балласте.
В частности, изобретение касается систем рельсового скрепления, которые располагаются в так называемых переходных областях между различными железнодорожными полотнами с различной упругостью. Переходные области такого рода находятся, например, на входе и выходе из туннелей, на концах мостов и т.п., т.е. всегда там, где изменяется тип и тем самым упругость нижнего строения пути или соответственно балластной постели, а следовательно, при нагрузке имеют место высокие колебания в верхнем строении, т.е. в полотне с рельсом.
В принципе на всех участках пути имеются уже упомянутые переходные области, т.е., например, переходы от мостов к туннелям, от мостов к балластной постели, от балластной постели к туннелю или от участка моста к участку моста с лежащими между ними мостовыми быками.
Из-за различной упругости нижнего строения, например в туннеле, это - скалистая порода, у железобетонного моста - это относительно мягкая мостовая конструкция, в переходной области - верхнее строение, и тем самым рельс перемещаются очень сильно.
В частности, у монолитного пути, т.е. у пути без балластной постели, у которого рельсовые скрепления смонтированы прямо на бетонных плитах, в переходной области от моста к туннелю при прохождении поезда возникают существенные поднимающие движения, так как поезд в этой области вызывает в рельсе так называемую подъемную волну. Используемая в этой области система рельсовых скреплений должна быть поэтому рассчитана таким образом, чтобы, с одной стороны, эта подъемная волна могла быть сглажена, а с другой стороны, могли восприниматься высокие подъемные силы. Таким образом, в таких системах рельсового скрепления требуются как высокая упругость, так и высокие силы прижимного давления.
Одновременно такая система рельсового скрепления должна обеспечивать снижение сопротивления рельсовых плетей угону в продольном направлении рельсов, чтобы вследствие термически обусловленных и возникших в ходе эксплуатации продольных движений рельса никакие разрушительные усилия не оказывали воздействия на конструкцию моста или иное нижнее строение.
И наконец, к системам рельсового скрепления такого типа предъявляются особенно высокие требования в отношении боковой упругости, т.е. упругости поперек направления рельса, чтобы упругое восприятие поперечных сдвигов переходных плит, т.е. рядом с деформационными швами между отдельными дорожными плитами, упруго воспринять и тем самым ограничить.
Силы и сдвиги, возникающие в таких переходных областях, схематично представлены на фиг. 1-2.
γ
На фиг. 1 представлены силы, воздействующие на такие системы рельсовых скреплений, для такого случая, когда путь 2 перекрывает переход между опорной точкой 23a рельса с опорной плоскостью, не наклоненной относительно нижнего строения 26, и соседней опорной точкой 23b рельса с опорной плоскостью 25, наклоненной относительно нижнего строения 26. При прохождении поезда по рельсу 2 горизонтальный сдвиг на этом рельсе 2 вызывается нагрузкой сжатия на опорную точку 23b рельса в направлении стрелки 28, а также нагрузкой растяжения на опорную точку 23a рельса в направлении стрелки 29. Это ведет в итоге к вертикальному смещению δ рельса 2 в зоне над стыком 21.
q
На фиг. 2 показана поперечная сила, которая возникает из-за вертикального сдвига и воздействует на опору 23b, расположенную рядом с опорой 23a, через стык 21 и которая вызывает поперечное смещение δ опоры 23b относительно опоры 23a.
Известные прежде на практике системы рельсовых скреплений не в состоянии в такой мере отвечать всем приведенным выше критериям, чтобы упомянутая подъемная волна могла быть сглажена в достаточной степени, а продольные и поперечные сдвиги могли быть надежно восприняты, не оказывая вредных воздействий на нижнее строение.
Поэтому задачей изобретения является создание системы рельсовых скреплений для закрепления рельса на нижнем строении пути, предпочтительно на нижнем строении пути с различной упругостью, и эта система должна быть в состоянии преодолеть известные недостатки уровня техники. Эта задача изобретения решается системой рельсовых скреплений, обладающей признаками независимого пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы.
Согласно изобретению отдельные критерии, которым, в частности, должны соответствовать системы рельсовых скреплений в переходной области, выполняются за счет того, что между рельсами и плитой для крепления рельса расположена упругая прокладка, что промежуточная плита между плитой для крепления рельса и бетонной плитой, соответственно плитой выравнивания, по высоте выполнена из высокоупругого материала, что предусмотрены по меньшей мере два вторых упругих зажима для стягивания плиты для крепления рельса с нижним строением, предпочтительно через промежуточную плиту, причем первые и вторые упругие зажимы выполнены высокоупругими и с высоким зажимным усилием, и по меньшей мере одна верхняя плита скольжения расположена между подошвой рельса и первым упругим зажимом, и по меньшей мере одна нижняя плита скольжения расположена между подошвой рельса и упругой прокладкой.
Высокая упругость системы рельсовых скреплений прежде всего обеспечивается обладающей высокой упругостью промежуточной плитой и/или стальной плитой в сочетании с упругой прокладкой. Промежуточная плита лежит при этом собственно под плитой для крепления рельса, которая в свою очередь удерживается двумя, обладающими высокой упругостью упругими зажимами и при этом с высоким зажимным усилием на указанной упругой плите. Прокладка лежит на плите для крепления рельса под подошвой рельса. За счет такой двойной упругой опоры обеспечиваются требуемые просадки (упругость) пути. При пригородных перевозках требуемая упругость пути составляет около 5-20 кН/мм для монолитного пути, при дальних и грузовых перевозках и связанных с ними высоких скоростях и больших нагрузках составляет в диапазоне 20-35 кН/мм для монолитного пути. При особенно высоких требованиях в переходной области между двумя нижними строениями с различной упругостью при монолитном пути необходимы системы рельсовых скреплений такой высокой упругости при одновременно высоком усилии прижимного давления (высокое зажимное усилие).
Предпочтительна обладающая высокой упругостью промежуточная плита с преимуществами и признаками, которые будут более подробно пояснены в дальнейшем. В частности, в переходной области от моста к соседним нижним строениям путей может быть, однако, предусмотрена стальная плита в отдельности или в комбинации с обладающей высокой упругостью промежуточной плитой.
Высокие силы прижимного давления, которые требуются в системах рельсовых скреплений согласно изобретению, достигаются благодаря первым и вторым упругим зажимам, которые по обе стороны рельса вызывают стягивание подошвы рельса с нижним строением. В то время как первые упругие зажимы, предпочтительно ровно два первых упругих зажима, стягивают подошву рельса непосредственно с плитой для крепления рельса через упругую прокладку, вторые упругие зажимы, предпочтительно точно два вторых упругих зажима, стягивают плиту для крепления рельса с бетонным блоком или иным нижним строением через обладающую высокой упругостью промежуточную плиту.
Все упругие зажимы имеют одинаково высокую силу прижимного давления при одновременно высокой упругости, чтобы создать надежную систему рельсовых скреплений даже для переходной области. Предпочтительны упругие зажимы с динамическим сопротивлением при длительной нагрузке в диапазоне от 2,5 до 3,5 мм деформации, а также с силой прижимного давления более 12 кН, предпочтительно 14-16 кН.
Сниженное сопротивление рельсовых путей угону в продольном направлении рельсов достигается за счет применения плит скольжения, например, из стали или высокопрочной пластмассы, которые предпочтительно выполнены со скользящим слоем. Скользящие слои такого рода могут быть изготовлены, например, по существу из молибдена. Верхняя плита скольжения лежит при этом между верхней стороной подошвы рельса и первым упругим зажимом, причем верхняя плита скольжения предпочтительно выполнена так, что она не может соскальзывать вбок. Предпочтительно скользящий слой по меньшей мере на верхней стороне верхней плиты скольжения при этом относится к верхней стороне подошвы рельса.
Нижняя плита скольжения, в свою очередь, лежит между нижней стороной подошвы рельса и упругой прокладкой, причем и в этом случае предпочтительно скользящий слой нижней плиты скольжения относится к подошве рельса.
Предпочтительно концы соответствующих плеч упругих зажимов выполняют плоскими, чтобы обеспечить полное прилегание упругого зажима к верхней плите скольжения и, в частности, предотвратить локальные деформации верхней плиты скольжения.
Боковая упругость, наконец, т.е. упругость поперек продольного направления рельса достигается предпочтительно за счет применения нескольких угловых направляющих пластин, предпочтительно четырех угловых направляющих пластин, из соответствующего высокопрочного и упругого пластика, а при необходимости - с соответствующей оребренной геометрией соответствующей угловой направляющей пластины. Особенно предпочтителен высокопрочный упругий полимерный материал  -полиамид PA 6,6 с 30%-ным содержанием стекловолокна в матрице.
Предпочтительно высокоупругая промежуточная плита обладает ступенчатой упругостью, при которой плита при приложении первой нагрузки реагирует сравнительно мягко и, таким образом, имеет плоскую характеристику жесткости, а при приложении более высокой нагрузки, например, путь пружины составляет по меньшей мере 2 мм, обладает более высокой упругостью, т.е. имеет более крутую графическую характеристику жесткости. Такой вид графической характеристики жесткости из двух участков может быть обеспечен, например, за счет расположения уступами гомогенного упругого материала или за счет создания выпуклых геометрических элементов. В одном особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения поэтому в промежуточной плите образована по меньшей мере одна ступень с переходом от более тонкой области к более толстой области. Чрезвычайно предпочтителен вариант выполнения высокоупругой промежуточной плиты, у которой сравнительно тонкая центральная область соседствует с двумя сравнительно толстыми боковыми областями. Различия между сравнительно тонкой и сравнительно толстой областями могут согласно изобретению лежать в диапазоне менее 1 мм.
Путем таких расчетов можно добиться того, что при подъеме рельса, т.е. при прохождении подъемной волны через опорную точку рельса напряжение упругой плиты ослабляется, но не теряется контакт с собственной плитой для крепления рельса. Согласно изобретению в системе рельсовых скреплений предотвращается поэтому предпочтительно любой подъем компонентов и соответственно образование зазоров между отдельными компонентами системы рельсовых скреплений.
Кроме того, при проектировании системы рельсовых скреплений согласно изобретению предпочтительно учитывают дополнительные требования, например установку определенного электрического сопротивления. Это обеспечивается за счет использования соответствующих изоляционных элементов, например дюбелей, или выбором формы и материала упругой прокладки, промежуточной плиты, угловой направляющей пластины и/или подкладной пластины.
Предпочтительна также пригодность к предварительной сборке по меньшей мере части компонентов системы рельсовых скреплений согласно изобретению, что может быть обеспечено особенно простыми средствами путем соответствующего геометрического выполнения, в частности упругих зажимов и угловых направляющих пластин.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения система рельсовых скреплений может иметь стальную прокладку, которая заменяет собой обычные бетонные структуры с выступами. За счет этого варианта со стальной пластиной обеспечивается, в частности в мостовых областях, надежное прилегание и крепежная структура для рельса, прежде всего в зонах мостовых стыков с действующими там повышенными требованиями к восприятию вертикальной силы и боковой деформируемости системы рельсовых скреплений. Стальная подкладная пластина, используемая согласно изобретению, в принципе выполнена пластинчатой, причем на торцевых сторонах там, где упругие зажимы и/или сверхупругие зажимы оказывают воздействие на прижатые к этой стальной подкладной пластине угловые направляющие пластины, предусмотрены выступающие из плоскости пластины поверхности прилегания, которые предпочтительно воспроизводят форму выступов бетонных шпал. В одном особенно предпочтительном варианте осуществления этих выступающих поверхностей прилегания они повернуты на угол более 45°, предпочтительно около 60°, из плоскости пластины стальных подкладных пластин к рельсу. Возможность горизонтального регулирования предпочтительно в диапазоне до ±8 мм может быть обеспечена соответствующей подгонкой и уширением боковых направляющих элементов из пластмассы, за счет чего в итоге может быть достигнута корректировка колеи до ±16 мм. Возможность вертикального регулирования, предпочтительно в диапазоне от -4 мм до +26 мм может быть реализована предпочтительно путем вдвигания подходящей плиты выравнивания по высоте. Предпочтительно используемая согласно изобретению стальная подкладная пластина имеет толщину 16 мм, причем при угле поворота поверхности прилегания на 60° достигается максимальная вертикальная высота поверхности стальной подкладной пластины в 25,6 мм. Предпочтительно габаритная длина такой стальной подкладной пластины у стандартных систем составляет до 588 мм, при ширине 230 мм.
Надежное анкерное закрепление предлагаемой изобретением системы рельсовых скреплений, в частности в бетонных нижних строениях или стальных конструкциях, может быть гарантировано за счет применения особых систем дюбелей или резьбовых соединений.
Выправка высоты пути по ширине предлагаемой изобретением системы рельсовых скреплений может быть достигнута, например, особенно простыми средствами с использованием подходящих плит выравнивания по высоте, при необходимости также плит выравнивания по высоте различной толщины.
Регулируемость предлагаемой изобретением системы рельсовых скреплений повышается предпочтительно при использовании угловых направляющих пластин разной ширины.
Ниже данное изобретение поясняется более подробно с привлечением фиг. 3-9. На этих чертежах в качестве примера представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения или частичных компонентов предлагаемой изобретением системы рельсовых скреплений.
На чертежах показано следующее:
фиг. 3 - в частичном разрезе вид сквозь предлагаемую изобретением систему рельсовых скреплений на бетонное нижнее строение (в качестве одного из примеров),
фиг. 4 - в частичном разрезе местный вид предлагаемой изобретением системы рельсовых скреплений,
фиг. 5 - в разрезе местный вид предлагаемой изобретением системы рельсовых скреплений,
фиг. 6 - вид в изометрии упругого зажима сверху,
фиг. 7 - вид в изометрии упругого зажима снизу,
фиг. 8 - вид в изометрии промежуточной плиты как компонента предлагаемой изобретением системы рельсовых скреплений, и
фиг. 9 - вид в изометрии другого варианта выполнения предлагаемой изобретением системы рельсовых скреплений для стальных конструкций.
На фиг. 3 показан в изометрии вид в частичном разрезе системы 1 рельсовых скреплений, посредством которой рельс 2 может быть закреплен на бетонной плите или бетонной шпале 3b. Структура системы рельсовых скреплений снизу вверх предусматривает плиту 11 выравнивания по высоте под высокоупругой промежуточной плитой 4. Плита выравнивания по высоте обычно необходима для дополнительной корректировки оседаний после начала сооружения или после длительной эксплуатации. Поверх высокоупругой промежуточной плиты 4 расположена плита 5 для крепления рельса, например, из литой стали. Между промежуточной плитой 4 и нижней стороной подошвы 2a рельса предусмотрена нижняя плита 13 скольжения, поверхность которой, обращенная к подошве 2a рельса, снабжена скользящим слоем. Под нижней плитой 13 скольжения и над плитой 5 для крепления рельса расположена кроме того упругая прокладка 8. Верхняя плита 12 скольжения прилегает к верхней стороне подошвы 2a рельса и на своей поверхности, согласованной с подошвой 2a рельса, в свою очередь, имеет скользящий слой. Первые упругие зажимы 7a прилегают как к верхней плите 12 скольжения, так и к относящимся к ним угловым направляющим пластинам 6, и посредством винтов стянуты с плитой 5 для крепления рельса. Вся система 1 рельсовых скреплений опять-таки посредством вторых упругих зажимов 7b, которые прилегают к соответствующим угловым направляющим пластинам 6b, посредством винтов 9 и при необходимости дюбелей 10 привинчена к бетонной плите, соответственно к бетонной шпале 3b.
На фиг. 4 показан в увеличенном масштабе местный вид системы 1 рельсовых скреплений по фиг. 3 со структурой слоев этой системы 1 рельсовых скреплений снизу вверх из плиты 11 выравнивания, промежуточной плиты 4, плиты 5 для крепления рельса и расположенной над ней прокладкой 8 между плитой 5 для крепления рельса и нижней плитой 13 скольжения.
На фиг. 5 показан в сечении и увеличенном масштабе местный вид подошвы 2a рельса, который на части верхней стороны верхней плиты 12 скольжения под воздействием упругого зажима 7a стянут с плитой 5 для крепления рельса. Между прокладкой 8 и нижней стороной подошвы 2a рельса, в свою очередь, предусмотрена нижняя плита 13 скольжения со скользящим слоем 13a, представленным в увеличенном масштабе из соображений наглядности. Аналогично этому верхняя плита 12 скольжения на своей, обращенной к подошве 2a рельса нижней стороне имеет поверхность, снабженную скользящим слоем 12a.
На фиг. 6 показано в изометрии изображение упругого зажима 7, предпочтительно находящего применение в предлагаемых изобретением системах рельсовых скреплений. Упругий зажим 7 имеет два направленных друг на друга конца 30, 31, а также изогнутую среднюю петлю 32. На верхней стороне средней петли 32 выполнены две лыски 33a, 33b, чтобы обеспечить контакт по большой поверхности между упругим зажимом 7 и зажимным винтом (не показан).
На фиг. 7 показана нижняя сторона упругого зажима 7, предпочтительно для использования в предлагаемой изобретением системе рельсовых скреплений. На нижней стороне свободных концов 30, 31 упругого зажима 7 расположены лыски 30a, 31a, чтобы создать более высокий контакт по поверхности между упругим зажимом 7 и верхней плитой скольжения (не показана).
На фиг. 8 показан вид в изометрии высокоупругой промежуточной плиты 4, находящей применение предпочтительно в одном из вариантов осуществления системы рельсовых скреплений согласно изобретению. В средней области 4a, т.е. в той области, к которой, по существу, прилегает подошва рельса (не показан), промежуточная плита 4 выполнена тоньше, чем в боковых областях 4b, 4c. Переход от боковых областей 4b, 4c к средней области 4a происходит с образованием соответствующих ступенек 4e, 4f. Только за счет геометрического выполнения, но предпочтительно также и в комбинации с выбором подходящего материала или подходящего композитного материала, может быть получена промежуточная плита 4, которая имеет двухступенчатую графическую характеристику жесткости (пружинная характеристика), при этом, в частности ,предпочтительно, если в зависимости от упругого хода сначала придают мягкое, а затем жесткое сопротивление деформации промежуточной плиты 4.
На фиг. 9 в заключение показан еще один вариант осуществления предлагаемой изобретением системы 1 рельсовых скреплений для нижнего строения из стальной плиты/стальной конструкции, у которого угловые направляющие пластины 15a, 15b лежащих снаружи упругих зажимов 16a, 16b системы рельсовых скреплений прилегают с торцевой стороны к расположенным на стальной подкладной пластине 14 поверхностям 14a, 14b прилегания. Упругие зажимы 16a, 16b посредством винтов, предпочтительно винтов с метрической резьбой, соединены со стальной подкладной пластиной 14. Стальная подкладная пластина 14 с поверхностями 14a, 14b прилегания, которые в представленном здесь варианте осуществления повернуты на угол 60° из плоскости пластины указанной стальной подкладной пластины 14 вверх к рельсу 2, заменяет тем самым (не показанные) бетонные структуры в качестве нижнего строения с обычными интегрированными (не показаны) выступами, к которым прислоняются угловые направляющие пластины 15a, 15b в затянутом состоянии. Стальная подкладная пластина 14 предпочтительно винтами 17a, 17b с метрической резьбой привинчивается непосредственно к стальной конструкции 18. В одном столь же предпочтительном варианте, который на фиг. 9 не показан, стальная подкладная пластина 14 монтируется прямо на плоской бетонной плите, например, с помощью дюбельно-винтовой комбинации (не показано), в частности дюбельно-винтовой комбинации с металлическим или пластмассовым дюбелем.