КОНСОЛЬ КОНТАКТНОЙ ПОДВЕСКИ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ
RAILWAY OVERHEAD CATENARY BRACKET

Изобретение относится к области электрификации железных дорог, в частности к поддерживающим контактную подвеску устройствам и их арматуре, и может быть использована при электрификации железнодорожных магистралей.
7
7
7
На электрифицированных железных дорогах движение поездов осуществляется за счет электрической энергии, передаваемой через контактную сеть. Закрепление проводов контактной сети относительно оси пути осуществляется при помощи поддерживающих устройств. Одним из устройств, поддерживающих провода контактной подвески, является горизонтальная консоль, состоящая из трубчатых элементов - горизонтального и наклонного трубчатых стержней, подкоса консоли и фиксатора. Все элементы консоли соединяются между собой посредством узлов, представляющих собой корпуса, выполненные в виде плашек определенной конструкции, закрепляемых на трубчатых стержнях и фиксаторе посредством U-образных хомутов (см., например, Контактная сеть и воздушные линии, М., Транспорт, 2001, с.64, 65, рис.2.1.10.1., 2.1.10.2.; патент на промышленный образец RU 48577, МПК B60M 1/20, опубл. 16.03.2001 г.; патенты RU 50930, МПК B60M 1/23, опубл. 27.01.2006 г.; RU 112109, МПК B60M 1/23, опубл. 10.01.2012 г.; RU 116416, МПК B60M 1/23, опубл. 27.05.2012 г.) или плашек с болтами (см., например, патент RU 43508, МПК B60M 1/20, опубл. 27.01.2005 г.).
Недостатком выполнения узлов соединения трубчатых элементов консоли между собой в виде плашек является то, что от смещения вдоль труб или проворачивания на трубе под действием рабочей нагрузки плашки удерживаются за счет сил трения, поэтому для обеспечения надежной работы консоли требуется создать значительное усилие, прижимающее плашку к трубе, за счет затяжки резьбы U-образных хомутов или болтов. Усилия от затяжки резьбовых соединений вызывают возникновение напряжений в узлах, значительно превышающих напряжения от рабочих нагрузок. Кроме того, в случае разрушения плашки, хомута или хотя бы одного из болтов возможно разрушение консоли с попаданием ее составных частей в зону прохождения токоприемника, которое приведет к возникновению аварийной ситуации.
Известна конструкция изолированной консоли (Марков А.С. Контактные сети. M., 1991, с.58, рис.26 в, г), содержащая растянутую или сжатую трубчатую тягу, трубчатый кронштейн, подкос, сочлененный фиксатор, содержащий основной и дополнительный фиксаторы, узел шарнирного соединения тяги с кронштейном, узел соединения кронштейна с изолятором опоры, узел крепления основного фиксатора на кронштейне, узел соединения тяги и подкоса, сочлененного фиксатора, элементов крепления фиксатора на подкосе и подкоса и элементов крепления консоли на опоре. Согласно известному решению узел шарнирного соединения тяги с кронштейном включает ось шарнира, опорную плашку, снабженную вилкой для крепления оконцевателя трубчатого кронштейна, элементы крепления плашки на трубчатой тяге, выполненные в виде хомутов.
Узел крепления основного фиксатора на кронштейне согласно известному решению включает опорную плашку, снабженную вилкой, ушко переходное, взаимодействующее с вилкой опорной плашки, элементы крепления плашки на трубчатом кронштейне, выполненные в виде хомутов, а также вилочный шарнир, взаимодействующий с переходным ушком, выполненный с возможностью закрепления на основном трубчатом фиксаторе.
Указанной консоли присущи недостатки перечисленных выше конструкций консолей, использующих в качестве элементов соединения плашки и U-образные хомуты.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту, т.е. прототипом, является консоль контактной подвески железной дороги, описанная в патенте на полезную модель RU 20286, МПК B60M 1/20, опубл. 27.10.2001, включающая трубчатые горизонтальный и наклонный стержни, с одной стороны шарнирно закрепленные на опоре, а с другой стороны связанные между собой посредством шарнирного соединительного узла, установленного на горизонтальном стержне и взаимодействующего с проушиной на конце наклонного стержня. Консоль содержит также подкос, взаимодействующий с наклонным и горизонтальным стержнями через узлы крепления подкоса на горизонтальном и наклонном стержнях соответственно, поворотный узел крепления несущего троса на горизонтальном стержне, фиксатор с узлом крепления на наклоном стержне и поддерживающую струну фиксатора, связывающую фиксатор и наклонный стержень через соответствующие узлы крепления.
Недостаток прототипа, как и приведенных выше аналогов, заключается в том, что узлы соединения трубчатых элементов между собой и узлы крепления на трубах всей арматуры консоли и фиксатора имеют плашечную конструкцию, в которой жесткая фиксация плашек на трубах обеспечивается силами трения. Для обеспечения надежной работы консоли требуется обеспечить значительную величину усилия, прижимающего плашку к трубе за счет затяжки резьбы U-образных хомутов или болтов с дополнительными плашками. Усилия от затяжки резьбовых соединений вызывают в узлах напряжения, значительно превышающие напряжения от рабочих нагрузок. Кроме того, в случае разрушения плашки, хомута или болтов возможно разрушение консоли с попаданием ее составных частей в зону прохождения токоприемника, т.е. возможно возникновение аварийной ситуации. Кроме указанных выше недостатков, плашечная конструкция узлов консолей и фиксаторов имеет большую металлоемкость и сложна в монтаже.
Настоящее изобретение направлено на исключение вышеперечисленных недостатков, а именно на повышение надежности консоли, снижение ее металлоемкости и упрощение монтажа путем изменения конструкции узлов консоли, выбора материалов и технологии их изготовления, а также оптимизацию соотношения размеров узлов консоли.
Поставленная задача достигается тем, что в консоли контактной подвески железной дороги, включающей трубчатые горизонтальный и наклонный стержни, одним концом шарнирно закрепленные на опоре, а другим связанные между собой посредством шарнирного соединительного узла, установленного на горизонтальном стержне и взаимодействующего с проушиной на конце наклонного стержня, подкос, взаимодействующий с наклонным и горизонтальным стержнями через соответствующие узлы крепления подкоса на стержнях, поворотный узел крепления несущего троса на горизонтальном стержне, фиксатор с узлом крепления на наклонном стержне и поддерживающую струну фиксатора, связывающую фиксатор и наклонный стержень через соответствующие узлы крепления, согласно заявляемому изобретению корпуса шарнирного соединительного узла горизонтального и наклонного стержней, поворотного узла крепления несущего троса на горизонтальном стержне, узлов крепления подкоса на горизонтальном и наклонном стержнях, узла крепления фиксатора на наклонном стержне, а также узлов крепления поддерживающей струны фиксатора на наклонном стержне и фиксаторе выполнены в виде втулок, установленных на соответствующих трубчатых стержнях и снабженных, по крайней мере, одним элементом, фиксирующим положение втулки на трубе, при этом втулки шарнирного соединительного узла горизонтального и наклонного стержней, узлов крепления подкоса на горизонтальном и наклонным стержнях, узла крепления фиксатора на наклонном стержне, а также узлов крепления поддерживающей струны фиксатора на наклонном стержне и фиксаторе снабжены двумя проушинами каждая, образующими вилки, шарнирно соединенные с проушинами соответственно наклонного стержня, фиксатора и коушами поддерживающей струны посредством осей, а втулка поворотного узла крепления несущего троса на горизонтальном стержне снабжена коническим выступом, в проточке которого с возможностью вращения установлена ось поворотного седла с закрепленным в нем несущим тросом, при этом соединение фиксатора с наклонным стержнем выполнено в виде карданного шарнира, содержащего узел крепления фиксатора на наклонном стержне, ушко переходное с двумя отверстиями, расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях, взаимодействующее через оси, установленные в эти отверстия, с вилкой узла крепления фиксатора на наклонном стержне с одной стороны и с проушиной фиксатора с другой стороны. В качестве фиксатора, соединенного с консолью, могут быть применены сочлененный фиксатор и фиксатор анкеруемой ветви контактной подвески.
В сочлененном фиксаторе, содержащем основной стержень фиксатора с закрепленной на нем посредством узла крепления стойкой дополнительного фиксатора, взаимодействующей с одним или двумя дополнительными фиксаторами, узел крепления стойки дополнительного фиксатора выполнен за одно целое со стойкой в виде втулки, установленной на трубе стержня основного фиксатора и снабженной, по крайней мере, одним элементом, фиксирующим положение втулки на основном стержне фиксатора.
В фиксаторе анкеруемой ветви, включающем основной стержень фиксатора и закрепленный на нем держатель фиксирующего зажима, взаимодействующий с контактным проводом анкеруемой ветви контактной подвески, корпус держателя фиксирующего зажима выполнен в виде втулки, установленной на трубе стержня основного фиксатора и снабженной, по крайней мере, одним элементом, фиксирующим положение втулки на основном стержне фиксатора.
Другим отличием предлагаемого изобретения является то, что длина втулок корпуса шарнирного соединительного узла горизонтального и наклонного стержней, корпуса узла крепления стойки дополнительного фиксатора, корпуса держателя фиксирующего зажима, корпуса поворотного узла крепления несущего троса на горизонтальном стержне, узла крепления подкоса на горизонтальном и наклонным стержнях составляет 1,2-1,4, а для узла крепления поддерживающей струны фиксатора на наклонном стержне и фиксаторе - 1,0-1,3 наружного диаметра трубы, на которой они установлены, а внутреннее отверстие втулок корпусов на 1,0-1,5 мм больше наружного диаметра соответствующей трубы, причем соотношение наружного и внутреннего диаметров втулки составляет 1,2-1,3.
Кроме того, длина втулки корпуса узла крепления стойки дополнительного фиксатора на трубе стержня основного фиксатора составляет 1,8-2,0 наружного диаметра трубы основного стержня фиксатора, а внутреннее отверстие втулки на 1,0-1,5 мм больше наружного диаметра трубы, причем соотношение наружного и внутреннего диаметров втулки составляет 1,2-1,3. Длина втулки корпуса держателя фиксирующего зажима составляет 1,2-1,4 наружного диаметра трубы основного стержня фиксатора, а внутреннее отверстие втулки на 1,0-1,5 мм больше наружного диаметра трубы, причем соотношение наружного и внутреннего диаметров втулки составляет 1,2-1,3.
Следующие отличия заключаются в том, что элементы, фиксирующие положение втулок корпуса шарнирного соединительного узла горизонтального и наклонного стержней на горизонтальном стержне, узла крепления стойки дополнительного фиксатора и корпуса держателя фиксирующего зажима на трубе основного стержня фиксатора, корпуса поворотного узла крепления несущего троса на горизонтальном стержне, узла крепления подкоса на горизонтальном и наклонном стержнях, а также узлов крепления поддерживающей струны фиксатора на наклонном стержне и фиксаторе выполнены в виде болта, устанавливаемого в резьбовых отверстиях на втулках корпусов, при этом торец болта выполнен в виде конуса с глухим коническим отверстием, причем угол между образующими наружной и внутренней конических поверхностей составляет 60°, а пересечение конических поверхностей образует острую кромку, взаимодействующую с поверхностью трубы.
Предлагаемое техническое решение предусматривает выполнение корпуса шарнирного соединительного узла горизонтального и наклонного стержней, поворотного узла крепления несущего троса на горизонтальном стержне, узла крепления подкоса на горизонтальном и наклонном стержнях, стойки дополнительного фиксатора, держателя фиксирующего зажима, а также узлов крепления поддерживающей струны фиксатора на наклонном стержне и фиксаторе как из алюминиевого сплава методом литья под давлением, так и методом точного литья по выплавляемым моделям из углеродистой стали или высокопрочного чугуна с защитным антикоррозионным покрытием, выполненным методом горячего или термодиффузионного цинкования.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая консоль контактной подвески железной дороги отличается формой выполнения узлов, деталей, их взаимным расположением, связью между собой и соотношением их параметров.
Проведенный патентный поиск показал, что в настоящее время не известна консоль контактной подвески железной дороги, обладающая такой же совокупностью существенных признаков, что и предлагаемая. Таким образом, заявляемая конструкция соответствует критерию изобретения "новизна".
При изучении уровня техники, известного в данной области, признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".
Все вышеприведенные признаки, отличающие заявляемую консоль от прототипа, касающиеся изменения конструкции узлов консоли, выбора материалов и технологии их изготовления, а также оптимизации соотношения размеров узлов консоли, позволят отказаться от использования узлов соединения трубчатых элементов между собой и узлов крепления на трубах всей арматуры консоли и фиксатора, представляющих собой корпуса, выполненные в виде плашек определенной конструкции, закрепляемых на трубчатых стержнях и фиксаторе посредством U-образных хомутов. Кроме того, проведенные испытания показали, что даже один описанный выше фиксирующий элемент позволяет надежно фиксировать на трубе элементы консольной арматуры с креплением втулочной конструкции от перемещения и разворота при действии нагрузки до 1900-2000 кг. Установка же двух фиксирующих элементов на одном изделии консольной арматуры повышает надежность конструкции и практически исключает возможность произвольного смещения или проворачивания изделия арматуры на трубе во всем диапазоне эксплуатационных и возможных аварийных нагрузок. Таким образом, отличия предлагаемой конструкции позволят повысить надежность консоли, снизить ее металлоемкость и упростить ее монтаж.
Вышеизложенное доказывает, что совокупность отличительных от прототипа признаков позволит с успехом использовать консоль согласно заявляемому изобретению, которая сможет переносить эксплуатационные нагрузки с достаточным запасом прочности, при повышенной надежности консоли, снижении ее металлоемкости и упрощении монтажа, т.е. она соответствует критерию изобретения «промышленная применимость».
Заявляемое изобретение поясняется графическим материалом, где на:
- фиг.1 схематично изображена конструкция изолированной консоли;
- фиг.2 - шарнирный соединительный узел наклонного и горизонтального стержней (в двух проекциях);
- фиг.3 - поворотный узел крепления несущего троса на горизонтальном стержне (в двух проекциях);
- фиг.4 - соединение фиксатора с наклонным стержнем;
- фиг.5 - сочлененный фиксатор;
- фиг.6 - фиксатор анкеруемой ветви;
- фиг.7 - элемент, фиксирующий положение втулки на трубе.
Заявляемая консоль контактной подвески железной дороги (см. фиг.1) включает в себя трубчатые горизонтальный 1 и наклонный 2 стержни, одним концом посредством узлов крепления 3, 4 шарнирно закрепленные на опоре 5, а другим связанные между собой посредством шарнирного соединительного узла 6, установленного на горизонтальном стержне 1 и взаимодействующего с проушиной на конце наклонного стержня 2. Консоль содержит также подкос 7, взаимодействующий с наклонным 2 и горизонтальным 1 стержнями через узлы крепления подкоса 8, 9 на горизонтальном 1 и наклонном 2 стержнях соответственно, поворотный узел 10 крепления несущего троса 11 на горизонтальном стержне 1, фиксатор 12 с узлом 13 крепления на наклонном стержне 2 и поддерживающую струну 14 фиксатора 12, связывающую фиксатор 12 и наклонный стержень 2 через узлы крепления 15, 16.
Шарнирный соединительный узел 6 горизонтального 1 и наклонного 2 стержней, узлы крепления 8, 9 подкоса 7 на горизонтальном 1 и наклонном 2 стержнях, узлы крепления 15, 16 поддерживающей струны на фиксаторе 12 и наклонном стержне, а также узел 13 крепления фиксатора 12 на наклонном стержне 2 имеют одинаковую конструкцию (см. фиг.2) и содержат корпус, выполненный в виде втулки 17, установленной на трубе соответствующего стержня консоли и снабженной элементом 18, фиксирующим положение втулки 17 на трубе, при этом втулка 17 снабжена проушинами 19, 20, образующими вилку, шарнирно соединенную с проушинами соответствующих стержней посредством оси 21.
Поворотный узел 10 крепления несущего троса 11 на горизонтальном стержне 1 (см. фиг.3) содержит корпус, выполненный в виде втулки 22, установленной на горизонтальном стержне 1 и снабженной элементами 23, 24, фиксирующими положение втулки 22 на трубе горизонтального стержня 1. Втулка 22 снабжена коническим выступом 25, в проточке которого с возможностью вращения установлена ось 26 поворотного седла 27 с закрепленным в нем посредством плашки 28, шпильки 29 и гайки 30 несущим тросом 11, при этом ось 26 поворотного седла 27 фиксируется в проточке посредством болта 31 с шайбой 32.
Соединение фиксатора 12 с наклонным стержнем 2 (см. фиг.4) выполнено в виде карданного шарнира, содержащего узел крепления 13 фиксатора 12 на наклонном стержне 2, ушко 33 переходное с двумя отверстиями, расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях, и взаимодействующее через оси 34, 35, установленные в эти отверстия, с вилкой узла крепления 13 фиксатора 12 на наклонном стержне 2 с одной стороны и с проушиной 36 фиксатора 12 с другой стороны.
В качестве фиксатора 12, соединенного с консолью, могут быть использованы сочлененный фиксатор и фиксатор анкеруемой ветви контактной подвески.
Сочлененный фиксатор (см. фиг.5) включает в себя основной стержень фиксатора 37 с закрепленной на нем посредством узла крепления стойкой 38 дополнительных фиксаторов, взаимодействующей с дополнительными фиксаторами 39, 40. Узел крепления стойки дополнительного фиксатора выполнен за одно целое со стойкой 38 в виде втулки 41, установленной на трубе основного стержня 37 фиксатора и снабженной элементом 42, фиксирующим положение втулки 41 на основном стержне 37 фиксатора. На основном стержне 37 фиксатора установлен узел 16 крепления поддерживающей струны фиксатора.
Фиксатор анкеруемой ветви (см. фиг.6) содержит основной стержень 43 фиксатора и закрепленный на нем держатель 44 фиксирующего зажима 45, взаимодействующего с контактным проводом 46 анкеруемой ветви контактной подвески. Корпус держателя 44 фиксирующего зажима 45 выполнен в виде втулки 47, установленной на трубе основного стержня 43 фиксатора и снабженной элементом 48, фиксирующим положение втулки 47 на основном стержне 43 фиксатора. На основном стержне 37 фиксатора установлен узел 16 крепления поддерживающей струны фиксатора.
Элементы, фиксирующие положение втулок корпусов описанной выше консольной арматуры на трубах (см., например фиг.2, 3), выполнены в виде болтов 49 (см. фиг.7), устанавливаемых в резьбовых отверстиях на втулках корпусов. Торцы болтов 49 выполнены в виде конусов 50 с глухими коническими отверстиями 51, причем углы между образующими наружной и внутренней конических поверхностей составляют 60°, а пересекающиеся конические поверхности образуют острую кромку 52, взаимодействующую с поверхностью соответствующей трубы.
Оптимальными соотношениями для втулочных узлов консоли являются следующие: длина втулок корпуса шарнирного соединительного узла 6 горизонтального 1 и наклонного 2 стержней, узла 16 крепления поддерживающей струны 14 фиксатора 12 на наклонном стержне и фиксаторе, корпуса держателя 44 фиксирующего зажима 45, корпуса поворотного узла 10 крепления несущего троса 11 на горизонтальном стержне, узла 8, 9 крепления подкоса 7 на горизонтальном и наклонном стержнях составляет 1,2-1,4, корпуса узла крепления стойки дополнительного фиксатора - 1,8-2,0, а для втулки корпуса держателя фиксирующего зажима - 1,2-1,4 наружного диаметра трубы, на которой они установлены, при этом внутреннее отверстие втулок корпусов на 1,0-1,5 мм больше наружного диаметра соответствующей трубы, причем соотношение наружного и внутреннего диаметров втулок составляет 1,2-1,3.
Указанные соотношения размеров втулок получены на основании прочностных расчетов, выполненных в соответствии с действующими нормами BCH-141-92, которые предписывают, чтобы запас прочности при долговременном воздействии нагрузки на деталь был не менее 3, а при пиковых нагрузках - не менее 2,6. Эксплуатационные нагрузки на детали и узлы складываются из их собственного веса, а также нагрузок, передаваемых от контактной сети, включая дополнительные нагрузки такие, как сила ветра, гололед и изгибающие силы.
Проведенные испытания заявляемой консоли показали, что консоль и ее элементы могут переносить эксплуатационные нагрузки с достаточным запасом прочности при повышенной надежности консоли, снижении ее металлоемкости и упрощении монтажа.
Ниже, в таблице, приведены для сравнения массы элементов консольной арматуры плашечной и втулочной арматуры. Из таблицы следует, что использование консольной арматуры с втулочной конструкцией крепления на трубе позволяет снизить металлоемкость изделия в 1,6-1,7 раз.
Таблица
№п/п
Наименование узла
Масса узлов, кг
Плашечная конструкция
Втулочная конструкция
1.
Шарнирный соединительный узел стержней
1,75
1,0
2.
Поворотный узел крепления несущего троса
1,9
1,1
3.
Узел крепления подкоса
1,1
0,72
4.
Узел крепления фиксатора на наклонном стержне
2,1
1,22
5.
Узел крепления поддерживающей струны фиксатора
1,43
0,83
6.
Стойка дополнительного фиксатора
2,6
1,5
7.
Держатель фиксирующего зажима
1,55
0,9
Заявляемое изобретение позволяет снизить затраты на ремонтные и регулировочные работы за счет снижения уровня обслуживания и эксплуатационных расходов изолированной консоли и ее арматуры при обеспечении высоких эксплуатационных характеристик консоли на современных железных дорогах с высокими скоростями движения и пропуском поездов до 12 тыс. тонн.