КЛЕММА С ПРИЖИМНЫМ ИЗОЛЯТОРОМ

Данное техническое решение относится к средствам крепления рельсов к основанию железнодорожного пути. Клемма предназначена для ее использования в узлах крепления рельса к основанию железнодорожного пути.
Из публикаций известна клемма с прижимным изолятором, содержащая прижимной элемент, выполненный из изогнутого круглого прутка, прижимной изолятор, внутри которого расположена U-образная средняя часть прижимного элемента, при этом в плане прижимной изолятор выполнен в виде прямоугольника со скошенными передними углами, прижимной элемент выполнен из пружинной стали, а прижимной изолятор выполнен из упругой высокопрочной пластмассы, материалы прижимного элемента и прижимного изолятора имеют разные цвета (Яндекс, Принцип работы рельсовых креплений. Виды рельсовых скреплений. Archivis.ru. Kmarhiv, 27.12.2015).
Известно анкерное рельсовое скрепление, содержащее жестко установленный в подрельсовом основании анкеры с надетыми на их головки пружинные клеммы с направленными поперек оси рельса концевыми участками клемм для осуществления натяжения и с возможностью прижатия рельса клеммами к подрельсовому основанию (RU 2008104229 А, 20.08.2009).
Известна клемма рельсового скрепления, выполненная изгибом прутка и содержащая три петли, две из которых являются внутренними, сформованными возле концевых участков, направленных в одну сторону, а у третьей внешней петли, опирающейся средней частью на рельс, ветви являются продолжением наружных ветвей первых двух петель, причем ширина внешней петли выполнена в 1,05…1,22 раза больше длины клеммы, измеренной вдоль ветвей внешней петли. Продольные оси концевых участков перед монтажом расположены в плоскости, наклоненной к плоскости расположения продольных осей наружных ветвей под углом в пределах 0,8…5°. Минимальный зазор между концевыми участками клеммы составляет не больше, чем 0,7 диаметра прутка клеммы. Концевые участки выполнены сходящимися по мере приближения к концам прутка. Концы выполнены скругленными на верхней части. Предусмотрен анкер для удержания клеммы, содержащий хвостовик, заделываемый в шпалу, стенку, ограничивающую боковое перемещение рельса и имеющую полость, и опору на шпалу с элементами фиксации клеммы от сползания с рельса, выполненными на концевой части опоры, причем ширина полости в стенке анкера не превышает 2,8 диаметра прутка клеммы, а элементы фиксации клеммы выполнены в виде двух углублений на опоре, глубина которых составляет 0,2…0,6 диаметра прутка клеммы. Наклонная верхняя поверхность его полости выполнена фигурной по форме концевых участков клеммы (RU 2255165 С1, 27.06.2005).
Известно промежуточное рельсовое скрепление, содержащее анкеры, две пружинные клеммы, надетые на головки анкеров и выполненные с возможностью взаимодействия концевыми усами через регулятор напряжения с соответствующими кронштейнами головки анкера и с возможностью взаимодействия прямолинейной частью клеммы с рельсом (RU 2254407 С1, 20.06.2005).
Известно анкерное рельсовое скрепление, содержащее две пружинные клеммы, надетые на головки анкеров и выполненные с возможностью взаимодействия концевыми усами через регулятор напряжения с соответствующими кронштейнами головки анкера с возможностью прижатия рельса прямолинейной надрельсовой частью клемм к подрельсовому основанию (RU 61296 U8, 27.04.2007).
Известно рельсовое скрепление, содержащее пружинную стальную клемму, которая выполнена в виде многослойного пакета стальных гофрированных пластин (RU 82710 U1, 10.05.2009).
Известно устройство для крепления рельсов к железобетонным шпалам, содержащее клеммы, установленные на шпале, каждая из которых соединена с кронштейнами анкера через регулятор, при этом ветви каждой клеммы установлены с возможностью взаимодействия с рельсом и подкладкой, смонтированной на шпале (RU 1401095 А1, 07.06.1988).
Известно рельсовое скрепление для пути на железобетонном основании, содержащее упругую двухветвевую клемму, размещенную между вертикальными стенками анкера с возможностью контакта концами своих ветвей с верхней гранью подошвы рельса, а замкнутой частью, через подклеммную прокладку - с бетоном основания, натяжной элемент для фиксации клеммы со стопором (SU 1794966 А1, 15.02.1993).
Известно устройство для закрепления рельса на основании, содержащее клиновидные клеммы, имеющие продольно-овальные отверстия для горизонтального перемещения, в задней части клиновидные клеммы имеют косой овальный срез для самозаклинивания, а в нижней части клиновидные клеммы имеют овальный уступ для фиксации в нерабочем положении при отпущенном состоянии крепежных болтов (RU 2300598 С1, 10.06.2007).
Аналогом представленного в данном описании технического решения является клемма с прижимным изолятором, содержащая прижимной элемент, выполненный из изогнутого упругого круглого прутка, образующего на виде сверху W-образный контур с закругленными углами, при этом клемма содержит прижимной изолятор, надетый на изогнутую среднюю часть прижимного элемента (RU 136441 U1, 10.01.2014). Прижимной изолятор имеет позиционирующий выступ для фиксации изолятора на прижимном элементе.
Недостатком аналога является то, что позиционирующий выступ, примыкающий к прижимному элементу, выполнен выпуклым в сторону прижимного элемента, что в процессе эксплуатации приводит к сравнительно быстрому износу выступа, возникновению зазора в соединении, приводящего к разбалтыванию прижимного изолятора на прижимном элементе и к разрушению прижимного изолятора. Недостаточная надежность соединения прижимного изолятора с прижимным элементом приводит к необходимости замены прижимного изолятора. На надежность клеммы отрицательно влияют также геометрия прижимного изолятора и прижимного элемента, выбранные углы наклона рабочих поверхностей по отношению друг к другу и формы рабочих поверхностей. Например, в зоне вхождения прижимного элемента в полость прижимного изолятора торец последнего имеет две замкнутые кромки, образованные плоскостью торца, расположенного под прямым углом к внешней замкнутой поверхности прижимного изолятора. Такие кромки приводят к появлению в них микротрещин, разрастающихся при длительной эксплуатации клеммы.
Техническим результатом представленной в данном описании клеммы является повышение ее надежности.
Технический результат получен клеммой с прижимным изолятором, содержащей прижимной элемент, выполненный из изогнутого круглого прутка, образующего на виде сверху W-образный контур с закруглениями в местах изгиба и U-образной средней частью, прижимной изолятор, внутри которого расположена U-образная средняя часть прижимного элемента таким образом, что больший участок U-образной средней части прижимного элемента расположен в овальной полости прижимного изолятора, сверху на каждом конце прижимного элемента выполнена простирающееся вниз фиксирующее углубление для удержания прижимного элемента на кронштейне анкера крепления рельса к основанию железнодорожного пути, внутри овальной полости прижимного изолятора выполнен пирамидальный выступ, контактирующий с U-образной средней частью прижимного элемента наклонными передней стороной, наклонными боковыми сторонами и выпуклой задней стороной выступа, снизу прижимной изолятор выполнен с заходным закруглением, переходящим в нижнюю плоскую рабочую трапециевидную в плане контактную площадку, которая расположена ниже пирамидального выступа со смещением в сторону конца U-образной средней части, контактная площадка смещена вниз от продольной оси симметрии U-образной средней части прижимного изолятора на величину, большую величины смещения верхней плоской поверхности прижимного изолятора от продольной оси симметрии средней части прижимного элемента, при этом контактная площадка наклонена к продольной оси средней части прижимного элемента, а верхняя поверхность прижимного изолятора параллельна средней части прижимного элемента.
Прижимной элемент выполнен из пружинной стали, прижимной изолятор выполнен из упругой высокопрочной пластмассы, и при этом материалы прижимного элемента и прижимного изолятора имеют разные цвета для облегчения выявления трещин в прижимном изоляторе.
Верхняя сторона прижимного изолятора выполнена плоской, его боковые стороны выполнены округлыми, передняя часть выполнена со скошенными углами и округлыми краями.
Средняя часть прижимного элемента выполнена в виде центральной петли с прямолинейными ветвями, ширина петли в ее передней части больше ширины петли в задней части, где ветви соприкасаются между собой, при этом каждая концевая часть прижимного элемента выполнена в виде концевой петли, изогнутой в наружную сторону от продольной оси симметрии клеммы в вертикальной плоскости относительно центральной петли, причем ширина концевой петли с передней стороны прижимного элемента меньше ширины концевой петли в задней части прижимного элемента.
На виде спереди прижимной элемент имеет длину Н, а контактная площадка имеет длину h, при этом h находится в зависимости от Н в пределах h=H (0,3-0,7).
На виде клеммы сбоку прижимной изолятор имеет переднюю округлую часть, которая имеет ширину Т, при этом в зоне ширины Т находится контактная площадка, имеющая ширину t, которая находится в зависимости от Т в пределах t=Т (0,3-0,7).
Внутренняя поверхность прижимного изолятора, контактирующая с прижимным элементом по периметру между точками Б и В, выполнена по радиусу Rи тела вращения, при этом радиус Rи равен радиусу Rэ прижимного элемента 1 для обеспечения плотной посадки изолятора на прижимном элементе, повышения площади контакта поверхностей изолятора и прижимного элемента и исключения смещения изолятора относительно прижимного элемента в процессе эксплуатации клеммы.
Контактная площадка наклонена к горизонтали под углом α, равном углу наклона наклонной поверхности подошвы стандартного рельса, при этом с учетом погрешностей изготовления клеммы и рельса угол α находится в пределах α=10-20°.
Диаметр каждой ветви клеммы больше проходного сечения суженной части прижимного изолятора, при этом на входе прижимной изолятор имеет в его полости скошенную переднюю сторону, взаимодействующую с U-образной средней частью прижимного элемента в процессе запрессовки прижимного изолятора на средней части прижимного элемента.
Контактная площадка наклонена под углом β=8-12° к продольной оси средней части прижимного элемента.
Торец прижимного изолятора в зоне его соединения с прижимным элементом выполнен закругленным, и это закругление является продолжением округлого в сечении замкнутого утолщения, расположенного на конце прижимного изолятора с его наружной стороны и образующего собой пояс прочности конца изолятора.
На фиг.1 показана клемма с прижимным изолятором на виде спереди. На фиг. 2 - клемма с прижимным изолятором на виде сбоку. На фиг. 3-продольный разрез клеммы по оси ее симметрии.
На фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3. На фиг. 5 - клемма на виде сверху.
На фиг. 6 - схема передней части клеммы в увеличенном виде. Клемма с прижимным изолятором содержит прижимной элемент 1 (фиг. 1), выполненный из изогнутого круглого прутка, образующего на виде сверху (фиг. 4) W-образный контур с закруглениями в местах изгиба и U-образной средней частью. Клемма содержит также прижимной изолятор 2, внутри которого расположена U-образная средняя часть прижимного элемента. Прижимной изолятор 2 запрессован на изогнутой средней части 3 прижимного элемента 1 так, что большая длина средней части прижимного элемента 1 расположена в овальной полости 4 (фиг. 3, 5) прижимного изолятора.
Вблизи торца 5 каждой ветви прижимного элемента 1, снизу ветви, выполнена заходная фаска 6. Сверху на каждом конце прижимного элемента 1 выполнено простирающееся вниз фиксирующее углубление 7 (фиг. 2) для удержания прижимного элемента 1 на кронштейне анкера крепления рельса к основанию железнодорожного пути (анкер не показан).
Внутри овальной полости 4 (фиг. 4, 5) прижимного изолятора 2 выполнен пирамидальный выступ 8 с наклонными передней стороной 9, боковыми сторонами 10 и вогнутой задней стороной 11 (фиг. 3, 4). Сторона 11 выступа плотной контактирует со средней частью 3 прижимного элемента 1.
На виде сверху (фиг. 5) прижимной изолятор 2 выполнен в виде прямоугольника со скошенными передними углами 12. На нижней стороне 13 (фиг. 3) передней части прижимного изолятора выполнен округлый выступ 14. Спереди прижимной изолятор 2 выполнен с закругленной верхней угловой поверхностью 15 и верхней плоской поверхностью 16, которая параллельна средней части 3 прижимного элемента 1 (фиг. 3).
Снизу прижимной изолятор 2 выполнен с заходным закруглением 17, переходящим в нижнюю плоскую рабочую контактную площадку 18, предназначенную для плотного скользящего контакта с верхней поверхностью подошвы рельса (рельс не показан). Контактная площадка 18 расположена ниже пирамидального выступа 8 со смещением в наружную сторону, при этом контактная площадка начинается в зоне, в которой заканчивается выступ 8 и простирается в сторону передней части клеммы. Контактная площадка 1 имеет трапециевидную форму на виде спереди (фиг.1), она смещена вниз от продольной оси 19 симметрии (фиг. 3) прижимного изолятора 2 на величину большую величины смещения верхней плоской поверхности 16 прижимного изолятора 2 от продольной оси 19 симметрии. Контактная площадка 18 наклонена к продольной оси 19 (фиг. 6) средней части 3 прижимного элемента 1 в сторону от оси 19. При этом контактная площадка 18 (фиг. 3) наклонена под углом β=8-12° к продольной оси 19 средней части прижимного элемента и при этом она наклонена к горизонтали (фиг. 6) под углом α , равном углу наклона наклонной поверхности подошвы рельса (не показан). С учетом погрешностей изготовления клеммы угол α находится в пределах α=10-20°. Также площадка 18 смещена вниз от продольной оси 19 (фиг. 3) на величину в пределах 10-25 мм, а верхняя поверхность 16 прижимного изолятора 2 смещена вверх от продольной оси 19 на величину в пределах 7-13 мм.
Прижимной элемент 1 выполнен из пружинной стали, а прижимной изолятор 2 выполнен из диэлектрической, обладающей заданной упругостью ударопрочной пластмассы, предпочтительно из модифицированного ударопрочного полиамида. Материалы элемента 1 и изолятора 2 имеют разные цвета для облегчения выявления трещин в прижимном изоляторе 2.
Верхняя сторона прижимного изолятора выполнена плоской (фиг. 2), его боковые стороны выполнены округлыми (фиг. 1), передняя часть выполнена со скошенными углами и округлыми краями (фиг. 4), часть передней поверхности выполнена плоской (фиг. 2), под которой под тупым углом к передней поверхности расположено заходное закругление 17 (фиг. 3), переходящее в контактную площадку 18.
Средняя часть 3 прижимного элемента 2 выполнена в виде центральной петли с частично прямолинейными ветвями (фиг. 4), ширина петли в ее передней части больше ширины петли в задней части, где ветви соприкасаются между собой. Каждая концевая часть прижимного элемента выполнена в виде концевой петли, изогнутой в наружную сторону от продольной оси 19 симметрии (фиг. 2, 3) в вертикальной плоскости относительно центральной петли, причем ширина концевой петли с передней стороны прижимного элемента меньше ширины концевой петли в задней части прижимного элемента.
На виде спереди (фиг. 1) прижимной элемент 1 имеет длину Н, а рабочая контактная площадка 18 имеет длину h, при этом h находится в зависимости от Н в пределах h=Н (0,3-0,7).
На виде клеммы сбоку (фиг. 2) прижимной элемент 1 имеет переднюю округлую часть, которая имеет ширину Т (фиг. 6), при этом в зоне ширины Т находится рабочая контактная площадка 18, имеющая ширину t, которая находится в зависимости от Т в пределах t=Т (0,3-0,7).
Торец 20 (фиг. 6) прижимного изолятора 2 выполнен закругленным для исключения появления микротрещин на торце, а вся внутренняя поверхность прижимного изолятора 2, контактирующая с прижимным элементом 1 по периметру между точками Б и В, выполнена по радиусу Rи тела вращения. Радиус Rи равен радиусу Rэ прижимного элемента 1, что обеспечивает плотную посадку изолятора 2 на прижимном элементе 1, а также наибольшую площадь контакта поверхностей изолятора 2 и элемента 1. При этом расположение точек Б и В выбрано таким образом, чтобы обеспечить надежный с точки зрения безопасности угол охвата элемента 1 изолятором 2, исключающим смещение изолятора 2 относительно элемента 1 в процессе длительной эксплуатации клеммы.
В зоне расположения пирамидального выступа 8 (фиг. 8), на входе в полость прижимного изолятора выступ 8 имеет скошенную вниз сторону 9, с которой в плотном контакте находится скользящая U-образная средняя часть 3 прижимного элемента в процессе запрессовки на него прижимного изолятора.
На конце прижимного изолятора 2, с наружной его стороны выполнено замкнутое по периметру конца утолщение 21, образующее собой пояс прочности конца прижимного изолятора 2.
Работает клемма следующим образом. При сборке клеммы ее прижимной изолятор 2 насаживают на U-образную среднюю часть 3 прижимного элемента так, что скошенная вниз сторона 9 выступа 8 скользит по средней части 3 прижимного элемента (фиг. 3), и за счет упругости стенки прижимного изолятора в зоне контакта скошенной стороны 9 со средней частью 3 прижимного элемента стенки прижимного изолятора 2 раздаются в стороны и средняя часть 3 входит в пространство овальной полости 4, ограниченное точками Б и В (фиг. 6). При этом за счет сил упругости прижимного изолятора его стенки смыкаются, и клемма принимает вид, показанный на фиг. 3, 6. В этом положении средняя часть 3 прижимного элемента упирается в вогнутую заднюю сторону 11 выступа 8 (фиг. 4), и средняя часть 3 прижимного элемента 1 запирается в овальной полости 4 прижимного изолятора.
При работе клемма находится в положении, показанном на фигурах 1-3, при этом концевые части ветвей клеммы защемлены в анкерах (не показаны) рельсового скрепления так, что в выемках 7 клеммы располагаются соответствующие выступы анкеров, закрепленных в основании рельсового пути. В этом положении рабочая контактная площадка 18 прижимного элемента 1 расположена на наружной наклонной поверхности подошвы рельса (не показан), и за счет упругости прижимного элемента 1 вся площадь площадки 18 находится в плотном рабочем контакте с наклонной поверхностью подошвы рельса. При этом плотность контакта указанных поверхностей достигается за счет выбора угла наклона α к горизонтали, равного углу наклона наклонной поверхности подошвы рельса.
В процессе эксплуатации на клемму действуют изгибающие знакопеременные нагрузки от сил, направленных вверх и вниз. Сила, направленная вверх возникает при изгибах рельса в процессе движения по нему железнодорожного подвижного состава, при этом подошва рельса через контактную площадку 18 (фиг. 6) передает усилия отрыва рельса от основания пути на прижимной изолятор 2 и контактную поверхность между точками Б и В на обладающий свойствами упругости прижимной элемент 1, который за счет упругости гасит указанные нагрузки и передает их на закрепленные в основании пути анкеры.
Благодаря плотной, практически прессовой посадке прижимного изолятора на прижимном элементе, исключена возможность перемещений на нем прижимного изолятора и появлением между ним и прижимном элементе зазоров, приводящих к появлению ударных нагрузок и разрывам стенки прижимного изолятора, снижению надежности клеммы и необходимости частой замены прижимного изолятора.
Благодаря выполнению торца прижимного изолятора закругленным, исключены прямоугольные кромки прижимного изолятора и появления на них разрастающихся в процессе эксплуатации микротрещин, также существенно снижающих надежность клеммы. При этом выбранные углы наклона контактной площадки обеспечили существенное увеличение контактной площади между прижимным изолятором и подошвой рельса, что позволило уменьшить концентрацию напряжений в зоне их контакта, уменьшить износ прижимного изолятора и повысить надежность работы клеммы.