РЕЛЬС
RAIL

Изобретение относится к рельсам преимущественно для железнодорожных путей.
Известен рельс (авт. свидетельство Российской Федерации №1437458, м. кл. Е01В 5/00, 1988), состоящий из головки, шейки и подошвы, сопряженных между собой кривыми переменных радиусов, уменьшающихся от головки к шейке и от подошвы к шейке. Уменьшение радиуса сопряжения менее чем в 1,2 раза не дает ощутимых результатов к снижению металлоемкости рельса. Уменьшение радиуса сопряжения более чем в 3 раза приводит к образованию очагов напряжений в месте перехода от шейки к головке и к подошве. Поэтому указанные мероприятия не дают ощутимых результатов по снижению металлоемкости рельса и являются неэффективными.
Известен рельс для подкрановых путей (авт.свидетельство Российской Федерации №1698335, м. кл. Е01В 5/02, 1991), содержащий головку, шейку и подошву, на нижней поверхности которой выполнено симметрическое углубление относительно продольной вертикальной плоскости симметрии рельса. Углубление выполнено с положительной кривизной, у которой ширина равна (0,27-0,53) ширины подошвы рельса, а ее высота равна (0,003-0,016) высоты рельса. Данные значения получены экспериментальным путем. Проводя некоторые расчеты с указанными значениями, получаем, что высота углубления, например, для основного традиционного рельса железнодорожного пути Р65 с ее общей высотой, равной 180 мм, составляет 0,003·180=0,54 мм или 0,016·180=2,88 мм. Откуда видно, что высота углубления, равная (0,54-2,88) мм, также не может дать существенной экономии металла в рельсе. Поэтому данные мероприятия по снижению металлоемкости рельса в выбранных аналогах являются неэффективными.
Известен основной традиционный рельс Р65 для укладки в бесстыковой железнодорожный путь (Бесстыковой путь./Под редакцией профессора Альбрехта В.Г. и профессора Когона А.Я., М.: Транспорт, 2000, 408 с.). Данный рельс выбран прототипом в предлагаемом техническом решении. Бесстыковой путь в настоящее время является наиболее прогрессивной конструкцией железнодорожного пути. Однако бесстыковой путь - это температурно-напряженная конструкция. Помимо напряжений от действия колес подвижного состава в сварных плетях бесстыкового пути возникают и действуют достаточно большие температурные силы, а поэтому необходимо иметь запас прочности для восприятия постоянно действующих температурных сил растяжения или сжатия. Чем больше погонной массы в рельсе, тем больше по величине возникают продольные температурные силы. Поэтому необходимо изыскивать пути снижения погонной массы рельса.
В выбранном прототипе рельса предлагается, не снижая прочностных и эксплуатационных характеристик основного традиционного рельса, т.е. не снижая его погонной массы, а за счет применения прогрессивной формы его профиля и за счет снижения металлоемкости конструкции значительно снизить погонную массу рельса и соответственно снизить действующие продольные температурные силы в рельсе.
Техническая задача предлагаемого изобретения - значительное снижение металлоемкости рельса при одновременном сохранении или незначительном увеличении массы рельса, а также снижение продольных температурных сил (напряжений) в рельсе, возникающих от действия внешних температурных воздействий в бесстыковом железнодорожном пути.
Указанная техническая задача достигается тем, что рельс по всей длине в поперечном сечении выполнен в виде пустотелого рельсового профиля, с замкнутой наружной оболочкой из сплошного металла, и заполненной внутренней пустотелой полости любым известным самотвердеющим материалом. При этом, толщина стенки замкнутой наружной металлической оболочки равна не менее половины наименьшей толщины шейки основного традиционного рельса Р65, а общая толщина шейки равна: меньше, равной или больше ширины головки традиционного рельса. При этом верхняя внутренняя линия очертания контура пустотелой полости в головке выполнена в виде полуокружности или в виде кривой, идентичной с кривой наружного контура головки, а нижняя линия очертания контура пустотелой полости в подошве выполнена в виде прямой линии, параллельной основанию подошвы с плавными кривыми закруглениями в местах сопряжения ее с внутренними гранями боковых стенок шейки. Кроме того, подошва имеет на себе по всей длине отверстия, выполненные любой известной формы, центры которых расположены в продольной вертикальной плоскости симметрии рельса с шагом их размещения, равным одному или двум шагам укладки шпал. На торцах концов рельса смонтированы, посредством электроконтактной сварки, торцевые сплошные полнотелые заглушки из рельсового металла, выполненные одинаковыми по форме и равными по размерам с наружным контуром профиля рельса, и толщиной, равной не менее толщины стенки замкнутой наружной оболочки профиля рельса, при толщине шейки, равной или больше ширины головки традиционного рельса, шейка с обеих сторон в верхней части (в месте сопряжения шейки с головкой) имеет выступ, выполненный любой известной формы, для удобства захвата рельса при погрузочно-разгрузочных операциях в процессе его изготовления или его эксплуатации в пути.
На фиг.1, 2, 3, 4, 5 и 6 изображены варианты поперечных сечений рельса.
Рельс содержит головку 1, выполненную с сохранением одинаковой формы и равных размеров с верхней частью и боковыми гранями головки основного традиционного рельса Р65, подошву 2, имеющую ширину, равную или большую ширины подошвы основного традиционного рельса, и шейку 3, состоящую из двух боковых стенок 4, и внутренней пустотелой полости 5. При этом, головка 1, подошва 2 и боковые стенки 4 шейки 3 образуют пустотелый рельсовый профиль, который в поперечном сечении выполнен в виде замкнутой наружной оболочки из сплошного металла и внутренней пустотелой полости 5, заполненной любым известным самотвердеющим материалом 6, например, из водо-цементно-песочной смеси и образуют, таким образом, новую конструкцию железобетонного рельса.
Верхняя внутренняя линия очертания контура пустотелой полости 5 выполнена в виде полуокружности 7, фиг.1, 2 и 3 или в виде кривой 8, идентичной с кривой наружного контура головки 1, фиг.4, 5 и 6. Нижняя внутренняя линия очертания контура пустотелой полости 5 выполнена в виде прямой линии 9, параллельной основанию подошвы 2, с плавными кривыми закругления в местах сопряжения ее с внутренними гранями боковых стенок 4 шейки 3, фиг.1, 2, 3, 4, 5 и 6. При этом верхняя часть головки 1 имеет утолщение 10, равное величине допуска износа головки 1.
Кроме того, толщина стенки замкнутой наружной металлической оболочки равна не менее половины наименьшей толщины шейки основного традиционного рельса Р65, а общая толщина шейки 3 равна: меньше, фиг.1 и 4, равной, фиг.2 и 5 или больше, фиг.3 и 6 ширины головки традиционного рельса. На подошве 2 имеются отверстии 11, выполненные любой известной формы и расположенные таким образом, что их центры находятся в продольной вертикальной плоскости симметрии рельса (00) с шагом их размещения, равным одному или двум шагом укладки шпал, чтобы отверстия могли располагаться на шпалах или между шпалами в зависимости от их выбранной формы. Отверстия 11 предназначены для заполнения внутренней пустотелой полости 5 самотвердеющим материалом 6 и для последующего удаления свободной (химически не связанной) воды из самотвердеющего материала в процессе его твердения.
Последняя стадия изготовления рельсового замкнутого профиля перед заполнением пустотелой полости 5 самотвердеющим материалом состоит в монтаже на концах рельса посредством электроконтактной сварки торцевых сплошных полнотелых заглушек из рельсового металла (на чертеже не показано), выполненных одинаковыми по форме и равными по размерам с наружным контуром профиля рельса и толщиной, равной не менее толщины стенки замкнутой наружной оболочки профиля рельса. Данные заглушки необходимы для предотвращения возможности вытекания самотвердеющего материала при заполнении его в пустотелую полость 5 рельса и для возможности сварки в бесстыковой путь, а также с концами традиционного рельса при переходе с бесстыкового пути на звеньевой традиционный путь.
При толщине шейки 3, равной, фиг.2 и 5, или больше, фиг.3 и 6, ширины головки 1 на внешней стороне замкнутой наружной оболочки по обе стороны рельса, в месте сопряжения шейки 3 с головкой 1, имеется выступ 12, выполненный любой известной формы, для удобства захвата рельса при погрузочно-разгрузочных операциях в процессе его изготовления или его эксплуатации в пути.
Способ изготовления замкнутого профиля рельса выполняется двумя методами: способом прокатки отдельных частей рельса с последующим их жестким соединением между собой или способом прессования, т.е. непосредственным прямым выдавливанием под высоким давлением в матрицу сразу всего готового изделия.
Предлагаемое техническое решение выполнимо промышленным способом и не представляет каких-либо технических трудностей при освоении производства (выпуска) новой конструкции железобетонного рельса: позволяет значительно снизить металлоемкость рельса, не снижая служебных характеристик и общей массы рельса.
Кроме того, пустотелый замкнутый профиль рельса, заполненный бетоном, позволяет снизить продольные температурные силы, возникающие от воздействия солнечных лучей при положительных температурах окружающего воздуха или при отрицательных температурах в холодное зимнее время на железнодорожном бесстыковом пути в 1,4 раза.
Экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения состоит в значительном снижении металлоемкости рельса. Расчеты показывают, что на одном погонном метре рельса экономится от 15,0 до 18,0 кг металла.