КОМПЛЕКТ УСТРОЙСТВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ И ВЫРАВНИВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЯХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
SET OF DEVICES TO DEVELOP AND BALANCE STRESSES IN RAILWAY TRACK RAILS

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и, в частности, к устройствам, обеспечивающим создание напряжений в рельсовой плети при ее укладке в железнодорожный путь и принудительном вводе в оптимальную температуру закрепления.
Известно гидравлическое натяжное устройство для создания напряжений в рельсовой плети, когда ее укладка в железнодорожный путь осуществляется не в расчетном (оптимальном) интервале температур закрепления. Данное устройство содержит два рычажных захвата, два гидроцилиндра двухстороннего действия и гидропривод. Один из захватов предназначен для фиксации устройства на конце рельсовой плети, а другой - для его фиксации на конце уравнительного рельса. При включении гидропривода осуществляется продольное перемещение конца рельсовой плети. Прикладывая продольные усилия величиной до 62,5 тс, в рельсовой плети создают предварительные сжимающие или растягивающие напряжения, необходимые для компенсации температурных напряжений при последующей эксплуатации плети после ее закрепления (См., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1384645, приоритет от 26.12.1985 г.).
Данное устройство обеспечивает приемлемые параметры по величине напряжений и равномерности их распределения по длине у рельсовых плетей длиной до 800 м при условии, что они уложены (с последовательным растяжением за концы и прикреплением к шпалам) преимущественно на прямых участках железнодорожного пути, а также если при работе устройства рельсовая плеть на каждой 15-й шпале была установлена на прокладки с низким коэффициентом трения или на ролики. При этом реальный коэффициент трения при перемещении рельсовой плети по этим устройствам бывает не менее 0,1, т.к. поверхности даже новых рельсов и подкладок имеют значительную шероховатость и загрязненность, а диаметр роликов составляет только 20-22 мм, причем многие из них могут быть установлены с перекосом.
При использовании этой конструкции равномерность распределения напряжений по длине рельсовой плети контролируется визуально по удлинению и перемещению отдельных ее пятидесятиметровых участков (обозначенных рисками на верхней части ее подошвы) относительно неподвижных «маячных» шпал.
Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает достаточно равномерного распределения напряжений растяжения по длине рельсовой плети, если она имеет длину более 800 м или укладывается на кривом участке пути, в котором происходит боковое защемление и торможение подошвы рельсовой плети между деталями скреплений. Зачастую и создаваемого подобными устройствами усилия оказывается недостаточно для продольного сдвига рельсовой плети. Попытки увеличения сдвигающего усилия связаны с увеличением массы устройства минимум в 1,5 раза (при массе самых легких из существующих от 270 до 350 кг), что значительно осложнит работу с таким устройством и увеличит время на его установку в рабочее положение и демонтаж. Вдобавок его усиленная конструкция будет создавать повышенные растягивающие напряжения на концах рельсовой плети (и в элементах крепления стыка после закрепления плети), а также большие контактные напряжения смятия в местах взаимодействия шейки рельса с захватами, что может существенно повлиять на срок службы плети и безопасность движения.
Выравнивание напряжений по длине плети производится остукиванием плети перед ее закреплением с помощью ударных приспособлений (деревянных кувалд, ударных разгоночных приборов и т.п.). Но кувалдами производится «встряхивание» только отдельных участков рельсовой плети. При этом происходит только частичное выравнивание продольных нагрузок в пределах разницы между силами трения покоя и движения этих участков плети.
Установка и снятие клиновых упоров ударных разгоночных приборов трудоемка и занимает много времени, а сам «ударник» весит более 100 кг.
Известно также устройство для перемещения шпал и установки их по эпюру, которое состоит из корпуса с клиновыми захватами (для фиксации на рельсе), двух гидроцилиндров, закрепленной на их штоках П-образной рамки и ролика, устанавливаемого на концах этой рамки под подошву рельса (См., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1645331, приоритет от 28.11.1988 г.). Это устройство используется только для передвижки перекошенных и сместившихся от своего оптимального положения шпал. Перемещение рельсовой плети или создание в ней значительных напряжений этим устройством произвести нельзя, т.к. при его упоре в одиночную шпалу, она начинает смещаться при усилии от 2 до 4 тс, а при усилии до 10 тс начинает происходить смещение 2-х или 3-х шпал. Но контроль этого усилия и средство измерения для его осуществления в рассматриваемой конструкции не предусматриваются.
Задачей предлагаемого конструктивного выполнения является создание устройства, способного обеспечить более равномерное распределение напряжений растяжения или сжатия по длине рельсовой плети при ее укладке в ж/д путь, осуществляемой при температуре, отличной от расчетной температуры закрепления, и при разрядке в ней температурных напряжений. Также устройство должно дать возможность более оперативно и просто устранять угоны отдельных участков рельсовых плетей, искусственно создавать или ликвидировать на отдельных ее участках разные по величине растягивающие (или сжимающие) напряжения (например, на пути, имеющем прямые и кривые участки), на которых действуют различные требования по устойчивости его верхнего строения от «выброса».
Это достигается благодаря тому, что применяется комплект устройств, в состав которого входят устройство для сдвижки плети и не менее одной вставки-ограничителя.
на фиг.1 показан общий вид предлагаемого устройства с гидроприводом;
на фиг.2 - вид А на фиг.1;
на фиг.3 - вид Б на фиг.1;
на фиг.4 показана схема распределения напряжений по длине рельсовой плети от места закрепления (0) до места приложения нагрузки (F), при ее растягивании одним, применяемым в настоящее время, натяжным устройством;
на фиг.5 показана схема распределения напряжений по длине рельсовой плети от места закрепления (0) до места приложения нагрузки (F) при ее растягивании с помощью комплекта, состоящего из пяти предлагаемых устройств (два устройства на левом конце плети сняты, и напряжения в процессе закрепления этой части плети перераспределились и выровнялись).
Устройство для сдвижки плети содержит корпус 1 с одним или несколькими захватами-фиксаторами 2 его на рельсе. На корпусе установлен один или два толкателя 3, имеющих привод 4 (гидравлический, электрический или механический) и взаимодействующих со шпалой (или ее аналогами) непосредственно или через, например, шпальные упоры 5. Шпальные упоры могут быть установлены с возможностью поджатия к нижней поверхности подошвы рельсовой плети через валик-ограничитель 6, соединяющий их между собой. Вставка-ограничитель 7 представляет собой, например, щиток или стержень с двумя торцевыми рабочими поверхностями, устанавливаемые между соседними шпалами так, что они перераспределяют усилие, создаваемое устройством для сдвижки плети, между этими шпалами и препятствуют их перемещению относительно друг друга.
Первая вставка-ограничитель устанавливается между шпалой, в которую упирается шпальный упор 5, и последующей шпалой. Другая вставка - между последующей и следующей за ней шпалой и т.д. На устройстве для сдвижки плети установлено контрольное средство 8 для определения величины продольного усилия, создаваемого при работе и прикладываемого к рельсовой плети. В качестве этого средства измерения можно использовать манометр с тарировочной таблицей (при использовании гидропривода), динамометр, тензометрические датчики и т.п. Они могут быть установлены на гидроприводе, корпусе, толкателе или захвате-фиксаторе.
По результатам испытаний было установлено, что для достижения усилий до 10 тс при работах по сдвижке плети (без перемещения шпал) достаточно установить между двумя шпалами, которые воспринимают усилие толкателя, только одну вставку-ограничитель.
Установка в рабочее положение и снятие с пути предлагаемого устройства может осуществляться за время не более 1 минуты, что минимум в 10 раз меньше, чем установка любого натяжителя, изготавливаемого в настоящее время для железных дорог.
Предлагаемый комплект устройств может работать как совместно с любым из существующих натяжителей, так и самостоятельно, когда требуется создавать небольшие растягивающие усилия в плети и эти усилия могут создаваться одним (до 10 тс) или суммарно несколькими комплектами устройств.
Вариант 1
Работа комплекта устройств совместно с натяжителем осуществляется следующим образом.
Предварительно определяется величина сил трения для каждого типа рельсов длиной 100 метров (в зависимости от его массы и используемых (или не используемых) антифрикционных подкладок или роликов, на прямом пути и пути с различными радиусами кривизны). Эти параметры определяются экспериментально путем нескольких сдвижек с помощью предлагаемого устройства полностью раскрепленной рельсовой плети длиной от 400 до 500 метров, находящейся (и не находящейся) на антифрикционных подкладках и роликах, на прямых и кривых участках пути. По результатам этих испытаний определяется среднеарифметическое значение сил трения, которые возникают при перемещении 100 метров рельсовой плети, находящейся на роликах, антифрикционных прокладках или инвентарных резиновых прокладках. Это целесообразно выполнить, например, при смещении различных плетей в исходное положение после их угона в ходе эксплуатации.
Один конец рельсовой плети должен быть закреплен с уравнительными рельсами (при одностороннем растяжении), или середина этой плети должна быть закреплена к шпалам (при двухстороннем последовательном растяжении).
На конец уравнительного рельса и другой конец рельсовой плети устанавливается, закрепляется и включается в работу гидравлическое натяжное устройство до достижения требуемого значения растягивающего усилия в этой плети. Предлагаемые комплекты устройств устанавливаются на равном расстоянии друг от друга и фиксируются на незакрепленной части рельсовой плети. Количество их определяется из такого расчета, чтобы нагрузка, создаваемая в плети каждым из входящих в комплект устройств для сдвижки плети, была не более (70-80)% максимально допускаемой по его технической характеристике.
Упор-толкатель каждого из них должен упираться в боковую поверхность шпалы со стороны соответствующей направлению перемещения рельсовой плети. Напротив упора толкателя между этой шпалой и следующей устанавливается вставка-ограничитель. Если это устройство по расчету должно будет создавать усилие от 8 до 12 тс, то необходимо установить вставку-ограничитель между этой и последующей шпалой. Затем включается в работу привод наиболее удаленного от конца рельса устройства, создается требуемое усилие, величина которого контролируется по соответствующему средству измерения, и работа привода останавливается. После этого аналогично и поочередно включаются в работу приводы всех остальных устройств, которые работают до достижения требуемых значений усилий в плети, соответствующих силам трения на части плети, длина которой равна длине ее растягиваемого участка разделенной на количество этих устройств. Если средством контроля 8 отмечается падение или увеличение на отдельных устройствах показателей создаваемых ими и гидравлическим натяжным устройством усилий, то необходимо включить привод соответствующего устройства (и натяжителя), добиваясь показаний на всех устройствах требуемых значений создаваемых усилий. После этого необходимо закрепить плеть и снять сначала предлагаемые устройства, а затем натяжитель.
Вариант 2
Работа по вводу рельсовой плети в температурный интервал с использованием только предлагаемых комплектов устройств осуществляется следующим образом. На расстоянии от 1 до 2 метров от конца рельсовой плети необходимо установить первый комплект устройств в рабочее положение. Затем на расстоянии 50, 100, 150, 200 и т.д. метров еще несколько комплектов устройств. Количество их определяется также из такого расчета, чтобы нагрузка, создаваемая в плети каждым из входящих в комплект устройств для сдвижки плети, была не более (70-80)% максимально допускаемой по его технической характеристике. Остальные комплекты устройств устанавливаются на свободном растягиваемом участке плети примерно на равном расстоянии друг от друга. Их количество определяется длиной плети, величиной сил трения, которые они должны скомпенсировать, и требуемой степенью неравномерности распределения усилия по длине плети.
После закрепления комплектов устройств первой группы на плети они включаются в работу и должны суммарно создать в ней требуемое расчетное растягивающее усилие, затем должны включиться в работу все комплекты устройств, компенсирующие силы трения плети по подкладкам. После создания каждым из них требуемых дополнительных «выравнивающих» усилий в плети необходимо откорректировать суммарное растягивающее усилие, создаваемое первой группой комплектов устройств (с учетом возможного его уменьшения и компенсации, при необходимости, сил трения по подкладкам участка рельсовой плети, на котором располагается эта группа устройств). После этого можно закрепить рельсовую плеть и снять с нее комплекты устройств.
Кроме того, с помощью этих комплектов устройств можно осуществлять разрядку температурных напряжений и выполнять работы по продольному смещению рельсовых плетей (и отдельных их участков) в исходное положение по меткам на «маячных» шпалах при их «угоне» в ходе эксплуатации под поездными нагрузками на участках торможения железнодорожного пути или на его уклонах.
Комплект описанных выше устройств также можно использовать при замене уравнительных рельсов, если произошло защемление в стыке между плетью и уравнительным рельсом, когда невозможно безопасно разобрать этот стык и снять уравнительные рельсы, находящиеся в сжатом состоянии, без применения газовой поперечной резки одного из рельсов и последующей его сварки или замены. А 2÷3 таких устройства, установленные через 50 метров на конце плети, могут создать дополнительные продольные напряжения сжатия на этом конце и обеспечить появление зазора между плетью и уравнительным рельсом. А это обеспечит возможность быстрой и безопасной разборки стыка.
Указанный выше положительный эффект получен благодаря использованию неочевидного технического решения, состоящего в дополнении существующей конструкции шпалоперегонщика новыми отличительными признаками (средством измерения создаваемого усилия и вставками-ограничителями). Полученное устройство, в отличие от прототипа, используется по новому назначению.
Единственно возможным недостатком предлагаемого комплекта устройств является то, что для работы с несколькими из них потребуется дополнительное привлечение рабочих, но общая трудоемкость и время выполнения соответствующих работ должны существенно уменьшиться. Это произойдет благодаря более быстрой установке и снятию с плети этих устройств, а также возможному, в некоторых случаях, исключению операции по установке под подошву рельсовой плети (на каждую 15-ю шпалу) антифрикционных подкладок или роликов, а также уменьшению их количества.