Безударный рельсовый стык
SHOCKLESS RAIL JOINT

Изобретение относится к устройству стыковых соединений рельсового пути и может быть применено в любой отрасли промышленности, использующей рельсовый транспорт.
Известно рельсовое стыковое соединение с приваренными стандартными накладками к боковой поверхности стандартного рельса после сборки стыка. Соединение рельс с другой стороны выполнено разъемным. Изобретение направлено на продление срока службы строения пути. Патент РФ №2401901 от 20.10.2010, МПК Е01В 11/44, авторы Зинковский А.Т. и Либурский В.В. Недостаток этого стыка заключается в том, что он имеет накладочное соединение рельс, при котором прогиб отдающего рельса по отношению к принимающему рельсу, удары вагонных колес о торцы принимающих рельс и однобокие нагрузки на рельсы при прохождении вагонных колес по стыку неизбежны.
Известен и широко применяется в верхнем строении пути стандартный стык рельс с применением двухголовых накладок. (Шухунянц Г.М. Железнодорожный путь. М.: Транспорт, 1987 г., стр. 183). Недостатком этого соединения является то что, в данной накладочной конструкции имеется вертикальный сквозной рез в межрельсовом зазоре, он уменьшает мощность стыка. Рабочее сечение этого соединения не превышает 60% от сечения целого рельса, что приводит к значительной осадке полотна, ступеньке у торца принимающего рельса и прогибу конца отдающего рельса при прохождении по стыку вагонного колеса и неизбежному удару колеса о переднюю кромку принимающего рельса, быстро расстраивает стык, отчего образуются однобокие нагрузки на рельсы, повышается шумность и вибрация элементов подвижного состава.
В качестве прототипа, наиболее близкого по технической сущности к предлагаемому изобретению, принято изобретение Безударный рельсовый стык, РФ, №2492285, Е01В 11/26, Е01В 11/24, опубликовано 10.09.2014 г., автор Гайваровский Борис Юрьевич. Рельсовый стык состоит из примыкающих друг к другу концов рельс, скрепленных между собой болтами. Стыкуемые рельсы оснащены наконечниками, выполненными с взаимно проникающими пазами и выступами. Этот безударный рельсовый стык не имеет сквозного реза в межрельсовом зазоре, он разнесен на четыре части, мощность стыка приближается к мощности целого рельса. Изобретение направлено на устранение ударов колес о рельсовые стыки. Недостатком этого стыка является его конструктивная сложность и незащищенность трущихся поверхностей деталей от пыли, металлической стружки и мелкого тормозного локомотивного песка, он не решает поставленных предлагаемым изобретением задач.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в изготовлении безударного рельсового стыка, отвечающего современным требованиям по безопасности, металлоемкости, по простоте конструкции, удобству технического обслуживания и эксплуатации.
Поставленная задача достигается тем, что безударный рельсовый стык состоит из накладываемых друг на друга отдельных стальных, усиленных в поперечном сечении, нижней и верхней частей, соединенных между собой крепежными элементами с возможностью продольного перемещения относительно друг друга.
В соответствии с изобретением нижняя часть внизу повторяет форму подошвы рельса, в своей шеечной части имеет ширину двух толщин шейки рельса и на уровне нижней линии высоты головки рельса оканчивается верхней опорной площадкой, начало которой у принимающего рельса выполнено с небольшой сферичностью на длину наибольшего межрельсового зазора. Нижняя часть приваривается к торцу подошвы и к шейке принимающего рельса с совпадением центральных продольных осей и имеет не меньше двух сквозных овальных отверстий.
Верхняя часть вверху имеет форму головки рельса, по всей своей высоте имеет ширину, равную нижней ширины головки рельса, на уровне нижней линии высоты головки рельса раздваивается на две продольные боковины, создавая направленные вниз скобчатую форму и продольную плоскую опорную площадку. Каждая боковина имеет не меньше двух сквозных круглых отверстий. В верхнюю часть вваривается прямоугольная стальная пластина толщиной 8 мм, шириной, равной расстоянию между боковинами, и длиной, равной высоте боковин. Верхняя часть торцом своей головочной частью и приваренной к боковинам пластиной приваривается к торцу отдающего рельса с совмещением их центральных продольных осей, поверхностей катания и боковых граней рельс.
Безударный рельсовый стык не имеет сквозного вертикального реза в межрельсовом зазоре, он разнесен на несовпадающие между собой по вертикали два зазора: один - вниз к подошве отдающего рельса, второй - вверх к головке принимающего рельса, причем эти зазоры находятся на краях стыка.
Благодаря такой конструкции достигается простота предлагаемого стыка, заключающаяся в его конструктивной компактности, а именно: верхняя часть своей скобчатой формой накладывается на шеечную часть нижней части и эти части скрепляются между собой болтами с возможностью продольного перемещения. Кроме этого верхняя и нижняя детали заполняют собой пространство, где при рельсовом стыке с накладками должен бы находиться рельс с двумя боковыми накладами, крепежными болтами, гайками и пружинными шайбами, что учитывается при определении металлоемкости деталей предлагаемого стыка, которая на 70% меньше, чем у стыка с накладками.
Рабочие внутренние поверхности опорных площадок верхней и нижней частей стыка и внутренние поверхности боковин от металлической стружки, пыли и мелкого тормозного локомотивного песка защищаются направленной вниз скобчатой формой верхней части стыка. Сферическая часть в начале опорной площадки нижней части предотвращает накопление мусора.
Совпадение продольных центральных осей продольных опорных площадок верхней и нижней частей с осью рельс исключает появление однобоких нагрузок на рельсовый стык от вагонных колес при прохождении их по стыку.
Комплементарная пара, состоящая из усиленных верхней и нижней частей стыка, накладываемая друг на друга, соединенная болтами с возможностью продольного перемещения, имеющая не совмещенные по вертикали два межрельсовых зазора, обеспечивает суммарное рабочее сечение стыка, превышающее сечение целого рельса в полтора раза, что влечет за собой полное достижение технического результата.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, являющимися иллюстрирующими материалами частного случая исполнения, они не охватывают и не ограничивают притязаний данного технического решения:
На фиг. 1 показан безударный рельсовый стык, вид спереди.
На фиг. 2 - поперечный разрез по А-А на фиг. 1.
На фиг. 3 показана нижняя часть стыка, вид спереди.
На фиг. 4 показана верхняя часть стыка, вид спереди.
На фиг. 5 - поперечный разрез по Б-Б на фиг. 3.
На фиг. 6 - поперечный разрез по В-В на фиг. 4.
Безударный рельсовый стык состоит из накладываемых друг на друга усиленных стальных частей, нижней 1 и верхней 2, скрепленных между собой болтовым соединением, на чертеже не показано (см. фиг. 1, 2, 3, 4, 5 и 6).
Нижняя часть 1 внизу повторяет форму подошвы рельса, в своей шеечной части имеет ширину двух толщин шейки рельса и на уровне нижней линии высоты головки рельса оканчивается верхней опорной площадкой 3, начало которой у принимающего рельса 4 вверху выполнено с небольшой сферичностью 5 на длину наибольшего межрельсового зазора 6 и 7. Нижняя часть стыка 1 приваривается к торцу подошвы и шейке принимающего рельса 4 с совмещением продольных центральных осей и имеет не меньше двух сквозных овальных отверстий 8 (см. фиг. 1, 2, 3 и 5).
Верхняя часть 2 повторяет форму головки рельса, имеет по всей своей высоте ширину, равную нижней ширине головки рельса, на уровне нижней линии высоты головки рельса раздваивается на две продольные боковины 9, создавая направленные вниз скобчатую форму и продольную опорную площадку 10. Боковины 9 имеют не меньше двух сквозных круглых отверстий 11. Верхняя часть 2 своей пластиной 12 приваренной к боковинам 9, и торцом своей головочной частью приваривается к торцу отдающего рельса 13 с совмещением поверхностей катания, продольных центральных осей и боковых граней (см. фиг. 1, 2, 4, и 6).
Безударный рельсовый стык не имеет вертикального сквозного реза в межрельсовом зазоре, он разнесен на края стыка на не совпадающие между собой по вертикали два зазора: первый 6 вниз, к подошве отдающего рельса, второй 7 вверх, к головке принимающего рельса (см. фиг. 1).
Нижняя 1 и верхняя 2 части рельсового стыка между собой соединяются болтами (на чертеже не показаны), пропущенными через круглые отверстия 11 в боковинах 9 верхней части 2 и через овальные отверстия 8 в шейке нижней части 1 с возможностью продольного перемещения, крепятся самостопорящимися гайками (на чертеже не показаны), не требующими никаких шайб (см. фиг. 1, 2, 3, 4, 5 и 6).
Скобчатая форма верхней части 2 своими двумя боковинами 9 защищает от металлической стружки, пыли и мелкого тормозного локомотивного песка продольные опорные площадки 3 и 10 и внутренние поверхности 14 боковин 9. Сферическая поверхность 5 длиною наибольшего межрельсового зазора 6 и 7 на плоской продольной опорной площадке 3 у принимающего рельса 4 предотвращает накопление мусора в верхнем зазоре 7 (см. фиг. 1, 2, 3, 4, 5 и 6).
Переходной безударный стык изготавливают следующим образом. Нижняя и верхняя части получают из рельсовой стали прокатом, точным литьем или горячей штамповкой с термической обработкой, аналогичной термической обработке рельс. В верхнюю часть вваривают прямоугольную стальную пластину толщиной 8 мм, шириной, равной расстоянию между боковинами, и высотой, равной высоте боковин. Все трущиеся поверхности указанных частей для предотвращения образования микротрещин обрабатывают до чистоты не меньше 6в класса.
Верхнюю часть скобчатой формой накладывают на шеечную часть нижней части стыка и предварительно скрепляют с нижней частью стяжными болтами. Нижнюю часть приваривают к торцу подошвы и к шейке принимающего рельса, верхнюю часть приваривают к торцу отдающего рельса торцом ее головочной части и пластиной, приваренной к боковинам, с соблюдением нижнего и верхнего межрельсовых зазоров, с совмещением продольных центральных осей, поверхностей катания и боковых граней. Стык окончательно скрепляют стяжными болтами и самотормозящимися гайками, не требующими никаких шайб.
Работает безударный рельсовый стык следующим образом. Безударный переход колеса вагона с отдающего рельса на принимающий рельс обеспечивается тем, что колесо, перекатываясь вначале над нижним межрельсовым зазором у подошвы отдающего рельса, после, двигаясь по всей длине верхней части стыка, являющейся продолжением отдающего рельса, до верхнего зазора у головки принимающего рельса, после опускается в межрельсовый зазор и накатывается на край принимающего рельса, не может прогнуть концы рельс относительно друг друга потому, что нагрузку от колеса верхняя часть стыка передает нижней части стыка через стягивающие болты и опорные продольные площадки верхней и нижней частей рельсового стыка, а также потому, что суммарное рабочее сечение нижней и верхней частей стыка больше сечения целого сечения рельса в 1,5 раза, а межрельсовый зазор разнесен на два зазора, не совпадающие между собой по вертикали, один вниз к подошве отдающего рельса, второй вверх к головке принимающего рельса. Нижняя часть стыка является продолжением принимающего рельса и имеет рабочее сечение 80% от сечения целого рельса из-за утолщенной шеечной своей части.
При отсутствии прогиба концов рельс относительно друг друга колесо вагона диаметром обода 950 мм опускается в межрельсовый зазор, в зависимости от окружающей температуры меняющий свой размер от 24 мм до 0 мм. При межрельсовых зазорах 24 мм, 12 мм и 5 мм глубина опускания обода колеса в зазор составит соответственно 0,151 мм, 0,035 мм и 0,007 мм.
Это обеспечит полную ликвидацию прогиба концов рельс в местах их соединения, поэтому предлагаемый стык можно назвать безударным.
Из-за ликвидации постоянных деформаций концов рельс при проходе вагонных колес по стыку сварные швы рельс с нижней и верхней частями не испытывают ударных нагрузок.
Общий периметр сварки нижней и верхней частей с торцами рельсов и с приваренной в нижнюю часть пластиной больше периметра сечения целого рельса на 20%.
Движения подвижного состава возможны в двух направлениях.
Размеры межрельсовых зазоров задаются овальными отверстиями в нижней части рельсового стыка в соответствии с ГОСТом и техническими регламентами для данной длины рельсов и климатических колебаний температуры, а значит, взаимосвязанным удлинением рельсов в каждой конкретной местности.
Нагрузка от вагонного колеса рельсовому стыку передается по общей центральной продольной оси для опорных площадок и для рельс, чем устраняются однобокие нагрузки колеса вагона на рельсовый стык и не допускается расстройство стыка при его работе.
Использование безударного рельсового стыка по предлагаемому изобретению позволит сохранить фрагментальность рельсового полотна, снизит трудоемкость строительства, обслуживание и ремонт пути, обеспечит безопасное движении железнодорожных составов, увеличит долговечность эксплуатации стыка при простом и удобном техническом обслуживании внедряемого рельсового стыка.