СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ЗАМКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ПАРЫ СТАНДАРТНЫХ РЕЛЬСОВ В БЛОК С ПОДРЕЛЬСОВОЙ ПОДКЛАДКОЙ
METHOD OF AUTOMATIC LOCK-ON CONNECTION OF PAIR OF STANDARD RAILS IN BLOCK WITH RAIL PAD

Изобретение относится к подкрановым и железнодорожным конструкциям с интенсивным движением транспортных средств (0,6…0,8 млн. циклов прокатывания колес в год). В этом случае в подрельсовой зоне подкрановых балок развиваются усталостные трещины [1]. Эксплуатация же конструкций с усталостными трещинами запрещена [2, п.1.59, с.24].
В настоящее время при тяжелом режиме работы мостовых кранов 8 К, 7 К даже наибольший из прокатываемых рельсов КР-140 не гарантирует, что усталостные трещины в подрельсовой зоне сварных подкрановых балок не появятся при накоплении 6…7 млн. циклов прокатывания колес мостовых кранов.
Xблока
Кр.блока
Xблока
Кр.блока
Подрельсовая зона сварных подкрановых балок недолговечна, поэтому повышение ресурса и выносливости подрельсовой зоны подкрановых балок может быть достигнуто увеличением моментов инерции при изгибе J и кручении J характеризующие сопротивляемость рельсового блока изгибу и кручению. При увеличении J и J уровень локальных сдвигающих напряжений в подрельсовой зоне снижается столь ощутимо, что ресурс подрельсовой зоны стенки подкрановой балки повышается в несколько раз и этим достигается повышение ресурса не менее 6 млн. циклов.
Известны конструкции рельсовых блоков и способы их соединения, предложенные Неждановым К.К. и разработанные с аспирантами [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10]. Например, известен рельсовый блок, выполненный из тавра, ориентированного стенкой вверх и двух рельсов, размещенных симметрично относительно стенки тавра. Подошва каждого из рельсов со стороны стенки тавра срезана заподлицо с боковой поверхностью головки рельса, опирается на полку тавра, а шейки соединены друг с другом и тавром полыми заклепками с внедряемыми сердечниками [11], [12], пропущенными сквозь шейки и стенку тавра, объединяя рельсы и тавр в единый рельсовый блок.
Известно и другое техническое решение, описанное в патенте - узел соединения арочного рельса, имеющего несимметричный профиль, с трубчатым поясом подкраново-подстропильной балки [13], [14].
Узел снабжен подрельсовой подкладкой. Подкладка выполнена непрерывной с подошвами, копирующими поверхность трубчатого пояса балки и с центральным продольным гребнем, копирующим полость арочного рельса для фиксации последнего. Сбоку на главе арочного рельса имеется непрерывный гребень для взаимодействия с направляющими роликами мостового крана, что позволяет исключить сход крана с рельсов. Узел снабжен также клеммами для фиксации арочного рельса на этой подкладке и опорным столиком для взаимодействия с нижним торцом этой подкладки, с упомянутым трубчатым поясом.
Недостатками известных технических решения является то, что, они разработаны для амортизирующих арочных профилей рельсов, производство которых пока не освоено промышленностью, поэтому разработка рельсовых блоков из существующих прокатываемых профилей актуальна!
За прототип примем наиболее близкое техническое решение «Замковое соединение рельсов в блок», предложенное Неждановым К.К. и разработанное с аспирантами [15],
Это замковое соединение, содержит арочный рельс, опирающийся по всей длине на непрерывную подрельсовую подкладку с двумя гребнями, нависающими над подошвами рельсов и являющимися элементами замкового устройства, взаимодействующими с рельсовыми клеммами.
Шейка каждого из пары двуглавых рельсов наклонена к вертикальной линии симметрии под углом 15…20°. Верхние рабочие главы пары упомянутых рельсов плотно сомкнуты друг с другом боковыми гранями, образуя арку, а запасные главы, являясь пятами арки, помещены в углубления в подрельсовой подкладке.
Одна сторона клеммы копирует поверхность шейки рельса, выступ этой стороны клеммы западает внизу под ответный выступ гребня подрельсовой подкладки над нижней главой каждого из рельсов.
Другая сторона клеммы нависает над упомянутым гребнем с зазором. При этом в зазор над гребнем слева и справа от рельсового блока введен эксцентрик с хвостовиком ориентированным наклонно вверх. При взаимодействии хвостовиков двух эксцентриков с клином автоматического напрягающего устройства, подвешенного впереди транспортного средства, движущегося по рельсовым блокам, эксцентрики взаимодействуют с клеммами и автоматически напрягают и запирают замковое устройство, образуя монолитный рельсовый блок с аркой из двух рельсов.
К сожалению, производство амортизирующих арочных рельсов не освоено промышленностью, поэтому актуальна разработка рельсовых блоков из существующих профилей!
Xблока
Кр.блока
Техническая задача изобретения - повысить выносливость и ресурс подрельсовой зоны подкрановых балок, увеличением моментов инерции при изгибе J и кручении J рельсового блока и автоматизация изготовления его на поточной конвейерной линии.
Техническая задача по способу повышения выносливости и ресурса подрельсовой зоны стенки подкрановой балки достигнута следующим образом.
Способ реализован автоматическим замковым соединением пары стандартных рельсов [16, с.60], в блок с двуглавой непрерывной по всей длине рельсов подрельсовой подкладкой, снабженной внешними боковыми главами и Г-образными гребнями, ориентированными навстречу друг другу. Просвет между ними меньше ширины подошв пары рельсов.
Вводят эту пару рельсов в гнездо между Г-образными гребнями плашмя. Вращают один из пары рельсов по часовой стрелке вокруг продольной оси, а другой в обратном направлении до контакта между боковых кромок их подошв.
Отличие в том, что выступающие вовнутрь навстречу друг другу части подошв пары рельсов относительно вертикальной плоскости, касающейся внутренней боковой поверхности каждой из глав пары рельсов, удаляют и фрезеруют.
Выполняют симметричную пару гребней, нависающих над выступающими наружу подошвами рельсов и взаимодействующими с двухступенчатыми рельсовыми клеммами.
При синхронном вращении пары рельсов вокруг их продольных осей, плотно смыкают друг с другом их фрезерованные боковые кромки подошв и боковые кромки верхних глав рельсов.
На поточной линии гидравлическими домкратами осаживают пару рельсов вниз, подклинивают подошвы под нависающие Г-образные гребни распором между подошвами.
Упруго закрывают щель под подошвами до плотного контакта подошв с подрельсовой подкладкой. С торца одновременно вдвигают в зазор между шейками пары рельсов и парой Г-образных гребней пару скобообразных несимметричных клемм, контактирующими и копирующими выпуклой поверхностью поверхности пары шеек рельсов.
При этом хвостовики скобообразных клемм нависают наружу над горизонтальными ступеньками пары Г-образных гребней. С торца одновременно вдвигают в зазор между парой хвостовиков и парой ступенек пару эксцентриков также с хвостовиками, ориентированными наклонно вверх и нависающими над поверхностью двуглавой подрельсовой подкладки.
При взаимодействии пары хвостовиков эксцентриков с парой клиньев автоматического напрягающего устройства, подвешенного впереди транспортного средства, движущегося по рельсовым блокам, автоматически парой клиньев осаживают хвостовики пары эксцентриков вниз.
Эксцентриками поддомкрачивают хвостовики скобообразных клемм, напрягают и запирают замковое устройство, объединяют упомянутые пары: рельсов, скобообразных клемм, эксцентриков и двуглавую подрельсовую подкладку в монолитный рельсовый блок, работающий слитно как единое целое.
На фиг.1 показано в разрезе осуществление способа повышения выносливости и ресурса [17, Т.I, с.136] подрельсовой зоны стенки подкрановой балки.
Способ реализован автоматическим замковым соединением пары стандартных рельсов с главами 1, шейками 2 и подошвами 3 в блок с двуглавой непрерывной по всей длине рельсов подрельсовой 4 подкладкой, снабженной внешними боковыми главами 5 и Г-образными гребнями 6, ориентированными навстречу друг другу. Просвет между ними меньше ширины подошв 3 пары рельсов.
Вводят эту пару рельсов в гнездо между Г-образными гребнями плашмя. Вращают один из пары рельсов по часовой стрелке вокруг продольной оси, а другой в обратном направлении до контакта между боковых кромок их подошв 3.
Отличие в том, что выступающие вовнутрь навстречу друг другу части подошв 3 пары рельсов относительно вертикальной плоскости, касающейся внутренней боковой поверхности каждой из глав 1 пары рельсов, удаляют срезкой и фрезеруют.
Симметричную пару двухступенчатых гребней 6 выполняют нависающими над выступающими наружу подошвами 3 рельсов. На нижнюю ступеньку пары Г-образных гребней 6 оперты эксцентрики 7 снабженные хвостовиками 8. ступеньку пары Г-образных гребней 6 оперты эксцентрики 7 снабженные хвостовиками 8.
Головки эксцентриков 7 введены под хвостовики 9 скобообразных клемм 10, которые ориентированы и выступают хвостовиками 9 наружу. Короткие элементы скобообразных клемм 10 введены под верхние ступеньки пары Г-образных гребней 6, а выпуклая поверхность скобообразных клемм 10 плотно контактируют с шейками 2 пары рельсов и сжимают их друг с другом.
Автоматическое объединение элементов рельсового блока в монолитный, работающий слитно как единое целое
Упруго закрывают щель под подошвами 3 рельсов до плотного контакта подошв 3 с подрельсовой подкладкой 4. С торца одновременно вдвигают в зазор между шейками 2 пары рельсов и парой Г-образных гребней 5 пару скобообразных несимметричных клемм 10, контактирующими и копирующими выпуклой поверхностью поверхности пары шеек рельсов 2.
При этом хвостовики 9 скобообразных клемм 10 нависают наружу над горизонтальными ступеньками пары Г-образных гребней 6.
С торца одновременно вдвигают в зазор между парой хвостовиков 9 и парой нижних ступенек Г-образных гребней 6 пару эксцентриков 7 также с хвостовиками 8, ориентированными наклонно вверх и нависающими над поверхностью двуглавой подрельсовой подкладки 4.
При взаимодействии пары хвостовиков 8 эксцентриков 7 с парой клиньев автоматического напрягающего устройства [19, 20], подвешенного впереди транспортного средства (не показано), движущегося по рельсовым блокам, автоматически парой клиньев осаживают хвостовики 8 пары эксцентриков 7 вниз до упора.
Головками эксцентриками 7 поддомкрачивают хвостовики 9 скобообразных клемм 10, напрягают и запирают замковое устройство.
Объединяют главы 1 упомянутой пары рельсов, скобообразных клемм 10, эксцентриков 7 и двуглавую подрельсовую подкладку 4 в монолитный рельсовый блок, работающий слитно как единое целое.
Повышение ресурса подрельсовой зоны подкрановой балки достигнуто неподвижным соединением пары стандартных рельсов, объединяемые друг с другом в единое целое.
Подрельсовая подкладка 4 снабжена внешними боковыми главами 5. Боковые главы 5 предназначены для направляющих роликов [17, Т.2, с.411] мостового крана. Основные безребордные колеса мостового крана опираются на пару рельсов сверху без эксцентриситета.
Готовый рельсовый блок монтируют на подкрановую балку одним из известных способов, например, надвижкой [19, 20] и соединяют с ней в единое целое легированными болтами (сталь «40 Х Селект») с гарантированной затяжкой гаек гайковертом.
Боковые главы, охватывают верхний пояс подкрановой балки. Подрельсовая подкладка 4 может быть неподвижно соединена с подкрановой 10 балкой, например заклепками с внедренными сердечниками [11].
Монтажная сборка и предварительное напряжение рельсового блока
Монтажную сборку производят на поточной линии [18, с.387]:
- каждый из рельсов 1 синхронно вращают вокруг своей продольной оси: один рельс 1 по часовой стрелке, а другой в обратном направлении до возникновения контакта боковых кромок подошв друг с другом;
- гидравлическими домкратами (не показано) осаживают пару рельсов 1 вниз, и упруго закрывают зазор под их подошвами;
- распором между подошвами подклинивают подошвы рельсов под нависающие Г-образные гребни, упруго закрывают щель под подошвами до плотного контакта подошв с подрельсовой подкладкой 4;
- неподвижно соединяют пару рельсов с подрельсовой подкладкой 4 в единое целое, фиксируют элементы в напряженном состоянии и образуют монолитный рельсовый блок.
Пример конкретной реализации. Примем: пару рельсов КР-80, подрельсовую подкладку 5 толщиной 1,4 см, шириной 40 см, равной ширине верхнего пояса подкрановой балки, боковые главы 7 подрельсовой подкладки 5 сечением 4·3 см, легированные шпильки М20 (сталь 40 Х «Селект»).
xблок
yблок
4
4
Выполненный расчет показывает, что величина момента инерции рельсового блока J=13151,3 см, а относительно оси y: J=440008,9 см.
x
y
4
4
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>J</mi><mrow><mi>x</mi><mtext> </mtext><mi>б</mi><mi>л</mi><mi>о</mi><mi>к</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>J</mi><mi>x</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>13151,3</mn></mrow><mrow><mn>5528,3</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>2,38</mn><mtext> раза</mtext><mtext>,</mtext></mrow>
Следовательно, рельсовый блок значительно мощнее наибольшего из прокатываемых рельсов КР-140 (J=5528,3 см, J=2608,7 см). Произошло увеличение момента инерции рельсового блока при изгибе относительно его собственной оси в
а относительно оси y в 160 раз.
Сопоставление с прототипом показывает следующие существенные отличия:
- максимально упрощено и механизировано соединение рельсов в мощный монолитный рельсовый блок;
- выносливость и ресурс подкрановых балок повышены, так как устранена возможность возникновения крутящих моментов. Колеса крана взаимодействует с парой рельсов рельсового блока, и этим препятствует повороту верхнего пояса подкрановой балки вокруг продольной оси, поэтому крутящие моменты, скручивающие верхний пояс не могут возникнуть;
- момент инерции монолитного рельсового блока относительно его собственной оси увеличен по отношению к одиночному рельсу в 150…170 раз, поэтому локальные напряжения в подрельсовой зоне стенки подкрановой балки, действующие циклами, пропорционально снижены;
- стыки рельсов смещены, друг относительно друга в продольном направлении, что позволило устранить удары в стыках при качении колес кранов;
- изготовление рельсовых блоков автоматизировано на поточной конвейерной линии;
- мощный рельсовый блок неподвижно соединяют с подкрановой балкой и этим превращают разрезную однопролетную подкрановую балку в неразрезную многопролетную;
- стыки пары центральных рельсов смещены друг относительно друга, что исключает возникновение ударов при прокатывании колес кранов через стык;
- автоматическое освобождение рельсового блока от предварительно напряжения, при замене рельсов во время эксплуатации, осуществляют при взаимодействии пары хвостовиков эксцентриков с парой клиньев автоматического напрягающего устройства, подвешенного впереди транспортного средства, движущегося по рельсовым блокам [19, 20].
Литература
1. Сабуров В.Ф. Закономерности усталостных повреждений и разработка метода расчетной оценки долговечности подкрановых путей производственных зданий / Дис. д-ра. техн. наук - Челябинск, 2002.
2. СНиП III - 18-75. Часть III. Правила производства и приемки работ. Глава 18. Металлические конструкции. Стройиздат М., 1976. - 160 с.
3. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Туманов В.А., Мамонов В.В. Рельсовый блок. Патент России №2191739. М., Кл. В66С 6/00, 7/08. Бюл №.30. Зарег. 27.10.2002.
4. Нежданов К.К., Туманов В.А. Нежданов А.К., Мамонов В.В. Рельсовый блок и способ восстановления подкрановой конструкции. Патент России №2213041. М., Кл. В66С 6/00, 7/08. Бюл №.27. Зарег. 27.09.2003.
5. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К. Рельсовый блок. Патент России №2216621. М., Кл. Е01В 23/10, В66С 7/08. Бюл №.27. За-рег. 27.09.2003.
6. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин А.С. Рельсовый блок. Патент России №2235677. В66С 7/00, Е01В 9/00. Бюл №.25. Зарег. 10.09.2004.
7. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К. Трехглавый рельсовый блок. Патент России №2240276 М. Кл. В66С 7/08, Е01В 5/08 Бюл №32. Зарег. 20.11.2004.
8. Нежданов К.К., Туманов В.А., Кузьмишкин А.А., Нежданов А.К. Рельсобалочный блок конструкций для параллельных рельсовых путей. Патент России №2288886. Бюл. №34. Опубликовано 10.12.2006.
9. Нежданов К.К., Рубликов С.Г., Нежданов А.К. Замковое соединение рельсов в блок. Патент России №2295601. М., Кл. Е01В 5/02, Е01В 9/44, В66С 7/08, В66С 6/00. Бюл. №8. Опубликовано 20.03.2007.
10. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Карев М.А. Рельсобалочная конструкция. Патент России RU 2192381 С2, 10.11.2002 Бюл. №31.
11. Нежданов К.К., Васильев А.В., Калмыков В.А., Нежданов А.К. Способ и устройство для неподвижного соединения. Патент России №2114328. Бюл. №18 зарег. 27.06.1998.
12. Васильев А. В., Нежданов К.К., Никулин В.В., Нежданов А.К. Устройство для соединения рельсов в непрерывную плеть. Патент России №2285079. Бюл. №28. Опубликовано 27.01.2004.
13. Нежданов К.К. и др. Узел соединения арочного рельса с трубчатым поясом подкраново-подстропильной балки. Патент России №2234453. Бюл. №23, 20.08.2004.
14. Нежданов К.К., Туманов А.В. Нежданов А.К. Рельсобалочная конструкция: Патент России №2191155 Бюл. №29, 20.10.2002.
15. Нежданов К.К., Рубликов С.Г., Нежданов А.К. Замковое соединение рельсов в блок: Патент России №2295601. М. Кл. В66С 6/00, 7/08 Бюл. №8, 20.03.2007. Прототип.
16. Сахновский М.М. Справочник конструктора строительных сварных конструкций. - Днепропетровск: Промiнь, 1975. - 273 с.
17.Справочник по кранам: В 2 т. T.I. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций // В.И.Брауде, М.М.Гохберг, И.Е.Звягин и др.: Ред. М.М. Гохберг - М.: Машиностроение, 1988 - 536 с.
Т.2. Характеристики и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы, их детали и узлы. Техническая эксплуатация кранов // М.П. Александров, М.М. Гохберг, А.А. Ковин и др.: Ред. М.М. Гохберг - Л.: Машиностроение, 1988. - 559 с.
18. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций: Учебное пособие для машиностроительных вузов. - М.: Высшая школа, 1971 - 760 с.
19. Нежданов К.К., Мишанин И.Н., Иллюстров Г.Б. Способ замены кранового рельса: а.с. №0358248, СССР, М. Кл. В66С 7/08 // Бюл. №33 - 1972.
20. Нежданов К.К. и др. Устройство для регулирования напряжений рельсовых креплений: Патент России №922220. Бюл. №15, 1982.
21. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Туманов А.В. Рельсовый путь: Патент России №2027188. Бюл. №11, 20.04.2004.