ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
RAILWAY AND METHOD OF ITS OPERATION

Изобретение относится к устройству железной дороги и может быть использовано при строительстве и ремонте железнодорожных и трамвайных путей, метрополитена, аттракционов типа «Американские горки». Известна железная дорога, содержащая состыкованные с зазором рельсы (а.с. СССР 998624, Е01В 2/00, опубл. 23.02.83, бюл. №7).
Ее недостатком является быстрый износ рельсов и колес проходящего транспортного средства, связанный с большими ударными нагрузками, испытываемыми торцами рельсов и колесами при перескакивании колес на зазорах с одного рельса на другой.
Указанная дорога является ближайшим аналогом предлагаемого изобретения.
Технический результат заключается в снижении энергозатрат на разрушение колес и верхних кромок торцов рельсов, уменьшении угона рельсов, снижении ударных нагрузок и шума, воздействующего на человека и окружающую среду, повышении комфортности и удобства пассажиров, в том числе за счет эффекта укачивания, увеличении сроков службы железной дороги, подвижного железнодорожного состава.
Технический результат достигается за счет того, что на железной дороге, содержащей направляющую рельсовую колею, образованную состыкованными с зазором рельсами, верхние грани головок рельсов в области зазора имеют цилиндрическую поверхность, образующая которой перпендикулярна продольной оси рельсовой колеи и параллельна нижней грани подошвы рельса, а направляющая выполнена радиусом, равным радиусу колеса транспортного средства по кругу катания.
На фиг.1 показана железная дорога, вид сверху; на фиг.2 - то же самое, вид сбоку.
Железная дорога содержит рельсовые нити 1 и 2, образованные в том числе состыкованными с зазором 3 рельсами 4 и 5. Рельсы 4 и 5 находятся на равном расстоянии от продольной оси 6 рельсовой колеи. В зазоре 3, равном m, показан фрагмент колеса транспортного средства радиусом R по кругу катания. От значения h зависит эффект укачивания пассажиров при движении по железной дороге за счет плавного перемещения вверх-вниз.
Верхние грани 7 и 8 головок 9 и 10 рельсов 4 и 5 в области зазора имеют, соответственно, цилиндрические поверхности, образующая которых перпендикулярна продольной оси рельсовой колеи (продольной оси рельсов) и параллельна нижней грани подошвы рельсов, а направляющая выполнена радиусом, равным радиусу R колеса транспортного средства по кругу катания.
Железная дорога эксплуатируется следующим образом.
При прохождении колесами транспортного средства по рельсовым нитям 1 и 2 через рельсовый стык происходит более плавный и мягкий переход колеса через зазор 3.
Это происходит потому, что колесо транспортного средства «садится» на поверхность катания головки рельса сверху, что уменьшает продольную составляющую силы удара колеса транспортного средства о кромку торца принимающего рельса.
Направляющая, по которой перемещается образующая цилиндрических поверхностей 7 и 8, плавно переходит в плоскости верхних граней головок рельсов 4 и 5 соответственно.
Наибольший эффект от данного технического предложения при разнонаправленном движении будет достигаться, когда проекция оси вращения радиуса R на полотно железной дороги будет проходить через середину зазора 3.
Зазор 3 является тепловым, и его величина меняется с изменением температуры окружающей среды. Для снижения угона (удара колеса транспортного средства о торец принимающего рельса) и уменьшения удельного давления на полотно железной дороги со стороны рельса при наезде на него колеса со стороны зазора необходимо, чтобы площадь соприкосновения колеса с верхней гранью головок рельсов при переходе через зазор была как можно больше удалена от зазора. При этом давление колеса через принимающий рельс на полотно железной дороги будет распределяться на большей площади верхней грани головки рельса и полотна железной дороги, что приведет к снижению удельного давления на рельс и полотно железной дороги и к увеличению срока их эксплуатации.
Для достижения вышеуказанного при выполнении цилиндрических поверхностей 7 и 8 длина m зазора 3 должна быть наибольшей, т.е. соответствовать наиболее холодному времени суток. В этом случае при повышении температуры окружающей среды зазор 3 будет уменьшаться, а расстояние от зазора 3 до участка соприкосновения колеса с верхней гранью головки принимающего рельса при переходе колеса через зазор увеличиваться.
Для уменьшения силы удара о торец принимающего рельса направляющая, вдоль которой движется образующая цилиндрических поверхностей 7 и 8, должна плавно переходить в горизонтальную плоскость верхних граней головок рельсов.
Способ эксплуатации железной дороги, включающей движение по ней транспортных средств, заключается в том, что движение транспортных средств осуществляют по указанной выше железной дороге.
Для достижения технического результата часто бывает достаточным, чтобы на железной дороге, содержащей направляющую рельсовую колею, образованную состыкованными с зазором рельсами, верхняя грань головки, по меньшей мере, одного рельса в области зазора была выполнена с наклоном в сторону зазора. При этом плоскость наклона должна плавно переходить в горизонтальную плоскость верхней грани головок рельсов.
Способ эксплуатации железной дороги, включающей движение по ней транспортных средств, заключается в том, что движение транспортных средств осуществляют по указанной выше железной дороге.
Реализация предложенного технического решения при всей его, казалось бы, незначительности даст значительный экономический эффект. Обеспечение наклона поверхности катания принимающих рельсов в сторону отдающих рельсов осуществимо технически, к примеру, путем снятия металла с помощью фрезы или наждачного круга.
В соответствии с договором о патентном праве PLT за исключением тех случаев, когда из контекста следует иное, слова в единственном числе включают слова во множественном числе и наоборот.
Преимущества предложенных технических решений.
1. Снижаются энергозатраты на перевозку пассажиров и грузов по железной дороге.
2. Уменьшается удельное давление колеса транспортного средства на головку рельса в области зазора.
3. Увеличивается срок службы рельсов и транспортных средств и уменьшается производимый колесами при переходе через зазор характерный стук колес, влияющий на окружающую среду и здоровье человека.
4. В течение значительного времени года (когда зазор не является наибольшим) центр тяжести колеса транспортного средства в момент соприкосновения с принимающим рельсом при переходе через зазор удален от вертикальной грани торца принимающего рельса, что уменьшает удельное давление рельса на полотно дороги и увеличивает срок его эксплуатации, а также уменьшает изгибающий момент, действующий на рельс в области зазора со стороны колеса.
5. Увеличивается срок эксплуатации железной дороги и подвижного состава.
6. Минимизируются последствия смещения торцов рельсов по вертикали при их укладке в рельсовую нить.
7. Уменьшается угон рельсов.