БОЛТ СТЫКОВОЙ

Полезная модель относится к конструкциям стержневых крепежных изделий верхнего строения железнодорожного пути, а именно к болтам для скрепления накладками стыков железнодорожных рельсов.
Известен болт для рельсовых стыков железнодорожного пути, содержащий стержень с гладким и резьбовым участками, головку куполообразной формы и подголовок овального поперечного сечения (Горячая штамповка крепежных изделий / В.В.Кривощапов, О.С.Железков, П.Е.Левченко и др. - Магнитогорск: МиниТип, 1997, с.10, рис 2).
Известная конструкция болта обладает сравнительно низкой выносливостью. В процессе эксплуатации болты испытывают значительные циклически изменяющиеся нагрузки, в результате действия которых часто происходит разрушение болтов в местах соединения головки с подголовком и подголовка со стержнем, так как в этих местах возникает значительная концентрация напряжений. Таким образом, недостатком болтов известной конструкции является сравнительно низкая способность сопротивляться разрушению под действием циклически изменяющихся напряжений (выносливость - прочность при циклически изменяющихся напряжениях).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является болт для рельсовых стыков железнодорожного пути, содержащий стержень с гладким и резьбовым участками, головку куполообразной формы и подголовок овального поперечного сечения с галтельным переходом от головки к подголовку. Гладкая стержневая часть болта, примыкающая к подголовку, имеет поперечное сечение в виде круга с диаметром, примерно равным 0,92 от наружного диаметра резьбы (ГОСТ 11530-93 «Болты для рельсовых стыков железнодорожного пути»).
Недостатком данной конструкции болтов также является сравнительно низкая способность сопротивляться разрушению под действием циклически изменяющихся напряжений (выносливость - прочность при циклически изменяющихся напряжениях).
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение циклической прочности болтов за счет уменьшения концентрации напряжений и увеличения площади поперечного сечения в месте перехода от головки к стержню.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении прочности болта при циклически изменяющихся напряжениях.
Согласно предлагаемой полезной модели у известного стыкового болта, содержащего стержень с гладким и резьбовым участками, головку куполообразной формы и подголовок овального поперечного сечения с галтельным переходом от головки к подголовку, на гладком участке стержня в зоне примыкания к подголовку выполнен участок конической формы, который в зоне примыкания к подголовку в поперечном сечении имеет форму эллипса с большой осью, равной 1,16÷1,20 диаметра гладкого участка стержня, и меньшей осью, равной 1,05÷1,10 диаметра гладкого участка стержня.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид стыкового болта; на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1 в месте перехода от подголовка к стержню.
а
Болт стыковой содержит стержень с гладким 1 (фиг.1) и резьбовым 2 участками, головку 3 куполообразной формы и подголовок 4 овального поперечного сечения с галтельным переходом 5 от головки к подголовку. На гладком участке 1 стержня в зоне примыкания к подголовку 4 выполнен участок 6 конической формы. Этот участок в зоне примыкания к подголовку 4 в поперечном сечении имеет форму эллипса 7 (фиг.2), у которого большая ось  равна 1,16÷1,20 диаметра d гладкого участка стержня, а меньшая ось b=(1,05÷1,10)d.
Стыковой болт работает следующим образом. При монтаже железнодорожного пути в местах стыков между подошвой и головкой с каждой стороны соединяемых рельсов размещаются накладки в виде пластин с отверстиями овальной формы. Накладки устанавливаются таким образом, что отверстия в накладках совмещаются с отверстиями в рельсах, и в них устанавливаются стыковые болты, причем подголовок 4 (фиг.1) овальной формы размещается в отверстии одной из накладок, а со стороны другой накладки на резьбовой участок 2 болта с помощью динамометрического ключа навинчивается гайка, которой создается определенное усилие затяжки. Во время движения подвижного состава со стороны колес на рельсы передаются усилия, которые в местах стыков рельс частично воспринимаются накладками и от них передаются на стыковые болты. При этом стыковые болты испытывают переменные во времени осевые растягивающие силы, вызывающие возникновение циклически изменяющихся напряжений в теле болтов. Изменение конструкции болтов путем выполнения коническим участка 6 стержня в зоне примыкания к подголовку 4, позволяет снизить концентрацию напряжений и увеличить площадь поперечного сечения в вышеуказанном месте, что обеспечивает повышение прочности соединения головки 3 со стержнем при циклически изменяющихся нагрузках.
По инициативе авторов были изготовлены опытные партии стыковых болтов М 24×150 с различным конструктивным выполнением участка перехода от подголовка к стержню. Болты изготавливались из стали марки ст.35, взятой из одной плавки. После горячей штамповки головки и накатки резьбы вхолодную, болты подвергались термической обработке, которая включала закалку и отпуск.
Опытная партия болтов в лабораторных условиях была испытана на разрыв с использованием «косой» шайбы и на выносливость от циклических нагрузок. Результаты испытаний представлены в таблице.
Таблица.Результаты испытаний стыковых болтов на разрыв и циклическую нагрузку
Размеры поперечного сечения в месте перехода от подголовка к стержню
Нагрузка в момент разрушения, кН
Количество циклов до разрушения
Примечание
<i>a</i>=b=d=22,0 мм
295
1,35×10<sup>6</sup>
Отрыв головки
<i>a</i>=25,5 мм; <img file="00000002.tif" he="10" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" />
324
1,46×10<sup>6</sup>
Часть болтов разрушилась по резьбе, а часть - за счет отрыва головки
b=23,1 мм; <img file="00000003.tif" he="10" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" />
<i>a</i>=26,4 мм; <img file="00000004.tif" he="10" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" />
348
1,56×10<sup>6</sup>
Разрушение по резьбе
b=24,0 мм; <img file="00000005.tif" he="10" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" />
<i>a</i>=11,5 мм; <img file="00000006.tif" he="10" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" />
350
1,58×10<sup>6</sup>
Разрушение по резьбе
b=24,0 мм; <img file="00000007.tif" he="10" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" />
a
а
Анализ результатов испытаний показали, что у болтов предлагаемой конструкции с эллиптической формой поперечного сечения в месте перехода от подголовка к стержню при  и  статическая прочность соединения головки со стержнем увеличивается на 10-18%, а количество циклов до разрушения возрастает на 8-16% по сравнению со стыковыми болтами традиционной конструкции, у которых =b=d. Увеличение размера  на величину более, чем 1,20 d практически не повышает прочности болтов в целом, так как в этом случае разрушение болтов происходит по резьбе. Размер b не может быть более 1,1 d по конструктивным соображения, так как этот размер не может быть больше ширины подголовка, который равен наружному диаметру резьбы.