Регулировочная скоба подрельсовой подкладки

Область техники
Полезная модель относится к конструкции верхнего строения железнодорожного пути, в частности к элементу узла промежуточного рельсового скрепления с пружинными стальными клеммами, прикрепляющими рельс к основанию, а именно к регулировочной скобе, предназначенной для регулировки ширины колеи.
В процессе эксплуатации рельсового скрепления, особенно в кривых участках пути малого радиуса, поперечные выступы подрельсовой подкладки со стороны расположения рельса могут значительно истираться его подошвой. Истирание поперечных выступов наступает также в случае ненадлежащего монтажа рельсового скрепления, а именно, недостаточного усилия затяжки крепежных элементов. В результате происходит увеличение ширины колеи, что снижает эксплуатационную надежность подкладки и рельсового скрепления в целом и влияет на безопасность движения поездов и, как следствие, безопасность пассажиров и сохранность перевозимых грузов.
Для продления службы рельса и установки его в геометрически конструктивно заданное положение применяются регулирующие элементы в виде металлических пластин, закрепляемых на поперечных выступах подрельсовой подкладки, далее - регулировочные скобы. Фиксация регулировочных скоб на поперечный выступ подрельсовой подкладки осуществляется с помощью зацепов, на которые ложится значительная нагрузка из-за возникающих продольных и поперечных горизонтальных колебаний скобы, передающихся от движения колёс железнодорожного состава. Во время колебаний регулировочной скобы в горизонтальной плоскости происходит перераспределение нагрузки с центральной части пластины на боковые части - зацепы, что приводит к возникновению локальных напряжений в точках загиба зацепов - точках концентрации напряжений. Если конструкция зацепов не обеспечивает равномерное распределение этой нагрузки, то в точках концентрации напряжений происходит их преждевременное разрушение. Поэтому конструкция зацепов должна обеспечивать необходимый запас прочности, износостойкости при одновременной надежности фиксации.
Предшествующий уровень техники
Из патентов РФ на полезную модель № 170574 (МПК E01B 9/48, E01B 9/54, E01B 9/66, приоритет 03.10.2016, публикация 28.04.2017) и полезную модель № 175067 (МПК E01B 9/66, приоритет 15.02.2017, публикация 17.11.2017) известно устройство промежуточного рельсового скрепления, содержащее регулирующий элемент и подрельсовую подкладку. Заявленный регулирующий элемент снабжен двумя зацепами, расположенными с противоположных боковых сторон подрельсовой подкладки и охватывающими торцевые участки поперечного выступа подрельсовой подкладки, сопряженного с указанным регулирующим элементом.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является регулировочная пластина, известная из патента РФ № 183452 на полезную модель: «Промежуточное рельсовое скрепление» (МПК E01B 9/48, приоритет 19.01.2018, публикация 24.09.2018). Описанная в патенте регулировочная пластина имеет зацепы, позволяющие фиксировать их на выступах упорной стенки подкладки. При этом регулировочная пластина выполнена в виде металлической пластины ступенчатой формы.
Известные технические решения имеют следующие недостатки. В частных случаях периферийные участки зацепов выполняются дугообразной или С-образной формы, Г-образной или П-образной формы в плане. Указанные выше варианты выполнения зацепов не позволяют обеспечить равномерное распределение нагрузки и, как следствие, из-за концентрации напряжений в точках загиба происходит преждевременное разрушение зацепов регулировочной скобы. На фиг. 1 и 2 показаны участки концентрации напряжений, по которым возможно преждевременное разрушение зацепов выполненных, в частности, Г-образной и С-образной формы.
Практика использования известных изделий также показала, что ненадежными элементами её конструкции являются зацепы, так как их геометрия не обеспечивает необходимый запас прочности из-за возникающих локальных напряжений в точках загиба.
Перед разработчиками стоит задача создать регулировочную скобу, в конструкции которой будет снижено количество точек концентрации напряжений в проблемных участках зацепов. Причем изменение конструкции регулировочной скобы должно повлечь за собой изменение конструкции подрельсовой подкладки для создания геометрически подходящих друг другу пары устройств: подрельсовой подкладки и регулировочной скобы, для осуществления надежной работы последней в процессе эксплуатации рельсового скрепления.
Раскрытие полезной модели
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание регулировочной скобы, конструкция которой будет повышать её износостойкость при сохранении надежности фиксации.
Техническим результатом, достигаемым заявленной полезной моделью, является увеличение равномерности распределения нагрузки на зацеп по всей площади его контакта с поперечным выступом подрельсовой подкладки и, как следствие, уменьшение локальных напряжений в проблемных участках зацепа.
о
Технический результат достигается за счет того, что в  регулировочной скобе подрельсовой подкладки, представляющей собой металлическую пластину ступенчатой формы и включающей центральную часть и боковые части - зацепы для фиксирования на выступах упорной стенки подрельсовой подкладки, зацепы выполнены загибом боковых частей пластины на угол 110-125, при этом загибы выполнены со скруглениями. Предпочтительно радиус скруглений выбирать не менее 5мм.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами (фиг. 1-5), где на фиг. 1 показан частный случаи выполнения зацепов регулировочной пластины в плане Г-образной формы, известный из патента РФ № 183452; на фиг. 2 показан частный случай выполнения регулировочной пластины в плане С-образной формы, известный из патента РФ № 183452; на фиг. 3 показан вид сзади заявленной регулировочной скобы; на фиг. 4 показан вид сбоку (сечение Б-Б); на фиг. 5 показан вид сверху (вид В).
Осуществление полезной модели
Регулировочная скоба выполнена в виде металлической пластины ступенчатой формы, состоящей из центральной части 1 и боковых частей - зацепов 2. Все углы у ступеней и загибы выполнены со скруглениями R. Зацепы 2 выполнены загибом боковых частей пластины на угол, лежащий в диапазоне 110-125°, например 118°. Загиб зацепов 2 выполнен со скруглением 5, радиус которого составляет не менее 5 мм, например 10 мм.
Устройство работает следующим образом.
Во время эксплуатации регулировочная скоба подрельсовой подкладки подвергается знакопеременным динамическим нагрузкам, которая представляет собой момент от вертикальной и боковой сил колеса железнодорожного состава, который проходя через рельс, воздействует на опорную поверхность скобы, вдавливая её в поперечный выступ подрельсовой подкладки. При этом происходят поперечные и продольные горизонтальные колебания регулировочной скобы относительно сопряженной с ней подерельсовой подкладкой, из-за чего нагрузка с центральной части 1 регулировочной скобы перераспределяется на боковые части - зацепы 2. Выполнение зацепов с загибом боковых частей скобы на угол, лежащий в диапазоне 110-125°, и со скруглением, радиус которого составляет не менее 5 мм, позволяет увеличить равномерность распределения нагрузки на зацеп по всей площади его контакта с поперечным выступом подрельсовой подкладки и, как следствие, уменьшить локальные напряжения в проблемных участках зацепа.
При выполнении угла загиба более 125° возникают повышенные локальные напряжения, которые приводят к преждевременным разрушениям регулировочной скобы. Выполнение угла загиба менее 110° приводит к ухудшению фиксации регулировочной скобы на поперечном выступе подрельсовой подкладки. Например, выполнение загиба на угол в 118° снижает количество точек концентрации напряжений в зацепах и, как следствие, повышает износостойкость регулировочной скобы при сохранении надежности её фиксации на поперечном выступе подрельсовой подкладки.
Выполнение зацепов 2 со скруглением, радиус которого менее 5 мм, вызывает повышенные локальные напряжения в проблемных участках загиба зацепа, что может привести к преждевременному разрушению регулировочной скобы. Например, выполнение зацепа с радиусом загиба 10 мм обеспечивает снижение точек концентрации напряжений в зацепах и, как следствие, повышает износостойкость регулировочной скобы.
Функционирование регулировочной скобы в рабочих условиях исследовано с помощью программно-аппаратного комплекса Nastran. В результате исследований виртуальной модели регулировочной скобы выявлено, что совокупность заявленных признаков позволяет обеспечить повышение её износостойкости. Достижение снижения значений локальных напряжений в заявленной регулировочной скобе в сравнении с патентом РФ № 183452 подтверждает, что выполнение зацепов с углом загиба в диапазоне 110-125° и скруглением с радиусом не менее 5 мм позволяет достичь увеличения равномерности распределения нагрузки на зацеп по всей площади его контакта с поперечным выступом подрельсовой подкладки. Результаты расчетов напряжений, представленные в таблице, указываются по заявленной регулировочной скобе в сравнении с регулировочной пластиной, известной из патента РФ № 183452.
Патент РФ № 183452
Заявленная регулировочная скоба
Расчет напряжений осуществлялся программным способом с применением программно-аппаратного комплекса Nastran
Максимальное напряжение
Среднее напряжение
Максимальное напряжение
Среднее напряжение
350-450 МПа
30-50 МПа
200-290 МПа
30-50 МПа
Опытная эксплуатация регулировочной скобы заявленной конструкции показала значительное повышение износостойкости регулировочной скобы по сравнению с патентом РФ № 183452 при сохранении надежности фиксации, то есть достижение поставленной задачи и заявленного технического результата.