ПРОМЕЖУТОЧНОЕ БЕЗБОЛТОВОЕ КРЕПЛЕНИЕ РЕЛЬСОВ
INTERMEDIATE BOLT FREE FASTENING OF RAILS

Изобретение относится к области строительства железных дорог, в частности к конструкции промежуточного безболтового крепления рельсов к рельсовой подкладке.
Известно промежуточное раздельное крепление рельсов патента RU №2486306 [1]. В этом креплении усилие прижима рельса клеммами передается от крепежных шпилек набором листовых пружин. Предложенная конструкция исключает возможность превышения допустимых нагрузок на детали крепления. Недостатком конструкции этого патента является много детальность узлов крепления.
Прототипом заявленного изобретения выбрана конструкция неразъемного промежуточного крепления рельсов к рельсовой подкладке патента RU №2717281 [2]. Крепление рельса к рельсовой подкладке осуществлено отбортовкой верхних частей реборд, нагретых до 750-800°. К недостаткам данного патента можно отнести отсутствие опыта эксплуатации и ремонта пути с креплением рельс отбортовкой.
Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, является разработка конструкции промежуточного безболтового крепления рельсов с установкой листовых пружин между рельсом и рельсовой подкладкой и замена в узлах крепления болтового на заклепочное соединение.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности крепления за счет постоянных сил сжатия листовых пружин и снижения затрат на текущее содержание пути за счет применения заклепочного соединения.
Указанный технический результат достигается тем, что в промежуточном безболтовом креплениии рельсов, включающее рельс и рельсовую подкладку, в центре рельсовой подкладки закреплена двухступенчатая ось, на которую последовательно установлены опорный лист и листовая пружина, а затем опущен рельс, который с двух сторон прижат к листовой пружине прижимными планками, приклепанными к ребордам рельсовой подкладки.
Описание чертежей:
Фиг. 1 - промежуточное безболтовое крепление рельсов;
Фиг. 2 - вид А фиг. 1;
Фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 1;
Фиг. 4 - листовая пружина;
Фиг. 5 - вид В фиг. 4;
Фиг. 6 - упрощенный разрез сборки рельса с рельсовыми подкладками.
Промежуточное безболтовое крепление фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 состоит из рельса 1, рельсовой подкладки 2, двух прижимных планок 3, двух заклепок 4, листовой пружины 5, опорного листа 6, двухступенчатой оси 7. При сборке, между подошвой рельса 1 и верхней плоскостью средней части листовой пружины 5 заложен зазор равный al фиг. 1, фиг. 3. Для выполнения промежуточного безболтового крепления в середине каждой реборды рельсовой подкладки 2 выполнено отверстие 8 с конусом 9 под диаметр стержня и потайную головку заклепки 4 фиг. 1. Такого же диаметра отверстие с конусом под заклепку выполнено в прижимной планке 3 фиг. 1. Длина прижимной планки 3 составляет а2 вид А фиг. 2. Поверхность 10 прижимной планки 3 изготовлена с уклоном равным уклону верхней поверхности подошвы рельса 1 фиг. 1. Горизонтальной плоскостью 11 прижимная планка 3 опирается на верхнюю поверхность реборды рельсовой подкладки 2 фиг. 1, а поверхностью 12 прижимная планка 3 ориентирует свое положение относительно внешней боковой поверхности реборды рельсовой подкладки 2 фиг. 1. Двухступенчатая ось 7 фиг. 1, фиг. 3 имеет размеры - малого диаметра а3 и большого диаметра а4 фиг. 3. Диаметром а3 двухступенчатая ось 7 закреплена в отверстие, выполненное для нее в центре рельсовой подкладки 2 фиг. 3. На диаметр а4 двухступенчатой оси 7 устанавливают опорный лист 6 и листовую пружину 5 фиг. 1, фиг. 3. Опорный лист 6 имеет размеры равные а5 по толщине фиг. 1, аб по ширине фиг. 3. Длина опорного листа 6 равна размеру ширины подрельсовой площадки - а7 фиг. 1. По центру опорного листа 6 выполнено отверстие диаметром а4 фиг. 3. Листовая пружина 5 фиг 4., фиг. 5 изготовлена из листа толщиной а8 фиг. 4, в центре выполнено отверстие 13 диаметром а4 фиг. 5. С двух сторон концы листовой пружины 5 фиг. 4 подогнуты по радиусу а9. На концах листовой пружины 5 выполнены четыре фаски 14 фиг. 5 и две площадки 15 фиг. 4 для опоры на них рельс. Расстояние между площадками 15 равно а10 фиг. 4. Ширина листовой пружины равна а7 фиг. 5, прогиб составляет a11 фиг. 4.
На участке по сборке рельса 1 с рельсовыми подкладками 2 необходимо установить стол (на чертеже не показан), матрицы 16, верхние 20 и нижние 21 гидроцилиндры фиг. 6. (На фиг. 6 показаны только фрагменты пуансонов этих гидроцилиндров). Количество закрепленных матриц 16 на столе должно соответствовать количеству рельсовых подкладок 2, которые будем крепить на одном рельсе 1. Все опорные поверхности 17 матриц 16 должны находиться в одной горизонтальной плоскости.
На каждой матрице 16 закреплены два прямоугольных направляющих стержня 18. Размеры между боковыми поверхностями направляющего стержня 18 соответствуют размерам прямоугольных отверстий для изолирующих втулок рельсовых подкладок типа КБ [3]. Используя направляющие стержни 18, рельсовую подкладку 2 укладывают на верхнюю поверхность 19 матрицы 16. Оси крепежных отверстий каждой рельсовой подкладки 2 после сборки должны совпадать с осями крепежных отверстий шпалы. В отверстие рельсовой подкладки 2 вставляют двухступенчатую ось 7, на которую последовательно устанавливают опорный лист 6, листовую пружину 5. Одно промежуточное безболтовое крепление рельса 1 с рельсовой подкладкой 2 выполняют операцией клепка двумя верхними гидроцилиндрами 20 и двумя нижними гидроцилиндрами 21. Для нижних пуансонов гидроцилиндров 21 в матрице 16 выполнены отверстия 22. На установленную в рельсовой подкладке 2 листовую пружину 5 опускают рельс 1. Вставляя в отверстия 8 реборд рельсовых подкладок 2 заклепки 4, помещают на рельс 1 две прижимные планки 3. Верхними пуансонами гидроцилиндров 20 прижимают прижимные планки 3 с заклепками 4 к верхней поверхности реборд рельсовой подкладки 2. Во время прижима верхними пуансонами гидроцилиндров 20, нижние пуансоны гидроцилиндров 21 выполняют клепку, деформируя листовую пружину. После деформации листовой пружины 5 и клепки возникают силы сжатия листовой пружины 5, которые прижимают рельс 1 к прижимным планкам 3, приклепанным к рельсовой подкладке 2. Рельс 1 и рельсовая подкладка 2 образуют промежуточное безболтовое крепление. Далее рельсы с рельсовыми подкладками поступают на сборку со шпалами.
Промежуточное безболтовое крепление рельса, уложенного на рельсовые подкладки с листовыми пружинами, работает следующим образом.
Разрядку температурных напряжений бесстыкового пути, сопротивление угону рельс при прохождении подвижного состава воспринимают силы сжатия листовых пружин с учетом коэффициента трения. Величина силы сжатия листовой пружины зависит от ее размеров и величины деформации.
Прохождение подвижного состава сопровождается упругой деформацией рельс. При проезде колес подвижного состава над рельсовой подкладкой, зазор между подошвой рельса и верхней плоскостью средней части листовой пружины исчезает. Наличие зазора между подошвой рельса и верхней плоскостью средней части листовой пружины исключает увеличение нагрузок на заклепочные соединения прижимных планок с ребордами соседней рельсовой подкладки. Предложенную конструкцию промежуточного безболтового крепления рельс можно применить для железобетонных шпал с рельсовыми подкладками типа КБ [3] (без пазов для клеммных болтов). Условием применения является изменение формы отверстий в узле раздельного крепления шпалы. Круглые крепежные отверстия рельсовой подкладки типа КБ необходимо выполнить продолговатыми.
Возможен вариант крепления рельса с рельсовой подкладкой отбортовкой верхних частей реборд. Высота реборд рельсовых подкладок должна превышать суммарную толщину края подошвы рельса и толщину листовой пружины с опорным листом на 20 -25 мм.
Функцию листовой пружины может выполнить рессора из двух листов. При одинаковой нагрузке на листовую пружину или рессору из двух листов, у последней больше величина прогиба.
Сборка рельс с рельсовыми подкладками типа КД [3] отличается конфигурацией направляющих, которые нужно закрепить на каждой матрице. Направляющие можно изготовить под диаметр крепежных отверстий рельсовых подкладок типа КД. Необходимо также учесть наличие уклона подрельсовой площадки.
Выбор деталей и их размеров обусловлен следующими обстоятельствами. Величина зазора al рекомендуется равной (0,1-0,2) от a11 - величины прогиба листовой пружины. Зазор получают, когда сумма толщины опорного листа с листовой пружиной и толщиной подошвы рельса у края меньше высоты реборды на величину зазора.
Длина прижимной планки а2 при одной заклепке может составить 40-50 мм. Для повышения надежности заклепочного соединения возможно применение крепления из двух и более заклепок на одной реборде. Заклепки рассчитывают на прочность при максимальном усилии прижима рельсом листовой пружины.
Диаметр а3 двухступенчатой оси, закрепленной в рельсовой подкладке, необходимо рассчитать на срез. Усилие среза равно максимальному усилию сжатия листовой пружины с учетом коэффициента трения. Толщина опорного листа а5 должна гарантировать зазор между листовой пружиной и рельсовой подкладкой. Ширина опорного листа а6 должна обеспечить надежность опоры рельса на рельсовую подкладку и не завышать общую длину листовой пружины при ее расчетах. Величина ширины опорного листа а6 может составить половину длины рельсовой подкладки.
Ширина а7 листовой пружины равна размеру ширины подрельсовой площадки. Размер радиуса Ra9 подгибки концов листовой пружины выбирают конструктивно. Этот радиус должен обеспечить выполнение прогиба равного a11 и необходимую длину горизонтальной средней части листовой пружины. Четыре фаски на концах листовой пружины предназначены для выдувания пыли и песка из щели между рельсом и листовой пружиной при прохождении подвижного состава.
При расчете толщины листовой пружины [4] необходимо задаться нагрузкой на листовую пружину при прогибе равным (0,9-0,8)а8. Эта нагрузка должна быть равной необходимому усилию прижима рельса на одной рельсовой подкладке. Так же нужно задаться рабочей длиной листовой пружины равной (а10-а6). Эта величина может быть равной 2-3 величины длины рельсовой подкладки. По этим данным предварительно рассчитываем толщину листовой пружины, которую округляем до ближайшей стандартной толщины листа.
Предложенная конструкция промежуточного безболтового крепления обеспечивает следующие результаты:
- между рельсом и рельсовой подкладкой установлена листовая пружина, размеры которой создают необходимое и постоянное монтажное натяжение узла скрепления рельс;
- наличие зазора между рельсом и верхней плоскостью средней части листовой пружины исключает превышение нагрузок узла скрепления рельс.
- промежуточное безболтовое крепление рельса к рельсовой подкладке выполнено прижимными планками, приклепанными к ребордам рельсовой подкладки, что снижает затраты на текущее содержание пути;
предложенную конструкцию промежуточного безболтового крепления можно применять с рельсовыми подкладками типа КБ или КД.
Источники информации:
1. Патент RU 2 486 306, опубликовано 27.06.2013, бюл. №18
2. Патент RU 2 717 281, опубликовано 18.03.2020, бюл. №8
3. ГОСТ 16277-2016
4. А.А. Попов Л.Л. Шадур Расчет вагонов на прочность, Трансжелдориздат, М, 1960 г.