Пружинная клемма рельсового скрепления

Полезная модель относится к конструкции верхнего строения железнодорожного пути, в частности, к устройству крепления рельсов к железобетонным шпалам.
Известно рельсовое скрепление для путей на железобетонном основании, содержащее пружинную клемму, конструкция которой выполнена из пруткового материала П-образной в плане формы с отогнутыми внутрь и к полке концами (см. пат. РФ № 2185471, Е01В  9/48).
Недостатком известной конструкции пружинной клеммы является сравнительно низкая усталостная прочность. Это связано с тем, что в сечениях, расположенных на дуговых нашпальных участках и максимально удаленных от точек приложения монтажной нагрузки, возникают значительные циклически изменяющиеcя изгибающий и крутящий моменты, которые при определенном количестве циклов нагружения приводят к поломке клеммы.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является пружинная клемма для железнодорожного рельсового скрепления, выполненная из прутка упругого материала круглого поперечного сечения с образованием В-образной формы в плоскости клеммы. Клемма содержит прямолинейный нарельсовый участок, концы которого плавно переходят в боковые протяженные участки, а расположенные за ними дуговые нашпальные участки - в отогнутые внутрь клеммы концевые участки. При этом часть каждого дугового нашпального участка, расположенная ближе к концевому участку, выполнена с изгибом в плоскости, перпендикулярной плоскости клеммы, а величина кривизны изгиба соизмерима с радиусом прутка клеммы (см. пат. РФ № 2252287, Е01В  9/00, Е01В  9/48).
Недостатком вышеприведенной известной конструкции пружинной клеммы является сравнительно низкая усталостная прочность, так как в процессе эксплуатации она испытывает значительные циклически изменяющиеся напряжения кручения и изгиба, которые приводят к разрушению клеммы в связи с потерей выносливости. В работе (Железков О.С., Виноградов А.Г.  Исследование внутренних силовых факторов, возникающих в пружинных клеммах при их установке / Производство конкурентоспособных метизов. Сб. науч. тр. Вып. 3. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. С. 117-120) представлены результаты исследований клемм подобной конструкции, которые показывают, что наибольшие напряжения от совместного действия изгибающего и крутящего моментов возникают в поперечных сечениях, расположенных на дуговых нашпальных участках.
В работе (Технология производства упругих клемм рельсовых скреплений ЖБР-65: пути совершенствования / Федин В.М., Борц А.И., Кузнецов В.В. и др. // Вести НИИЖТ, 2005, № 5.) представлены результаты испытаний клемм ЖБР-65 на циклическую нагрузку, а также данные об их разрушении в процессе эксплуатации на Горьковской железной дороге. Представленные экспериментальные данные подтверждают тот факт, что наиболее опасные сечения в клеммах подобной конструкции располагаются на дуговых нашпальных участках, то есть в наибольшем удалении от точек приложения нагрузки.
Другой недостаток известной конструкции связан с тем, что часть каждого дугового нашпального участка выполнена с изгибом в плоскости, перпендикулярной плоскости клеммы. Процесс изготовления клеммы такой конструкции связан с повышенными затратами, так как необходимо выполнять дополнительную операцию гибки, для чего требуются специальный штамп, прессовое оборудование и обслуживающий персонал.
Техническая проблема, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении срока эксплуатации пружинных клемм для рельсовых скреплений железнодорожных путей.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в повышении усталостной прочности за счет уменьшения расстояния от точек приложения сил прижатия клеммы до опасных сечений, в которых возникает максимальный момент от действия изгиба и кручения.
Поставленная задача решается тем, что в известной конструкции пружинной клеммы рельсового скрепления, выполненной из прутка упругого материала, изогнутого с образованием прямолинейного нарельсового участка, плавно переходящего сначала в боковые протяженные участки, а затем – в нашпальные дугообразные и в концевые участки, отогнутые внутрь клеммы, согласно изменению, дугообразные нашпальные участки примыкают друг к другу, а меньшие углы между продольными осями прямолинейных нарельсового и боковых протяженных участков составляют угол , равный 70…75°.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен вид в плане на пружинную клемму.
Пружинная клемма рельсового скрепления выполнена гибкой из прутка пружинной стали марки 40С2А или 60С2. Клемма (фиг.1) содержит  прямолинейный нарельсовый участок 1, концы которого плавно изогнуты и переходят в боковые протяженные участки 2. Расположенные за ними дуговые нашпальные участки 3 переходят в концевые участки 4, отогнутые внутрь клеммы. При этом за счет того, что меньшие углы  между продольной осью прямолинейного нарельсового участка 1 и продольными осями боковых протяженных участков 2 составляют 70…75°, дугообразные нашпальные участки 3 примыкают друг к другу.
Изгибание прутка на угол , равный менее 70°,является нецелесообразным из-за усложнения процесса гибки, так как при этом уменьшается радиус дуговых нашпальных участков, что приводит к искажению формы поперечного сечения клеммы (круг превращается в овал). Изгибание прутка на угол , равный более 75°, увеличивает расстояние от точек приложения сил прижатия клеммы к рельсу до опасных сечений, в которых возникают максимальные изгибающие и крутящие моменты, что снижает усталостную прочность клеммы.
Клемма устанавливается на железобетонную шпалу таким образом, что нарельсовый участок 1 укладывается на верхнюю часть полки рельса. Дуговые нашпальные участки 3 соприкасаются с упорной прокладкой, установленной на шпале, при этом между концевыми участками 4 располагается закладной болт. На стержень закладного болта надевается скоба, взаимодействующая с концевыми участками 4 клеммы. При завинчивании гайки на резьбовой участок закладного болта нарельсовый участок 1 прижимает подошву рельса к шпале с определенным усилием. Силы трения, возникающие между рельсом, шпалой и клеммой при движении состава, удерживают рельс от продольного смещения. Созданные необходимые силы прижатия и их сохранение в процессе эксплуатации существенно влияют на надежность работы железнодорожных путей и затраты на их обслуживание.
Разработанная конструкция пружинной клеммы рельсового скрепления позволяет уменьшить расстояние от точки приложения силы прижатия, возникающей при затяжке гайки, навинчивающейся на закладной болт, до опасных сечений на дуговых нашпальных участках, что обеспечивает снижение изгибающего и крутящего моментов, а, следовательно, повышает усталостную прочность и срок эксплуатации клеммы.