Стык рельсовый безударный
SHOCK-FREE RAIL JOINT

Изобретение относится к верхнему строению пути рельсового транспорта.
Известно рельсовое стыковое соединение, описанное в изобретении СССР №1783017 от 11.10.1990 г., МПК Е01В 11/00, которое содержит стыковые накладки, расположенные по обе стороны от рельсов, связанные через шейки рельсов болтами с гайками. Торцы стыкуемых рельсов расположены в плоскостях, перпендикулярных продольной оси рельсов. Стыковое соединение размещается между шпалами, и висящее состояние стыка увеличивает прогиб соединения и износ контактирующих поверхностей рельсов и стыковых накладок. Наличие температурного зазора, расположенного перпендикулярно оси рельсов, приводит к ударам по торцам рельсов при прохождении колес, что ослабляет стыковое соединение, вызывает необходимость подтяжки болтовых соединений и оказывает вредное воздействие на подшипники колесных пар и металлоконструкцию подвижного состава.
Известен безударный рельсовый стык, описанный в изобретении RU 2492285 C1, содержащий примыкающие друг к другу концы рельсов, связанные между собой болтовыми соединениями, отличающийся тем, что стыкуемые рельсы оснащены наконечниками с усиленной до ширины головки шейкой и взаимно проникающими пазами и выступами, выполненными с шириной в одну треть ширины головки и глубиной на две трети высоты рельса, с образованием комплементарных пар и четырех, не совпадающих по вертикали друг с другом, термокомпенсационных зазоров, три из которых расположены на головке рельса, а четвертый - на его подошве.
Недостатком указанного рельсового стыка является сложность изготовления и низкая эксплуатационная надежность, обусловленная неравномерным износом контактирующих под нагрузкой колесных пар подвижного состава пазов и выступов.
Известен рельсовый стык конструкции Л.Н. Буркова, описанный в изобретении RU 2336385 С1, опубликовано 20.10.2008, бюл. №29, МПК (2006.01) Е01В 11/24, в котором соединяемые концы рельсов срезаны под острым углом к их продольной оси и уложено на две соседние шпалы, соединенные вместе стяжками в одно целое. Элементы крепления выполнены в виде фиксаторов, установленных с равным шагом по плоскости разъема стыка, длина которого определяется по формуле и концы которого уложены на две соседние шпалы. Фиксаторы состоят из двух частей: одна в виде центрального болта жестко соединена с одним из рельсов, в вторая в виде шаров с пружинами и опорной тарелкой шарнирно соединена со вторым рельсом с возможностью продольного перемещения одного рельса относительно другого. При этом отверстие под центральный болт во втором рельсе выполнено продолговатым.
Качение колеса по рельсовому стыку в виде косого среза обеспечивает плавность движения без ударов, однако в случае теплового расширения рельсов возможно продольное смещение по косому срезу и выход острого конца косого среза рельсового стыка внутрь колеи, что вызовет вкатывание гребня колеса на поверхность катания рельса и сход колесной пары.
Недостатками данного рельсового стыка является сложность его изготовления и низкая эксплуатационная надежность, допускающая вкатывание гребня колеса на поверхность катания рельса.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является рельсовое стыковое соединение, описанное в изобретении СССР №1769771 от 14.11.1990 г., МПК Е01В 11/24, которое содержит стыковые накладки, расположенные по обе стороны от рельсов, связанные через шейки рельсов болтами. В данной конструкции торцы стыкуемых рельсов срезаны кососимметрично относительно продольной оси рельсов.
К особенностям данной конструкции относится большая длина кососимметричного среза и длина стыковых накладок L, определяемая по формуле
L=KB/tg α, где
K=3…6 - экспериментальный коэффициент;
В - ширина головки рельса;
α - угол среза торца рельса.
Большая длина кососимметричного среза стыка и длина стыковых накладок усложняют технологичность изготовления и монтажа стыка, а при выборе теплового зазора стыка возникает вероятность относительного смещения стыкуемых рельсов по кососимметричному срезу, выхода острого конца срезанного рельса внутрь колеи и вкатывания гребня колеса подвижного состава на поверхность катания рельса, что ухудшает эксплуатационную надежность стыка и обеспечение безопасности движения.
Недостатками данного рельсового стыка является сложность его изготовления и низкая эксплуатационная надежность, допускающая вкатывание гребня колеса на поверхность катания рельса.
Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности рельсового стыка, технологичности его изготовления и монтажа.
Технический результат достигается тем, что в рельсовом стыковом соединении, которое содержит стыковые накладки, расположенные по обе стороны от рельсов, связанные через шейки рельсов болтами, а торцы стыкуемых рельсов срезаны кососимметрично относительно продольной оси рельсов, согласно изобретению кососимметричный срез торцов стыкуемых рельсов выполнен только по верхней части - головке рельса и верхней части шейки рельса до нейтральной оси рельса, а нижняя часть шейки и подошва рельсов срезаны перпендикулярно к продольной оси рельса и плоскость перпендикулярного среза выступает за плоскость кососимметричного среза по продольной плоскости симметрии рельса, образуя в собранном стыке гарантированный зазор между кососимметричными срезами рельсов при контакте нижних частей торцов рельсов по перпендикулярным срезам, причем сопряжение кососимметричного среза верхней части рельса и перпендикулярного среза нижней части рельса выполнено посредством цилиндрической поверхности, ось которой перпендикулярна плоскости симметрии рельса и проходит через нейтральную плоскость шейки рельса.
В случае ошибочной обработки торцевых поверхностей стыкуемых рельсов и отсутствии зазора между кососимметричными срезами в зазор между перпендикулярными срезами вводится стальная прокладка толщиной не менее гарантированного зазора, который должен образоваться между кососимметричными срезами стыкуемых рельсов.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 показан вид сверху на стык в сборе, на фиг. 2 - фронтальный вид по стрелке А стыка в сборе, на фиг. 3 - вид сверху на торцевую часть рельса до сборки стыка, на фиг. 4 - фронтальный вид по стрелке Б на торцевую часть рельса до сборки стыка, на фиг. 5 - фронтальный вид стыка с прокладкой между перпендикулярными срезами.
Стык рельсовый безударный (фиг. 1) содержит стыкуемые рельсы 1, две стыковые накладки 2, расположенные по обе стороны от стыкуемых рельсов 1, связанные через шейки рельсов болтами 3 с гайками 4.
Кососимметричный срез 5 торцов стыкуемых рельсов 1 выполнен только по верхней части - головке рельса и части шейки рельса до нейтральной оси рельса под углом α к продольной плоскости симметрии рельса. Значение угла α принимается в пределах от 20° до 50°, а зависимости от назначения рельсового пути. Нижняя часть шейки и подошва рельсов срезаны перпендикулярно к продольной оси рельса, причем перпендикулярный срез 6 выступает за плоскость кососимметричного среза 5 в сечении по продольной плоскости симметрии рельса на величину S (фиг. 3, фиг. 4), образуя в собранном стыке гарантированный зазор δ=2S sinα (фиг. 1) между кососимметричными срезами 5 рельсов при контакте нижних частей торцов рельсов по перпендикулярным срезам 6. Сопряжение кососимметричного среза 5 верхней части рельса и перпендикулярного среза 6 нижней части рельса выполнено посредством цилиндрической поверхности 7 диаметром d, ось которой перпендикулярна плоскости симметрии рельса и проходит через нейтральную ось шейки рельса.
Диаметр d цилиндрической поверхности 7 должен соответствовать условию
d≥c/tg α,
где α - угол между плоскостью кососимметричного среза и продольной плоскостью симметрии рельса;
с - толщина шейки рельса на уровне нейтральной оси;
В случае ошибочной обработки торцевых поверхностей стыкуемых рельсов и отсутствии зазора между кососимметричными срезами в перпендикулярный срез вводится (фиг. 5) стальная прокладка 8 толщиной не менее гарантированного зазора, который должен образоваться между кососимметричными срезами 5 стыкуемых рельсов при контакте нижних частей торцов рельсов по перпендикулярным срезам 6 с прокладкой 8.
Работает стык рельсовый безударный следующим образом. При движении колес подвижного состава через щелевой зазор между кососимметричными срезами 5 торцов рельсов нагрузка от колеса на рельс передается без удара, обеспечивая минимальное динамическое воздействие на шпалы и балластную призму.
При тепловых деформациях рельсов 1 зазор между кососимметричными срезами 5 изменяется, но остается в пределах допускаемых норм для перпендикулярного среза 6. В случае закрытия теплового зазора между перпендикулярными срезами 6 зазор между кососимметричными срезами 5 остается не менее значения 5, исключая возможность смещения стыкуемых рельсов по кососимметричному срезу и выхода клиновидного конца кососимметричного среза 6 внутрь рельсовой колеи.
Опытный образец безударного рельсового стыка реализован на участке пути с рельсами Р65 по ГОСТ 8160, уложенных на железобетонных шпалах с рельсовым скреплением типа КБ. Кососимметричный срез 5 торцов стыкуемых рельсов 1 выполнен только по верхней части - головке рельса и части шейки рельса до нейтральной оси рельса под углом α=30° к продольной плоскости симметрии рельса. Нижняя часть шейки и подошва рельсов срезаны перпендикулярно к продольной оси рельса. Плоскость перпендикулярного среза 6 выступает на S=1 мм за плоскость кососимметричного среза 5 в сечении по продольной плоскости симметрии рельса, образуя в собранном стыке гарантированный зазор δ=1 мм между кососимметричными срезами 5 рельсов при контакте нижних частей торцов рельсов по перпендикулярным срезам 6. Суммарный размер двух выступов перпендикулярных срезов 2S связан с гарантированным зазором δ между кососимметричными срезами зависимостью δ=2S sinα.
Проверена возможность увеличения гарантированного зазора между кососимметричными срезами 5 за счет введения стальной прокладки 8 (фиг. 5) толщиной Т=2 мм между перпендикулярными срезами 6, при этом гарантированный зазор δ увеличился с 1 мм до 2 мм.
Сопряжение кососимметричного среза 5 верхней части рельса и перпендикулярного среза 6 нижней части рельса выполнено посредством цилиндрической поверхности 7 диаметром d=32 мм, ось которой перпендикулярна плоскости симметрии рельса и проходит через нейтральную ось шейки рельса. На пересечениях цилиндрической поверхности 7 с поверхностями шейки рельса выполнена фаска 2 мм х 45° (на графических материалах не показана), а острые кромки на шейке рельса в области кососимметричного среза и перпендикулярного среза притуплены для снижения концентрации напряжений в шейке рельса от расклинивающего усилия при сжатии накладок 2 болтами 3 с гайками 4.
Накладки 2 являются типовыми накладками стыковыми двухголовыми по ГОСТ 4133, болты 3 также являются типовыми стыковыми болтами по ГОСТ 11530 с гайками 4 по ГОСТ 11532.
Испытания указанного стыка рельсового безударного показали снижение динамического воздействия на рельсы и на четыре ближайшие шпалы под стыковым соединением, что увеличило период между подбивками данных шпал на 20%, снизило эксплуатационные расходы, а также уменьшилась генерация шума при прохождении подвижного состава.
Источники информации:
1. Описание изобретения СССР №1783017 от 11.10.1990 г. Рельсовое стыковое соединение., МПК Е01В 11/00.
2. Описание изобретения к патенту РФ № RU 2492285 C1. Безударный рельсовый стык. Опубликовано 10.09.2013, бюл. №25, МПК (2006.01) Е01В 11/24, Е01В 11/26.
3. Описание изобретения к патенту РФ № RU 2336385 С1. Рельсовый стык конструкции Л.Н. Буркова, опубликовано 20.10.2008, бюл. №29, МПК (2006.01) Е01В 11/24.
4. Описание изобретения СССР №1769771 от 14.11.1990 г. Рельсовое стыковое соединение. МПК Е01В 11/24.