АНКЕР РЕЛЬСОВОГО СКРЕПЛЕНИЯ

Полезная модель относится к верхнему строению железнодорожного пути и предназначена для прикрепления рельсов к железобетонным подрельсовым основаниям, таким как шпалы, брусья, плиты, блоки и другие, а также для высокоскоростных магистральных линий с повышенными осевыми нагрузками и высокой грузонапряженностью.
Из патентной документации известен анкер рельсового скрепления, содержащий хвостовик, изготовленный из уголка, одна полка которого является стенкой, а вторая полка является опорой (RU 2228979 С2, 27.10.2003 - с аналогами SU 1401095 А1, 07.06.1988. DE 3820243 А1, 08.02.1990. US 4802623 А, 07.02.1989. US 3428253 А, 18.02.1969).
Известен анкерный болт для крепления рельса, содержащий головку, опорную платформу поддержки и хвостовик. Головка выполнена в виде полукруга, имеющего определенную толщину и размещена на опорной платформе, верхняя часть головки смещена в направлении рельса платформы. Отверстие и канавка для размещения упругого зажима предусмотрены по обе стороны оси головки. Прямоугольные канавки для получения регулирующей втулки располагаются спереди и сзади посередине головки. Прямоугольные выемки для крепления регулирующей втулки предусмотрен спереди, сбоку, обращенной к опорной платформе под рельсом, над опорной платформой. Расстояние от упругого зажима, до опорной платформы головки, равно толщине регулирующей втулки. Нижняя часть головки снабжена опорной платформой, которая сужается в направлении вниз и переходит в хвостовик, хвостовик состоит из двух параллельных вертикальных стенок, соединенных отдельными прямоугольными ребрами, которые образуют поперечные боковые стенки, зазоры между которыми в плоскости продольного сечения хвостовика обеспечиваются сквозными окнами различной высоты: меньшую высоту в верхней части и большую высоту на периферии хвостовика (WO 2017180080 А1, 19.10.2017).
Известно крепежное приспособление, содержащее базовый элемент, который простирается горизонтально и пару удерживающих клемму элементов, которые соединяются на одном его конце с каждым концом базового элемента так, чтобы простираться перпендикулярно к их вертикальным и горизонтальным поверхностям. Паз, сформированный в обращенной наружу стенке каждого удерживающего клемму элемента, обеспечивает проход для приема внешних ветвей клеммы. Удерживающие клемму элементы разнесены друг относительно друга с помощью базового элемента с тем, чтобы ограничить между ними проем для приема внутренних ветвей клеммы. Выступающие вовнутрь выступы, расположенные над проемом верхней части каждого удерживающего клемму элемента, служат для ограничения движения внутренних ветвей клеммы вверх, которое может иметь место вследствие наклона рельса при использовании клеммы. Каждый проход имеет проем на конце удерживающего клемму элемента, который удален от базового элемента и закрывается стенкой на другом конце удерживающего клемму элемента. Крепежное приспособление крепят к бетонному фундаменту рельса с помощью стержня так, чтобы оно выступало из его основания (WO 9312294 А1, 24.06.1993).
Известен анкер рельсового скрепления, имеющий хвостовик, замурованный в шпалу, стенку, ограничивающую боковое перемещение рельса, зацеп для крепления упругой клеммы, прижимающей рельс к шпале, и опору на шпалу. Анкер выполнен из уголка, одна полка которого является стенкой, а вторая - опорой, причем хвостовик выполнен из средней части второй полки, надрезанной возле края и отогнутой в направлении от первой полки (UA 49368 С2, 16.09.2002).
Известно анкерное устройство для удерживания клеммы рельсового скрепления, при этом конструкция вышеуказанного устройства предусматривает отливку бетонной шпалы и содержит головку и стержень, при этом стержень продолжается вниз от нижней стороны головки устройства для заделывания в бетонную шпалу, и головка содержит две расположенные на расстоянии друг от друга соединяемые стенки, выполненные с возможностью размещения между ними участка клеммы рельсового скрепления, подлежащей удерживанию, при этом поверхности для контакта с клеммой, поддерживаемые вышеуказанными стенками, образуют средства для взаимодействия с клеммой и удерживания такой клеммы рельсового скрепления в рабочем положении, в котором клемма опирается на рельс, при этом никакая другая область устройства не предназначена для контакта с клеммой рельсового скрепления и ни одна из вышеуказанных поверхностей для контакта с клеммой устройства не может быть видна когда анкерное устройство находится в рабочем положении, в котором нижняя сторона головки обращена вниз, если смотреть на анкерное устройство сверху вниз в направлении верха головки. Все вышеуказанные поверхности для контакта с клеммой устройства могут быть видны, если смотреть на нижнюю сторону анкерного устройства снизу стержня, когда оно находится в вышеуказанном рабочем положении (RU 159985 U1, 27.02.2016; RU 2269613 С2, 10.02.2006; RU 2434986 С2, 27.11.2011).
Известно средство для крепления рельса к шпале, содержащее закрепленный в шпале анкерный узел с головкой, ограниченной в верхней выступающей наружу части поверхностью заданного профиля и снабженной боковыми каналами для фиксации концов упругой клеммы, контактирующей через изолятор с подошвой рельса, отличающееся тем, что поверхность выступающей верхней части головки выполнена в виде двух смежных плоскостей с различными углами наклона относительно горизонтальной плоскости, причем ближайшая к подошве рельса плоскость выполнена нисходящей, а смежная с ней - восходящей (RU 2235159 С2, 27.08.2004).
Известно крепежное приспособление для удержания клеммы, содержащее средства для обеспечения позиционирования клеммы, отличающееся тем, что упомянутые средства включают в себя базовый элемент и соединенную с ним пару удерживающих клемму элементов, простирающихся вверх, разнесенных друг относительно друга с образованием проема и выполненных с направляющими проходами, направляющие проходы сформированы на соответствующих наружных поверхностях удерживающих клемму элементов. Каждый из направляющих проходов выполнен в виде паза, образованного в боковой стенке соответствующего удерживающего клемму элемента. Каждый из удерживающих клемму элементов выполнен с выступающей вовнутрь частью, простирающейся над упомянутым проемом. Свод каждого упомянутого направляющего прохода выполнен с наклонной вниз частью, простирающейся вдоль него в направлении от его проема. Указанный базовый элемент служит опорой клемме, когда она находится в положении перед сборкой внутри приспособления. Боковые наружные поверхности удерживающих клемму элементов соединены между собой базовым элементом по части своих длин. С базовым элементом соединены смежные концевые части, удерживающие клемму элементов (RU 2125626 С1, 27.01.1999).
Известен анкер рельсового скрепления, содержащий заделываемый в шпалу хвостовик, стенку, ограничивающую боковое перемещение рельса, зацеп для крепления пружинной клеммы, прижимающей рельс к шпале, и опору на шпалу, отличающийся тем, что он выполнен из уголка, одна полка которого является стенкой, а вторая опорой, причем хвостовик выполнен из средней части второй полки, надрезанной у края и отогнутой в направлении удаления от первой полки RU 2228979 С2,27.10.2003). Данное анкерное рельсовое скрепление по патенту не обеспечивает достаточно надежное позиционирование анкера в оснастке для изготовления железобетонной шпалы в процессе ее изготовления.
Также известны анкеры рельсового скрепления, каждый из которых содержит верхнюю часть для установки упругой клеммы из двух кронштейнов, и нижнюю часть в виде двутавра, закрепленную в подрельсовой опоре, при этом с рельсовой стороны в месте перехода верхней и нижней частей выполнен упорный буртик, а с противоположной стороны на концах кронштейнов выполнены опорные выступы, причем ножка двутавра в сечении вытянута вдоль подрельсовой опоры (RU 2293810 C1, 20.02.2005. RU 2116397 C1, 27.07.1998. RU 109456 U1, 20.10.2011).
Близким по технической сущности к представленной в данном описании полезной модели является анкер рельсового скрепления, включающий верхнюю часть для установки упругой клеммы, выполненную из двух кронштейнов, и нижнюю часть в виде двутавра, закрепленную в подрельсовой опоре - железобетонной шпале путем ее замоноличивания (RU 109465U1, 20.10.2011).
Недостатками анкера рельсового скрепления по патенту RU 109465 U1 является неудовлетворительное позиционирование анкера в оснастке для изготовления шпал, что приводит к подтеканию бетона между анкером и оснасткой, а также то, что в работе анкера выявляется недостаточно высокая прочность его соединения с массивом шпалы, поскольку относительно оси симметрии анкера возникают моменты сил, направленные на вырывание анкера из шпалы. Также имеется повышенный износ верхней части каждого кронштейна.
Аналогичные недостатки имеет анкер рельсового скрепления по патенту RU 116504 U1, в котором недостатки устраняются частично. Этот анкер рельсового скрепления включает верхнюю часть для установки упругой клеммы, выполненную из двух кронштейнов, и нижнюю часть в виде двутавра, закрепленную в подрельсовой опоре, при этом с рельсовой стороны в месте перехода верхней и нижней частей выполнен упорный буртик, а с противоположной стороны на концах кронштейнов выполнены опорные выступы, причем ножка двутавра в сечении вытянута вдоль подрельсовой опоры (RU 116504 U1, 27.05.2012 - прототип).
В прототипе решена задача повышения надежности позиционирования анкера в оснастке в процессе изготовления железобетонной шпалы вместе с анкером. Позиционирование позволяет повысить прочность соединения анкера со шпалой. В результате уменьшена возможность возникновения моментов сил, направленных на вырывание анкера из шпалы в процессе эксплуатации анкера. Вышеописанная конструкция анкера позволила также исключить повреждение оснастки при изготовлении в ней шпалы.
Однако, как показала практика, анкер по патенту RU 116504 U1 имеет конструкцию, которая в недостаточной мере позволяет удерживать анкер в массиве бетона шпалы, что связано с геометрией элементов анкера и их взаимным расположением относительно друг друга. Также при формовании шпалы в процессе ее отливки в оснастке анкер работает в контакте с анкерным уплотнителем, который служит для предотвращения протекания бетонного раствора. При этом анкер работает с анкерным колпачком, через который осуществляется фиксация анкера в шпальном гнезде в процессе изготовления шпалы. Учитывая тот факт, что анкерным колпачком является композитный материал, допускающий усилия воздействия на колпачок не менее 0,7 кгс, то как показывает практика, при формовании шпалы на формовочной линии и затяжке прижимного устройства вручную, возникают частые изломы колпачков во время уплотнения бетонного раствора на вибростоле. При этом отследить и предотвратить данные процессы не предоставляется возможным и в результате шпала зачастую подлежит выбраковке или содержит скрытые дефекты. Конструкция анкера, представленная в прототипе, не обеспечивает возможность предотвращения повреждения уплотнителя и изменения его геометрии, что приводит к перекосу анкера при формовании шпалы, снижению прочности соединения анкера со шпалой и снижению надежности анкера в работе.
Как было установлено, ширина буртика от задней стенки анкера в наружную сторону, и длина каждого опорного выступа анкера недостаточны, что приводит к концентрации напряжений на выступах и буртике и снижению надежности анкера.
Общими признаками прототипа и представленного в данном описании анкера являются такие признаки, которые характеризуют анкеры рельсового скрепления тем, что каждый из них включает верхнюю часть, имеющую пару кронштейнов, на концах которых выполнены опорные выступы, и расположенную ниже верхней части нижнюю часть анкера в виде прямой ножки с опорой на конце, при этом в зоне соединения указанных частей анкера выполнен упорный буртик.
Техническим результатом представленным в данном описании полезной модели является повышение надежности анкера.
Технический результат получен анкером рельсового скрепления, включающий верхнюю часть, имеющую пару кронштейнов, на концах которых выполнены опорные выступы, и расположенную ниже верхней части нижнюю часть анкера в виде прямой ножки с опорой на конце, при этом в зоне соединения указанных частей анкера выполнен упорный буртик, причем на торце опоры с ее нижней стороны выполнен полукруглый выступ, смещенный к его передней части и в сторону от продольной оси симметрии прямой ножки, рабочие контактные поверхности упорного буртика и опорных выступов расположены в одной горизонтальной плоскости.
Ширина каждого упорного буртика равна длине каждого опорного выступа.
Длина Lв каждого выступа от торца соответствующего ему кронштейна, а также ширина Lб буртика находятся в пределах от 5 мм до 25 мм.
Ось симметрии полукруглого выступа расположена параллельно продольной оси ножки, а задняя поверхность ножки расположена в базовой плоскости, в которой расположена задняя стенка анкера.
Ось симметрии полукруглого выступа расположена от края опоры на расстоянии от 5 мм до 10 мм, а нижняя точка полукруглого выступа расположена на удалении от указанной базовой горизонтальной плоскости на расстоянии 120-135 мм, при этом высота полукруглого выступа от торца опоры находится в пределах 6-8 мм. Полукруглый выступ смещен за пределы ножки на ее виде снизу.
Конструкция анкера поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен анкер рельсового скрепления, вид сбоку.
На фиг. 2 - анкер, вид спереди.
На фиг. 3 - анкер, вид сверху.
На фиг. 4 - вид А на фиг. 1 (увеличено).
На фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 1.
На фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 1.
На фиг. 7 - размерная схема анкера на виде сбоку.
На фиг. 8 - размерная схема анкера на виде сзади.
Анкер рельсового скрепления содержит верхнюю часть 1, располагаемую в рабочем положении анкера над подрельсовым основанием, которым может быть бетонная шпала, опорная бетонная плита или сплошное бетонное полотно железной дороги. Верхняя часть 1 анкера предназначена для установки в ней упругой клеммы скрепления рельса с анкером, при этом верхняя часть 1 анкера включает два симметрично расположенных относительно продольной оси анкера кронштейна 2 (фиг. 2) Ниже кронштейнов расположена нижняя часть 3 анкера, выполненная в виде ножки 4, имеющей на виде сбоку (фиг. 2) форму двутавра. Ножка в рабочем положении анкера забетонирована в подрельсовом основании (не показано).
В зоне 5 перехода верхней части 1 в нижнюю часть 3 выполнен упорный буртик 6, а с противоположной стороны от буртика 6 на концах кронштейнов 2 выполнены опорные выступы 7 (фиг. 1, 2). Каждый выступ имеет горизонтальную площадку 8, которая расположена на одном уровне с корневой частью наклонной площадки 9 упорного буртика 6. Остальная часть каждой наклонной площадки 9 наклонена к базовой горизонтальной плоскости 10 (фиг. 7) под углом а, равным в пределах 2-10°. Горизонтальная часть площадки 8 находится в плоскости 10.
Нижняя часть анкера простирается вниз от базовой горизонтальной плоскости 10 анкера, а пара кронштейнов 2 простирается в стороны от вертикальной оси 11 симметрии анкера (фиг. 4). Также корневая часть упорного буртика 6 (фиг. 7) расположена в базовой плоскости 12 анкера, а ножка 4 анкера расположена ниже опорных выступов 7.
Каждый опорный выступ 7 (фиг. 1) выполнен удлиненным и его длина Lв находится в пределах от 5 мм до 25 мм от торца 13 кронштейна 2. Упорный буртик 6, расположенный с противоположной стороны от выступов 7, выполнен более широким и его ширина Lб равна длине каждого выступа 7 и также находится в пределах от 5 мм до 25 мм от задней стенки 14 анкера (фиг. 3). При этом задняя анкера выполнена сплошной, она соединяет кронштейны 2 (фиг. 3) и выполнена монолитно с ними.
Ножка внизу имеет опору 15 (пятку), на торце которой выполнен полукруглый выступ 16, смещенный в нижнюю наружную сторону от опоры 15. Выступ 16 также смещен к передней стороне анкера от продольной оси ножки и центральной части опоры. Полукруглый выступ смещен за пределы ножки на виде анкера снизу.
Анкер с каждой его боковой стороны (фиг. 8) ограничен базовой плоскостью 17. Ось 18 (фиг. 1) симметрии выступа 16 смещена относительно оси симметрии опоры 15 и расположена параллельно по отношению к наружной плоскости верхней части ножки (фиг. 7). Внешняя поверхность верхней части ножки 4 (фиг. 7) расположена в базовой плоскости 12.
Ось 18 симметрии полукруглого выступа 16 расположена от края опоры 15 на расстоянии 5-10 мм (фиг. 7), а крайняя нижняя точка полукруглого выступа 16 расположена на удалении от указанной горизонтальной плоскости 10 на расстоянии 120-135 мм. При этом высота полукруглого выступа 16 от торца опоры 15 находится в пределах 6-8 мм. Полукруглый выступ 16 в одном исполнении анкера выполнен монолитно заодно с опорой 15, а в другом исполнении анкера выступ 16 выполнен съемным и закреплен на торце опоры 15 любым известным средством соединения.
Изготавливают анкер следующим образом. Устанавливают в шпальном гнезде опалубки уплотнитель, а затем в уплотнителе устанавливают анкер так, что прижимают его в опалубочной оснастке в заданном положении усилием, действующим на полукруглый выступ 16 в сторону выступа 15. Это исключает перекос анкера от проектного положения, в котором он после заливки в шпале опирается на металлические края шпалы опорными выступами 7 и упорным буртиком 6 (фиг. 3). При этом обеспечивается точная фиксация анкера в шпальном гнезде опалубки и минимизируется риск выбраковки шпалы.
После изготовления шпалы с замоноличенными в нем анкерами, соединяют известным образом шпалы с рельсами и каждый анкер занимает рабочее положение, показанное на фиг. 1. От колес подвижного состава знакопеременные нагрузки передаются на рельсы, подрельсовое основание (шпалы) и анкеры, и при этом каждый анкер испытывает усилия прижатия его к основанию, отрыва от основания и усилия сдвига относительно основания. При этом точность позиционирования анкера в его рабочем положении позволяет ему гасить возникающие нагрузки в заданных расчетных пределах, что повышает надежность работы анкера. Выступ на основании повышает площадь контакта основания анкера со шпалой и снижает концентрации напряжений в материале шпалы. Удлинение выступов и уширение буртика, равенство их длин и ширины позволили в заданных пределах уравновесить моменты сил, действующих на анкер при восприятии им нагрузок от давления прижимной клеммы и других нагрузок.
Закрепленная в шпале прямая ножка анкера, устанавливаемая предпочтительно на наклонной поверхности шпалы, в момент пиковых нагрузок позволяет перераспределить нагрузки так, чтобы от равнодействующей силы образовалась горизонтальная составляющая нагрузка, направленная вдоль шпалы, что уменьшает опасные значения нагрузок, направленные на разрушение соединения анкера со шпалой. При длительной эксплуатации анкера это оказывает существенное влияние на надежность его работы и безопасность движения. Также за счет центрирования анкера посредством выступа и его расположения достигается снижение внутренних напряжений в бетоне.