УЗЕЛ РЕЛЬСОВОГО СКРЕПЛЕНИЯ

Полезная модель относится к области железнодорожного строительства, а именно к верхнему строению пути - рельсовым скреплениями предназначенным для использования в бесстыковом и звеньевом пути с рельсами типа Р65, Р75 на железобетонных шпалах и безбалластных железобетонных основаниях.
Из уровня техники известны следующие решения.
Известно рельсовое скрепление, содержащее вкладыш для железобетонной шпалы, изолирующий рельс, прутковую пружинную клемму, имеющую три петли, две из которых сформованы возле концевых участков, направленных в одну сторону, а третья петля размещена на верхней наклонной поверхности вкладыша, заделанный в шпалу анкер для удержания клеммы, который в вертикальной стенке имеет отверстие для размещения концевых участков клеммы, изолирующая вставка анкера, изолирующий вкладыш (боковой изолятор) выполняющий роль регулировочного элемента рельсовой колеи и подрельсовую амортизационную прокладку (патент РФ №57289, опубликован 10.10.2006).
Также известно рельсовое скрепление, содержащее крепежное приспособление для удержания клеммы, размещаемое смежно фланцу рельса, и клемму, устанавливаемую в приспособлении, замкнутая часть клеммы расположена с возможностью опирания на подошву рельса в положении окончательного монтажа (рабочее положение). Приспособление для удержания клеммы снабжено двумя изоляторами от рельса, размещенным между упомянутым устройством (анкером) и рельсом, и выполненным из электроизолирующего материала из двух пластиноподобных частей, примыкающих друг к другу под углом, большим 0°, и имеющим величину, при которой первая из частей размещена на части базового элемента приспособления для удержания клеммы, а вторая часть установлена в контакте с наружной поверхностью указанного приспособления, примыкающей к ней и смежной по отношению к подошве рельса, при этом упомянутый изолятор снабжен средством для его позиционирования, центрирования относительно устройства для фиксации клеммы (патент РФ №2125626, опубликовано 27.01.1999).
Наиболее близким аналогом патентуемого решения выбрано рельсовое скрепление включающее анкер, клемму рельсового скрепления, изолирующий вкладыш анкера, монтируемый в железобетонное основание и подрельсовую амортизационную прокладку. Анкер содержит головку и стержень. Y-образный стержень соединен с нижней стороной головки у концов верхних лап Y-образного стержня, и имеет изогнутую часть у другого конца Y-образного стержня для его фиксации в бетоне, в который он заделан во время производства шпалы, и препятствования удалению стержня из бетона. Головка содержит две расположенные на расстоянии друг от друга соединяемые стенки, выполненные с возможностью размещения между ними участка клеммы рельсового скрепления, подлежащей удерживанию, и 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, удерживая его от продольного смещения во время эксплуатации. Уплотнительная пластина, выполняющая роль дополнительного изолятора, также заделана в бетонную шпалу таким образом, что верхняя сторона уплотнительной пластины расположена заподлицо с верхней поверхностью шпалы, содержит выступы на стороне, противоположной стороне, прилегающей к рельсу, в зазоры на поверхности которых вводят свободные концы клеммы, имеющие скошенные края и углубления на поверхности клеммы на расстоянии от скошенного края, при этом скошенные края взаимодействуют с первыми выступами на нижних поверхностях стенок анкера в монтажном положении, а углубления клеммы взаимодействуют со вторыми выступами на нижних поверхностях стенок анкера в рабочем положении (патент РФ №159985, опубликован 27.02.2016).
Недостатки известных решений заключаются в наличии точек нагрузки в узле только в точках сцепления анкера и клеммы в области нижних поверхностей стенок головки анкера и скошенных концов свободных участков клеммы, и в области перехода от нижней части анкера к головке, по существу, под прямым углом, что вызывает неравномерную нагрузку по всему узлу крепления и может повлечь появление дефектов на шпалах и рельсах в местах крепления из-за создания концентрации напряжений в точках сцепления компонентов и нагрузки на рельсы и шпалы, а так же в отсутствии решений по дополнительной изоляции деталей узла.
Техническая проблема заключается в устранении указанного недостатка.
Поставленная задача решается модификациями конструкций компонентов узла рельсового скрепления в местах их соединения путем добавления в шпалу дополнительного изолятора, а также усиления анкерной части геометрии для более точечного распределения нагрузок возникающих в процессе эксплуатации.
Техническим результатом патентуемой полезной модели является равномерное распределение нагрузки на скрепляемые рельс и шпалу с прижатием рельса по всей рабочей площади узла скрепления за счет дополнительной изоляции и усиления анкерной части узла для увеличения точек нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации, с одновременным уменьшением напряжения в каждой точке, что уменьшает изнашиваемость деталей узла, повышает срок службы всего рельсового скрепления и его компонентов.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции узла включающего в себя: рельсовую прокладку, два анкера, каждый из которых имеет У-образную нижнюю часть и два параллельных профиля на верхней части с передними, верхними и боковыми стенками, две изолирующие вставки анкера, два изолирующих боковых вкладыша, две клеммы и два прижимных изолятора, отличающийся тем, что с обеих сторон подрельсовой прокладки закреплены изолирующие боковые вкладыши с возможностью регулировки ширины рельсовой колеи, каждый из которых выполнен в виде рамной конструкции с двумя выступами с выемками и выступом между ними, в которые вставлены передние стенки профилей верхней части анкера, а также с вырезом на стороне, противоположной выступам, в который вставлен выступ на изолирующей вставке анкера, и посадочными выступающими поверхностями для установки задних частей профилей верхний части анкера, а на противоположной стороне изолирующей вставки анкера выполнено углубление с двумя вырезами, в которые вставлены верхние грани нижней У-образной части анкера, утолщенной по направлению к верхней части, на поверхности изолирующей вставки анкера между двумя вырезами и выступом имеются два Г-образных выступа, зацепляющихся за края отверстия в нижней части анкера, нижняя поверхность изолирующей вкладки анкера имеет установочные выступы, размещенные в областях углов вкладки, клемма М-образной формы, имеющая две свободные области с удлиненными выемками и скошенными краями и одну замкнутую область, закрытую прижимным изолятором с уступом на нижней поверхности и крышкой между выступающими из изолятора частями клеммы, закреплена в анкере таким образом, что в выемки на свободных концах вставлены выступы на нижних поверхностях верхних стенок профилей верхней части анкера, а уступ на прижимном изоляторе входит в зацепление с выступом в нижней части головки анкера между боковыми стенками профилей верхней части анкера.
За счет выполнения нижней части анкера утолщенной кверху и соединения широкой своей части с нижней поверхностью верхней части общее положение анкера при его монтаже в шпалу уравновешивается за счет перемещения центра тяжести с передней части в среднюю область анкера (ориентировочно в области соединения боковых стенок профилей верхней части анкера. Выполнение выступа в месте соединения профилей в верхней части головки обеспечивает дополнительное взаимодействие с прижимаемой клеммой в монтажной и в рабочей позициях. В бетонную смесь при изготовлении шпалы вместе с нижней частью анкера заливается его изолирующая вставка, выполнение ее с выступами на нижней поверхности в областях углов пластины, погруженными в бетон, обеспечивают надежную посадку вставки в основание и распределение нагрузки на, по меньшей мере, четыре точки, соответствующие местоположениям выступов. Уступ на прижимном изоляторе взаимодействует с выступом, выполненным между боковыми стенками профилей в верхней части анкера в монтажном положении узла и с выступом между двумя выступами с выемками на боковом вкладыше, что добавляет еще одну точку приложения нагрузок и снижает нагрузку с точек взаимодействия между свободными краями клеммы и верхними стенками профилей верхней части анкера. Крышка прижимного изолятора обеспечивает не только защиту полости изолятора от загрязнений, но и уравновешивает давление, оказываемое на свободные концы клеммы, выходящие из изолятора, играя роль распорки между указанными концами клеммы. Рамная конструкция бокового вкладыша, обхватывающая по периметру изолирующую вкладку анкера, с выступающими поверхностями для размещения задней части нижней поверхности анкера и передние поверхности для размещения передних стенок профилей верхней части анкера также обеспечивает равномерное распределение боковой нагрузки от рельса по всем деталям узла. Кроме того, такая конструкция бокового вкладыша позволяет при износе рельсовой колеи позволяет заменить его в узле без смены рельса и подрельсовой оснастки (то есть смена бокового вкладыша на вкладыш другого размера позволяет менять ширину рельсовой колеи без замены рельса).
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.
Фиг. 1 - общий вид анкера сверху.
Фиг. 2 - общий вид анкера снизу.
Фиг. 3 - общий вид бокового вкладыша сверху.
Фиг. 4 - общий вид бокового вкладыша снизу.
Фиг. 5 - общий вид изолирующей вставки анкера сверху.
Фиг. 6 - общий вид изолирующей вставки анкера снизу.
Фиг. 7 - общий вид прижимного изолятора сверху.
Фиг. 8 - общий вид прижимного изолятора сбоку в разрезе.
Фиг. 9 - общий вид прижимного изолятора сверху без крышки.
Фиг. 10 - общий вид прижимного изолятора снизу.
Фиг. 11 - общий вид клеммы.
Фиг. 12 - схема монтажа узла, монтаж анкера и его изолирующей вкладки, вид сверху.
Фиг. 13 - схема монтажа узла, монтаж анкера и его изолирующей вкладки, вид сбоку.
Фиг. 14 - схема узла рельсового скрепления в монтажном положении, вид сверху.
Фиг. 15 - схема узла рельсового скрепления в монтажном положении, вид сбоку в разрезе.
Фиг. 16 - схема узла рельсового скрепления в рабочем положении, вид сбоку.
Узел рельсового скрепления включает два анкера 1, два боковых вкладыша 12, две изолирующие вкладки анкера 15, две клеммы 24, подрельсовую амортизирующую прокладку 25.
Каждый анкер 1 имеет У-образную нижнюю часть 8 и два параллельных профиля 2 на верхней части с передними 5, верхними 3 и боковыми 4 стенками. Передние стенки обращены к боковой поверхности рельса (здесь и далее передняя часть детали подразумевает сторону, расположенную ближе к рельсу, а задняя часть - противоположную). Нижняя поверхность верхней части анкера имеет выступ 6, расположенный между боковыми стенками 4 профилей 2. В задней части нижней поверхности анкера имеется вырез 10, по бокам которого на нижней поверхности выполнены буртики 11. Верхние «ноги» 9 У-образной нижней части утолщены по направлению к верхней части и плавно переходят в нижнюю поверхность верхней части анкера, а книзу нижняя часть имеет изгиб по бокам от места перехода передней поверхности головки анкера в нижнюю выполнены выступы, посредством которых, анкер при заливке в бетон опирается на края отливочной формы. Место перехода верхних стенок профилей в передние стенки выполнено закругленным и имеет выемки. Верхние стенки профилей на нижних своих поверхностях имеют два выступа: один в передней части стенки, другой - в задней части.
При монтаже анкера в бетонную шпалу нижняя его часть 8 заливается в бетон вместе с изолирующей вкладкой 15, при этом выступы 20, расположенные на нижней поверхности вкладки в области углов, также забетонированы. Таким образом, верхняя сторона вкладки расположена заподлицо с верхней поверхностью шпалы. Нижняя поверхность прокладки-изолятора имеет ферменную структуру, где ячейки фермы имеют треугольную форму. Такое исполнение облегчает конструкцию вкладки и упрощает процесс заливки, при котором бетонная масса заполняет ячейки, а выступы в углах дополнительно фиксируют вкладку и играют роль анкерных элементов вкладки.
Изолирующая вставка анкера 15 выполнена в форме пластины и на верхней поверхности имеет выступ 17 и углубление 18, в котором выполнены вырезы 19, в которые вставлены верхние грани 9 нижней У-образной части анкера. Также на поверхности изолирующей вставки анкера между двумя вырезами 19 и выступом 17 имеются два Г-образных выступа 16, зацепляющихся за края 11 отверстия 10 в нижней части анкера 1.
Клемма 24 выполнена из металлического прутка, изогнутого в виде М-образной формы. Клемма имеет две свободные области с удлиненными выемками 26 и скошенными краями 27 и одну замкнутую округлую область, закрытую прижимным изолятором 21.
Прижимной изолятор 21 включает верхнюю стенку, лежащую в горизонтальной плоскости, нижнюю стенку, лежащую в плоскости, параллельной плоскости верхней стенки, две боковые стенки, скругленные по всей своей длине стенок, соединяющих боковые края верхней и нижней стенок, торцевую (переднюю) стенку, соединяющую передние края верхней стенки, нижней стенки и двух боковых стенок. Внутренняя полость изолятора представляет собой желоб, способный вместить округлую часть клеммы 24. Сопряжение нижней стенки и торцевой стенки выполнено с утолщением нижней стенки. В задней части утолщения выполнен расположенный посередине относительно боковых краев уступ 23. На верхней поверхности нижней стенки выполнен расположенный в центральной части выступ, фиксирующий клемму внутри полости. Задняя сторона нижней стенки имеет вырез со скошенным краем. С открытой стороны изолятор имеет крышку 22, представляющую собой пластину с выступом, длина которого равна расстоянию от заднего края нижней стенки до заднего края верхней стенки, а ширина равна расстоянию между участками клеммы, выступающими из полости изолятора.
Клемма закреплена в анкере таким образом, что в выемки 26 на свободных концах вставлены выступы на нижних поверхностях верхних стенок профилей верхней части анкера, а уступ на прижимном изоляторе входит в зацепление с выступом в нижней части головки анкера между боковыми стенками профилей верхней части анкера
Боковой изолятор 12 имеет рамную конструкцию и состоит из опорной передней грани, где выполнены выступы 13 с выемками и посадочной грани, соединенных между собой полыми стержнями. Опорная грань между выступами 13 имеет вырез, в нижней части которого имеется выступ за внутреннюю поверхность опорной грани, причем длина выступа равна длине выреза, а места соединений нижней части выреза и его боковых стенок выполнены скругленными. Посадочная грань имеет две посадочные поверхности 14 в виде двух выступающих Г-образных профиля с углублениями на верхней поверхности, соединенные между собой полым стержнем.
Выполнение стенок скругленными обеспечивает перераспределение нагрузки внутри выреза опорной грани за счет исключения возникновения концентрации напряжений в местах соединения боковых стенок выреза и его нижней части. Выступ в нижней части выреза за счет того, что его длина равна длине самого выреза, по существу, является продолжением выреза и создает дополнительное ребро жесткости опорной грани.
Подрельсовая прокладка 25, размещаемая между анкерами под рельсом, представляет собой полимерную пластину с двумя выступами 27, ориентированными параллельно пластине и обращенными к анкерам, и амортизирующие подушечки 26, размещенные на верхней и нижней поверхностях пластины. Между каждой парой выступов 27 имеются дополнительные «язычки», на которые устанавливаются боковые вкладыши (изоляторы).
Монтаж узла на подрельсовой оснастке осуществляется на предприятии-изготовителе, поставляется вместе со шпалой. Осуществляют монтаж узла следующим образом.
В форму отливки шпалы заливается бетонная масса, на поверхность которой устанавливается анкер, зацепляясь за края формы боковыми выступами, вместе с изолирующей вкладкой 15, соединив их путем вставки выступов 11 анкера с г-образными выступами 16 вставки. Напротив первого анкера аналогичным образом монтируется второй анкер с изолирующей вкладкой, позиционируясь передними стенками 5 друг к другу, на расстоянии, примерно равном ширине рельса (фиг. 11, 12).
Далее устанавливается между анкерами подрельсовая прокладка 25, а с обеих сторон подрельсовой прокладки закрепляются изолирующие боковые вкладыши 12 с возможностью регулировки ширины рельсовой колеи. В выемках выступов 13 вкладышей вставляются передние стенки 5 профилей 2 анкера 1. В посадочные поверхности 14 упираются задние области верхней части анкера. Выступ 17 изолирующей вкладки анкера заходит в вырез между выступающими поверхностями 14 бокового вкладыша 12. В уступ 7 в месте перехода передней стенки профиля в нижнюю часть входит выступ в нижней части выреза между выступами 13 бокового вкладыша 12.
С помощью толщины бокового вкладыша можно регулировать рельсовую колею, выбрав боковой вкладыш необходимой толщины непосредственно для нужной ширины рельса. Таким образом, обеспечивается плотная посадка рельса между вкладышами и равномерная передача боковых нагрузок от рельса к анкерному узлу крепления с обеих сторон рельса.
Клемма 24 вместе с прижимным изолятором 21 устанавливается в анкере. При этом свободные концы своими скошенными концами в монтажном положении входят в зацепление с задними выступами на нижних поверхностях верхних стенок 3 профилей 2. Также в монтажном положении уступ 23 прижимного изолятора входит в зацепление с выступом 6 между профилями 2 анкера (фиг. 14).
В рабочем положении (то есть клемма через прижимной изолятор прижимается к подошве рельса) свободные концы своими скошенными концами в монтажном положении входят в зацепление с задними выступами на нижних поверхностях верхних стенок 3 профилей 2. Утолщенная нижняя поверхность анкера с уступом обеспечивает увеличение площади контактной поверхности прижимного изолятора и подошвы рельса.