РЕЛЬСОВОЕ СКРЕПЛЕНИЕ

Полезная модель относится к верхнему строению железнодорожного пути и может быть использована в качестве скреплений бесстыкового пути на железобетонных шпалах.
Известны устройства, содержащие эластичные прокладки, помещенные между рельсом и шпалой, анкерные болты, пружинные или прижимные накладки, применяемые для крепления рельсового пути к железобетонным шпалам [Яковлева Т.Г. Железнодорожный путь. - М.: Транспорт, 2001 г., с.29-37.].
Недостатком известных устройств является низкая надежность крепления, значительная трудоемкость технического обслуживания (периодически приходится проверять и подтягивать крепеж), малая демпфирующая способность рельсовых скреплений, что приводит к образованию наклепа на рабочей поверхности рельса и колес, повышенной вибрации рельсошпальной решетки, буксового и опорного узлов тележек и, как следствие из этого, снижению надежности и ресурса указанных узлов. Кроме того, жесткость и ресурс подрельсовых и нашпальных прокладок недостаточны, что приводит к срезу уплотнительных граней прокладок, а также преждевременному разрушению закладных болтов и изолирующих втулок. При каждом отказе уширение колеи составляет 8-9 мм, на одну сторону и является причиной возникновения аварийной ситуации.
Известно рельсовое скрепление, содержащие подрельсовую прокладку, пружинную клемму V-образной формы, прикрепляющую рельс к основанию, клемма включает нашпальные витки, прямолинейную надрельсовую часть, боковые участки и концевые участки, крепежный элемент выполнен в виде шурупа, ввернутого в электроизолирующий
дюбель, замоноличенный в железобетонный шпале, подклеммник, охватывающий дюбель, выполнен в виде уголка, полка которого расположена параллельно подошве рельса, а хвостовик V-образной формы утоплен в соответствующем углублении шпалы, боковые участки и надрельсовая часть клеммы охватывают подклеммник и взаимодействующий с клеммой прижимной элемент, прижимной элемент выполнен в виде скобы, охватывающей концевые участки клеммы, а верхняя часть прижимного элемента взаимодействует с опорной площадкой головки шурупа, поверхность контакта дюбеля с шурупом выполнена с резьбовой вставкой, устанавливаемой в дюбель при изготовлении, подрельсовая прокладка выполнена из полимерной и резиновой прокладок, соединенных в замок, полимерная прокладка контактирует со шпалой, а резиновая прокладка с подошвой рельса, подклеммник может быть выполнен из полимерного материала, а сами подклеммники соединены между собой в подрельсовой зоне, крепежный элемент может быть выполнен в виде болта с шестигранной головкой, заворачиваемый в гайку, замоноличенную в железобетонную шпалу вместе с дюбелем, боковые участки и концевые участки клеммы выполнены по радиусам, при этом концы клеммы расположены ниже боковых ветвей и в рабочем положении контактируют с верхней поверхностью подклеммника [Рельсовое скрепление, патент на полезную модель №32122, МПК 7 Е01В 9/30, опубл. 2003.09.10. Имя патентообладателя: ЗАО «Финансовая техническая компания».].
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком этого скрепления является многоэлементность конструкции, что делает его менее надежным и сложным при изготовлении, при монтаже и демонтаже железнодорожных звеньев.
Кроме того, недостатком скрепления является низкое значение усилия прижима рельса к подкладке (около 13 кН), до которого клемма сохраняет
приемлемые упругие свойства. При дальнейшей затяжке клеммного болта упругость клеммы резко падает, что не позволяет использовать ее для крепления рельсов в пути с высокими осевыми нагрузками. Это объясняется тем, что при нагружении рельса большим осевым усилием от проходящих составов рельс прогибается и усилие его поджатия к подкладке ослабевает до недопустимой величины (менее 10 кН). По данным [Радыгин Ю.Н., Стойда Ю.М. Лабораторные испытания рельсовых скреплений. - Путь и путевое хозяйство. - №12, 2005, с.8-12.] оптимальное значение поджатия соответствует значению около 20 кН.
Кроме того, данное рельсовое скрепление имеет низкую демпфирующую способность из-за малой площади поверхности трения, на которой реализуются проскальзывания и работа сил трения при динамическом нагружении. Вследствие этого происходит передача динамической нагрузки от подвижного состава на рельсовое полотно, что снижает надежность и ресурс рельсового полотна, приводит к образованию наклепа на рабочей поверхности рельсов и колес, снижает надежность буксового узла и др.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции, повышение надежности и ресурса, за счет повышения диссипативных свойств конструкций, существенно улучшающего вибрационные характеристики системы, повышение усилия прижатия рельса к подкладке при больших осевых нагрузках на рельс, что способствует надежности самого рельсового скрепления.
Технический результат достигается тем, что в рельсовом скреплении, содержащем подрельсовую прокладку, пружинную клемму, прикрепляющую рельс к основанию, крепежный элемент с шестигранной головкой, ввернутого в гайку, замоноличенную в железобетонную шпалу вместе с электроизолирующим дюбелем и прижимной элемент, причем пружинная клемма, выполнена в виде многожильного стального каната,
который заневолен в кондукторе и поджат к рельсу прижимным элементом, который выполнен в виде пакета стальных упругих пластин и охватывает пружинную клемму, поджимая крепежный элемент к пружинной клемме и рельсу, а многожильная пружинная клемма из стального упругого каната свернута в квазинепрерывное кольцо, заневоленное в кондукторе.
На фиг.1 показано рельсовое скрепление, вид в плане с удаленными пакетами прижимных пластин и головками болтов (Разрез по А-А).
На фиг.2 показан разрез по Б-Б рельсового скрепления.
На фиг.3 показана технология изготовления квазинепрерывного кольца из многожильного упругого стального каната.
На фиг.4 показано то же кольцо после заневоливания в кондукторе.
Рельсовое скрепление включает прижимные клеммы 1, крепежный болт 2, ввернутый в гайку (на рисунках не показана), замоноличенную в железобетонную шпалу 3, рельс 4, прижимной элемент 5 в виде пакета стальных упругих пластин, подрельсовую прокладку 6, стальную подкладку 7 и упругую прокладку 8.
Рельсовое скрепление собирают следующим образом: вначале заневоливают многожильный стальной канат 1 в специальном кондукторе, обрезают и опаивают его концы, затем устанавливают на бетонную шпалу 3 прокладку 8, подкладку 7 и прокладку 6. Далее устанавливают на шпалу 3 рельс 4, пружинную клемму 1, прижимной элемент 5 и поджимают клемму 1 и элемент 5 крепежным болтом 2 к основанию рельса 4.
Рельсовое скрепление работает следующим образом.
Заданное усилие прижатия рельса (20кН) обеспечивают тарированной затяжкой крепежного болта 2 за счет суммарной жесткости на изгиб пружинной клеммы 1, выполненной из изогнутого в кондукторе отрезка многожильного стального каната и прижимного элемента 5, выполненного из пакета стальных пластин. При затяжке клеммы 1 и пакета 5 болтом 2
клемма и пакет упруго изгибаются из-за разности высот основания рельса 4 и верхней поверхности подкладки 7, что обеспечивает постоянное осевое усилие в болтовом соединении, препятствующее отворачиванию болта 2 при эксплуатации рельсового скрепления. Это мероприятие предотвращает также сползание клеммы 1 по подошве рельса 4 в сторону закладного болта, так как уже при незначительном сползании клеммы 1 осевое усилие в болтовом соединении возрастает, что усиливает поджатие клеммы 1 к рельсу и еще более интенсивно препятствует дальнейшему сползанию клеммы 1.
При движении по рельсу состава рельс 4 давит на прижимной элемент 5, увеличивая его прогиб и, тем самым, осевое усилие в крепежном болте 2, что приводит к увеличению усилия зажима основания рельса 4 и его заклинивание.
При прохождении колеса пластины пакеты выпрямляются и происходит расклинивание рельса 4. И, наконец, главным преимуществом заявленного изобретения является его высокая демпфирующая способность. Это подтверждает анализ упруго-фрикционных характеристик рельсовых скреплений, представленный, в частности в работе [Радыгин Ю.Н., Стойда Ю.М. Лабораторные испытания рельсовых скреплений. - Путь и путевое хозяйство. - №12, 2005, с.8-12.]. По данным этой статьи, большинство эксплуатируемых в настоящее время рельсовых скреплений (см рис.5) имеет относительный коэффициент рассеивания энергии Ψ≤0,1 (Ψ это отношение площади петли гистерезиса к площади прямоугольного треугольника, ограниченного сверху гипотенузой верхней нагрузочной характеристикой скрепления, а снизу - осью абсцисс).
Выполнение пружинной клеммы из многожильного стального каната по данным работ [Антипов В.А. и др. Расчет и конструирование средств виброзащиты сухого трения. - Самара: СамГУПС, 2005.-207 с., Антипов В.А. Подавление вибрации агрегатов и узлов транспортных систем:
Монография. - М.: Маршрут, 20069. - 264 с.] дает возможность увеличить Ψ до величин Ψ=2..3. Это происходит за счет работы сил трения при проскальзывании стальных нитей каната друг относительно друга из-за изгиба каната. При этом энергия вибрации переходит в тепло и рассеивается в окружающее пространство. За счет выполнения прижимного элемента в виде пакета стальных пластин еще более увеличивается количество рассеиваемой энергии вследствие работы сил трения при проскальзывании пластин друг относительно друга из-за изгиба пластин. При этом коэффициент рассеивания энергии может достигнуть величин Ψ=3..4, что значительно увеличивает эффективность подавления вибрации.
В результате оснащения железнодорожного пути предлагаемыми рельсовыми скреплениями, во-первых, значительно улучшены вибрационные характеристики рельсошпальной решетки, буксовых и опорных узлов подвижного состава, что приводит к значительному увеличению ресурса и надежности этих узлов, во-вторых, увеличена надежность работы самого рельсового скрепления из-за эффекта заклинивания - расклинивания основания рельса при прохождении над скреплением колеса вагона (чем больше вес вагона, тем надежнее скрепление), в-третьих, снижается трудоемкость технического обслуживания рельсового пути из-за уменьшения вероятности отворачивания крепежного болта, в-четвертых, обеспечено оптимальное усилие поджатия основания рельса клеммой за счет введения дополнительного поджатия прижимным элементом 5, и, наконец, по сравнению, например, с прототипом уменьшена многоэлементность конструкции, т.е. конструкция проста и технология в изготовление.