ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ РЕЛЬСОВАЯ КЛЕММА И ИЗОЛЯТОР
RAIL CLIP AND INSULATOR

Объектом данного изобретения является железнодорожная рельсовая клемма и изолятор.
Как показано на фиг.1A, 1B и 1C прилагаемых чертежей, в патентном документе WO 02/31264 A (GB 2384020 B/US 6923381 B) раскрывается железнодорожная рельсовая клемма 3 для крепления железнодорожного рельса к лежащему под ним рельсовому основанию. Эта клемма 3 изготовлена из удлиненной пластины, сформированной таким образом, что ее центральная часть 31 в профиле имеет форму буквы "C", первый конец, отходящий от одного края центральной части 31, образует основание 32 клеммы 3 для зацепления за рельсовое анкерное устройство, прикрепляемое к рельсовому основанию, а второй конец пластины, отходящий от противоположного края центральной части 31, образует пяточную часть 33 клеммы 3, зацепляющуюся за железнодорожный рельс, выступающую дальше, чем основание 32. Пяточная часть 33 клеммы 3 изогнута таким образом, что она имеет первую и вторую основные части 33A, 33B, причем первая основная часть 33A отходит под другим углом, отличающимся от угла, под которым отходит вторая основная часть 33B. Пяточная часть 33 является раздвоенной, а форма каждой раздвоенной части нижней части 33 выбрана таким образом, чтобы изоляционные фиксирующие средства 34A, 34B могли удерживать отдельные прижимные изоляторы (не показаны), предназначенные для электрической изоляции клеммы 3 от рельса. Основание 32 клеммы 3 имеет торцовую поверхность 36, соединяющуюся с внутренней гранью 32A основания 32 наклонной поверхностью 37, наклоненной по углом приблизительно 45° как к внутренней грани 32A, так и к торцовой поверхности 36, которая работает как заходный конус, когда пяточная часть 33 клеммы 3 заводится в анкерное устройство. На внутренней грани основания 32, прилегающей к скосу 37, расположен фиксатор 35.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагается железнодорожная рельсовая клемма для крепления железнодорожного рельса к находящемуся под ним рельсовому основанию, при этом клемма изготовлена из удлиненной пластины, изогнутой таким образом, что центральная часть данной пластины в профиле имеет форму буквы "C"; при этом первый край пластины, отходящий от одного края центральной части, образует практически плоское основание клеммы для зацепления за рельсовое анкерное устройство, прикрепленное к рельсовому основанию, а второй край пластины, отходящий от противоположного края центральной части пластины, образует пятку клеммы, прижимающуюся к подошве рельса, таким образом, что при виде в разрезе второй край выступает дальше, чем первый край, причем в пятке клеммы предусмотрено сквозное отверстие, выполненное таким образом, что когда клемма находится в рабочем состоянии, часть данного сквозного отверстия (или все отверстие) находится над подошвой рельса, и в него входит соответствующая часть прижимного изолятора для электрической изоляции клеммы от рельса, посредством чего изолятор удерживается на пятке клеммы. Сквозное отверстие в клемме может быть выполнено методом холодной штамповки.
Благодаря конструкции клеммы, технология производства клеммы согласно настоящему изобретению может быть более простой и обеспечивающей более точную геометрию, поскольку сквозное отверстие в пластине можно отштамповать до ее нагрева и последующей обработки с целью формирования остальных конструктивных элементов клеммы, таких как изгибы пластины и заходный конус на свободном конце второго края пластины, и, таким образом, операция выполнения сквозного отверстия в пластине и операция формирования остальных конструктивных элементов клеммы могут иметь свои собственные настройки соответствующих координат.
Сквозное отверстие может иметь форму удлиненного паза. Данный паз может иметь практически прямоугольную форму, с практически прямыми длинными сторонами и закругленными короткими сторонами.
Хотя установка клеммы 3 производится простым нажатием на заднюю часть клеммы 3, снять клемму 3 путем простого вытягивания ее передней части невозможно, поскольку попытка сделать это приведет к еще более сильному прижиманию клеммы 3 к анкерному устройству (анкеру). В частности, при приложении поперечного усилия к пяточной части, величина которого, казалось бы, должна являться достаточной для извлечения клеммы из анкера, в действительности заставляет клемму начать раскрываться и поворачиваться относительно своей "пяточной" точки контакта клеммы с анкером. Это приводит к возрастанию направленной вертикально вверх силы между анкером и другим концом клеммы, таким образом, запирая ее еще сильнее в исходном положении. Таким образом, вытащить клемму за пяточную часть практически невозможно, и абсолютно невозможно сделать это с помощью усилий, которые могут быть созданы ручными инструментами и небольшими механизмами. Даже если использовать более крупногабаритные машины, способные создавать гораздо более значительные усилия, попытка удалить клемму таким образом закончилась бы необратимой деформацией клеммы и прижимных изоляторов. Следовательно, снятие клеммы 3 может быть произведено только путем вытягивания за штифты, вставляемые непосредственно перед центральной частью 31 (задней аркой). И это делает применение ручных инструментов более медленным и неудобным, чем желательно, и требует применения специальных устройств. Таким образом, существует необходимость в разработке железнодорожной рельсовой клеммы, которую можно было бы более просто извлекать из анкерного устройства.
Относительное удлинение H/L для клеммы, выполненной по настоящему изобретению, может быть ≤0,6; здесь H - это высота клеммы в поперечном сечении, равная расстоянию максимально удаленной точки клеммы над плоскостью, на которой находится внешняя поверхность основания, a L - длина клеммы в поперечном сечении, равная максимальной длине профиля клеммы в направлении, параллельном вышеуказанной плоскости.
Отношение H/h для клеммы, выполненной по настоящему изобретению, может быть ≤6,00, где H - максимальная высота клеммы над плоскостью, на которой находится внешняя поверхность основания, и h - минимальное расстояние от данной плоскости до точки на втором крае клеммы, являющейся наиболее близкой к данной плоскости.
В отличие от описанной выше известной клеммы, предлагаемую клемму, имеющую относительное удлинение H/L≤0,6 и/или отношение H/h≤6,00, благодаря геометрии ее края, можно более легко извлечь из анкера путем вытаскивания за переднюю часть, несмотря на то, что точки контакта между клеммой и анкером, и их положения относительно пятки являются практически такими же, как и у известной клеммы.
Считается, что данное усовершенствование является результатом повышенной жесткости нижней части клеммы, которая повышается при приложении усилия к пятке, и поперечная составляющая усилия, передаваемая нижней частью клеммы к другому концу стержня, которым клемма крепится к анкеру, является достаточной, чтобы разъединение произошло прежде, чем вертикальная составляющая усилия возрастет до величины, которая еще более плотно закрепит клемму на месте.
Было обнаружено, что напряжение при установке такой клеммы является таким же или лишь немного ниже, чем напряжение при установке известной клеммы, и кривая зависимости деформации от приложенной нагрузки является очень похожей на данную характеристику для известной клеммы. Клемма с указанными выше отношениями является пригодной для использования с существующими анкерами. Несмотря на то, что могут быть разработаны новые устройства для более легкого извлечения клеммы, новая клемма является обратно совместимой, в том смысле, что ее можно снимать с помощью немного модифицированного существующего инструмента, используемого для вытаскивания известной клеммы за заднюю арку.
Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения предлагает рельсовую клемму с изолятором для электрической изоляции клеммы от железнодорожного рельса; данный изолятор содержит: основание; стенки, отходящие вверх от основания по части периферии основания, таким образом, что остается открытое отверстие на части периферии, причем основание и стенки совместно образуют незакрытое сверху углубление, в которое вставляют пятку клеммы; и центрирующий буртик, отходящий вверх от основания и служащий для закрепления пятки клеммы в углублении; указанный изолятор устанавливают на нижнюю нагружаемую поверхность пятки указанной клеммы таким образом, что центрирующий буртик изолятора входит в указанное сквозное отверстие указанной пятки.
В отличие от клеммы известной конструкции 3, у которой каждая пяточная часть снабжена своей собственной изолирующей насадкой, закрепляемой с помощью сравнительно небольших конструктивных элементов, выполненных на конечной части каждой пятки, пятка клеммы, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, имеет сквозное отверстие, в которое может входить центрирующий буртик изолятора. Нагрузки, воздействующие на пятке при ее установке на рельс и снятии с рельса, таким образом, передаются на центрирующий буртик, входящий в сквозное отверстие пятки клеммы, что обеспечивает более надежное закрепление изолятора на пятке при снятии клеммы, чем в клемме известной конструкции.
Центрирующий буртик изолятора может быть выполнен из пластичного материала. Центрирующий буртик может быть выполнен в виде полого элемента. Центрирующий буртик может содержать стенки, образующие контур центрирующего буртика. Центрирующий буртик может быть выполнен открытым в своей верхней или нижней части. Центрирующий буртик может располагаться практически в центральной части основания изолятора. Данный центрирующий буртик может иметь практически прямоугольную форму, с практически прямыми длинными сторонами и закругленными короткими сторонами.
В некоторых случаях, например, при необходимости более надежного закрепления изолятора на пятке клеммы, форма верхней части центрирующего буртика, выступающей вверх из сквозного отверстия, может быть выполнена такой, чтобы она заходила на часть верхней поверхности пятки рядом со сквозным отверстием. Придание требуемой формы верхней части центрирующего буртика может выполняться либо в процессе производства, либо после вставки центрирующего буртика в сквозное отверстие, например, путем деформирования верхней части центрирующего буртика. В качестве варианта, после вставки центрирующего буртика в сквозное отверстие, на верхнюю часть центрирующего буртика может насаживаться заглушка, заходящая на часть верхней поверхности пятки рядом со сквозным отверстием.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1A, 1B и 1C - вид сбоку, вид спереди и вид сверху, соответственно, известной железнодорожной рельсовой клеммы;
фиг.2A, 2B, 2C и 2D - вид сверху, вид в разрезе и вид сбоку, соответственно, железнодорожной рельсовой клеммы согласно настоящему изобретению; на фиг.2C представлен разрез клеммы по линии С-С на фиг.2B;
фиг.3A - вид сбоку рельсовой клеммы согласно настоящему изобретению, наложенный на вид сбоку известной рельсовой клеммы; фиг.3B и 3C - соответственно, вид сбоку рельсовой клеммы, выполненной согласно 1-5 вариантам осуществления изобретения, и вид сбоку известной рельсовой клеммы;
фиг.4A и 4B - перспективные изображения рельсовой клеммы согласно настоящему изобретению, соответственно, с изолятором и без изолятора; фиг.4C и 4D - перспективные изображения известной рельсовой клеммы, соответственно, с изоляторами и без изоляторов;
фиг.5A, 5B, 5C, 5D, 5E и 5F - соответственно, вид сверху, вид спереди, вид сбоку, вид сзади и вид в разрезе изолятора рельсовой клеммы согласно настоящему изобретению; на фиг.5F представлен вид изолятора в разрезе по линии V-V на фиг.5B;
фиг.6A и 6B - соответственно, вид сверху и вид сбоку рельсовой клеммы согласно настоящему изобретению с прикрепленным изолятором; фиг.6C - перспективное изображение клеммы согласно настоящему изобретению с альтернативным изолятором; и
фиг.7A-7D - соответственно, перспективное изображение, вид сбоку, вид сверху и вид в разрезе клеммы согласно настоящему изобретению с прикрепленным изолятором, в рабочем положении, установленной в анкерном устройстве; фиг.7D - разрез по линии D-D на фиг.7C.
Как показано на фиг.2A-2D, железнодорожная рельсовая клемма 1 согласно настоящему изобретению, предназначенная для крепления железнодорожного рельса к находящемуся под ним рельсовому основанию, изготовлена из удлиненной пластины, изогнутой таким образом, что центральная часть 11 пластины, образующая заднюю арку клеммы 1, имеет форму буквы "C" в поперечном сечении. Первый конец пластины, простирающийся от одного края центральной части 11 пластины до свободного конца 16 пластины, образует практически плоское основание 12 клеммы 1, служащее для зацепления с рельсовым анкерным устройством, прикрепляемым у рельсовому основанию. Второй конец пластины, от противоположного края центральной части 11 пластины до свободного конца 15, образует пятку 13 клеммы 1, прижимающуюся к железнодорожному рельсу, так что при виде в разрезе второй конец выступает дальше, чем первый конец. Образующий пятку 13 второй конец клеммы 1 выполнен по своей форме таким образом, что у него имеются первая и вторая основные части 13A и 13B, а также нижняя нагружаемая поверхность 13C; первая основная часть 13A отходит от центральной части 11 в первом направлении, а вторая основная часть 13B отходит от первой основной части 13А во втором направлении, отличающемся от указанного первого направления. Товарный знак, идентифицирующий происхождение клеммы, может наноситься на первую основную часть 13A или на вторую основную часть 13B, и в данном положении он будет виден, когда клемма установлена в рабочем положении.
На пятке 13 клеммы выполнено сквозное отверстие, в которое вставляется соответствующая часть прижимного изолятора (не показан на фиг.2A-2D) для электрической изоляции клеммы 1 от рельса, за счет чего осуществляется удержание изолятора на пятке 13 клеммы 1. Как более четко показано на фиг.2A, сквозное отверстие 14 не открывается на свободном конце 15 клеммы 1. В данном варианте осуществления сквозное отверстие 14 представляет собой удлиненный паз приблизительно прямоугольной формы с практически прямыми длинными сторонами и короткими сторонами закругленной формы, однако, сквозное отверстие 14 может иметь и другую форму. Предпочтительно, сквозное отверстие 14 занимает относительно большую часть площади второй основной части 13B и может быть выполнено посредством холодной штамповки на пятке (на втором конце) пластины, где напряжение является относительно низким. Например, если бы у клеммы 3, показанной на фиг.2A-2D, размер X составлял 31,5 мм, а размер Y составлял 77 мм, размер x сквозного отверстия 14 равнялся бы приблизительно 12,7 мм, а размер у сквозного отверстия 14 равнялся бы приблизительно 50,8 мм.
Как видно из наложенных друг на друга изображений клемм 1 и 3, показанных на фиг.3A, в определенных вариантах осуществления геометрия края клеммы 1 отличается от геометрии края рассмотренной выше известной клеммы 3 несколькими моментами, которые будут рассмотрены ниже со ссылками на фиг.3B, где представлена клемма 1, и фиг.3C, где представлена рассмотренная выше известная клемма 3. Как показано на рисунках, символы H и H' обозначают соответствующие высоты клемм 1, 3 при виде в разрезе, равные максимальной высоте клемм 1, 3 над плоскостью A, на которой установлена внешняя поверхность основания 13, 33; символы L, L' обозначают длину клемм 1, 3 при виде в разрезе, определяемую как максимальная длина профиля клеммы в направлении, параллельном плоскости A; α, α' - это угол, образуемый первым направлением первой основной части 13A, 33A второго конца с плоскостью A; β, β' - угол, образуемый вторым направлением второй основной части 13B, 33B второго конца с плоскостью A; h, h' - минимальное расстояние от плоскости А до точки на втором конце клеммы 1, 3, являющейся ближайшей к плоскости A; и B, B' - максимальная длина основания 12, 32 клеммы 1, 3 от максимально удаленной кромки центральной части 11, 31 до свободного конца первого конца, замеренная параллельно плоскости A.
В выполненной в соответствии с настоящим изобретением клемме 1, находящейся в ненагруженном состоянии (т.е. до установки данной клеммы в узле рельсового скрепления), относительное удлинение H/L клеммы 1 может быть ≤0,6. Величина относительного удлинения H/L может находиться в диапазоне значений от 0,4 до 0,6, предпочтительно, от 0,45 до 0,6, или еще предпочтительнее, от 0,45 до 0,55. Известные клеммы 3 имеют большее относительное удлинение H'/L', чем клемма 1, например, типичная клемма 3, такая, как показано на фиг.3B, имеет относительное удлинение H'/L', равное 0,64. Для клеммы 1, показанной на фиг.3A в качестве примера, относительное удлинение H/L составляет 0,49.
В выполненной в соответствии с настоящим изобретением клемме 1, находящейся в ненагруженном состоянии (т.е. до установки данной клеммы в узле рельсового скрепления), угол α между первым направлением и плоскостью A может быть ≤50°. Величина угла α может находиться в диапазоне от 20° до 50°, или, предпочтительно, от 30° до 50°, или даже более предпочтительно, от 30° до 40°. Известные клеммы 3 имеют больший угол α', чем клемма 1, например, типичная клемма 3, такая, как показано на фиг.3B, имеет угол α', равный 68°. У клеммы 1, показанной на фиг.3A в качестве примера, угол α составляет 35°.
У выполненной в соответствии с настоящим изобретением клеммы 1, находящейся в ненагруженном состоянии (т.е. до установки данной клеммы в узле рельсового скрепления), относительное удлинение H/h может быть ≤6,0. Величина отношения H/h может находиться в диапазоне значений от 3,00 до 6,00, предпочтительно, от 4,00 до 6,00, или еще предпочтительнее, от 4,00 до 5,00. Известные клеммы 3 имеют большее отношение H'/h', чем клемма 1, например, типичная клемма 3, такая, как показано на фиг.3B, имеет отношение H'/L', равное 7,4. Для клеммы 1, показанной на фиг.3A в качестве примера, отношение H/h составляет 4,6.
В таких конфигурациях клемму легче вытащить из анкера и установить в него, чем клемму известной конструкции, такую как клемма 3. Например, было обнаружено, что сила вытягивания, требующаяся для извлечения из анкера типовой клеммы, такой как показанная на фиг.3A клемма 1, выполненная по одному из возможных способов осуществления, составляет 18,95 кН, в то время как сила вытягивания, равная 37,65 кН, оказалась недостаточной для извлечения клеммы 3 из такого же анкера. Аналогичным образом, монтажное усилие, требующееся для установки в анкер типовой клеммы, такой как приведенная в качестве примера клемма 1, показанная на фиг.3A, составляет 13,55 кН, а для установки клеммы 3 в такой же анкер требуется монтажное усилие 26,79 кН.
У клеммы 1, показанной в качестве примера на фиг.3A, длина B составляет 61,5 мм, а угол β равен 14,5°, в то время как у клеммы 3, показанной на фиг.3B, длина B' составляет 59 мм, а угол β' равен 18,5°.
В качестве примера, показанные на фиг.3A другие размеры могут быть следующими: длина a=98 мм, длина b=67 мм, и длина c - 51 мм; радиус кривизны r=14 мм и угол γ=15°.
Как можно заметить путем сравнения клеммы 1, показанной на фиг.4B, с клеммой 3, показанной на фиг.4D, в отличие от пятки 33 клеммы 3, пятка 13 клеммы 1 не является раздвоенной, и не имеет элементов 34A, 34B фиксации прижимных изоляторов 40A, 40B, которые предусмотрены на клемме 3, как показано на фиг.4C. Взамен, пятка 13 клеммы 1 снабжена второй основной частью 13B со сквозным отверстием 14 в виде паза, в который, как показано на фиг.4A, может вставляться часть изолятора 2 рельсовой клеммы для электрической изоляции железнодорожного рельсового скрепления от железнодорожного рельса. Более подробно изолятор 2 показан на фиг.5A-5F. Кроме того, изображения изолятора 2, прикрепленного к пятке клеммы 3, представлены на фиг.6A и 6B, а на фиг.6C показан возможный вариант исполнения.
Изолятор 2 включает в себя основание 21 и стенки 22, поднимающиеся вверх от основания 21 по части периферии основания 21, и оставляющие отверстие 23 на части периферии. Основание 21 и стенки 22 вместе образуют незакрытое сверху углубление 24, в которое вставляют пятку 13 клеммы 1, в частности, вторую основную часть 13B. Приблизительно в центре основания 21 расположен центрирующий буртик 25, выступающий вверх от основания 21 и служащий для удержания пятки 13 клеммы 1 в углублении 24. Верхняя часть центрирующего буртика 25 поднимается над стенками 22. При установке в рабочем положении изолятор 2 устанавливают на нижней нагружаемой поверхности 13С пятки 13 клеммы 1, так что центрирующий буртик 25 изолятора 2 проходит через вышеуказанное сквозное отверстие 14 пятки 13.
Как и сквозное отверстие 14, центрирующий буртик 25 имеет приблизительно прямоугольную форму с практически прямыми длинными сторонами и закругленными короткими сторонами. В данном варианте осуществления центрирующий буртик 25 выполняется из пластичного материала, а размеры его относительно сквозного отверстия 14 выбираются такими, чтобы обеспечить посадку с натягом в данном отверстии с целью удержания изолятора на пятке клеммы. В некоторых случаях, например, когда необходимо обеспечить более надежное крепление на клемме 1 при транспортировке, и/или когда центрирующий буртик 25 выполнен из непластичного материала и/или его форма и размеры не обеспечивают посадку с натягом в сквозном отверстии 14, верхнюю кромку центрирующего буртика 25, выступающую вверх из сквозного отверстия 14, можно развальцевать, чтобы сместить ее на часть верхней поверхности пятки 13 рядом со сквозным отверстием 14, таким образом, чтобы центрирующий буртик 25 невозможно было вытащить назад из сквозного отверстия. Например, верхней части центрирующего буртика 25 при производстве может быть придана форма, обеспечивающая защелкивание (например, выполнен выступающий наружу деформируемый кольцевой выступ, не показан), или же форма верхней части центрирующего буртика 25 может быть изменена после того, как он будет вставлен в сквозное отверстие 14 (например, посредством оплавления ультразвуком). В качестве варианта, после вставки в сквозное отверстие 14 на верхнюю часть центрирующего буртика 25 может быть посажена (например, посредством сплавления) заглушка 26, как показано на фиг.6C, периферия которой выдается за границы сквозного отверстия 14.
Хотя это и не существенно, но в целях экономии материала и/или для обеспечения возможности применения ультразвуковых и других средств сборки, желательно, чтобы центрирующий буртик 25 был полым или частично полым (как в данном варианте исполнения) элементом, содержащим стенки 25A, определяющие контур центрирующего буртика 25, открытого сверху. Хотя это и не показано в данном примере, но центрирующий буртик также может быть открытым в своей нижней части. Как было указано выше, и показано на фиг.6C, открытая часть центрирующего буртика 25 может быть закрыта заглушкой 26.
Как показано на фиг.7A-7D, в частности на фиг.7C, когда клемма 1 находится в рабочем состоянии, полностью установлена в анкерном 50 и давит на рельс 100, так что изолятор 2 находится в контакте с подошвой 101 рельса, часть сквозного отверстия 14 (но не все сквозное отверстие 14) клеммы 1 находится над подошвой 101 рельса. В частности, в то время как часть периферии 140 сквозного отверстия 14, при виде сверху рельса 100, выходит за внешнюю кромку 103 подошвы 101 рельса, остальная часть периферии 140 сквозного отверстия 14 расположена за внешней кромкой подошвы 101 рельса. Следует отметить, однако, что в некоторых вариантах осуществления изобретения все части периферии 140 сквозного отверстия 14 могут быть расположены за внешней кромкой подошвы 101 рельса.