Узел рельсового скрепления
RAIL FASTENING UNIT

Заявляемое изобретение относится к области железнодорожного строительства, а именно к верхнему строению пути - рельсовым скреплениям предназначенным для использования в бесстыковом и звеньевом пути с рельсами на железобетонных шпалах и безбалластных железобетонных основаниях.
Известно промежуточное рельсовое скрепление, содержащее упорную скобу с горизонтальным подклеммным участком, сквозным отверстием, вертикальным участком с ребром, открытой в сторону шпалы полостью с опорным выступом, и концевым участком с наклонной боковой упорной поверхностью и нижним выступом; пружинную прутковую клемму; крепежный элемент, выполненный в виде шурупа, ввернутого в установленный в шпале электроизолирующий дюбель; пластину распределения давления, а также электроизолирующую подрельсовую и упругую нашпальную прокладки, отличающееся тем, что клемма выполнена В-образной в плане формы, на упорной скобе выполнены ограничительные выступы и направляющие стенки с концевыми дугообразными участками, опорный выступ имеет прямоугольное или квадратное поперечное сечение, при этом сделанное в нем отверстие для прохода крепежного элемента не выходит за его габариты, в пластине распределения давления и упругой нашпальной прокладке сделаны отверстия для прохода опорного выступа, а на ребре вертикального участка упорной скобы (RU № 127 383, МПК Е01В 9/48, опубл. 11.12.2012).
Наиболее близким техническим решением является упорная скоба бесподкладочного промежуточного рельсового скрепления с В-образной пружинной клеммой, выполненная в виде пластины прямоугольной в плане формы со сквозным отверстием и расположенными по ее противоположным краям параллельно друг другу упорным выступом, направленным вверх, и направляющим выступом, направленным вниз, боковая поверхность которого плавно переходит в наклонную боковую упорную поверхность скобы, отличающаяся тем, что содержит ограничительные выступы, препятствующие сверхнормативной затяжке крепежного элемента, и направляющие стенки с концевыми участками, выполненными по радиусу, которые совместно с ограничительными выступами обеспечивают фиксацию В-образной пружинной клеммы в проектном положении и препятствуют раздвижке ее концевых участков при затяжке крепежного элемента. (RU №97387, МПК E01B 9/30, E01B 9/00 (2006.01), опубл. 10.09.2010).
Недостатком аналога и наиболее близкого технического решения является недостаточная надежность конструкции упорной скобы, вызванная выполнением рабочего выступа и направляющих стенок большой высоты. Данный недостаток проявляется во время эксплуатации узла скрепления, так как во время строительства кривых участков пути необходимо раскладывать шпалы перпендикулярно рельсу по вееру, в таком случае рабочий выступ и направляющие стенки большой высоты являются концентраторами напряжений при работе узлов рельсового скрепления в кривых участках пути, вследствие чего клемма трется о боковой упор и истирает его, что приводит к его быстрому износу и последующему излому, а в дальнейшем к нарушению целостности узла скрепления и, как следствие, изменению ширины рельсовой колеи, что недопустимо.
Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является создание надежного узла рельсового скрепления, в котором применен более надежный боковой упор с заданными параметрами, обеспечивающими меньшее истирание бокового упора и клеммы в узле рельсового скрепления и его более долгую эксплуатацию, даже при воздействии сверхнормативных боковых нагрузок.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении надежности узла рельсового скрепления за счет применения более надежного бокового упора с заданными параметрами в узле рельсового скрепления.
R
согласно изобретению
k
f
h
R
Указанный технический результат достигается тем, что узел рельсового скрепления, содержит подрельсовую прокладку, боковые упоры, клеммы, скрепленные со шпалой с помощью крепления, каждый боковой упор включает сквозное отверстие, направляющий выступ, боковая поверхность которого плавно переходит в наклонную боковую упорную поверхность упорного выступа, который в свою очередь переходит в горизонтальную поверхность, лежащую в основании рабочего выступа, ограничительных выступов и направляющих стенок с концевыми участками, выполненными по радиусу ,  рабочий выступ выполнен высотой , не превышающей высоту  от подрельсовой площадки до точки контакта клеммы с пером подошвы рельса, но не менее совокупной высоты подрельсовой прокладки и ¾ толщины пера подошвы рельса, направляющие стенки выполнены высотой , не превышающей ¾ диаметра клеммы, но не менее ⅓ диаметра клеммы, при этом радиус  скругления концевых участков направляющих стенок составляет 15 - 22 мм.
Для снижения материалоемкости со стороны нижней поверхности в теле бокового упора могут быть выполнены полости, разделенные ребрами жесткости.
Направляющие стенки бокового упора с концевыми участками, выполненными по радиусу, совместно с ограничительными выступами бокового упора обеспечивают фиксацию В-образной пружинной клеммы в проектном положении и препятствуют раздвижке ее концевых участков при затяжке крепежного элемента.
k
Рабочий выступ бокового упора может быть выполнен высотой , находящейся в диапазоне 17-23 мм.
h
Направляющие стенки бокового упора могут быть выполнены высотой , находящейся в диапазоне 5-15 мм.
Сквозное отверстие бокового упора может быть выполнено овальной формы.
Сквозное отверстие бокового упора может быть выполнено в форме вытянутого круга.
Сквозное отверстие бокового упора выполнено в диапазоне 26-33 мм, при  этом обеспечен зазор 1 мм по ширине отверстия с каждой стороны от основного элемента крепления  до сквозного отверстия бокового упора и зазор 3-4 мм по длине сквозного отверстия с каждой стороны от шурупа до сквозного отверстия бокового упора.
Боковой упор может быть выполнен шириной 100 - 130 мм.
L
i
Боковой упор может быть выполнен длиной , находящейся в диапазоне 110 - 125 мм.
Боковой упор может иметь в целом прямоугольную конфигурацию.
Переходы от рабочего, упорного, ограничительных выступов и направляющих стенок бокового упора к горизонтальной поверхности бокового упора могут быть выполнены радиусными.
В частности, значение радиусных скруглений от рабочего, упорного, ограничительных выступов и направляющих стенок бокового упора к горизонтальной поверхности бокового упора лежит в диапазоне 3-8 мм.
На нижней поверхности упора бокового упора может быть выполнено 7 - 28 полостей.
Боковой упор может быть выполнен из полиамида.
Боковой упор может быть выполнен из композиции на основе полиамида.
Полость бокового упора может иметь форму приближенную к прямоугольнику.
Полость бокового упора может иметь форму приближенную к овалу.
Полость бокового упора может иметь форму приближенную к вытянутому кругу.
Полость бокового упора может иметь форму приближенную к треугольнику с кругленными краями.
Ребро бокового упора выполнено формой, приближенной к форме геометрической фигуры.
Ограничительные выступы бокового упора, расположенные в непосредственной близости со сквозным отверстием, огибают его не менее, чем 50% его длины.
Предложенное изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 – узел рельсового скрепления в разрезе; на фиг. 2 – узел рельсового скрепления, вид сверху; на фиг. 3 – расположение бокового упора в узле рельсового скрепления, на фиг. 4 – боковой упор, вид сбоку; на фиг. 5 – боковой упор, вид сверху; на фиг. 6, 7 – боковой упор в изометрии.
Узел рельсового скрепления содержит (фиг. 1) подрельсовую прокладку 1, боковые упоры 2, клеммы 3, прикрепленные к шпале 4 с помощью крепления  5.
На подрельсовую прокладку 1 устанавливается рельс 6, включающий с каждой стороны по перу 6.1 подошвы, которыми упирается в боковые упоры 2, расположенные с каждой боковой стороны подрельсовой прокладки 1 и пера 6.1 подошвы рельса 6 в углублениях шпалы 4 и ограничивающих горизонтальное поперечное перемещение рельса 6. На боковой упор 3 и на перо 6.1 подошвы рельса 6 устанавливается клемма 3, выполненная В-образной формы.
Боковой упор 2 предназначен для ограничения поперечного перемещения рельса 6 в узле скрепления и содержит сквозное отверстие 2.1, направляющий выступ 2.2, упорный выступ 2.3, горизонтальную поверхность 2.4, рабочий выступ 2.5, ограничительные выступы 2.6 и направляющие стенки 2.7.
Боковая поверхность направляющего выступа 2.2 бокового упора 2 плавно переходит в наклонную боковую упорную поверхность упорного выступа 2.3, который в свою очередь переходит в горизонтальную поверхность 2.4, лежащую в основании рабочего выступа 2.5, ограничительных выступов 2.6 и направляющих стенок 2.7.
L
i
Форма, размеры и материал бокового упора 2 могут изменяться в зависимости от конфигурации элементов в узле скрепления. Боковой упор 2 может имеет в целом прямоугольную конфигурацию, его ширина может быть 100 - 130 мм, длина , находится в диапазоне 110 - 125 мм. Боковой упор может быть выполнен, например, из полиамида или из композиции на основе полиамида.
Клемма 3 устанавливается на горизонтальную поверхность 2.4 и сдерживается от перемещений ограничительными выступами 2.6 и направляющими стенками 2.7.
Направляющие стенки 2.7 с концевыми участками играют определяющую роль по сдерживании клеммы 3 в проектном положении, поэтому важно, чтобы они выполняли свою функцию и обеспечивали надежную фиксацию клеммы 3.
h
В связи с этим направляющие стенки 2.7 выполнены высотой , не превышающей ¾ диаметра клеммы 3, но не менее ⅓ диаметра клеммы.
h
Диаметр клеммы 3 может варьироваться, в связи с чем высота  может находиться в диапазоне 5-15 мм.
h
Выполнение высоты  направляющих стенок 2.7 менее заявленного приведет к выскакиванию усов клеммы 3 из проектного положения и к дальнейшему выходу из строя узла рельсового скрепления, а более заявленного будет препятствовать смещению клеммы на необходимый угол поворота при укладке в кривых участках пути малого радиуса, а также будет препятствовать проектной установке элементов в узле.
Под проектным положением в настоящей заявке понимается рабочее положение элементов узла с учетом заложенных в конструкцию узла допусков.
R
Концевые участки направляющих стенок 2.7 выполнены по радиусу , при этом их радиус скругления составляет 15 - 22 мм.
R
Выполнение радиуса  мене 15 мм приведет к ненадежной фиксации клеммы 3 в узле скрепления, а более 22 мм приведет к невозможности установить клемму 3 на боковой упор 2.
h
R
Выполнение высоты  направляющих стенок 2.7 и радиуса  скругления концевых участков направляющих стенок 2.7 в указанном диапазоне является оптимальным для установки клеммы 3 и обеспечения её надежного сдерживания в боковом упоре 2, тем самым обеспечивается надежность всего узда скрепления .
Рабочий выступ 2.5 предназначен для обеспечения проектного положения рельса в узле скрепления, а его высота важна, так как выполняет основную работу по удержанию рельса 6 в узле.
k
f
k
Рабочий выступ 2.5 выполнен высотой , не превышающей высоту  от подрельсовой площадки до точки контакта клеммы 3 с пером 6.1 подошвы рельса 6, но не менее совокупной высоты подрельсовой прокладки 1 и ¾ толщины пера 6.1 подошвы рельса 6. Высота  рабочего выступа 2.5 может быть выбрана из диапазона 17-23 мм. Этой высотой обеспечивается надежная фиксация рельса 6 в проектном положении, что обеспечивает стабильную ширину колеи и правильную работу клеммы 3 в узле скрепления.
k
Выполнение высоты  рабочего выступа 2.5 менее заявленного приведет к выходу рельса из проектного положения в узле скрепления, что приведет к изменению ширины рельсовой колеи и возможности возникновения последующей аварии, а более заявленного приведет к трению клеммы 3 о рабочий выступ 2.5 во время прохождения подвижного состава, что приведет к неправильной работе клеммы 3 и быстрому износу бокового упора 2.
Направляющие стенки 2.7 с концевыми участками, выполненными по радиусу, которые совместно с ограничительными выступами 2.6 обеспечивают фиксацию В-образной пружинной клеммы 3 в проектном положении и препятствуют раздвижке ее концевых участков при затяжке крепления 5.
Жесткое соединение элементов узла реализовано с помощью крепления 5, входящего в зацепление с отверстием в шпале 4. Крепление 5 проходит через клемму 3, отверстие 2.1 бокового упора 2 и закрепляется в отверстие шпалы 4, при этом ограничивается вертикальное перемещение перечисленных элементов, в том числе  вертикальное перемещение клеммы 3 и пера 6.1 подошва рельса 6, который поджимается клеммой 3.
Так как клемма 3 имеет В-образную форму, при закреплении ее и рельса 6 к шпале 4 в креплении 5 применяют основной 5.1 элемент, опорный 5.2 элемент и основу 5.3 замоноличенную в тело железобетонной шпалы 4. Основной элемент 5.1 необходим для зацепления со шпалой 4, а опорный элемент 5.2 препятствует проваливанию основного элемента 5.1 между усами В-образной клеммы и отверстие 2.1 бокового упора 2, чем обеспечивается возможность скрепления элементов узла. В качестве крепления 5 может быть использован, например, шуруп 5.1 и шайба 5.2, болт 5.1 и шайба 5.2, болт 5.1 опорного элемента 5.2 гайка и шайба, а в качестве основы 5.3 может применяться дюбель. С помощью ввинчивания основного элемента 5.1 в основу 5.3 создаётся усилие натяжения от  клеммы 3 на перо 6.1  подошвы рельса 6.
Вместе с этим опорный элемент 5.2, сдерживающий клемму 3 в боковом упоре 2, опирается на ограничительные выступы 2.6 бокового упора 2. Этим обусловлена необходимость выполнения ограничительных выступов 2.6 бокового упора 2 в непосредственной близости с отверстием 2.1 бокового упора 2 для возможности осуществления скрепления элементами крепления 5 через отверстие 2.1 бокового упора 2 всех составных элементов узла рельсового скрепления.
Дополнительно важно предоставить должную длину опорной зоны в соединении опорного элемента 5.2 крепления 5 с ограничительными выступами 2.6 для обеспечения распределения нагрузки между элементами узла при затяжке крепления и установке всего узла в проектное положение, чем вызвана существенность размерности ограничительных выступов 2.6. Поэтому в заявленном узле ограничительные выступы расположены в непосредственной близости со сквозным отверстием и огибают его не менее, чем 50% его длины,  чем обеспечено равномерное распределение напряжений, при закрепленном положении элементов узла и, как следствие,  их более долгого срока службы. Данным решением можно обеспечить дополнительную надежность в узле рельсового скрепления.
Не рекомендовано выполнять ограничительные выступы 2.6 длиной менее 50% от длины отверстия 2.1, так как это может вызвать разрушение выступов 2.6 из-за чрезмерной нагрузки на них и выходу из строя всего узла рельсового скрепления.
При монтаже узла рельсового скрепления зачастую происходит перезатяжка элементов крепления 5, что приводит к работе клеммы 3 в состоянии предельной нагрузки и быстрому выходу ее из строя, либо не надежной фиксации рельса в узле скрепления, что может привести к раскантовке рельса из проектного положения.
Выступы 2.6 обеспечивают правильное положение усов клеммы 3 при затяжке крепления 5, что в свою очередь обеспечивает заданную проектную нагрузку от опорной ветви клеммы 3 на подошву рельса 6 в проектном положении от усов клеммы 3.
Высота выступов 2.6 определена конструктивными элемента узла скрепления для обеспечения заданного необходимого усилия, передаваемого от опорной ветви клеммы 3 на подошву рельса 6.
Сквозное отверстие 2.1 бокового упора может быть выполнено, например, овальной формы, в форме вытянутого круга.
Сквозное отверстие выполнено диаметром в диапазоне 26-33 мм, при  этом обеспечен зазор 1 мм по ширине отверстия с каждой стороны от основного элемента 5.1 крепления 5 до сквозного отверстия 2.1 бокового упора и зазор 3-4 мм по длине сквозного отверстия 2.1 с каждой стороны от основного элемента 5.1 крепления 5 до сквозного отверстия 2.1 бокового упора 2.
Дополнительно для снижения концентраций напряжений переходы от рабочего 2.5, упорного 2.3, ограничительных выступов 2.6 и направляющих стенок 2.7 к горизонтальной поверхности 2.4 бокового упора 2 выполнены радиусными.  Значение радиусных скруглений лежит в диапазоне 3-8 мм, данным решение можно обеспечить дополнительную надежность.
Для снижения материалоемкости со стороны нижней поверхности в теле бокового упора 2 могут быть выполнены полости 2.8, разделенные ребрами жесткости 2.9, например,   выполнено 7 – 28 полостей.
Ребра 2.9 бокового упора 2, выполнены формой приближенной к форме геометрических фигур, а полости 2.8 бокового упора 2 могут иметь форму приближенную к прямоугольнику, овалу, вытянутому кругу или треугольнику с кругленными краями.
На фиг. 4 параметры бокового упора обозначены следующим образом:
L
m
n
i
i
i
– длина бокового упора,  –ширина рабочей полки,   –ширина упорного выступа.
L
m
n
0
0
0
Существуют номинальные размеры:  – номинальная длина бокового упора, она может отклонятся на ±5 мм,  – номинальная ширина рабочей полки, она может отклонятся на ±5 мм,   – номинальная ширина упорного выступа, она может отклонятся на ±5 мм.
R
k
m
h
n
i
i
Примером реализации может служить узел рельсового скрепления, содержащий, подрельсовую прокладку 1, клеммы 3, скрепленные со шпалой 4 с помощью крепления  5. боковые упоры 2, каждый из которых включает сквозное отверстие 2.1, направляющий выступ 2.2, упорный выступ 2.3, горизонтальную поверхность 2.4, рабочий выступ 2.5, ограничительные выступы 2.6 и направляющие стенок 2.7 с концевыми участками, выполненными по радиусу = 18 мм,  рабочий выступ 2.5 выполнен высотой  = 20мм и равной совокупному значению высоты подрельсовой прокладки 1 и толщины пера 6.1 подошвы рельса 6, рабочая полка 2.10 выполнена шириной  = 19 мм, направляющие стенки 2.7 выполнены высотой  = 10 мм и составляют ⅔ диаметра клеммы, ограничительные выступы 2.6, расположенные в непосредственной близости со сквозным отверстием 2.1 бокового упора, огибают         53 % его и выполнены шириной 24 мм, упорный выступ 2.3 выполненный шириной  = 7 мм.
R
k
23/20
f
m
h
12/17
h
n
i
i
Примером реализации может служить узел рельсового скрепления, описанный выше за исключением следующих параметров концевые участки направляющих стенок 2.7 выполнены по радиусу =16 мм,  рабочий выступ 2.5 выполнен высотой  = 23 мм и равной совокупной высоты подрельсовой прокладки 1 и  толщины пера 6.1 подошвы рельса 6 (не превышающей высоту  от подрельсовой площадки до точки контакта клеммы 3 с пером 6.1 подошвы рельса 6, но не менее совокупной высоты подрельсовой прокладки 1 и ¾ толщины пера 6.1 подошвы рельса 6), рабочая полка 2.10 выполнена шириной  = 29 мм, направляющие стенки 2.7 выполнены высотой  = 12 мм и составляют сколько  диаметра клеммы (высотой  не превышающей ¾ диаметра клеммы 3, но не менее⅓ диаметра клеммы), ограничительные выступы 2.6, расположенные в непосредственной близости со сквозным отверстием 2.1 бокового упора, огибают 64 % его длины и выполнены шириной 23мм, упорный выступ 2.3 выполненный шириной  = 17 мм.
По сравнению с известным техническим решением предлагаемое изобретение своими существенными признаками позволяет добиться необходимой жесткости с равномерным распределением нагрузок в соединении рельса со шпалой за счет создания бокового упора конфигурацией, адаптированной под контактирующие с ним элементы в узле, тем самым обеспечив как более долгий срок эксплуатации самого упора, так и элементов, взаимодействующих с ним, тем самым повышена надежность всего узла рельсового скрепления.