УСТРОЙСТВО ПОДКЛАДКИ УЗЛА КРЕПЛЕНИЯ КОНТРРЕЛЬСА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Полезная модель относится к конструктивным элементам верхнего строения железнодорожного пути, в частности, к устройству узла крепления контррельса не связанного с путевым рельсом с целью увеличения прочностной надежности и долговечности подкладки контррельса, и как следствие, повышение эффективности и безопасности работы железнодорожного транспорта, снижение затрат на обслуживание и ремонт.
Анализ данных эксплуатации узлов крепления контррельса, не связанного с путевым рельсом показывает, что выход их из строя связан с усталостным разрушением опорной пластины контррельсовой подкладки в зоне сопряжения подошвы путевого рельса и ребер упора контррельса.
Выход из строя контррельсовой подкладки приводит к ограничению скоростей движения экипажей, а в некоторых случаях к полному прекращению движения. Регламент движения экипажа по стрелочному переводу допускает при полном изломе одной подкладки в контррельсе движение не более 25 км/час, при изломе 2-х и более подкладок в контррельсе - движение закрывается. При наличии трещины в одной подкладке контррельса движение не более 40 км/час, а при трещине в 2-х и более подкладок контррельса - не более 25 км/час.
Известна конструкция контррельсов по патенту на полезную модель RU №61295 «Устройство для обеспечения безопасности движения и уменьшения бокового износа рельсов в кривых». Динамические испытания этой конструкции контррельсов на железнодорожных путях ООО «КНАУФ ГИПС КОЛПИНО» в кривых радиусом 130 м при обращении груженых четырехосных вагонов и думпкаров показали, что примененная в конструкции система жесткого закрепления путевого и контррельсового рельсов на общей подкладке с большим запасом прочности перерабатывает все виды нагрузок от локомотивов и подвижного состава, возникающих в кривых малых радиусов. К недостаткам узла крепления контррельса можно отнести: дополнительное использование типовой подкладки; при данной конструкции общей подкладки уйти от усталостного разрушения не возможно.
Кроме того известна конструкция контррельсового узла, патент RU №93813. Контррельсовый узел представляет собой дополнительное устройство верхнего строения железнодорожного пути и состоит из рельса Р50 с подрезанной подошвой Б, контррельсовой подкладки В, которая служит креплением контррельса с помощью болтов М22 (см. приложение 3 к описанию). Контррельсовая подкладка крепится к шпале путевыми шурупами. Ходовой рельс А крепится к шпале костылями через контррельсовую подкладку. Между собой контррельсы крепятся накладками причем со стороны рельсовой колеи используется накладка 1P-50, а с другой стороны используется соединительная пластина. Однако указанное устройство узла крепления контррельса не свободно от недостатков, таких как, применение дополнительных деталей пусть и стандартных, при повторном применении контррельса путем его поворота на 180 градусов потребуется сверление дополнительных отверстий в контррельсе, при данной конструкции опорной пластины невозможно полностью уйти от усталостного разрушения ее.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является узел крепления контррельса, не связанного с путевым рельсом (см. приложение 4 к описанию). В указанной конструкции узла крепления контррельс непосредственно не связан с путевым рельсом, хотя оба размещаются на общей контррельсовой подкладке. Данная конструкция по сравнению с узлом крепления контррельса, в котором контррельс крепится к путевому рельсу (см. приложение 5 к описанию), имеет ряд преимуществ: меньший расход материала на изготовление контррельса, легкая доступность регулировки ширины желоба между контррельсом и путевым рельсом путем постановки подкладок, облегчение замены путевого рельса. (Железнодорожный путь: Учебник / Е.С. Ашпиз, А.И. Гасанов, Б.Э. Глюзберг и др.; под ред. Е.С. Ашпиза - М.: ФБГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2013. - рис. 8.41, на стр.257).
Основным недостатком прототипа является недостаточная прочностная надежность подкладки узла крепления контррельса и заниженный срок службы узла крепления контррельса. Исходный вариант конструкции подкладки обладает недостаточной жесткостью на изгиб, что приводит к существенному росту деформаций и напряжений в зоне максимальной концентрации напряжений. Циклическое воздействие внешних силовых нагрузок на контррельс приводит к усталостному разрушению подкладки.
Технической задачей предлагаемого решения является устранение выше указанных недостатков, а именно, увеличения прочностной надежности и долговечности подкладки узла крепления контррельса, снижение затрат на обслуживание и ремонт, и как следствие, повышение эффективности и безопасности работы железнодорожного транспорта.
Указанная задача решается тем, что устройство подкладки узла крепления контррельса железнодорожного транспорта, не связанного с путевым рельсом, содержащее опорную пластину, общую для размещения путевого рельса, элементов крепления к шпале и жестко закрепленного на ней упора, удерживающего контррельс, согласно предложению, часть опорной пластины по длине упора и площадки для размещения путевого рельса выполнена коробчатого П-образного сечения. Опорная пластина в предлагаемом устройстве может быть выполнена коробчатого П-образного сечения по всей ее длине. Внутренний профиль опорной пластины выполнен соответствующим профилю шпалы с возможностью обхвата шпалы боковыми полками опорной пластины и возможностью перемещения устройства подкладки по поверхности шпалы при его установке.
Проблему предложено решать, обеспечивая прежние установочные размеры контррельсовой подкладки на шпале и размещения контррельса и путевого рельса на подкладке, изменением изгибной жесткости опорной пластины контррельсовой подкладки относительно горизонтальной оси поперечного сечения. В известной конструкции контррельсовой подкладки, используемой на железнодорожном транспорте, поперечное сечение опорной пластины является прямоугольным и большая сторона (параллельная горизонту) которого в 10-12 раз превышает его высоту (толщина пластины). Для увеличения изгибной жесткости опорной пластины только путем увеличения ее толщины, с достижением желаемой жесткости значительно возрастает расход материала и к тому же приводит к изменению установочных размеров.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на Фиг. 1. - дано изображение предлагаемого устройства подкладки узла крепления контррельса, на Фиг. 2 - поперечные сечения опорной пластины подкладки: а) прототипа; б) полезной модели, на Фиг. 3 - показано сопряжение опорной пластины и шпалы, на Фиг. 4 - вид разрушения прототипа, на Фиг. 5 иллюстрация испытания прототипа на стенде.
Устройство подкладки содержит опорную пластину 1 для размещения путевого рельса и элементов крепления его к шпале (на чертеже не показаны), жестко закрепленный на ней упор 2, удерживающий контррельс (на чертеже не указан). Часть опорной пластины по длине упора и площадки для размещения путевого рельса или опорная пластина по всей длине выполнена коробчатого П-образного поперечного сечения. Внутренний профиль опорной пластины с полками 3 выполнен соответствующим профилю шпалы 4 с возможностью обхвата шпалы полками 3 опорной пластины и возможностью перемещения устройства подкладки по поверхности шпалы при его установке.
Особенностью устройства является то, что технический результат предлагаемого решения достигается тем, что требуемая изгибная жесткость поперечного сечения опорной пластины достигается изменением размеров
боковых полок (толщина t и длина Н) при постоянной толщине стенки h, Фиг. 2,6.
Отличием устройства является то, что опорная пластина выполнена коробчатого П-образного сечения по всей длине, при этом боковые полки 3 опорной пластины обхватывают шпалу с возможностью перемещения устройства подкладки по поверхности шпалы при его установке. (Фиг. 3).
Преимуществом предлагаемого устройства, по отношению к устройствам находящимися в эксплуатации, являются значительное снижение уровня действующих напряжений в опорной пластине подкладки контррельса (в 5-7 раз) и повышение изгибной жесткости опорной пластины относительно горизонтальной главной оси поперечного сечения (в 10-12 раз).
Можно отметить некоторое увеличение массы опорной пластины, но расходы на это окупаются при эксплуатации. Например, данные по эксплуатации подкладок контррельса только на 2-х отделениях различных участков Южно-Уральской железной дороги показывают, что расходы на ремонтные комплекты, без учета затрат на замену, составляют более 2 млн. рублей в год.
Пример экспериментального и расчетного исследования. Для подтверждения получения технического результата, заключающегося в увеличении прочностной надежности и долговечности подкладки узла крепления контррельса, были проведены экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния подкладок в лабораторных условиях (Фиг. 5,а и Фиг. 5,б), выполнены расчетные исследования, направленные на создание дискретной модели контррельсовой подкладки с целью поиска оптимального конструктивного варианта с точки зрения ее прочности. Были выполнены прочностные расчеты контррельсовых подкладок различного конструктивного исполнения, связанного с: изменением толщины опорной пластины подкладки, изменением расположения ребер жесткости упора, установкой дополнительных накладок. Сравнительный анализ расчетных данных показал, что изменения конструкции упора 2, размещение дополнительных накладок не приводят к существенному снижению уровня напряжений в опасном сечении опорной пластины подкладки. В наибольшей степени на снижение уровня напряжений, действующих в опасной точке сечения, влияет увеличение толщины подкладки. Расчетные данные показывают, что исходный вариант конструкции контррельсовой подкладки обладает недостаточной жесткостью на изгиб, что приводит к существенному росту деформаций и напряжений в зоне максимальной концентрации напряжений (Журнал «РСП Эксперт» №12 (56) декабрь 2013, с 20-22).
Сущность предлагаемого устройства поясняется Фиг. 2, Фиг. 3 и расчетами геометрических характеристик поперечного сечения опорной пластины каждого из устройств. Для принятых размеров поперечных сечений опорных пластин, узлов крепления контррельсов, их геометрические характеристики:
x
x
а) для пластины, находящейся в эксплуатации (Фиг. 2,а) осевой момент инерции I, момент сопротивления изгибу W и площадь равны
3
см;
2
A=Bh=28,8 см.
б) для предлагаемой опорной пластины коробчатого П-образного поперечного сечения (Фиг. 2,б) геометрические характеристики, при размерах B=21,8 см, H=5 см, h=t=1,6 см, соответственно равны
x
4
3
3
2
I=72 см ,  см, =19 см, A=51 см.
Анализ расчетов показывает, что дополнительное размещение полок на опорной пластине (получая для ее коробчатое П-образное поперечное сечение) приводит к значительному снижению нормальных напряжений от изгибных деформаций. В верхних слоях поверхности опорной пластины напряжения уменьшаются в 7 раз, а на внутренней поверхности близки к нулю. В нижних слоях полок напряжения в 2,5 раза меньше напряжений, чем в работающих пластинах. Изгибная жесткость поперечного сечения предлагаемой конструкции пластины в 12 раз превышает жесткость пластины эксплуатируемой.
Использование предлагаемого устройства подкладки узла крепления контррельса на железнодорожном транспорте повышает прочностную надежность и увеличивает срок службы узла крепления контррельса, тем самым обеспечивая эффективность и безопасность работы железнодорожного транспорта, снижая уровень материальных расходов на ремонт и техническое обслуживание конструктивных элементов верхнего строения пути.