УПРУГАЯ КЛЕММА
ELASTIC TERMINAL

Настоящее изобретение касается упругой клеммы (зажимного элемента) для закрепления рельсов с U-образным центральным участком и исходящими коленами, переходящими в торсионной части в изогнутый держатель.
Подобные упругие клеммы используются для закрепления железнодорожных рельсов на бетонном основании или деревянных, стальных или бетонных шпалах. При помощи упругих клемм железнодорожный рельс при приложении соответствующего зажимного усилия (далее по тексту прижимная сила) продолжительное время принудительно удерживается на железнодорожных шпалах. Подобные способы крепления рельсов известны на протяжении многих десятилетий, причем упругой клеммой служили W-образные пружинящие проволочные элементы. Для закрепления такая упругая клемма имеет U-образный центральный участок с двумя коленами, предназначенный для стяжного болта (например, болта для шпал, закладного болта, анкерного болта, болта с прямоугольной головкой и т.д.). Колена U-образного центрального участка имеют предпочтительно прямоугольный загиб и примыкающий торсионный участок. За торсионным участком следует дугообразный участок с прямыми концами колен, которые располагаются да подошве рельса как держатель. Свободные концы держателей прижимают рельс или подошву рельса к шпале. Для получения необходимой прижимной силы U-образный центральный участок стягивается при помощи стяжного болта или подобного, причем стяжной болт ввинчивается, например, непосредственно в залитый в бетонную шпалу дюбель. В зависимости от варианта исполнения упругой клеммы прижимная сила может варьироваться от обычного значения 5,5 до 14 kH, причем одновременно вследствие нагрузки на точку опоры рельса (возникающей вследствие движения железнодорожного транспорта) может возникнуть длительная динамическая деформация минимум в 1,4 мм.
Для регулировки прижимной силы упругие клеммы предварительно зажимаются стяжным болтом, который, например, ввинчен в дюбель, который, например, забетонирован в бетонную шпалу. Прижимная сила упругих клемм уменьшается в соответствии с характеристикой упругого элемента использующейся упругой клеммы через амортизацию. Представленные на рынке упругие клеммы характеризуются резким увеличением характеристик упругого элемента, а именно до значения, которое достигается, когда к уже лежащим на подошве рельса держателям на центрирующем участке (например, направляющий угольник рельсовой подкладки) прикрепляется серединная петля упругой клеммы. К моменту потери рельсом устойчивости, при превышении максимально допустимой нагрузки вследствие внешних воздействий, например на некоторых закруглениях пути, сила, воздействующая на подошву рельса, вследствие функции защиты от опрокидывания сверхпропорционально увеличивается.
Поскольку железнодорожные шпалы кладутся на щебень, нагрузка вследствие движения железнодорожного транспорта ведет к прогибу железнодорожной шпалы под гравием, в случае если под подошвой рельса находится жесткая прокладка с жесткостью более 400 N/mm. При использовании эластичной прокладки, она окажет существенное влияние на общую осадку точки опоры рельса. В случае использования предварительно забетонированного железнодорожного полотна (монолитный путь) доля щебня в прогибе упругого элемента принудительно исключается. По этим причинам на участках точек опоры рельса применяются высокоэластичные прокладки, позволяющие прогиб упругого элемента шейки рельса на участке точки опоры рельса при воздействии нагрузки. Как только высота расположения подошвы рельса изменяется по отношению к стянутой упругой клемме, в зависимости от характеристик упругого элемента упругой клеммы, изменяется прижимная сила. При снятии нагрузки с упругой клеммы путем прогиба упругого элемента рельса, например, снижается прижимная сила. Эта проблема особенно актуальна для железнодорожного полотна типа «монолитный путь», в котором применяются высокоэластичные прокладки.
В области монолитного полотна сохраняется основополагающая тематика, основывающаяся на технических данных и требованиях динамики движения.
Для сохранения одинакового уровня высот необходимо, например, чтобы положение предварительно изготовленных бетонных шпал было предварительно измерено и выровнено. Нормы производственно-технологических допусков для монолитных путей приводят к постоянным отклонениям вплоть до многих миллиметров, которые должны быть выравнены путем использования соответствующих толстых прокладок. Для выравнивания в подобных случаях необходимы многие миллиметры (причем колебания возможны как в меньшую, так и в большую стороны) по сравнению с номинальным положением монтажа. Последнее приводит к тому, что представленные на рынке упругие клеммы при достижении максимально допустимых значений приводят к серьезному изменению прижимной силы.
Оба эффекта, так называемая осадка вследствие технической эксплуатации железной дороги и статическое изменение уровня расположения рельсового полотна, приводят либо к перемещению мест закрепления оттяжками или анкерными болтами, либо к значительному смещению точки укрепления оттяжками или анкерными болтами на упругом элементе соответствующей упругой клеммы и вместе с этим к отрицательному смещению от заданных технических характеристик.
В основу настоящего решения положена задача свести к минимуму возможные колебания прижимной силы вследствие перемещения уровня укрепления рельса в точке опоры рельса оттяжками и анкерными болтами (силовая диаграмма, диаграмма упругого перемещения).
Для решения этой задачи предусмотрено, что отношение свободного от загибов торсионного участка KTS к плечу НА выполняло следующее условие: 0,05≤KTS/HA≤0,6. Другие предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны в подпунктах.
В случае, когда выполняется описанное отношение свободного от загибов торсионного участка KTS к плечу НА, зависимость от KTS и НА в зависимости от особенностей конструкции может быть обеспечена в необходимой степени таким образом, что упругая клемма приобретает растущий относительно плавно характеристический график таким образом, что изменение прижимной силы на миллиметр упругого хода значительно снижается по сравнению с обычными упругими клеммами. Длина торсионного участка KTS без закруглений таким образом соотносится с используемым плечом НА, что в рамках установленных пределов между 0,05 и 0,6 обеспечивает оптимальную характеристику в виде кривой. Здесь все в особенности определяется тем, что кривая предельно сглажена и, например, если подошва рельса расположена низко по отношению к стянутой упругой клемме, то уменьшение прижимной силы гораздо меньше, чем у стандартных прижимных клемм или же это помогает избежать ненужного повышения предварительного напряжения высокоэластичного крепления в тех случаях, когда для регулировки высоты рельс необходимо приподнять. Благодаря этому достигаются следующие преимущества: во-первых, снижаются колебания в точке опоры рельса, во-вторых, главное, что показатели параметров сопротивления рельсовых петлей угону поддерживаются на значительно более константном уровне.
Для достижения заявленных для данного изобретения показателей отношения свободного от загибов торсионного участка KTS к плечу НА предпочтительно использование упругих клемм с коэффициентом упругости с≤0,6 kN/mm. Коэффициент упругости определяется как отношение полученной действующей силы к перемещению с = F/s.
Под свободным от загибов торсионным участком KTS на основании существующих технологических допусков понимается максимальный торсионный радиус, для которого 100≤R≤∞, наиболее предпочтительно 500≤R≤∞. Как правило, в процессе производства не следует до конца исключать положение о том, что есть незначительное закругление торсионного участка, для которого ранее описанное условие соблюдается таким образом, что закругление торсионного участка в крайней степени незначительно.
Разработка настоящего изобретения предусматривает, что у упругой клеммы имеется свободный от закруглений торсионный участок размером от 15 до 40 мм, предпочтительно 20-30 мм. Выбранная длина торсионного участка сильно влияет на характеристический график упругой клеммы, для которой этот торсионный участок образует отношение с плечом, длина которого от 50 до 200 мм, предпочтительно от 100 до 120 мм.
Упругая клемма в соответствии с настоящим изобретением характеризуется тем, что диаграмма графической характеристики упругого элемента показывает плавное повышение, вследствие чего снижение прижимной силы на миллиметр упругого перемещения значительно уменьшается.
Другой вариант исполнения настоящего изобретения предусматривает, что держатели изогнуты таким образом, что свободные концы держателей в горизонтальной проекции направлены против центрального участка. Исходящие держатели при этом находятся в положении почти параллельном шейке рельса, благодаря чему достигается максимальное перекрывание на подошве рельса.
Для того чтобы упругая клемма обладала достаточной упругой силой, вне зависимости от характеристики упругого элемента, предусмотрено что в свободной позиции упругой клеммы центральный участок находится в одной плоскости, а держатели в другой, расположенной под углом, плоскости. Благодаря этому достигается то, что держатели при стягивании шейки рельса в каждой позиции лежат на подошве рельса. Одной из основных задач настоящего изобретения является то, что характеристический график предельно сглажен и, например, если подошва рельса расположена низко по отношению к стянутой упругой клемме, то уменьшение прижимной силы гораздо меньше, чем у стандартных прижимных клемм или же это помогает избежать ненужного повышения предварительного напряжения высокоэластичного крепления в тех случаях, когда для регулировки высоты рельс необходимо приподнять. Благодаря этому достигаются следующие преимущества: во-первых, снижаются колебания в точке опоры рельса, во-вторых, главное, что показатели параметров сопротивления рельсовых петлей угону поддерживаются на значительно более константном уровне.
Далее настоящее изобретение будет рассмотрено еще раз в соответствии со следующими фигурами:
фиг.1 первое изображение показывает монтаж упругой клеммы для крепления шейки рельса,
фиг.2 три изображения показывают упругую клемму в соответствии с настоящим изобретением и
фиг.3 - характеристика кривой стандартной упругой клеммы и упругой клеммы в соответствии с настоящим изобретением
Условные обозначения, принятые на чертежах
1 рельс
2 упругая клемма
3 стяжной болт
4 нижнее строение пути
5 дюбель
6 держатель
7 подошва рельса
8 сэндвич структура
11 эластомер
20 центральный участок
21 колено
22 колено
23 загиб
24 загиб
25 участок
26 участок
27 держатель
28 держатель
30 характеристический график
31 характеристический график
А торсионный участок
В плечо.
На фиг.1 представлена сегментированная проекция рельса 1, закрепленного при помощи упругой клеммы 2 и стяжного болта 3 на нижнем строении пути 4, которое, например, может состоять из бетона. Стяжной болт 3 предназначен для создания предварительного напряжения упругой клеммы 2 и может быть, например, ввинчен в дюбель 5, закрепленный анкерным креплением непосредственно в нижнем строении пути, например вбетонирован. При этом стяжной болт 3 находится внутри U-образного центрального участка упругой клеммы 2 и при стягивании тянет этот участок вниз таким образом, что возникающее нажимное усилие (прижимная сила) переносится на держатели 6. Держатели 6 лежат непосредственно на подошве рельса 7 таким образом, что рельс 1 прижимается к нижнему строению пути 4. Внутри рельса 1 может находиться, например, эластомер 11. Вследствие нагрузки, возникающей из-за движения железнодорожного транспорта, появляется возможность того, чтобы рельс 1 при использовании эластомера 11 мог сжаться и вернуться в исходное положение.
Фиг. с 2.1 по 2.3 показывают три проекции упругой клеммы 2 в соответствии с настоящим изобретением, имеющей U-образный центральный участок 20, где колена 21, 11 U-образного центрального участка 20 расположены на определенном расстоянии друг от друга, при этом расстояние должно быть таким, чтобы между коленами 21, 22 мог поместиться стяжной болт в соответствии с фиг.1. Колена 21, 22 далее через загибы 23, 24 переходят в торсионнный А-участок, почти не имеющий загибов. К торсионному участку А присоединяется изогнутый участок 25, 26, который в настоящем варианте исполнения настоящего изобретения представляет собой полукруг или же он может представлять собой две четверти круга, с расположенным между ними свободным от загибов торсионным участком, в то время как его свободные концы в виде держателей 27, 28, предназначенных непосредственно для устройства на подошве рельса 7, расположены прямо. Упругая клемма 2 изготавливается из монолитного куска, например круглой рессорной стали, который при создании прижимной силы будет обладать большой прижимной силой. Прижимная сила, действующая на подошву рельса, создается благодаря тому, что стяжной болт 3 затягивается в соответствии с фиг.1, а центральный участок 20 одновременно с этим прижимается по направлению вниз, из-за чего вследствие одностороннего упора упругой клеммы 2 внутри торсионного участка А сила затягивания переносится на держатели 27, 28.
В соответствии с настоящим изобретением упругая клемма 2 сконструирована таким образом, что для торсионного участка А и плеча В выполняется следующее условие: 0,05≤KTS/HA≤0,6, причем плечо задано интервалом нейтральной оси торсионного участка А и держателя 27, 28. Сохранением верхнего и нижнего пределов от 0,05 до 0,6 достигается эффект того, что характеристический график в соответствии с фиг.3 имеет очень плавную линию подъема, благодаря чему потери прижимной силы на каждый миллиметр упругого хода минимальны на сколько это возможно.
Два других изображения показывают упругую клемму 2 в соответствии с настоящим изобретением в боковой проекции для центрального участка 20.
Фиг.3 в соответствии с настоящим изобретением показывает характеристический график 30 упругой клеммы, отвечающей современному уровню развития техники, и характеристический график 31 заявленной упругой клеммы 2. Диаграмма характеристических графиков показывает, что прижимная сила составляет отношение с упругим ходом, причем упругий ход исчисляется в mm, а прижимная сила в kN. Характеристический график 30 показывает типичный ход упругой клеммы с относительно резким повышением до предельного значения (возникающая защита от переброса), который за счет прилежания центрального участка упругой клеммы к подошве рельса ведет к непропорциональному повышению прижимной силы. Все же решающую роль имеет линейное возрастание прижимной силы из расчета значений упругого хода. За счет уклона у упругой клеммы, отвечающей современному уровню развития науки и техники, уже при незначительных изменениях упругого хода отмечается значительное изменение прижимной силы, в то время как упругая клемма 2 в соответствии с настоящим изобретением, имеющая незначительный уклон, показывает не такое резкое возрастание характеристического графика с учетом одинаковых изменений упругого хода и показывает незначительные изменения прижимной силы.