ОСТРЯК КРИВОЛИНЕЙНЫЙ КАСАТЕЛЬНЫЙ

Полезная модель относится к конструкциям верхнего строения железнодорожного пути, а именно в стрелках стрелочных переводов типа Р65 марок 1/9 и 1/11, которые укладываются в путь отечественных железных дорог и эксплуатируются в соответствии с «Правилами технической эксплуатации железных дорог Украины» с нагрузкой 250 кН на рельс от оси подвижного состава, а также в железнодорожных путях стран СНГ с аналогичными условиями эксплуатации по нагрузке на рельс от оси подвижного состава и большой грузонапряженностью.
Известен криволинейный остряк касательного типа, который имеет притупленное острие и прилегает к прямому рамному рельсу по касательной кривой, а его рабочий кант доводится до рабочего канта рамного рельса на коротком отрезке Х от сечения, где ширина головки острия остряка составляет 5 мм [Яковлева Т.Г. Железнодорожный путь. -М.: Транспорт, 2001. - С.319, рис.3.176, в, аналог] [1].
Недостатком известного криволинейного остряка касательного типа [1] является достаточно узкая сфера использования - только на путях, предназначенных исключительно для движения пассажирского подвижного состава, с незначительными осевыми нагрузками и грузонапряженностью, как например, на железных дорогах Франции, Германии и ряда других европейских стран.
Причиной этому являются конструктивные особенности традиционных криволинейных остряков касательного типа, которые выполнены из стандартного европейского острякового проката, имеют достаточно тонкое острие малого сечения и незначительную площадь его прилегания к рамному рельсу.
Указанные выше недостатки делают невозможным использование известных криволинейных остряков касательного типа на путях со смешанным (грузопассажирским) движением и большой грузонапряженностью.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату, является остряк криволинейный касательный, имеющий острие, рабочую грань, продольный профиль которой выполнен криволинейным, нерабочую грань и корень [(«Криволинейный остряк стрелочного перевода», SU 1759974 (А1) (Центральный проектно-конструкторское и технологическое бюро промышленного транспорта черной металлургии) Е01В 7/02, 07.09.92, наиболее близкий аналог-прототип] [2].
Для увеличения ресурса работы за счет смещения наиболее напряженно работающих сечений остряка в направлении корня и увеличение площади прилегания к прямому рамному рельсу, продольный профиль рабочей грани остряка очерченный по кривой, которая описывается уравнением:
3X
2X
3X
3
2
у=С +C +C,
где y - ордината точек рабочей грани криволинейного остряка относительно кромки прямого рамного рельса;
1
2
3
1
2
3
-10
-6
-3
C, C, C - постоянные параметры, которые определяют степень кривизны и соответственно равны: C=96·10; C=4,0·10; C=18·10;
х - абсцисса точек рабочей грани.
Недостатком указанного криволинейного остряка [2] является незначительный ресурс работы острия в наиболее нагруженной приторцовой зоне, что, соответственно, снижает срок службы остряка.
Объясняется это тем, что в известной конструкции возникают значительные динамические нагрузки от колес подвижного состава в рабочей зоне острия, от сечения, где ширина его головки равна 5 мм (сечение «5») до сечения, где ширина головки острия равна 50 мм (сечение «50»), что сопровождается недостаточно плавным вкатыванием подвижного состава в кривую.
Это обуславливает интенсивный износ кривых остряков в приторцовой зоне острия по рабочей грани, а также обуславливает незначительный срок их эксплуатации, что наиболее ярко проявляется на железнодорожных путях с большой грузонапряженностью.
В основу полезной модели поставлена техническая задача - усовершенствовать остряк криволинейный касательный путем выбора оптимальных геометрических параметров кривой продольного профиля и участка подстрожки рабочей грани острия, а также выбора оптимальных геометрических параметров поверхности катания и вертикального профиля острия, обеспечить снижение динамических нагрузок от колес подвижного состава в рабочей зоне острия и более плавное вкатывание подвижного состава в кривую.
Технический результат, который достигается при решении поставленной технической задачи и использовании усовершенствованного остряка состоит в уменьшении износа и увеличении срока эксплуатации остряка за счет уменьшения динамических нагрузок на остряк в рабочей зоне и повышения плавности вкатывания подвижного состава в кривую, что позволит использовать его в качестве остряка криволинейного касательного типа Р65 правой (левой) стрелки марок 1/9 и 1/11, применяемых на железнодорожных путях с большой грузонапряженностью.
Поставленная техническая задача решается, а указанный технический результат достигается тем, что в остряке криволинейном касательном, имеющем острие, рабочую грань, продольный профиль которой выполнен криволинейным, нерабочую грань и корень, согласно полезной модели, кривая продольного профиля рабочей грани острия выполнена касательной к рабочей грани прямого рамного рельса, с координатами точек, которые соответствуют значениям таблицы 1:
Таблица 1
x<sub>3</sub>
2569
3464
5477
6406
y<sub>3</sub>
11
20
50
68,4
3
где: х - абсцисса точек рабочей грани острия криволинейного остряка относительно теоретического начала кривой (плоскости переднего торца прямого рамного рельса), мм;
3
y - ордината точек рабочей грани острия криволинейного остряка относительно рабочей грани прямого рамного рельса на глубине h=14,5 мм ниже уровня поверхности катания, мм,
участок подстрожки, выполненный на рабочей грани острия, выполнен на длине l=1203 мм, от торца острия до сечения, где ширина его головки равна 11 мм (сечение «11»), а поверхность катания и вертикальный профиль острия описаны кривой, координаты точек которой соответствуют значением таблицы 2:
Таблица 2
x<sub>3</sub> <sup>'</sup>
0
258
687
2098
4111
5040
Н<sub>3</sub>
115,0
123,0
124,9
131,1
140,0
140,0
3
'
где: x  - абсцисса точек поверхности катания и вертикального профиля острия криволинейного остряка относительно плоскости его переднего торца, мм;
3
Н - высота поверхности катания и вертикального профиля острия криволинейного остряка по сечениям, мм.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков полезной модели и техническим результатом, заключается в следующем.
Выполнение остряка криволинейного касательного с продольным профилем рабочей грани острия в виде касательной к прямому рамному рельсу кривой с отмеченными координатами дает возможность, в сравнении с прототипом, уменьшить углы встречи гребней колес подвижного состава с рабочей гранью остряка при входе вагонных тележек в кривую на боковое направление стрелки:
- в зоне случайного набегания, на длине рабочей грани от сечения «11» до сечения «15» острия - в 1,21 раза;
- в зоне интенсивного набегания, на длине рабочей грани от сечения «15» до сечения «25» острия - в 1,73 раза;
- в зоне постоянного прижатия гребней колес к рабочей грани, от сечения «25» до сечения «59,4» острия (начало радиуса R=300000 мм изгиба переходного участка пера остряка) - в 1,3 раза.
Уменьшение углов встречи пары «гребень колеса - рабочая грань острия» уменьшает в 1,21-1,73 раза интенсивность изнашивания рабочей грани острия в результате пропорционального уменьшения динамических сил нормального давления на рабочую грань острия.
С учетом усовершенствованной геометрии вертикального профиля и поверхности катания острия, а также увеличенной толщины профильной шейки головки острия, расчетный срок эксплуатации остряков согласно полезной модели увеличится в 1,5-2,0 раза.
Кроме этого, при использовании для правой и левой стрелок вариантов остряков со смещенной к вертикальной оси поперечного сечения острия наклонной плоскостью прилегания к прямому рамному рельсу увеличивается жесткость узла в зоне прилегания острия к рамному рельсу в результате уменьшения межосевого расстояния между этими деталями, что также положительно отражается на ресурсе стрелки при ее эксплуатации.
В вариантах полезной модели остряка криволинейного касательного касательная кривая продольного профиля рабочей грани острия может быть выполнена зеркально относительно рабочей грани прямого рамного рельса, с координатами точек относительно теоретического начала кривой и рабочей грани прямого рамного рельса на глубине h=14,5 мм ниже уровня поверхности катания, что соответствует значениям, приведенным в таблице 2, мм.
Варианты криволинейного остряка для правой и левой стрелок могут быть выполнены с наклонной плоскостью прилегания острия к прямому рамному рельсу, который смещен к вертикальной оси поперечного сечения острия относительно плоскости нерабочей грани головки острякового проката параллельно ей, с возможностью увеличения толщины профильной шейки головки острия для противодействия динамическим нагрузкам от гребней колес подвижного состава при входе в кривую на боковое направление стрелки.
В последующем полезная модель поясняется подробным описанием ее выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображены:
на фиг.1 - остряк криволинейный касательный, например типа Р65 правой стрелки марки 1/9 и 1/11, вид справа;
на фиг.2 - вид А из фиг.1, увеличено;
на фиг.3 - сечение Б-Б из фиг.1, увеличено;
на фиг.4 - сечение В-В из фиг.1, увеличено;
на фиг.5 - сечение Г-Г из фиг.1, увеличено;
на фиг.6 - сечение Д-Д из фиг.1, увеличено;
на фиг.7 - сечение Е-Е из фиг.1, увеличено;
на фиг.8 - схема построения рабочей грани острия остряка правой стрелки;
на фиг.9 - схема выполнения поверхности катания и вертикального профиля острия остряка;
на фиг.10 - схема подстрожки рабочей грани острия остряка.
Остряк криволинейный касательный (фиг.1-10), например, типа Р65 правой стрелки марок 1/9 и 1/11 (фиг.1) содержит корень 1 и перо 2, которое, в свою очередь, состоит из механически обработанного острия 3 и переходного участка 4.
В поперечном сечении перо 2 остряка имеет профиль острякового проката ОР65, на длине переходного участка 4 (фиг.7), на длине острия 3 сечение его переменное (фиг.2, 7).
Как острие 3, так и переходный участок 4 пера 2 остряка имеют головку 5, шейку 6 и подошву 7.
На головке 5 переходного участка 4 остряка расположены рабочая грань 8, нерабочая грань 9 и поверхность катания 10 (фиг.7).
На головке острия 3 расположены рабочая грань 8 остряка, поверхность катания 10 и плоскость прилегания 11.
Плоскость прилегания 11 этого варианта остряка является фрагментом нерабочей грани 9 головки острякового проката, то есть механическая обработка этого участка головки острия 3 не выполняется.
Участок подстрожки 12 выполнен на рабочей грани 8 острия 3, от его переднего торца 13 до сечения головки «11».
Продольный профиль рабочей грани 8 острия 3, от сечения «11» к полному профилю головки 5 переходного участка 4 остряка правой стрелки (фиг.8), очерчен касательной кривой к рабочей грани прямого рамного рельса.
Радиус этой кривой равен R=300000 мм.
Основные параметры продольного профиля рабочей грани острия 3 остряка правой стрелки на всей его длине, от торца 13 к полному профилю в начале переходного участка 4, приведены в таблице 3.
Таблица 3
ч<sub>3</sub>
1366
2053
2569
3464
5477
6406
н<sub>3</sub>
-3
5
11
20
50
68,4
β<sub>3</sub>
0°27'19,8"
0°33'46,24"
0°39'10,9"
0°48'11,24"
1°08'27"
1°18'20,49"
Переменные параметры геометрии продольного профиля рабочей грани острия остряка правой стрелки в таблице 3 в соответствии со схемой на фиг.8:
3
х - абсцисса точек рабочей грани острия криволинейного остряка относительно теоретического начала кривой (плоскости переднего торца прямого рамного рельса), мм;
3
y - ордината точек рабочей грани острия криволинейного остряка относительно рабочей грани прямого рамного рельса на глубине h=14,5 мм ниже уровня поверхности катания, мм;
3
β - угол остряка в плане по сечениям, градусы
Подстрожка рабочей грани 8 острия 3 остряка в приторцовой зоне обеспечивает укрытие остряка не менее чем на 3,0 мм под головкой прямого рамного рельса для безударного, относительно торца остряка, прохождения колес подвижного состава при противошерстном движении по стрелке (фиг.10). Выполнена подстрожка на длине 7=1203 мм, от торца 13 острия 3 до сечения «11» его головки. Фактическое сечение конца острия 3 на глубине h=14,5 мм ниже уровня поверхности катания 10 и расстояния l=824 мм от торца остряка равно 6,59 мм
Поверхность катания 10 и вертикальный профиль острия 3 криволинейного остряка описаны кривой согласно схеме на фиг.9.
Основные параметры вертикального профиля и поверхности катания острия 3 приведены в таблице 4.
Таблица 4
x<sub>3</sub>
0
258
687
2098
4111
5040
Н<sub>3</sub>
115,0
123,0
124,9
131,1
140,0
140,0
δ<sub>3</sub>
1°46'33,76"
0°15'10,06"
-
-
-
Переменные параметры геометрии вертикального профиля и поверхности катания 10 острия 3 в таблице 4 в соответствии со схемой на фиг.9:
3
х - абсцисса точек поверхности катания и вертикального профиля острия криволинейного касательного остряка относительно плоскости его переднего торца, мм;
3
Н - высота поверхности катания и вертикального профиля острия криволинейного остряка по сечениям, мм;
3
δ - угол подъема вертикального профиля острия, градусы.
Остряк криволинейный касательный, например, типа Р65 левой стрелки марок 1/9 и 1/11 типа Р65 является зеркальным отображением остряка криволинейного касательного, например, типа Р65 правой стрелки марок 1/9 и 1/11.
Размеры и расположения основных сечений его острия идентичны остряку правой стрелки.
Касательная кривая продольного профиля рабочей грани острия остряка левой стрелки выполнена зеркально относительно рабочей грани прямого рамного рельса. Основные геометрические параметры продольного профиля рабочей грани острия этого варианта полезной модели, соответствуют таблице 3.
Параметры вертикального профиля и поверхности катания острия остряка левой стрелки аналогичны приведенным выше в таблице 4.
Таким образом, вариантами полезной модели является криволинейные касательные остряки правой и зеркальной ему левой (не показан) стрелок марок 1/9 и 1/11 с наклонной плоскостью грани прилегания 11 острия 3 к прямому рамному рельсу, которая выполнена смещенной на 9 мм к вертикальной оси поперечного сечения острия относительно плоскости нерабочей грани 9 головки острякового проката параллельно ей, путем механической обработки нерабочей грани 9 проката ОР65.
Такое усовершенствование конструкции острия 3 остряка, наряду с увеличением до величины R=20 мм радиуса выкружки в нижней части рабочей грани 8 и выполнением наклонной плоскости рабочей грани 8 с уклоном, равным ·1:4, обеспечит возможность увеличения толщины профильной шейки 14 головки острия 3 от его торца 13 до сечения «40» раза, что существенно увеличит жесткость детали и ее ресурс по сравнению с прототипом.
При сохранении практически равнозначных с прототипом площадей поперечных сечений по длине остряка, отмеченные выше варианты остряка криволинейного касательного типа, согласно полезной модели, в наиболее опасной для влияния колес подвижного состава его зоне, имеют увеличенные в 1,5-2,0 раза сопротивление износу и долговечность.
При использовании усовершенствованная конструкция остряка криволинейного касательного, например типа Р65 стрелок марок 1/9 и 1/11, не потребует значительного изменения технологии изготовления и не повысит их себестоимость.
При работе усовершенствованной конструкция остряка криволинейного касательного, например типа Р65 стрелок марок 1/9 и 1/11, достигается увеличение его ресурса, даст возможность обеспечить увеличение сроков эксплуатации и уменьшить трудовых и материальных затрат на замену дефектных по излому головок остряка в переднем торце и износа острия криволинейных остряков наиболее распространенных на путях стрелочных переводов типа Р65 марок 1/9 и 1/11 на железнодорожных путях с большой грузонапряженностью.
Дополнительным преимуществом остряков с усовершенствованной геометрией острия является повышение уровня комфортности для пассажиров в результате повышения плавности вкатывания подвижного состава в кривую при его движении по стрелке на боковое направление, уменьшение динамических нагрузок на остряк от колес подвижного состава и увеличение жесткости как остряка, за счет увеличения толщины профильной шейки головки острия, так и узла «рамный рельс - остряк» в целом.
Таким образом, за счет усовершенствования остряка криволинейного касательного путем выбора оптимальных геометрических параметров кривой продольного профиля и участка подстрожки рабочей грани острия, а также поверхности катания и вертикального профиля острия, обеспечивается снижение динамических нагрузок от колес подвижного состава в рабочей зоне острия и более плавное вкатывание подвижного состава в кривую.
Это позволяет существенно уменьшить износ и увеличить срок эксплуатации остряка за счет уменьшения динамических нагрузок на остряк в рабочей зоне и повышения плавности вкатывания подвижного состава в кривую, что позволит использовать его в качестве остряка криволинейного касательного типа Р65 правой (левой) стрелки марок 1/9 и 1/11, применяемых на железнодорожных путях с большой грузонапряженностью.
Приведенные сведения подтверждают возможность промышленного применения усовершенствованного остряка, который может быть изготовлен на любом стрелочном заводе, и может найти широкое применение в стрелках стрелочных переводов переводов типа Р65 марок 1/9 и 1/11, которые укладываются в путь отечественных железных дорог и эксплуатируются в соответствии с «Правилами технической эксплуатации железных дорог Украины» с нагрузкой 250 кН на рельс от оси подвижного состава, а также в железнодорожных путях стран СНГ с аналогичными условиями эксплуатации по нагрузке на рельс от оси подвижного состава и большой грузонапряженностью. Перечень обозначений
1) корень
2) перо
3) острие
4) переходной участок
5) головка
6) шейка
7) подошва
8) рабочая грань
9) нерабочая грань
10) поверхность катания
11) плоскость прилегания
12) участок подстрожки
13) торец острия
14) профильная шейка головки острия