РЕЛЬС ДЛЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА Российский патент 2004 года по МПК E01B5/02 

Описание патента на изобретение RU2240394C2

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к рельсовому транспорту, например к железнодорожному. Оно может быть использовано для повышения износостойкости рельсового полотна и других изделий, в которых могут возникать акустические колебания при механических нагрузках.

В процессе эксплуатации рельсы подвергаются различным видам износа: абразивному, коррозионному, усталостному, адгезионному, диффузионному и другим. В настоящее время существует достаточно много технических решений, направленных на повышение износостойкости изделий, однако в случае железнодорожного полотна они, как правило, просто неприемлемы. Интересной особенностью износа рельсов является то, что часто их поверхность в процессе эксплуатации приобретает волнообразный характер [1]. В работе [2] на примере твердосплавных резцов было показано, что при определенных условиях износ сопряженных поверхностей может усиливаться за счет возникновения в них стоячих ультразвуковых колебаний.

Известно, что в материалах при трении возникают колебания с частотами, начиная от звуковых до мегагерцевых [3]. Как правило, эти колебания не вносят существенного вклада в разрушение или повышенный износ изделий. Ситуация коренным образом меняется, когда на какой-либо частоте возникает резонанс и образуются стоячие волны. В этом случае возникают дополнительные чередующиеся растягивающие и сжимающие напряжения в местах максимумов амплитуд волн. При этом материал изделий разрушается (или подвергается повышенному износу) не равномерно по всей поверхности, а в виде периодически расположенных участков. Периодичность в расположении участков с более сильными нарушениями материала определяется резонансной частотой возникающих в данном изделии колебаний. Последнее убедительно показано в работе [2].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является техническое решение повышения износостойкости рельса, описанное в патенте [4]. В известном рельсе, содержащем головку, шейку, подошву и торцевые стороны, выполненные с косым срезом под углом в 70 градусов в плане, новое то, что плоскости среза торцевых сторон имеют пересекающееся направление.

Недостатком данного решения является то, что низкочастотные колебания, возникающие в рельсе, на таком стыке будут отражаться как от плоской поверхности, перпендикулярной оси рельса, а возникающие колебания не будут подавлены.

Задачей данного изобретения является повышение износостойкости рельс путем поглощения или рассеяния поверхностных колебаний, которые возникают в процессе механического воздействия на них колес и входя в резонанс, способствуют развитию мест с локальным износом в пучностях стоячей волны.

Указанный технический результат достигается тем, что рельс содержит торцевые стороны, причем на торцах рельс плотно крепится элемент, материал которого эффективно поглощает акустические колебания, из Рb или “немого сплава” СuМn.

Кроме того, на поверхности катания и/или скольжения рельса выполнены выемки глубиной 0,1-1,0 длины волны акустических резонансных колебаний.

Кроме того, вышеуказанные выемки заполнены материалом, поглощающим акустические колебания, например Рb или "немым" сплавом CuMn.

Кроме того, рельс на поверхности катания и/или скольжения содержит чередующиеся участки, имеющие различные скорости распространения поверхностных акустических колебаний, с характерным размером участков 0,1-10,0 длин волн акустических резонансных колебаний.

Кроме того, рельс изготовлен из материала, эффективно поглощающего акустические колебания, например чугуна или крупнозернистой стали с размером зерна 0,1-1,0 длины волны акустических резонансных колебаний.

Кроме того, рельс имеет в сечении как форму, традиционно используемую в железнодорожном транспорте с головкой, шейкой, основанием, так и другие формы, например прямоугольную, трапециевидную и др.

Авторами данного изобретения был проведен анализ износа поверхности рельсов. Анализ показал, что, кроме обычного износа поверхности, наблюдаются периодически расположенные места с более интенсивным износом. Наиболее полно проявляется периодичность повышенного износа рельс в местах поворотов, участках подъемов и на разгонных участках. Эти участки в виде чередования светлых и темных полос хорошо видны на фотографиях, которые представлены на фиг.1-4.

Длина волны колебаний, как это видно на фиг.1, составляет λ=2·L=26 см. Здесь учтено, что участки с интенсивным износом находятся на расстояниях, равных половине длины волны. При скорости поверхностной волны v=3200 м/сек, частота колебаний составит

f=v/λ=3200/26×10-2=12,3 кГц.

Измерения периодичности в расположении участков с повышенным износом рельсов показывают, что эти периоды изменяются в пределах примерно одного порядка. Соответственно, и частоты колебаний поверхностных волн изменяются в этих же пределах. Диапазон частот колебаний, определенный вышеуказанным методом, находится в пределах 3-30 кГц.

Из представленных результатов следует, что, в результате взаимодействия колес и рельсов, в последних возникают колебания, приводящие к образованию периодически располагающихся участков повышенного износа поверхности рельсов. Очевидно, что более высокая интенсивность износа металла приводит, в конечном итоге, к более быстрому выходу рельс в целом из строя. Существующие в настоящее время технические решения повышения срока службы рельс не направлены на то, чтобы устранить их износ, связанный с возникающими колебаниями, например [5].

Для предотвращения преждевременного износа, связанного с резонансными поверхностными волнами, в данном изобретении предлагается подавить или ослабить их за счет рассеяния и/или поглощения. Ослабление амплитуды стоячих волн достигается путем изменения угла плоскости торцов рельс по отношению к их продольной оси, так как при этом добротность резонатора, в качестве которого в данном случае является рельс, резко падает. Отраженные от плоскости торца, не перпендикулярной к продольной оси рельс, акустические волны пойдут не строго в обратном направлении и после многократного отражения будут постепенно затухать. При этом стоячая поверхностная волна не будет образовываться или будет меньшей амплитуды, соответственно, не будет возникать дополнительных разрушающих сил. Предлагаемый рельс имеет плоскость торцов не перпендикулярную к продольной оси рельс (см. фиг.5, 6).

Рассмотрим прямоугольный треугольник (фиг.1), катет Н в котором равен ширине поверхности катания рельса, катет L лежит вдоль длины, угол α - угол между катетом L и гипотенузой К образованноного треугольника.

Длина катета L определяется длиной полуволны резонансного колебания. Угол α определится по формуле α=arctg(H:L).

Торцы рельс могут быть выполнены не плоскими, а в виде, имеющем в сечении ломаную линию или плавную кривую, например зигзаг или сегмент эллипса, позволяющие эффективно рассеивать акустическую волну (см. фиг.7).

На торцах рельс может акустически плотно крепиться материал, эффективно поглощающий звуковые колебания (см. фиг.8, 9). В качестве материала эффективно поглощающего акустические колебания используют, например, Рb, его сплавы или "немой" сплав CuMn [6].

На поверхности катания и/или скольжения рельса могут быть выполнены выемки глубиной 0,1-1,0 длины волны акустических резонансных колебаний (см. фиг.10-12).

Вышеуказанные выемки могут быть заполнены материалом, поглощающим акустические колебания (см. фиг.13). В качестве материалов, поглощающих акустические колебания, используются, например, Рb или "немой" сплав CuMn [6].

Хорошие условия для рассеивания поверхностных волн создают выемки, расположенные как перпендикулярно продольной оси рельса, так и под углом к продольной оси. Выемки могут иметь форму, отличную от прямой, например могут иметь форму полумесяца. Наиболее оптимально, когда выемки расположены не строго перпендикулярно и отраженная волна многократно отражается от боковой поверхности. Также, в случае выполнения выемок под углом движение колеса по рельсу будет более плавным (см. фиг.10-13).

Выемки не обязательно должны быть через всю ширину рельса. Они эффективно рассеивают поверхностные волны и в том случае, когда они короткие, но в сумме перекрывают всю ширину рельса (см. фиг.12).

На поворотах рельсовых путей гребень колес скользит по головке рельс, при этом эффективно происходит образование поверхностных волн. Поэтому выемки целесообразно выполнять не только на поверхности катания, но и с внутренней стороны, где скользит гребень колеса (см. фиг.11).

Предлагаемый рельс на поверхности катания и/или скольжения может содержать чередующиеся участки, имеющие различные скорости распространения поверхностных акустических колебаний (см. фиг. 14), например, закаленные и не закаленные участки, с характерным размером участков 0,1-10,0 длин волн акустических резонансных колебаний. Характерный размер от 0,1 до 10 длин волн определяется тем, что через более короткие участки акустическая волна проходит практически без потери энергии, а при участках более 10 размеров длины волны уменьшается количество переходов между участками на протяжении одного рельса и эффективность гашения акустических колебаний падает.

Для изготовления предлагаемых рельсов может быть использован материал, который сам эффективно поглощает звуковые колебания, например, чугун или крупнозернистую сталь с зерном 0,1-1,0 длины волны акустических резонансных колебаний.

Рельс может представлять собой в сечении как форму, традиционно используемую в железнодорожном транспорте с головкой, шейкой и основанием, так и другие формы, например прямоугольную, трапециевидную и др.

Анализ износа рельсов железнодорожного транспорта показывает, что если устранить износ связанный с акустическими колебаниями, то их срок службы на критических участках (повороты, спуски и подъемы) должен возрасти в 1,5-2 раза.

Источники информации

1. Аксенов В.А., Шаламов В.А., Шаламов О.А. "Разработка технологических процессов восстановления рельсов в пути рельсошлифовальными поездами различных типов." Материалы региональной научно-практической конференции, Новосибирск, 1999, с.347-350.

2. Беспалов В.В., Гриценко Б.П. "Некоторые особенности разрушения твердосплавных резцов", Трение и износ, т. 21, №5, с.511-517, 2000 г.

3. Попов В.Л., Колубаев А.В. "Генерация поверхностных волн при внешнем трении упругих твердых тел" // Письма в ЖТФ, т. 21, вып.19, 1995, с.91-94.

4. Патент РФ №2161668, кл. Е 01 В 11/24, 1998.

5. Карпущенко Н.И., Никитин И.В. "Основные факторы, определяющие интенсивность бокового износа рельсов в кривых." Сб. статей Новые технологии - железнодорожному транспорту: подготовка специалистов, организация перевозочного процесса, эксплуатация технических средств. Ч. 4, Омск - 2000, с.289-293.

6. Займовский В.А., Колупаева Т.Л. "Необычные свойства обычных металлов". - М.: Наука, с.42-43.

Похожие патенты RU2240394C2

название год авторы номер документа
БЛОК ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2002
  • Гриценко Б.П.
  • Беспалов В.В.
RU2230920C1
РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ 2000
  • Гриценко Б.П.
  • Беспалов В.В.
RU2191662C2
Способ определения длин сопряженных поверхностей в паре трения качения 1984
  • Ильяшенко Анатолий Антонович
SU1219918A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ 2019
  • Федоров Денис Владимирович
  • Потапенко Владимир Семенович
RU2717683C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ РЕЛЬСОВОЙ НАКЛАДКИ 2010
  • Дымкин Григорий Яковлевич
  • Рождественский Сергей Александрович
  • Шелухин Алексей Андреевич
  • Этинген Илья Зусевич
RU2444008C1
Ультразвуковой способ оценки дефектов в головке рельсов и определения профиля поверхности катания 2022
  • Марков Анатолий Аркадиевич
RU2785302C1
Ультразвуковой способ обнаружения дефектов в головке рельса 2022
  • Марков Анатолий Аркадиевич
RU2783753C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА 1996
  • Запускалов Валерий Григорьевич
  • Редькин Валерий Ильич
  • Егиазарян Анатолий Ваганович
  • Рябцев Валерий Кириллович
  • Туробов Борис Валентинович
  • Певзнер Виктор Ошерович
RU2085425C1
Способ устранения дефекта смятия и износа головки рельсов в зоне сварного стыка электродуговой наплавкой 2019
  • Неживляк Дмитрий Андреевич
  • Габитов Алексей Геннадьевич
  • Неживляк Андрей Евгеньевич
  • Бачурин Сергей Николаевич
RU2708126C1
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ В ПРОЦЕССЕ ДВИЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2008
  • Кудинов Данил Сергеевич
  • Шайдуров Георгий Яковлевич
RU2380259C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 240 394 C2

Реферат патента 2004 года РЕЛЬС ДЛЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА

Данное изобретение относится к области железнодорожного машиностроения. Рельс для рельсового транспорта содержит торцевые стороны, при этом на его торцах акустически плотно крепится элемент, материал которого эффективно поглощает акустические колебания, из Pb или “немого сплава” CuMn. На поверхности катания и/или скольжения рельса могут быть выполнены выемки глубиной 0,1-1,0 длины волны акустических резонансных колебаний, которые заполнены материалом, поглощающим акустические колебания, например Pb или “немым сплавом” CuMn. Данное изобретение обеспечивает повышение износостойкости рельс путем поглощения или рассеяния поверхностных колебаний. 1 з.п. ф-лы, 14 ил.

Формула изобретения RU 2 240 394 C2

1. Рельс для рельсового транспорта, содержащий торцевые стороны, отличающийся тем, что на торцах рельса акустически плотно крепится элемент, материал которого эффективно поглощает акустические колебания, из Рb или “немого сплава” СuМn.2. Рельс по п.1, отличающийся тем, что на его поверхности катания и/или скольжения выполнены выемки глубиной 0,1-1,0 длины волны акустических резонансных колебаний, которые заполнены материалом, поглощающим акустические колебания, например Рb или “немым сплавом” СuМn.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2004 года RU2240394C2

RU 2000102970 А1, 27.11.2001
Способ электрохимического определения глюкозы и электрод для его осуществления 1984
  • Кулис Юозас Юозович
  • Ченас Наримантас Казевич
  • Разумас Вальдемарас Йонович
  • Самалюс Андрюс Стасевич
  • Микульскис Пранас Пранович
SU1180771A1
РЕЛЬС 1998
  • Мисник Г.И.
  • Торицын И.В.
RU2136408C1
Устройство для распределения концентрированных суспензий 1984
  • Прилуцкий Яков Хаимович
  • Лапшин Алексей Иванович
  • Шалыгин Андрей Вениаминович
  • Дейнеженко Владимир Иванович
  • Дурыманова Маина Александровна
  • Шабалин Валерий Иванович
  • Тригубчак Андрей Павлович
SU1248670A1
Устройство для измерения индуктивности катушек 1982
  • Браммер Юрий Александрович
SU1049830A1
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЛЕЧЕБНО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ НАПИТКОВ И ПЮРЕ 2011
  • Хатко Зурет Нурбиевна
  • Павленко Сергей Георгиевич
  • Гавриленко Юлия Юрьевна
RU2457712C1
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ РЕЛЬС ДЛЯ МАЛОСКОРОСТНЫХ УЧАСТКОВ ДОРОГ 1991
  • Киперник Ефим Григорьевич[Ua]
  • Дегтярь Владимир Иванович[Ua]
  • Слободянюк Иван Михайлович[Ua]
RU2022070C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ РЕЛЬСОВ 1995
  • Авенян В.А.
  • Доронин Г.С.
  • Клочков С.В.
  • Славинский З.М.
  • Трошкина Е.И.
  • Шарадзе О.Х.
RU2099463C1
GB 1112870 А, 08.05.1968
Рельс, способ его изготовления и способ регулирования его охлаждения 1991
  • Гордон О.Бесч
  • Джон А.Ховланд
  • Джун Фурукава
  • Хидеюки Яманака
  • Козо Фукуда
  • Тамоо Хорита
  • Юзуру Катаока
  • Масахиро Уеда
  • Тетсунари Иде
  • Атсуси Ито
  • Такао Гино
SU1839687A3
Шпиндельный узел 1973
  • Аронзон Арон Борисович
  • Воротынцева Инесса Васильевна
  • Голиков Александр Иванович
  • Зайцев Леонид Павлович
  • Колтунов Иван Яковлевич
  • Рошет Валерий Андреевич
SU484324A1
Устройство для контроля параметров группы лифтов 1985
  • Михайлов Евгений Васильевич
  • Любин Олег Васильевич
SU1382798A1
DE 19934332 C1, 21.12.2000
Рельсовый стык 1984
  • Ильяшенко Анатолий Антонович
SU1266918A1
DE 4207334 A1, 23.09.1993.

RU 2 240 394 C2

Авторы

Гриценко Б.П.

Беспалов В.В.

Рауба А.А.

Попов А.Ю.

Погребняк Александр Дмитриевич

Даты

2004-11-20Публикация

2001-12-17Подача