Узел рельсового скрепления Российский патент 2022 года по МПК E01B9/30 E01B9/48 

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.

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 R, согласно изобретению рабочий выступ выполнен высотой k, не превышающей высоту f 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 h, не превышающей ¾ диаметра клеммы, но не менее ⅓ диаметра клеммы, при этом радиус R 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.

Рабочий выступ бокового упора может быть выполнен высотой k, находящейся в диапазоне 17-23 мм.

Направляющие стенки бокового упора могут быть выполнены высотой h, 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.

Боковой упор может быть выполнен длиной L_i, 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.

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 L_i, 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.

В связи с этим направляющие стенки 2.7 выполнены высотой h, не превышающей ¾ диаметра клеммы 3, но не менее ⅓ диаметра клеммы.

Диаметр клеммы 3 может варьироваться, в связи с чем высота h может находиться в диапазоне 5-15 мм.

Выполнение высоты h 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.

Концевые участки направляющих стенок 2.7 выполнены по радиусу R, при этом их радиус скругления составляет 15 - 22 мм.

Выполнение радиуса R 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.

Выполнение высоты h направляющих стенок 2.7 и радиуса R 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.

Рабочий выступ 2.5 выполнен высотой k, не превышающей высоту f 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 k 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.

Выполнение высоты k 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_i – длина бокового упора, m_i –ширина рабочей полки, n_i –ширина упорного выступа.

Существуют номинальные размеры: L₀ – номинальная длина бокового упора, она может отклонятся на ±5 мм, m₀ – номинальная ширина рабочей полки, она может отклонятся на ±5 мм, n₀ – номинальная ширина упорного выступа, она может отклонятся на ±5 мм.

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 R = 18 мм, рабочий выступ 2.5 выполнен высотой k = 20мм и равной совокупному значению высоты подрельсовой прокладки 1 и толщины пера 6.1 подошвы рельса 6, рабочая полка 2.10 выполнена шириной m_i = 19 мм, направляющие стенки 2.7 выполнены высотой h = 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 n_i = 7 мм.

Примером реализации может служить узел рельсового скрепления, описанный выше за исключением следующих параметров концевые участки направляющих стенок 2.7 выполнены по радиусу R =16 мм, рабочий выступ 2.5 выполнен высотой k = 23 мм и равной совокупной высоты подрельсовой прокладки 1 и 23/20 толщины пера 6.1 подошвы рельса 6 (не превышающей высоту f 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 m_i = 29 мм, направляющие стенки 2.7 выполнены высотой h = 12 мм и составляют сколько 12/17 диаметра клеммы (высотой h 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 n_i = 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.

Заявляемое изобретение относится к рельсовым скреплениям, предназначенным для использования в бесстыковом и звеньевом пути с рельсами на железобетонных шпалах и безбалластных железобетонных основаниях. 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, ограничительные выступы и направляющие стенки с концевыми участками, выполненными по радиусу R. Рабочий выступ выполнен высотой k, не превышающей высоту f 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 h, не превышающей ¾ диаметра клеммы, но не менее ⅓ диаметра клеммы, при этом радиус R скругления концевых участков направляющих стенок составляет 15-22 мм. В результате повышается надежность узла рельсового скрепления за счет применения более надежного бокового упора с заданными параметрами в узле рельсового скрепления. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Узел рельсового скрепления, содержащий 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 R, отличающийся тем, что рабочий выступ выполнен высотой k, не превышающей высоту f 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 h, не превышающей ¾ диаметра клеммы, но не менее ⅓ диаметра клеммы, при этом радиус R скругления концевых участков направляющих стенок составляет 15-22 мм.

2. Узел рельсового скрепления по п.1, отличающийся тем, что для снижения материалоемкости со стороны нижней поверхности в теле бокового упора выполнены полости, разделенные ребрами жесткости.

3. Узел рельсового скрепления по п.1, отличающийся тем, что 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.

4. Узел рельсового скрепления по п.1, отличающийся тем, что рабочий выступ бокового упора выполнен высотой k, находящейся в диапазоне 17-23 мм.

5. Узел рельсового скрепления по п.1, отличающийся тем, что направляющие стенки бокового упора выполнены высотой h, находящейся в диапазоне 5-15 мм.

6. Узел рельсового скрепления по п.1, отличающийся тем, что 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.

7. Узел рельсового скрепления по п.1, отличающийся тем, что переходы от рабочего, упорного, ограничительных выступов и направляющих стенок бокового упора к горизонтальной поверхности бокового упора выполнены радиусными.

8. Узел рельсового скрепления по п.1, отличающийся тем, что боковой упор выполнен из полиамида.

9. Узел рельсового скрепления по п.1, отличающийся тем, что боковой упор выполнен из композиции на основе полиамида.

10. Узел рельсового скрепления по п.1, отличающийся тем, что ограничительные выступы бокового упора, расположенные в непосредственной близости со сквозным отверстием, огибают не менее чем 50% его длины.