Стык рельсовый безударный Российский патент 2023 года по МПК E01B11/24 

Изобретение относится к верхнему строению пути рельсового транспорта.

Известно рельсовое стыковое соединение, описанное в изобретении СССР №1783017 от 11.10.1990 г., МПК Е01В 11/00, которое содержит стыковые накладки, расположенные по обе стороны от рельсов, связанные через шейки рельсов болтами с гайками. Торцы стыкуемых рельсов расположены в плоскостях, перпендикулярных продольной оси рельсов. Стыковое соединение размещается между шпалами, и висящее состояние стыка увеличивает прогиб соединения и износ контактирующих поверхностей рельсов и стыковых накладок. Наличие температурного зазора, расположенного перпендикулярно оси рельсов, приводит к ударам по торцам рельсов при прохождении колес, что ослабляет стыковое соединение, вызывает необходимость подтяжки болтовых соединений и оказывает вредное воздействие на подшипники колесных пар и металлоконструкцию подвижного состава.

Известен безударный рельсовый стык, описанный в изобретении RU 2492285 C1, содержащий примыкающие друг к другу концы рельсов, связанные между собой болтовыми соединениями, отличающийся тем, что стыкуемые рельсы оснащены наконечниками с усиленной до ширины головки шейкой и взаимно проникающими пазами и выступами, выполненными с шириной в одну треть ширины головки и глубиной на две трети высоты рельса, с образованием комплементарных пар и четырех, не совпадающих по вертикали друг с другом, термокомпенсационных зазоров, три из которых расположены на головке рельса, а четвертый - на его подошве.

Недостатком указанного рельсового стыка является сложность изготовления и низкая эксплуатационная надежность, обусловленная неравномерным износом контактирующих под нагрузкой колесных пар подвижного состава пазов и выступов.

Известен рельсовый стык конструкции Л.Н. Буркова, описанный в изобретении RU 2336385 С1, опубликовано 20.10.2008, бюл. №29, МПК (2006.01) Е01В 11/24, в котором соединяемые концы рельсов срезаны под острым углом к их продольной оси и уложено на две соседние шпалы, соединенные вместе стяжками в одно целое. Элементы крепления выполнены в виде фиксаторов, установленных с равным шагом по плоскости разъема стыка, длина которого определяется по формуле и концы которого уложены на две соседние шпалы. Фиксаторы состоят из двух частей: одна в виде центрального болта жестко соединена с одним из рельсов, в вторая в виде шаров с пружинами и опорной тарелкой шарнирно соединена со вторым рельсом с возможностью продольного перемещения одного рельса относительно другого. При этом отверстие под центральный болт во втором рельсе выполнено продолговатым.

Качение колеса по рельсовому стыку в виде косого среза обеспечивает плавность движения без ударов, однако в случае теплового расширения рельсов возможно продольное смещение по косому срезу и выход острого конца косого среза рельсового стыка внутрь колеи, что вызовет вкатывание гребня колеса на поверхность катания рельса и сход колесной пары.

Недостатками данного рельсового стыка является сложность его изготовления и низкая эксплуатационная надежность, допускающая вкатывание гребня колеса на поверхность катания рельса.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является рельсовое стыковое соединение, описанное в изобретении СССР №1769771 от 14.11.1990 г., МПК Е01В 11/24, которое содержит стыковые накладки, расположенные по обе стороны от рельсов, связанные через шейки рельсов болтами. В данной конструкции торцы стыкуемых рельсов срезаны кососимметрично относительно продольной оси рельсов.

К особенностям данной конструкции относится большая длина кососимметричного среза и длина стыковых накладок L, определяемая по формуле

L=KB/tg α, где

K=3…6 - экспериментальный коэффициент;

В - ширина головки рельса;

α - угол среза торца рельса.

Большая длина кососимметричного среза стыка и длина стыковых накладок усложняют технологичность изготовления и монтажа стыка, а при выборе теплового зазора стыка возникает вероятность относительного смещения стыкуемых рельсов по кососимметричному срезу, выхода острого конца срезанного рельса внутрь колеи и вкатывания гребня колеса подвижного состава на поверхность катания рельса, что ухудшает эксплуатационную надежность стыка и обеспечение безопасности движения.

Недостатками данного рельсового стыка является сложность его изготовления и низкая эксплуатационная надежность, допускающая вкатывание гребня колеса на поверхность катания рельса.

Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности рельсового стыка, технологичности его изготовления и монтажа.

Технический результат достигается тем, что в рельсовом стыковом соединении, которое содержит стыковые накладки, расположенные по обе стороны от рельсов, связанные через шейки рельсов болтами, а торцы стыкуемых рельсов срезаны кососимметрично относительно продольной оси рельсов, согласно изобретению кососимметричный срез торцов стыкуемых рельсов выполнен только по верхней части - головке рельса и верхней части шейки рельса до нейтральной оси рельса, а нижняя часть шейки и подошва рельсов срезаны перпендикулярно к продольной оси рельса и плоскость перпендикулярного среза выступает за плоскость кососимметричного среза по продольной плоскости симметрии рельса, образуя в собранном стыке гарантированный зазор между кососимметричными срезами рельсов при контакте нижних частей торцов рельсов по перпендикулярным срезам, причем сопряжение кососимметричного среза верхней части рельса и перпендикулярного среза нижней части рельса выполнено посредством цилиндрической поверхности, ось которой перпендикулярна плоскости симметрии рельса и проходит через нейтральную плоскость шейки рельса.

В случае ошибочной обработки торцевых поверхностей стыкуемых рельсов и отсутствии зазора между кососимметричными срезами в зазор между перпендикулярными срезами вводится стальная прокладка толщиной не менее гарантированного зазора, который должен образоваться между кососимметричными срезами стыкуемых рельсов.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 показан вид сверху на стык в сборе, на фиг. 2 - фронтальный вид по стрелке А стыка в сборе, на фиг. 3 - вид сверху на торцевую часть рельса до сборки стыка, на фиг. 4 - фронтальный вид по стрелке Б на торцевую часть рельса до сборки стыка, на фиг. 5 - фронтальный вид стыка с прокладкой между перпендикулярными срезами.

Стык рельсовый безударный (фиг. 1) содержит стыкуемые рельсы 1, две стыковые накладки 2, расположенные по обе стороны от стыкуемых рельсов 1, связанные через шейки рельсов болтами 3 с гайками 4.

Кососимметричный срез 5 торцов стыкуемых рельсов 1 выполнен только по верхней части - головке рельса и части шейки рельса до нейтральной оси рельса под углом α к продольной плоскости симметрии рельса. Значение угла α принимается в пределах от 20° до 50°, а зависимости от назначения рельсового пути. Нижняя часть шейки и подошва рельсов срезаны перпендикулярно к продольной оси рельса, причем перпендикулярный срез 6 выступает за плоскость кососимметричного среза 5 в сечении по продольной плоскости симметрии рельса на величину S (фиг. 3, фиг. 4), образуя в собранном стыке гарантированный зазор δ=2S sinα (фиг. 1) между кососимметричными срезами 5 рельсов при контакте нижних частей торцов рельсов по перпендикулярным срезам 6. Сопряжение кососимметричного среза 5 верхней части рельса и перпендикулярного среза 6 нижней части рельса выполнено посредством цилиндрической поверхности 7 диаметром d, ось которой перпендикулярна плоскости симметрии рельса и проходит через нейтральную ось шейки рельса.

Диаметр d цилиндрической поверхности 7 должен соответствовать условию

d≥c/tg α,

где α - угол между плоскостью кососимметричного среза и продольной плоскостью симметрии рельса;

с - толщина шейки рельса на уровне нейтральной оси;

В случае ошибочной обработки торцевых поверхностей стыкуемых рельсов и отсутствии зазора между кососимметричными срезами в перпендикулярный срез вводится (фиг. 5) стальная прокладка 8 толщиной не менее гарантированного зазора, который должен образоваться между кососимметричными срезами 5 стыкуемых рельсов при контакте нижних частей торцов рельсов по перпендикулярным срезам 6 с прокладкой 8.

Работает стык рельсовый безударный следующим образом. При движении колес подвижного состава через щелевой зазор между кососимметричными срезами 5 торцов рельсов нагрузка от колеса на рельс передается без удара, обеспечивая минимальное динамическое воздействие на шпалы и балластную призму.

При тепловых деформациях рельсов 1 зазор между кососимметричными срезами 5 изменяется, но остается в пределах допускаемых норм для перпендикулярного среза 6. В случае закрытия теплового зазора между перпендикулярными срезами 6 зазор между кососимметричными срезами 5 остается не менее значения 5, исключая возможность смещения стыкуемых рельсов по кососимметричному срезу и выхода клиновидного конца кососимметричного среза 6 внутрь рельсовой колеи.

Опытный образец безударного рельсового стыка реализован на участке пути с рельсами Р65 по ГОСТ 8160, уложенных на железобетонных шпалах с рельсовым скреплением типа КБ. Кососимметричный срез 5 торцов стыкуемых рельсов 1 выполнен только по верхней части - головке рельса и части шейки рельса до нейтральной оси рельса под углом α=30° к продольной плоскости симметрии рельса. Нижняя часть шейки и подошва рельсов срезаны перпендикулярно к продольной оси рельса. Плоскость перпендикулярного среза 6 выступает на S=1 мм за плоскость кососимметричного среза 5 в сечении по продольной плоскости симметрии рельса, образуя в собранном стыке гарантированный зазор δ=1 мм между кососимметричными срезами 5 рельсов при контакте нижних частей торцов рельсов по перпендикулярным срезам 6. Суммарный размер двух выступов перпендикулярных срезов 2S связан с гарантированным зазором δ между кососимметричными срезами зависимостью δ=2S sinα.

Проверена возможность увеличения гарантированного зазора между кососимметричными срезами 5 за счет введения стальной прокладки 8 (фиг. 5) толщиной Т=2 мм между перпендикулярными срезами 6, при этом гарантированный зазор δ увеличился с 1 мм до 2 мм.

Сопряжение кососимметричного среза 5 верхней части рельса и перпендикулярного среза 6 нижней части рельса выполнено посредством цилиндрической поверхности 7 диаметром d=32 мм, ось которой перпендикулярна плоскости симметрии рельса и проходит через нейтральную ось шейки рельса. На пересечениях цилиндрической поверхности 7 с поверхностями шейки рельса выполнена фаска 2 мм х 45° (на графических материалах не показана), а острые кромки на шейке рельса в области кососимметричного среза и перпендикулярного среза притуплены для снижения концентрации напряжений в шейке рельса от расклинивающего усилия при сжатии накладок 2 болтами 3 с гайками 4.

Накладки 2 являются типовыми накладками стыковыми двухголовыми по ГОСТ 4133, болты 3 также являются типовыми стыковыми болтами по ГОСТ 11530 с гайками 4 по ГОСТ 11532.

Испытания указанного стыка рельсового безударного показали снижение динамического воздействия на рельсы и на четыре ближайшие шпалы под стыковым соединением, что увеличило период между подбивками данных шпал на 20%, снизило эксплуатационные расходы, а также уменьшилась генерация шума при прохождении подвижного состава.

Источники информации:

1. Описание изобретения СССР №1783017 от 11.10.1990 г. Рельсовое стыковое соединение., МПК Е01В 11/00.

2. Описание изобретения к патенту РФ № RU 2492285 C1. Безударный рельсовый стык. Опубликовано 10.09.2013, бюл. №25, МПК (2006.01) Е01В 11/24, Е01В 11/26.

3. Описание изобретения к патенту РФ № RU 2336385 С1. Рельсовый стык конструкции Л.Н. Буркова, опубликовано 20.10.2008, бюл. №29, МПК (2006.01) Е01В 11/24.

4. Описание изобретения СССР №1769771 от 14.11.1990 г. Рельсовое стыковое соединение. МПК Е01В 11/24.

Изобретение относится к области верхнего строения железнодорожных путей, в частности к безударным рельсовым стыкам. По обе стороны соединяемых рельсов расположены стыковые накладки. Головка и верхняя часть шейки рельса срезана кососимметрично до нейтральной плоскости. Нижняя часть шейки и подошва срезаны перпендикулярно к продольной оси. Перпендикулярный срез выступает за плоскость кососимметричного среза в продольной плоскости симметрии рельса. В собранном стыке образуется гарантированный зазор между кососимметричными срезами рельсов при контакте нижних частей торцов рельсов по перпендикулярным срезам. Повышается эксплуатационная надежность рельсового стыка. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Стык рельсовый безударный, содержащий стыковые накладки, расположенные по обе стороны от соединяемых рельсов, связанные через шейки рельсов болтами с гайками, в котором торцы стыкуемых рельсов срезаны кососимметрично относительно продольной оси рельсов, отличающийся тем, что кососимметричный срез торцов стыкуемых рельсов выполнен только по верхней части - головке рельса и верхней части шейки рельса до нейтральной плоскости рельса, а нижняя часть шейки и подошва рельсов срезаны перпендикулярно к продольной оси рельса и перпендикулярный срез выступает за плоскость кососимметричного среза в продольной плоскости симметрии рельса, образуя в собранном стыке гарантированный зазор между кососимметричными срезами рельсов при контакте нижних частей торцов рельсов по перпендикулярным срезам.

2. Стык рельсовый безударный по п. 1, отличающийся тем, что сопряжение кососимметричного среза верхней части рельса и перпендикулярного среза нижней части рельса выполнено посредством цилиндрической поверхности, ось которой перпендикулярна плоскости симметрии рельса и проходит через нейтральную плоскость шейки рельса.

3. Стык рельсовый безударный по п. 1, отличающийся тем, что между перпендикулярными срезами закреплена стальная прокладка, толщина которой Т≥δ/sinα обеспечивает наличие гарантированного зазора между кососимметричными срезами, где T – толщина стальной прокладки, δ - гарантированный зазор в стыке, sinα - синус угла между плоскостью кососимметричного среза и продольной плоскостью симметрии рельса.