Рельсовое стыковое соединение

(51)7 Е 01 В 11/00, Е 01 В 11/10 КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ Технической задачей полезной модели является увеличение срока безопасной эксплуатации элементов верхнего строения пути и сокращение эксплуатационных расходов. Рельсовое стыковое соединение состоит из расположенных по обе стороны от рельсов двухголовых стыковых накладок с выступами, упоров, заанкеренных на шпалах или сваях, расположенных между шпалами, распорных элементов в виде винтовых пар. Фиксация накладок в проектном положении и прижатие их к рельсам осуществлена путем создания распорного усилия в винтовой паре. Распорные элементы могут быть выполнены двухзвенными с карданным шарниром.(72) Каро-Мадэ Валерий Александрович , Оспанов Нурлан Арыстанбекович , Жумадильдин Жаксыбай Асанович , Романов Юрий Иванович(57) Полезная модель относится к конструкциям стыковых соединений железнодорожных рельсов друг с другом. 273 Полезная модель относится к конструкциям стыковых соединений железнодорожных рельсов друг с другом. Известен широко применяемый в верхнем строении железнодорожного пути стандартный стык рельсов с применением двухголовых накладок (Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь, М., Транспорт, 1987 г., стр. 182-183). Недостатки стандартного стыка жесткий удар колес по головке встречного рельса при переходе подвижного состава через зазор стыка, невозможность измерения величины усилий в стягивающих болтах наличие болтовых отверстий в накладках и шейке рельса, ослабляющих рабочее сечение рельса и вызывающих концентрацию механических напряжений вокруг отверстий от нагрузок подвижного состава расклинивающее действие двухголовых накладок на рельс, приводящее к появлению растягивающих механических напряжений в шейке рельсов и образованию трещин по контуру болтовых отверстий (В.И. Болотин и др. под редакцией В.Я. Шульги Путь и безопасность движения поездов, М., Транспорт, 1994 г., стр. 6768). Известен безболтовой стык, состоящий из специально изогнутой в поперечном направлении упругой скобы, насаживаемой на рельсы, и накладок,размещенных между скобой и шейкой рельсов и расклинивающих скобу с рельсом. (Авторское свидетельство СССР 1677139, 1991.). Недостатки этого соединения такой же жесткий удар колес подвижного состава, как и в стандартном стыке,сложность технологических операций насаживания скобы на рельсы и забивки накладок между скобой и шейкой рельсов, отсутствие средств фиксации элементов стыка в проектном положении, опасность расстройства элементов стыка под действием динамических нагрузок от колес подвижного состава,отсутствие возможности контролировать величину расклинивающих усилий в стыке, расклинивающее действие накладок на рельс. Наиболее близким к заявляемому является безболтовое рельсовое стыковое соединение, состоящее из соединительной и дополнительной скоб, охватывающих подошвы стыкуемых рельсов, стыковых накладок и клиньев с обратной конусностью.(Авторское свидетельство СССР 1730310,1992). Недостатки этого решения отмеченный выше жесткий удар колес подвижного состава, сложная конструкция основной и дополнительной скоб, имеющих несколько точек перегиба, отсутствие средств фиксации элементов стыка в проектном положении, опасность расстройства элементов стыка под действием динамических нагрузок от колес подвижного состава, расклинивающее действие накладок на рельс, невозможность контроля величины расклинивающих усилий в элементах стыка. Технической задачей полезной модели является увеличение срока безопасной эксплуатации элементов верхнего строения пути и сокращение эксплуатационных расходов. Технический результат достигается тем, что рельсовое стыковое соединение состоит из распо 2 ложенных по обе стороны от рельсов стыковых накладок и дополнительно содержит упоры и распорные элементы в виде винтовых пар. Распорные элементы могут быть выполнены двухзвенными с карданным шарниром. Таким образом, рабочее сечение накладок и рельсов в зоне стыка остается сплошным без ослабляющих отверстий и применяется принципиально новое решение конструкции стыкового соединения, обеспечивающее прижатие стыковых накладок к рельсу с использованием распорного усилия. В предлагаемых вариантах решений стыкового соединения конструкция стандартной двухголовой накладки с учетом необходимости передачи через нее распорного усилия на рельсы модифицирована снижена ее высота, добавлен выступ, а выступы со стороны рельса удлинены так, чтобы они примыкали к шейке рельса и не оказывали расклинивающего действия. Заявляемая конструкция рельсового стыкового соединения иллюстрируется чертежами, на которых изображены. Фиг. 1 - первый вариант поперечного сечения стыкового соединения Фиг. 2 - второй вариант поперечного сечения стыкового соединения Фиг. 3 - третий вариант поперечного сечения стыкового соединения. На фиг. 1 показано поперечное сечение предлагаемого стыкового соединения, в котором распорное усилие создается с помощью винтовой пары. Элементы стыкового соединения фиг. 11 рельс, 2 - модифицированная стандартная двухголовая стыковая накладка, 3 - выступ накладки со стороны упора, 4 -упор в виде рубки рельса, 5 - винтовая пара, 6 - зазор между верхней поверхностью накладки и нижней поверхностью головки рельса, 7- струнобетонная шпала. Рельсовое стыковое соединение выполнено следующим образом. На шпале 7 или на свае, расположенной между шпалами, заанкерен упор 4. В выступах 3 накладок и в упорах специальной фрезой сделаны углубления в виде сегментов тел вращения. В частности, углубление может быть выполнено в форме сферического сегмента. На концах обоих элементов винтовой пары выполнены головки в форме сегментов тел вращения, ответных сегментам углублений в накладках и упорах. Одна из головок элементов винтовой пары расположена в углублении на стыковой накладке или упоре. При этом важно, чтобы точка примыкания винтовой пары к упору (точка В) была выше точки примыкания ее к накладке (точка А). Таким образом, обеспечивается плотное прижатие накладок к рельсу и дополнительное прижатие рельса к шпале. Во втором варианте конструкции предлагаемого стыкового соединения распорное усилие создается двухзвенником с карданным сочленением. На фиг. 2 позициями 1-7 показаны те же элементы, что и на фиг. 1. Позициями 8 и 9 соответственно обозначены двухзвенник и карданный шарнир. Элемент двухзвенника со стороны упора 4 имеет резь 273 бу. Такую же резьбу имеют сквозные отверстия 10 в наклонных ветвях упоров. Элемент двухзвенника со стороны рельса заканчивается головкой в форме сегмента тела вращения такого же, как и по краям элементов винтовой пары на фиг. 1. Процесс создания распорного усилия в этом случае происходит в следующей последовательности. Сначала элемент двухзвенника с резьбой ввинчивается в отверстие 10 на упоре. Затем другой элемент двухзвенника поворачивается около карданного шарнира 9 и двухзвенник вывинчивается до тех пор, пока головка повернутого элемента не войдет в углубление в накладке. Вывинчивание продолжается до создания в двухзвеннике усилия расчетной величины. Затем с помощью шайб, гаек и контргаек двухзвенник закрепляют в проектном положении. На фиг. 3 показан третий вариант поперечного сечения предлагаемого стыкового соединения, в котором внутренняя стыковая накладка 11 выполнена с развитыми внутрь рельсовой колеи головкой 12 и подошвой 13, а упором является закладная деталь 14 на железобетонной свае 15, расположенной между шпалами. Для лучшей сопротивляемости распорному усилию нижняя часть сваи может быть завершенной. Внутренняя стыковая накладка 11 выполнена в форме симметричного усеченного с двух сторон сегмента (фиг. 4, вид спереди), в головке накладки устроена канавка 16, поперечный контур которой однотипен контуру гребня колеса в радиальном сечении, продольный профиль канавки представляет собой симметричный отрезок выпуклой вверх монотонной или составной гладкой кривой, причем накладка своими выступами 17 и 18 примыкает к рельсу так, что величина превышения головки рельса над дном канавки по краям накладки больше высоты гребня предельно изношенного колеса, а в зазоре стыка - меньше высоты гребня нового колеса. При таком примыкании в момент прохода через стык колесо подвижного состава, начиная с некоторой точки перехода кругом катания перестает контактировать с головкой рельса, но зато гребнем начинает контактировать с дном канавки. После прохода через зазор стыка в другой точке перехода гребень колеса перестает контактировать с дном канавки, но зато круг катания вновь вступает в контакт с головкой рельса. Благодаря такому мягкому переходу колеса через стык жесткий удар колеса о зазор стыка исключается, так как и предельно изношенное и новое колесо с зазором стыка не контактирует. В отличие от стандартного стыка и стыковых соединений по приведенным выше авторским свидетельствам, в предлагаемых решениях можно измерять, регулировать и дистанционно контролировать величину распорного усилия и таким образом контролировать техническое состояние стыка. С этой целью на элементы винтовой пары или двухзвенника с карданным сочленением прикрепляются тензодатчики или тензометры. Особенно ощутимый положительный эффект применение безболтовых накладок в сочетании с возможностью регулирования распорных усилий может быть получен в бесстыко вом пути. При больших величинах распорного усилия можно добиться совместной работы накладок и рельса. При меньших значениях распорного усилия можно получить такую его величину, при которой рельс, расположенный между накладками и соединенный со шпалами прикрепителями, не препятствующими изменению его длины в условиях изменения температуры воздуха, может фрикционно проскальзывать относительно шпал и накладок в обоих направлениях, то есть укорачиваться или удлиняться. Особенно важное значение такая работа рельса при изменении температурного режима приобретает в бесстыковом пути, составленном из длинных рельсовых плетей. Если применяются жесткие прикрепители рельса к шпале, не позволяющие рельсу изменять длину при изменении температуры, то стыковой путь становится термонапряженным. Эксплуатационные затраты на содержание такого пути складываются из ежегодных сезонных расходов по переводу плетей на летний и зимний режимы работы и расходов на содержание уравнительных пролетов между бесстыковыми участками. В термонапряженной рельсовой плети при резком повышении температуры воздуха в летний период возможен боковой или вертикальный выброс (потеря устойчивости) рельсошпалъной решетки. Чрезвычайная опасность этого явления усугубляется тем обстоятельством, что выброс происходит практически мгновенно, и, если в этот момент по участку выброса пути движется поезд, то неизбежна катастрофа с тяжелыми последствиями. Избежать упомянутых выше значительных эксплуатационных расходов и опасности выброса позволяют рельсовые плети со свободным фрикционным проскальзыванием рельса относительно шпал и между накладками - дышащей плети. В этом случае наиболее рациональным будет решение, в котором середина плети неподвижно заанкеривается, а участки плети по обе стороны от середины имеют возможность фрикционного проскальзывания в обоих направлениях. Длина такой плети зависит от суммарной силы трения по всем соприкасающимся с рельсом поверхностям. Заанкеривание середины плети может осуществляться с помощью предлагаемых в настоящем описании решений путем сильной затяжки элементов винтовой пары или карданного двухзвенника. Напряжения, вызванные изменением температуры воздуха, в этом случае практически отсутствуют, а возникают только напряжения, обусловленные нагрузками от подвижного состава. Если свободные края двух смежных плетей такой конструкции состыковать с применением описанных выше внутренних стыковых накладок с канавками и распорных устройств и создать в них распорные усилия такой величины, которая допускает возможность фрикционного проскальзывания концов плетей в обоих направлениях, то, во-первых, отпадает необходимость ежегодных сезонных работ и затрат на разрядку температурных напряжений в рельсах, во-вторых,отпадает необходимость устройства и содержания дорогостоящих уравнительных пролетов между концами двух смежных плетей и, в-третьих, исклю 3 273 чаются выбросы пути и вызванные ими негативные последствия. В конечном итоге резко снижаются эксплуатационные расходы на содержание бесстыкового пути и улучшаются условия безопасности движения поездов. На фиг. 5 схематично показана в плане дышащая рельсовая плеть, заанкеренная в середине, где 19 - анкерный участок, 20 - зазор между двумя смежными плетями, 21 -короткие анкерные накладки в середине плети, 22 - длинные стыковые накладки, перекрывающие зазор между концами двух смежных плетей, 23 - стыковой участок двух смежных плетей. При действии вертикальных и горизонтальных нагрузок от подвижного состава возникают вертикальные и горизонтальные упругие перемещения отдельных элементов стыка и всего стыкового соединения в целом. На эти перемещения накладываются упругие перемещения балластной призмы и земляного полотна как упругих сред. Благодаря наличию в данном решении жестко заанкеренных упоров и возможности обратимых перемещений в двух направлениях концов винтовых пар или карданных двухзвенников, примыкающих к накладкам, после прохода подвижного состава стыковое соединение возвращается в исходное положение и может продолжать многократно воспринимать наезды подвижного состава. Благодаря отсутствию отверстий в накладках и наличию зазора между верхним выступом накладки и нижней поверхностью головки рельса предлагаемый стык обладает высокой эксплуатационной надежностью, что позволяет дополнительно сократить эксплуатационные расходы на содержание пути. Предложенные в настоящем описании распорные устройства и выпуклый вверх продольный профиль канавки внутренней стыковой накладки могут также применяться в крестовинах и контррельсах стрелочных переводов, глухих пересечений, сплетений и съездов на двухпутных участках железных дорог. Кроме того, распорные устройства могут использоваться не только в стыковых соединениях рельсов или рельсовых плетей, но и для фиксации определенных участков рельсовых нитей в проектном положении, например, для фиксации наружного рельса на кривых, особенно малых радиусах закруглений. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Рельсовое стыковое соединение, состоящее из расположенных по обе стороны рельсов стыковых накладок, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит упоры и распорные элементы в виде винтовых пар. 2. Рельсовое стыковое соединение по п. 1, отличающееся тем, что распорные элементы выполнены двухзвенными с карданным шарниром.