Пластмасовий дюбель для скріплення рейки зі шпалою

Реферат: Винахід стосується пластмасового дюбеля (6) для скріплення рейки зі шпалою (1), зокрема з бетонною шпалою, з по суті циліндричним тілом дюбеля, що має з боку головки стрижневу ділянку (7), що переважно прилягає до бортика (8) дюбеля знизу, а на його продовженні зовнішню різь (9), за допомогою якої він вигвинчується зі шпали або загвинчується в неї, і оснащений нижче стрижневої ділянки (7) внутрішньою різзю (10) для прийому шпального шурупа (4; 4а. 4b). Такий пластмасовий дюбель вдосконалений, зокрема, відносно своїх експлуатаційних властивостей, таких як: рівномірна передача зусиль на шпалу, простота монтажу і замінність, зменшення небезпеки тріщиноутворення і, крім того, різноманітність можливостей використання. Для цього стрижнева ділянка (7) всередині, в переході до внутрішньої різі (10), має спіралеподібний уступ (13), що зменшує внутрішній діаметр на частині довжини стрижневої ділянки (7) і проходить щонайменше на частині окружності. UA 107501 C2 (12) UA 107501 C2 UA 107501 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ОПИС Винахід стосується пластмасового дюбеля для скріплення рейки зі шпалою, зокрема з бетонною шпалою, по суті з циліндричним тілом дюбеля, який має зі сторони головки стрижневу ділянку, яка переважно прилягає до бортика дюбеля знизу, а на його продовженні - зовнішню різь, за допомогою якої він вигвинчується зі шпали або загвинчується в неї, і нижче стрижневої ділянки оснащений внутрішньою різзю для прийому шпального шурупа. Рейки залізничних шляхів на сучасних сильно навантажених ділянках прокладаються майже виключно на бетонних шпалах і з системами рейкового скріплення, що складаються з натяжних елементів (пружних затискачів), рейкових напрямних елементів (кутових напрямних пластин) і комбінації шурупа з дюбелем, причому використовується пластмасовий дюбель вищезазначеного типу, як, наприклад, відомого з ЕР 0 785 308 В1. Пластмасовий дюбель виготовляється шляхом лиття під тиском з високоцінних пластмас, таких як: поліпропілен, поліамід або поліолефін, зокрема, поліетилен високого тиску (HDPE). Комбінація шурупа з дюбелем являє собою критичний компонент, оскільки, з одного боку, вона повинна сприймати зусилля натягнення натяжного затискача (у випадку високопружних систем мова йде навіть про прикладання знакозмінних зусиль), а, з іншого боку, зусилля повинні передаватися на попередньо напружений бетон шпали як можна більш плавно. При цьому насамперед підвищені піки напруження дуже швидко можуть привести до утворення в бетоні тріщин, які зрештою приводять до руйнування бетонної шпали. На практиці використовуються два вирішення, а саме, як відомо з вищезазначеної публікації, по-перше, комбінація шурупа з дюбелем, що складається зі шпального шурупа з круглою різзю і пластмасового дюбеля з відповідною внутрішньою різзю для шурупів з круглою різзю. Цей відомий пластмасовий дюбель на нижній ділянці тіла дюбеля має форму, узгоджену із зовнішньою різзю шпального шурупа по суті з однаковою товщиною стінки, розрахованою таким чином, щоб зовнішній діаметр дюбеля мінімум в 1,05, а максимум в 1,2 рази перевищував внутрішній діаметр дюбеля, і щоб нижня ділянка тіла дюбеля була підігнута під закруглений зовнішній діаметр шпального шурупа. Таким чином при більш зниженій товщині тіло дюбеля повинно охоплювати шуруп на зразок тонкостінної оболонки. В результаті підгонки нижньої ділянки тіла дюбеля під закруглену зовнішню різь шпального шурупа при угвинчені шурупа запобігається небезпека урізування в тонку стінку дюбеля в порівнянні з різзю з гострими краями. Однак, тонкостінність пластмасового дюбеля приводить до того, що передача зусиль від шпального шурупа на бетон здійснюється безпосередньо, що, зокрема, при поштовхах або поперечних складаючих зусиль (які діють з боку залізничного колеса на систему скріплення через рейку) приводить до екстремальних піків напруження в бетоні. Крім того, вигвинчування такого тонкостінного пластмасового дюбеля при виявленні пошкодження можливе лише умовне, оскільки змінний дюбель для вгвинчування в "бетонну" різь (що виникає при вигвинчуванні пошкодженого дюбеля) повинен мати менші розміри зовнішньої різі. Однак подальше скорочення товщини стінки спричиняє явне послаблення пластмасового дюбеля, так що заміна не може забезпечити надійність на тривалий період. Друга комбінація шурупа з дюбелем складається зі стандартного шпального шурупа з трикутною різзю і пластмасового дюбеля з внутрішньою різзю виключно для шурупів з трикутною різзю. Хоча використовувані при цьому пластмасові дюбелі є більш товстостінними, вгвинчування шпального шурупа вимагає все ж для охоплення ходу різі дюбеля особливої ретельності. Якщо це не вдається, шпальний шуруп може нарізати в пластмасовому дюбелі поруч із заданим ходом трикутної різі нову різь, що приведе до значного послаблення пластмасового дюбеля, а в довгостроковій перспективі до його руйнування. Тому в основу винаходу постановлена задача створення подібного пластмасового дюбеля без вказаних недоліків, який, зокрема, відносно своїх експлуатаційних властивостей, таких як: рівномірна передача зусиль на шпалу, простота монтажу і замінність, зменшення небезпеки тріщиноутворення, був би більш довершеним і до того ж різноманітно використовуваним. Ця задача згідно з винаходом вирішується за рахунок того, що стрижнева ділянка всередині, в переході до внутрішньої різі, має спіралеподібний уступ, що скорочує внутрішній діаметр на частині довжини стрижневої ділянки і проходить щонайменше по частині окружності. Цей уступ, який при довжині стрижневої ділянки близько 40 мм може мати в довжину приблизно 15 мм, дещо звужує вхід в шпальний шуруп і забезпечує попереднє центрування шпального шурупа безпосередньо перед входом його різі у внутрішню різь дюбеля. Спіралеподібна форма уступу, як і прилягаючі витки різі, сприяють тому, що шпальний шуруп нарівні із заданим ходом різі не може нарізати нову власну різь. Передусім, при використанні шурупів з трикутною різзю запобігається небезпека пошкодження дюбеля в результаті неправильної посадки або, 1 UA 107501 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 відповідно, установки шпального шурупа. Після цього вже не може вийти так, що шуруп з трикутною різзю наріже нову різь, що привело б до необхідності вигвинчування і повторної установки шпального шурупа. Таким чином, пластмасовий дюбель згідно з винаходом придатний для шпальних шурупів з трикутною різзю і для шпальних шурупів з круглою різзю. При неминучих переплутуваннях шурупів під час укладання шляху, коли обидва ці типи шурупів часто складуються на колієукладальних фірмах і залізничних компаніях десятками тисяч, дюбель не зможе одержувати пошкоджень, і монтаж може здійснюватися без змін. Переважна пропозиція винаходу передбачає, що в напрямку вгвинчування відповідні передні бічні сторони профілю внутрішньої різі дюбеля і його відповідні відстаючі бічні сторони профілю різі мають різний кут підйому і на дні западини між витками різі переходять один в одного з різними радіусами. У результаті досягається оптимізація геометрії різі для прийому шпальних шурупів з круглою і з трикутною різзю при однаковій довговічності і силі натягу. Кути підйому, що здійснюють цю оптимізацію для випереджальної або відстаючої бічної сторони профілю різі, можуть становити 70 або 45°, а радіуси переходів 1 або 1,5 мм. Переважний варіант виконання винаходу передбачає, щоб стрижнева ділянка була виконана з різеподібним зовнішнім профілюванням. Завдяки цьому додатковому до зовнішньої різі, що вже є, профілюванню різі, виконаному - якщо воно є - між бортиком дюбеля і спіралеподібним уступом, що визначає геометрію вгвинчування з попереднім центруванням, домагаються того, щоб, що підтверджується численними дослідами, навіть при дуже сильно збільшеному крутному моменті вгвинчування витягування запобігалося, і дюбель все ще міг би вигвинчуватися. Справа в тому, що, незважаючи на 250 Нм згідно з інструкцією, на практиці із-за погано відрегульованих гвинтовертів мають місце величини близько 900-1000 Нм, причому стрижнева ділянка розтягується догори, а бортик дюбеля на декілька десятих міліметри витягується над поверхнею бетонної шпали. Якщо витки зовнішньої різі пластмасового дюбеля виконані переважно пилкоподібними з пологим кутом нахилу, низхідним з вершин профілю різі в напрямку вгвинчування з однаковим великим кроком, маючи, наприклад, кут нахилу близько 18° і крок близько 12,5 мм, то це сприяє розподілу напружень і, тим самим, запобіганню радіальним тріщинам в бетонній шпалі, що перешкоджає розлому шпал вздовж напрямку сталевої арматури. А саме, завдяки пилкоподібній формі роздавальна дія утримується на найнижчому рівні. Крім того, для відстаючих верхніх бічних сторін профілю зовнішньої різі досягається крутий кут. Таким чином, при впливі витягування дюбель має опору лише на короткій ділянці контуру різі. Велика частина опорної ділянки, тобто верхні бічні сторони профілю зовнішньої різі, виконані тим самим з крутим кутом. Переважний варіант виконання винаходу передбачає, що тіло дюбеля має велику товщину з відношенням внутрішнього діаметра внутрішньої різі до зовнішнього діаметра ≤0,67, причому внутрішній діаметр різі становить, переважно, 15-20 мм, а зовнішній діаметр - 30-35 мм. Явно велика товщина стінки дюбеля в порівнянні з дюбелями, що звичайно застосовуються в будівництві залізниць, забезпечує одержання великих майданчиків для передачі зусиль і приводить до того, що напруження у всій системі рейкового скріплення скорочуються. Особливо придатними виявилися внутрішній діаметр різі від 17 до 18 мм і зовнішній діаметр від 31 до 32 мм, тобто товщина стінки, що залишається коливається в цьому прикладі виконання між 13 і 15 мм. Інші переважні варіанти виконання винаходу передбачають, щоб внутрішня різь мала інший крок, ніж різь шпального шурупа, будучи виконана як варіант щонайменше з одним кроком, відмінним від інших кроків. У той час як між шпальним шурупом і дюбелем передбачений неоднаковий крок або щонайменше одна зміна кроку внутрішньої або зовнішньої різі дюбеля, основні зусилля концентруються на нижній ділянці дюбеля. Це сприяє поліпшенню ситуації з бетонною шпалою і небезпека тріщиноутворення в області бортика дюбеля скорочується. Згідно з пропозицією винаходу загальна довжина дюбеля від бортика до кінця становить щонайменше 135-140 мм. При цьому мова йде про стандартні розміри, причому вихід дюбеля за межі цього стандартного розміру для перенесення прикладених зусиль в некритичну область бетонної шпали залишається в рамках винаходу. Інший переважний варіант виконання винаходу передбачає, щоб бортик дюбеля був виконаний таким, що звужується в напрямку вгвинчування. Така конусність бортика дюбеля, приблизно в 8°, особливо ефективна тоді, коли дюбель при відливанні бетонної шпали позиціонується в ливарній формі за допомогою тримача дюбеля. У цьому випадку запобігається потрапляння рідкотекучої води з поверхні бетону ("бетонне рідке тісто") в дюбель. А саме, досягається ефект 2 UA 107501 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ущільнення. Якщо потім дюбель щільно угвинчується в шпалу, зовнішній край бортика дюбеля, відлитого під тиском з еластичного матеріалу, діє як робоча кромка ущільнення. Інші ознаки і подробиці винаходу витікають з пунктів формули винаходу і подальшого опису прикладів виконання винаходу, зображених на кресленнях. При цьому: фіг. 1 зображує вигляд зверху скріплення рейки з бетонною шпалою у вигляді фрагмента рейкового шляху; фіг. 2 - переріз по лінії II-II на фіг. 1; фіг. 3 - поздовжній розріз звичайного шпального шурупа з трикутною різзю, угвинченого в пластмасовий дюбель для трикутної різі, що стосується рівня техніки, в перспективі; фіг. 4 - поздовжній розріз звичайного шпального шурупа з круглою різзю, угвинченого в пластмасовий дюбель для круглої різі, що стосується рівня техніки, в перспективі; фіг. 5 - поздовжній вигляд варіанта виконання пластмасового дюбеля згідно з винаходом з оптимізованою геометрією вгвинчування для використання в шпальних шурупах як з круглою, так і з трикутною різзю; фіг. 6 - поздовжній розріз пластмасового дюбеля на фіг. 5; фіг. 7 - передня кінцева ділянка дюбеля, обведена на фіг. 6 штрихпунктирною окружністю, у вигляді виносного елемента при збільшенні; фіг. 8 - поздовжній вигляд іншого варіанта виконання пластмасового дюбеля згідно з винаходом для використання в шпальних шурупах як з круглою, так і з трикутною різзю; фіг. 9 - поздовжній вигляд пластмасового дюбеля на фіг. 8 в перспективі; фіг. 10 - переріз по лінії X-X на фіг. 8; фіг. 11 - верхня ділянка дюбеля, обведена на фіг. 10 штрихпунктирною окружністю, у вигляді виносного елемента при збільшенні; фіг. 12 - передня ділянка дюбеля, обведена на фіг. 10 штрихпунктирною окружністю, в збільшеному вигляді. На фіг. 1 і 2 зображена відома з рівня техніки система рейкового скріплення, в якій рамна рейка 2, укладена на бетонну шпалу 1, фіксується за допомогою натяжних затискачів 3 і шпальних шурупів 4, які, при проміжному включенні кутових напрямних пластин 5, проходять через розташовану посередині петлю натяжних затискачів 3 і угвинчуються в пластмасовий дюбель 6 бетонної шпали 1. При цьому використовуються шпальні шурупи 4а (див. фіг. 3) з трикутною різзю або шпальні шурупи 4b (див. фіг. 4) з круглою різзю, яким додані відповідно підігнуті пластмасові дюбелі 6а з трикутною різзю або пластмасові дюбелі 6b з круглою різзю. Пластмасові дюбелі 6 або 6а, 6b мають по суті циліндричне тіло дюбеля, що містить з боку головки стрижневу ділянку 7, при необхідності з бортиком 8 дюбеля (див. фіг. 4), а на його продовженні, з одного боку, пилкоподібну зовнішню різь 9, а також, з іншого боку, внутрішню різь 10. В обох варіантах виконання пластмасового дюбеля 6, зображених на фіг. 5-7 або 8-12, тіло дюбеля виконане зі стінкою дуже великої товщини, так що воно може пластично деформуватися в бетонній шпалі 1. Відношення внутрішнього діаметра Di внутрішньої різі 10 до зовнішнього діаметра Da тіла дюбеля ≤0,67 (див. фіг. 12). Витки 9а зовнішньої різі 9 є пилкоподібними і виконані з пологим кутом 12 нахилу близько 18°, низхідним з вершин 9b різі в напрямку 11 вгвинчування (див. стрілки на фіг. 5, а також на фіг. 8 і 9) і з однаковим великим кроком Р близько 12,5 мм випереджальних нижніх бічних сторін профілю різі (див. фіг. 7 і 12), в той час як відстаючі верхні бічні сторони профілю різі виконані швидше з крутим кутом. Стрижнева ділянка 7 в обох варіантах дюбеля зі спіралеподібним уступом 13 переходить у внутрішню різь 10, завдяки чому внутрішній діаметр стрижневої ділянки 7 на частині довжини, наприклад, в 15 мм, при довжині стрижня 40 мм випробовує зменшення діаметра, так що спіралеподібний уступ рівнозначний центруванню перед власне внутрішньою різзю. Шпальний шуруп 4 заскакує і позиціонується або орієнтується перед внутрішньою різзю 10 таким чином, що шпальний шуруп 4а з трикутною різзю не може нарізати власну різь. Крім оптимізованої геометрії вгвинчування, щоб уникнути неправильного вгвинчування шпальних шурупів з трикутною різзю пластмасові дюбелі 6 мають, крім того, також оптимізовану геометрію зубців своєї внутрішньої різі 10. Відповідні в напрямку 11 вгвинчування випереджальні бічні сторони профілю різі мають кут  підйому близько 70°, а відстаючі бічні сторони профілю різі – кут  підйому близько 45° (див. фіг. 7 і 12). На дні западини між витками внутрішньої різі 10 випереджальні і відстаючі бічні сторони з різними радіусами R1 або R1.5, тобто 1 і 1,5 мм, переходять один в одного. Як ще видно на фіг. 7, вершини 9b різі витків 9а зовнішньої різі 9, розташованих концентрично і виконаних пилкоподібними, виконані з різними перехідними радіусами R2 (2 мм) і R1 (1 мм). 3 UA 107501 C2 5 10 15 20 25 30 Варіант виконання пластмасового дюбеля 6 на фіг. 8-12 відхиляється від такого на фіг. 5-7 за рахунок того, що стрижнева ділянка 7, крім того, має різеподібне зовнішнє профілювання 14 з великим кроком Р близько 12,5 мм, а бортик 8 дюбеля звужується в напрямку 11 вгвинчування з кутом 15 конусності близько 8°(див. фіг. 11). Перелік позицій 1 бетонна шпала 2 рамна рейка 3 натяжний затискач 4 шпальний шуруп 4а шпальний шуруп з трикутною різзю 4b шпальний шуруп з круглою різзю 5 кутова напрямна пластина 6 пластмасовий дюбель 6а пластмасовий дюбель з трикутною різзю 6b пластмасовий дюбель з круглою різзю 7 ділянка стрижня 8 бортик дюбеля 9 зовнішня різь 9а виток різі 9b вершина різі 10 внутрішня різь 11 напрямок вгвинчування 12 кут нахилу 13 спіралеподібний уступ 14 різеподібне зовнішнє профілювання 15 кут конусності Di внутрішній діаметр внутрішньої різі Da зовнішній діаметр тіла дюбеля Р крок R1 радіус закруглення R1.5 радіус закруглення R2 радіус закруглення  кут підйому (відстаюча бічна сторона профілю різі)  кут підйому (випереджальна бічна сторона профілю різі) 35 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 55 60 1. Пластмасовий дюбель (6) для скріплення рейки (2) зі шпалою (1), зокрема з бетонною шпалою, з по суті циліндричним тілом дюбеля, що має з боку головки стрижневу ділянку (7), яка переважно прилягає до бортика (8) дюбеля знизу, а на його продовженні - зовнішню різь (9), за допомогою якої він вигвинчується зі шпали (1) або загвинчується в неї, і обладнаний нижче стрижневої ділянки (7) внутрішньою різзю (10) для прийому шпального шурупа (4; 4а, 4b), який відрізняється тим, що стрижнева ділянка (7) всередині, в переході до внутрішньої різі (10), має спіралеподібний уступ (13), що скорочує внутрішній діаметр на частині довжини стрижневої ділянки (7) і проходить щонайменше по частині окружності. 2. Пластмасовий дюбель за п. 1, який відрізняється тим, що в напрямку (11) вгвинчування відповідні випереджальні бічні сторони профілю внутрішньої різі (10) дюбеля (6) і його відповідні відстаючі бічні сторони профілю різі мають різні кути (β, α) підйому і на дні западини між витками різі переходять один в одний з різними радіусами (R1, R1.5). 3. Пластмасовий дюбель за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що стрижнева ділянка (7) виконана з різеподібним зовнішнім профілюванням (14). 4. Пластмасовий дюбель за одним з пп. 1-3, який відрізняється тим, що витки (9а) його зовнішньої різі (9) виконані пилкоподібними з пологим кутом (12) нахилу, низхідним з вершин (9b) різі в напрямку (11) вгвинчування, і з однаковим великим кроком (Р) своїх випереджальних нижніх бічних сторін профілю різі та з крутим в порівнянні з ними кутом своїх відстаючих верхніх бічних сторін профілю різі. 5. Пластмасовий дюбель за одним з пп. 1-4, який відрізняється тим, що тіло дюбеля має велику товщину з відношенням внутрішнього діаметра (Di) внутрішньої різі (10) до зовнішнього діаметра (Da)≤0,67, причому внутрішній діаметр (Di) різі становить, переважно, 15-20 мм, а зовнішній діаметр (Da) - 30-35 мм. 4 UA 107501 C2 5 6. Пластмасовий дюбель за одним з пп. 1-5, який відрізняється тим, що внутрішня різь (10) має інший крок, ніж різь шпального шурупа (4; 4а, 4b). 7. Пластмасовий дюбель за одним з пп. 1-5, який відрізняється тим, що внутрішня різь (10) виконана щонайменше з одним кроком, відмінним від інших кроків. 8. Пластмасовий дюбель за одним з пп. 1-7, який відрізняється тим, що його загальна довжина становить щонайменше 135-140 мм. 9. Пластмасовий дюбель за одним з пп. 1-8, який відрізняється тим, що бортик (8) дюбеля виконаний таким, що звужується в напрямку (11) вгвинчування. 5 UA 107501 C2 6 UA 107501 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7