Система рейкового скріплення

Реферат: Система рейкового скріплення для пружного з силовим замиканням скріплення рейки (2) зі шпалою (1) рейкового шляху, що містить щонайменше одну кутову напрямну плиту (5), що фіксується на шпалі (1) за допомогою щонайменше одного гвинта (4), і щонайменше один натяжний затискач (3), яка відрізняється тим, що радіуси вигину важелів (3а, 3b) натяжного затискача (3) розташовуються, переважно, в діапазоні 18-70 мм, причому відношення сусідніх радіусів вигину один до одного всередині кожного важеля натяжного затискача менше або рівно 1,9, а відношення їх найбільшого радіуса вигину до найменшого менше або рівно 3,8 і що відношення ваги до ширини кутової напрямної плити менше 1,3 г/мм переважно, становить приблизно 1,25 г/мм. UA 113521 C2 (12) UA 113521 C2 UA 113521 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується системи рейкового скріплення для пружного з силовим замиканням скріплення рейки зі шпалою рейкового шляху, що містить щонайменше одну кутову напрямну плиту, що фіксується на шпалі за допомогою щонайменше одного гвинта, і щонайменше один натяжний затискач, причому для забезпечення електричної ізоляції рейки від шпали і/або від сталевих елементів системи рейкового скріплення між підошвою рейки і шпалою, як правило, передбачена рейкова прокладка, виготовлена з гумового матеріалу. У відомих системах рейкового скріплення затягування залізничних рейок здійснюється за допомогою компонентів: гвинта, дюбеля, кутової напрямної плити і натяжного затискача (стяжної скоби). Використовується такий натяжний затискач, який в зібраному стані встановлений між кутовою напрямною плитою (фіксуючою плитою) і гвинтом (кріпильним анкером). При цьому натяжний затискач має два плеча, які виконані у вигляді торсійних елементів. Торсійні плечі, або важелі плечей, містять дві паралельно розташовані поруч ділянки пружного стрижня, які з'єднані в одне ціле за допомогою петлі, яка утворює ділянку затягування і зігнута по суті упоперек них назовні. Такі системи рейкового скріплення переважно служать для скріплення рейок з твердою основою, наприклад, з бетонною шпалою або плитою. При цьому скріплювана рейка розташовується зверху пружної прокладки прямо на твердій основі. Бічну напрямну рейку приймають кутові напрямні плити, які попарно утворюють між собою рейковий шлях точно по колії. Кутові напрямні плити передають зусилля, прикладені до рейок, прямо в основу, яка несе рейки. Для цього на відповідній основі для кожної з кутових напрямних плит виконаний виступ (бетонний виступ), на який може спиратися відповідна кутова напрямна плита. Функція натяжного затискача (затискної скоби) в системі рейкового скріплення полягає в скріпленні рейки з опорною поверхнею рейки на шпалі з певним зусиллям. Це зусилля затягування пропорційне опорам зсуву і крутінню рейкового скріплення. Обидві опори мають вирішальне значення для стабільності положення шляхових решіток. Крім того, зусилля затягування при виникненні напрямних зусиль в ході пробігу рухомого складу протидіє перекиданню рейки і забезпечує тим самим необхідну геометрію і надійний пробіг рухомого складу. Велике зусилля затягування, або попереднього натягнення, недопустиме саме на ділянках з великими бічними напрямними зусиллями і великими коливаннями температур. Оскільки сучасні рейкові скріплення з метою розподілу навантаження повинні пружно утримувати рейку, натяжний затискач нарівні з великим зусиллям затягування повинен мати при великих вертикальних коливаннях високу вертикальну утомну міцність. Натяжні затискачі, відомі з рівня техніки, забезпечують залежно від відповідної ситуації зусилля затягування близько 10-14 кН і утомну міцність при коливаннях (з амплітудою коливань) до 2,0 мм. Виняток становлять деякі натяжні затискачі для "монолітного шляху", що забезпечують утомну міцність при коливаннях до 3,5 мм при зусиллі затягування в той же час всього в 10 кН. Рейкове скріплення впливає на опір крутінню, і тут вирішальним фактором є ширина (габарит, паралельний підошві рейки) кутових напрямних плит, що передають бічні зусилля рейки в заплечики шпали, і, відповідно, бетонної шпали. Опір крутінню рейкового скріплення входить в міцність рами шляхової решітки. До високої міцності рами потрібно прагнути для стабільності положення колії, звареної без пропусків (для гарантії від втрати подовжньої стійкості). Задача даного винаходу полягає тепер в удосконаленні відомих систем рейкового скріплення таким чином, щоб, незважаючи на скорочення ваги в результаті оптимізації матеріалу, з одного боку, могли створюватися великі зусилля прив'язки, або попереднього натягнення, а на скріплення могли передаватися великі бічні зусилля, або навантаження. Ця задача в значенні винаходу вирішується за допомогою системи рейкового скріплення, що містить ознаки пункту 1 формули винаходу. Переважні варіанти здійснення винаходу визначені в залежних пунктах формули винаходу. Згідно з винаходом використовуються натяжні затискачі (затискні скоби) з наступними властивостями в області плечей натяжного затискача, відповідно, торсійних плечей (область від вільного кінця плечей натяжного затискача аж до задньої опори): в результаті утворення великих радіусів вигину в плечі натяжного затискача і малих змін радіуса досягається незмінна (постійна) характеристика напруження (запобігання пікам напруження). Одночасно передбачаються плечі натяжного затискача в плоскому виконанні, так щоб запобігалися локальні піки напруження в області крутіння і вигину. Крім того, система рейкового скріплення згідно з винаходом для оптимальної передачі зусилля затягування натяжного затискача в шпалу рейкового шляху, а також для оптимального скорочення використання матеріалів і виду 1 UA 113521 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 використовуваних матеріалів використовує кутові напрямні плити зі спеціальною геометрією. Таким чином, в значенні винаходу кутові напрямні плити передбачаються зі свого верхнього боку, повернутого до натяжного затискача, зі скошеною поверхнею, а з нижнього боку, тобто з боку кутової напрямної плити, повернутої до шпали, з розташованими там потовщеннями. Незначні зміни радіуса всередині натяжного затискача наближаються до таких у гвинтової пружини (з відношенням сусідніх радіусів дорівнює 1) з тим результатом, що локальні піки напруження відвертаються, і розподіл напружень здійснюється гомогенно по всій довжині плеча натяжного затискача. Компонування однакових радіусів (гвинтової пружини) у натяжного затискача з точки зору геометрії неможливе. При скрізь приблизно однаковому діаметрі матеріалу натяжного затискача (приблизно дорівнює 13-15, переважно 14,5 мм) у випадку наведених на фіг. 2b радіусів Ra, Rb, Re, Rd, Re, Rf для відношення сусідніх радіусів (тобто попереднього радіусу і наступного за ним радіусом) досягається величина близько 1,9. На противагу цьому натяжні затискачі, відомі, наприклад, з рівня техніки, відносно сусідніх радіусів, тобто в області максимального вигину, мають величини значно більше 3. Радіуси, наведені на фіг. 2b, оптимізують розподіл напруження, внаслідок чого локальні піки напруження відвертаються, і може забезпечуватися незначне осідання, причому забезпечується відношення найбільшого радіуса до найменшого в області плечей 3,8. Ці величини у натяжних затисків, відомих з рівня техніки, навпаки, явно більші 7, наприклад, у натяжного затискача, відомого з рівня техніки. Як видно з вказівок розмірів а (172 mm), b (33мм), с (63 мм) на фіг. 2а і 2с, плечі натяжного затискача відносно половини ширини натяжного затискача (переважно, 86 мм) і висоти натяжного затискача (переважно, 33 мм) виконані, переважно, з величиною більше 2,6. Завдяки заявленому відношенню більше 2,6 локальні піки напруження за рахунок накладання вигину і крутіння запобігаються, і тим самим при однаковій витраті матеріалу досягаються вищі зусилля затягування і ширина коливань, а саме, переважно, велике зусилля затягування більше 14 кН при одночасній вертикальній утомній міцності при коливаннях (з амплітудою коливань) більше або рівне 3,5 мм. Кутові напрямні плити (WFP), що використовуються в системах рейкового скріплення згідно з винаходом, зображені на фіг. З на вигляді зверху в перспективі і в декілька етапів, а також на фіг. 4а в перспективі, а так само на фіг. 4b на вигляді знизу в перспективі. У той час як відомі кутові напрямні плити (див., наприклад, DE 3918091 С2) мають поверхню, паралельну опорній поверхні шпали, що робить необхідним зміну напрямку бічних зусиль для знімання через заплечик бетонної шпали, вдосконалена кутова напрямна плита має скошену поверхню і розташовані паралельно їй потовщення на нижній стороні. Скошена поверхня забезпечує прямий силовий потік без змін напрямку зусиль, навпаки, напрямні зусилля за рахунок пробігу рухомого складу передаються по рейці в кутову напрямну плиту, а від неї вертикально опорної поверхні - в заплечик, передбачений на бетонній шпалі. Крім того, незважаючи на, переважно, велику ширину кутової напрямної плити за рахунок зменшення або оптимізації матеріалу на менш навантажених ділянках і без послаблення релевантних, сильно навантажених поперечних перерізів досягається менша вага. Стандартна кутова напрямна плита має ширину 110 мм при вазі 170-180 г (відношення ваги до ширини 1,551,65). Як особлива плита на стрілковій ділянці використовується варіант зі 150 мм ширини і приблизно 230 г ваги (відношення ваги до ширини близько 1,55). Нова вдосконалена кутова напрямна плита згідно з винаходом забезпечує при ширині, переважно 150 мм вага всього 190 г і тим самим відношення ваги до ширини близько 1,25. Заходи, передбачені згідно з винаходом, переважно, дозволяють створювати кутову напрямну плиту шириною більше 110 мм із відношенням ваги до ширини менше 1,3. Крім того, завдяки заходам, передбаченим згідно з винаходом, можуть бути реалізовані адаптація кутової напрямної плити до товщих підошов рейок і проміжних прокладок при непропорційно зростаючому в порівнянні з рівнем техніки використанні матеріалу. Переважно передбачені в кутовій напрямній плиті засоби для прийому і фіксації рейкової прокладки, переважно, бічні кармани на кутовій напрямній плиті, переважно, розташовані на не сильно навантажених ділянках кутової напрямної плити і, переважно, конгруентні, або знаходяться на одній прямій з кутами проміжної плити, що оберігається тим самим оптимально як в горизонтальному напрямку (від сповзання), так і у вертикальному напрямку (від підйому). На фіг. 1а і 1b зображена система рейкового скріплення згідно з рівнем техніки, а саме, на вигляді зверху як фрагмент рейкового шляху скріплення рейки з бетонною шпалою (фіг. 1) і як переріз по лінії П-ІІ на фіг. 1 (фіг. 1b). Рейка 2, укладена на бетонну шпалу 1 зверху прокладки 7 фіксується за допомогою натяжних затискачів 3 і шпальних гвинтів 4, які з проміжною установкою кутових напрямних плит 5, проходячи крізь середню петлю натяжних затискачів 3, 2 UA 113521 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 угвинчуються в пластмасові дюбелі 6 бетонної шпали 1. Така широко поширена система рейкового скріплення завдяки встановленню натяжного затискача, зображеного на фіг. 2, і кутовій напрямній плиті, зображеній на фіг. 3 і 4, як це описано вище, значно удосконалюється. На фіг. 2 а)-b) зображені різні вигляди натяжного затискача, що використовується в системі рейкового скріплення згідно з винаходом. Натяжний затискач 3 згідно з винаходом має ширину 172 мм (див. фіг. 2а) при максимальній висоті, переважно, всього 33 мм (див. фіг. 2с). На вигляді зверху на фіг. 2b видно, що натяжний затискач 3, повністю виготовлений з пруткового матеріалу діаметром близько 13-15 мм, має два ідентичних плеча (плечі натяжного затискача) 3а, 3b, з'єднані між собою середньою петлею 3с. У цьому випадку крізь цю середню петлю 3с (не показаний тут) шпальний гвинт вводиться в (також не показану) бетонну шпалу. Відстань між кінцями плечей 3а, 3b нараховує, переважно, 63 мм. Симетрично виконані плечі 3а, 3b щоб уникнути локальних піків напруження мають вигин, при якому відношення сусідніх радіусів приймає значення менше або рівне 1,9, причому в цьому спеціальному варіанті здійснення згідно з фіг. 2 радіуси виконані з величиною 18,5-70 мм. На фіг. 3 зображений вигляд зверху кутової напрямної плити 5 згідно з винаходом, яка для оптимізованого використання матеріалу і для передачі зусиль, що впливають на кутову напрямну плиту 5 через (не показану) рейку, в (не показану) бетонну шпалу прийняла особливу форму. У центрі всередині кутової напрямної плити 5 передбачений наскрізний отвір 5а для проходження (не показаного) шпального гвинта. По сусідству з наскрізним отвором 5а передбачені поверхні 5b, 5с прилягання для середньої петлі (не показаного) натяжного затискача. На кутових ділянках лівої напрямної плити 5 передбачені кармани 5d, 5e, що дозволяють надійно утримувати (не показану) прокладку. Формоутворення кутової напрямної плити 5 служить, зокрема, для цілеспрямованого скорочення матеріалу при по суті незмінних або навіть поліпшених робочих характеристиках. На фіг. 3b зображений переріз по лінії А-А на фіг. 3а, тобто по центру через наскрізний отвір 5а для (не показаного) гвинта. З правого боку кутової напрямної плити 5 вибрані уступи і скоси 5f, за допомогою яких введення зусилля з боку (не показаної) рейки в (не показаній) бетонну шпалу може відбуватися особливо переважно. Крім того, на верхній стороні кутової напрямної плити 5 вибрана скошена поверхня 5g, завдяки якій разом зі скосом 5h з лівого боку кутової напрямної плити 5 і завдяки потовщенню (посиленню) 5і на нижній стороні кутової напрямної плити 5 досягається оптимальне використання матеріалу. Скіс 5h для досягнення оптимального силового потоку від (не показаної) рейки в (не показану) бетонну шпалу, переважно, взаємодіє з також скошеним заплечиком (не показаної) бетонної шпали з геометричним замиканням. На фіг. 3с зображений переріз кутової напрямної плити 5 на фіг. 3а по лінії Е-Е. По боках від наскрізного отвору 5а для досягнення з'єднання (не показаного) натяжного затискача з кутовою напрямною плитою 5 без ковзання передбачені відповідні поверхні прилягаючого 5b, 5с для середньої петлі (не показаного) натяжного затискача. З нижньої сторони кутової напрямної плити 5 за рахунок відповідного зменшення матеріалу між потовщеннями (посиленнями) 5і передбачені чотири потовщення (посилення) 5і. На фіг. 3d і 3f зображені перерізи кутової напрямної плити 5 на фіг. 3а по лінії В-В перерізу (фіг. 3d), по лінії С-С (фіг. 3е), а також по лінії D-D (фіг. 3f). У всіх перерізах на фіг. 3d-3f видно, що скошена поверхня 5g, з одного боку, а також скіс 5h, з іншого боку, передбачені суцільно по всій ширині кутової напрямної плити 5. Нарешті, на фіг. 4 зображені в перспективі види кутової напрямної плити 5 згідно з винаходом зверху (фіг. 4а), а також знизу (фіг. 4b). По кутах, протилежним скосу 5h, кутова напрямна плита 5 має вже описані вище кармани 5d, 5e для фіксації (не показаної) прокладки. Між потовщеннями 5і, через які відбувається передача зусилля в (не показану) бетонну шпалу, зокрема, в (не показаний) заплечик на бетонній шпалі, для оптимізації ваги кутової напрямної плити при додержанні необхідних стандартів надійності загалом зменшувався матеріал. 50 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 1. Система рейкового скріплення для пружного з силовим замиканням скріплення рейки зі шпалою рейкового шляху, яка містить щонайменше одну кутову напрямну плиту, виконану з можливістю фіксації на шпалі з допомогою щонайменше одного гвинта, і щонайменше один натяжний затискач, яка відрізняється тим, що плечі натяжного затискача мають радіуси вигину, причому відношення сусідніх радіусів вигину один до одного всередині кожного плеча натяжного затискача менше або рівне 1,9, а відношення їх найбільшого радіуса вигину до найменшого менше або рівне 3,8, і що відношення ваги до ширини кутової напрямної плити менше 1,3 г/мм. 3 UA 113521 C2 5 10 15 20 2. Система рейкового скріплення за п. 1, яка відрізняється тим, що радіуси вигину плечей натяжного затискача знаходяться в діапазоні 18-70 мм. 3. Система рейкового скріплення за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що між підошвою рейки і шпалою розташована рейкова прокладка з електроізолюючого матеріалу, переважно з гумового матеріалу, для ізоляції рейки від шпали і/або від електропровідних матеріалів, переважно від сталевих елементів, системи рейкового скріплення. 4. Система рейкового скріплення за одним з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що прутковий матеріал натяжного затискача суцільно має приблизно однаковий діаметр, зокрема в діапазоні приблизно 13-15 мм, особливо переважно дорівнює 14,5 мм. 5. Система рейкового скріплення за одним з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що зусилля затягування натяжного затискача більше 14 кН, а натяжний затискач має при коливаннях з амплітудою більше або дорівнює 3,5 мм вертикальну утомну міцність. 6. Система рейкового скріплення за одним з пп. 1-5, яка відрізняється тим, що кутова напрямна плита має на своїй верхній стороні скошену поверхню, а на її нижній стороні є потовщення. 7. Система рейкового скріплення за одним з пп. 1-6, яка відрізняється тим, що ширина кутової напрямної плити більше 110 мм, переважно становить 150 мм. 8. Система рейкового скріплення за одним з пп. 1-7, яка відрізняється тим, що відношення половини ширини натяжного затискача до висоти натяжного затискача більше 2,6. 9. Система рейкового скріплення за одним з пп. 2-8, яка відрізняється тим, що кутова напрямна плита має засоби, переважно бічні кармани, для прийому і фіксації рейкової прокладки. 4 UA 113521 C2 5 UA 113521 C2 6 UA 113521 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7