система крепления рельсов к жесткому основанию с помощью упругого элемента, изготовленного из стальной пластины или полосового материала

Формула изобретения

1. Устройство для крепления железнодорожного рельса (2) на твердом основании (шпале) (3), с помощью лежащей на шпале и удерживаемой от бокового смещения опорной плиты (4), а также с помощью упругой клеммы (1) в форме изогнутой пластины с вертикальным отверстием, предназначенным для нанизывания на болт или на стержень с винтовой резьбой, и с имеющимся в опорной плите углублением формы, приблизительно совпадающей с нижней частью клеммы, отличающееся тем, что неизогнутая заготовка клеммы имеет У-образную форму с двумя пружинящими ножками (7', 7") на одном конце заготовки и язычком (13) с вырезом (15) для крепления на другом конце заготовки, причем готовая клемма, изготовленная путем изгиба заготовки, обладает в средней части клеммы С-образной формой продольного сечения, а язычок (13) находится примерно посередине и обычно немного выше пружинящих ножек.

2. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что в смонтированном положении клеммы ее обе пружинящих ножки (7', 7") опираются на подошву рельса (8) и таким образом прижимают рельс к шпале (3), причем выгнутость в средней части клеммы "C"-образной формы лежит в смонтированном положении в соответствующем углублении (10) в верхней части опорной плиты и опирается краями в боковые поверхности этого углубления, что препятствует повороту клеммы, а также опирается в продольную поверхность выемки, что способствует восприятию боковых нагрузок и препятствует боковому смещению рельса.

3. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что в смонтированном положении клеммы ее обе пружинящих ножки (7', 7") опираются на подошву рельса (8) и таким образом прижимают с определенной силой рельс к шпале (3), а в опорной плите имеется вертикальное отверстие (22), через которое проходит крепящийся в шпале болт, стержень с винтовой резьбой или костыль, причем волнообразная выпуклость (9) в нижней части опорной плиты, обращенная к шпале, опирается в соответствующее углубление в шпале (12), которое вытянуто в направлении рельса, и эта волнообразная выпуклость воспринимает боковые нагрузки, препятствующие боковому смещению рельса.

4. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что форма язычка (13) в заготовке клеммы совпадает с формой выреза (17) между двумя пружинящими ножками (7', 7").

5. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что в язычке клеммы (13) выполнено отверстие овальной формы (15), которое позволяет прикреплять клемму к шпале с помощью болта, стержня с винтовой резьбой или костыля (5) таким образом, что клемма в процессе монтажа может смещаться в направлении как к рельсу, так и от рельса.

6. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что в язычке клеммы (13) выполнено отверстие овальной формы (15), причем клемма в положении, предшествующем монтажу, приподнята над поверхностью подошвы рельса и отодвинута от рельса, и при этом клемма удерживается болтом на опорной плите так, что средняя "С"-образная поверхность клеммы свободно лежит на внешней части опорной плиты, а пружинящие ножки клеммы раздвинуты в стороны от рельса так, что позволяют свободно укладывать между ними рельс (2).

7. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что в язычке клеммы (13) выполнено отверстие круговой формы (20), которое позволяет прикреплять клемму к шпале с помощью болта, стержня с винтовой резьбой или костыля (5) таким образом, что клемма в процессе монтажа может свободно вращаться вокруг оси болта с целью свободной укладки рельса.

8. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что в язычке клеммы (13) выполнено отверстие круговой формы (20), причем клемма в положении, предшествующем монтажу, приподнята над поверхностью подошвы рельса и повернута вокруг оси болта (5), и при этом клемма удерживается болтом на опорной плите так, что средняя "С"-образная поверхность клеммы свободно лежит на внешней части опорной плиты, а пружинящие ножки клеммы развернуты так, что позволяют свободно укладывать между ними рельс (2).

9. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что в язычке клеммы (13) выполнено отверстие продолговатой формы, открытой в сторону рельса (21), которое позволяет прикреплять клемму к шпале с помощью болта, стержня с винтовой резьбой или костыля (5) таким образом, что клемма в процессе монтажа может свободно надеваться со стороны, противоположной рельсу.

10. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что в язычке клеммы (13) выполнено отверстие продолговатой формы, открытой в сторону рельса (21), причем клемма при ее монтаже вставляется с боковой к рельсу стороны и потом затягивается болтом (5) с целью закрепления на опорной плите.

11. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что язычок клеммы (13) в рабочем положении нависает над подошвой рельса и предохраняет от чрезмерного поднятия подошвы рельса (8), мягко препятствует перекручиванию рельса вокруг его оси, а также в критических ситуациях гарантирует от выскакивания рельса из узла крепления.

12. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что для изготовления клеммы (1) используется пружинная сталь.

13. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что для изготовления клеммы (1) используется пружинная сталь, причем клемма (1) изготовлена методом холодного изгиба заготовки из пружинной стали и последующей термообработки (улучшение, закалка, отпуск) с целью придания надлежащей прочности.

14. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что для изготовления клеммы (1) используется пружинная сталь, причем клемма (1) изготовлена методом горячего изгиба заготовки из пружинной стали и последующей термообработки (улучшение, закалка) с целью придания надлежащей прочности.

15. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что для изготовления клеммы (1) используется пружинная сталь, причем клемма (1) изготовлена методом холодного изгиба заготовки из пружинной стали и последующей термообработки методом индукционного нагрева.

16. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что для изготовления клеммы (1) используется пружинная сталь, причем клемма (1) изготовлена методом горячего изгиба заготовки из пружинной стали и последующей термообработки методом индукционного нагрева.

17. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что опорные поверхности ножек (7', 7") и/или язычка (13) клеммы (1) закруглены или уплощены.

18. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что исходным материалом для заготовок клеммы служит полосовая сталь, из которой штампуются или выбиваются заготовки таким образом, что контур язычка плоской заготовки (18) совпадает примерно с контуром, очерчивающим пружинящие ножки, так что при штамповке не образуются обрезки материала с целью его экономии.

19. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что исходным материалом для заготовок клеммы служит полосовая сталь, и при штамповке контуры заготовок вплотную пригнаны друг к другу.

20. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что для изготовления клеммы (1) используется пружинная сталь и грани клеммы (1) дополнительно закруглены.

21. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что по всей поверхности клеммы (1) при ее расчетном нагружении возникают примерно везде одинаковые напряжения.

22. Устройство для крепления железнодорожного рельса по п.1, отличающееся тем, что между рельсом (1) и шпалой (2) помещена упругая прокладка из материала с большим электрическим сопротивлением, предназначенная для электрической изоляции и/или смягчения и распределения нагрузок на шпалу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение описывает устройство крепления рельсов к твердому основанию с помощью упругого крепежного элемента (клеммы, прижимной пружины), изготовленного из стальной пластины или полосовой пружинной стали, и предназначено главным образом для крепления железнодорожных рельсов к бетонным шпалам. К уровню техники принадлежат две основные конструктивные схемы упругих систем крепления рельс к шпалам:

(A). Узлы крепления с помощью клеммы, изготовленной из проволоки круглого поперечного сечения или стального прутка. Изобретение DE 3918091 C2 описывает такую систему крепления рельсов к бетонным шпалам. Такая система крепления также известна из изобретения DE-OS3400110. Изобретение DE 10139198 A1 описывает крепление стрелки рельсового пути. Изобретение DE 3509472 С2 описывает элемент крепления с помощью упругих клемм (прижимных пружин), предназначенных, в частности, для крепления железнодорожных рельсов к бетонным шпалам. Клемма (прижимная пружина), известная из этого изобретения, в смонтированном состоянии состоит из верхней воспринимающей усилие крепежной части, крепежного отверстия и опорной поверхности, ориентированной вдоль направления рельса, предназначенной для предотвращения смещения прижимной пружины, изготовленной из прутка круглого поперечного сечения. В указанных выше системах крепления рельсов к шпалам используются клеммы (прижимные пружины), изготовленные из проволоки круглого поперечного сечения или стального прутка.

Во-первых, изготовление прижимных пружин из проволоки круглого поперечного сечения или стального прутка весьма сложное и трудоемкое производство, поскольку требуется изгибать стальной пруток или проволоку на близко расположенных участках с малыми радиусами изгиба.

Во-вторых, использование материала с постоянным круглым профилем поперечного сечения не оптимально с точки зрения действующих напряжений. Действительно, изгибающий момент в некотором поперечном сечении прутка прямо пропорционален расстоянию от центра этого поперечного сечения до точки приложения нагрузки. Поэтому и напряжение в этом поперечном сечении изменяется от сечения к сечению и не является постоянным, т.е. конструкция не является равнонапряженной и, следовательно, обладает избыточной массой.

(B) Узлы крепления с помощью клеммы, изготовленной из стальных пластин или листового пружинного материала. Изобретение DE 69100583 Т2 описывает крепление рельса к шпале с помощью упругой металлической клеммы, имеющей форму многоугольной, изогнутой пластины, в которой проделано отверстие для прохода крепежного болта, ввинчивающегося в шпалу. Клемма снабжена выпуклостью в форме волны, которая соответствует по форме углублению в опоре и отличается тем, что клемма изогнута в направлении, перпендикулярном к направлению рельса, и отверстие в клемме имеет вытянутую форму, так что клемма может находиться в двух устойчивых состояниях, а именно в предмонтажном положении и в смонтированном рабочем положении.

Изобретение WO 02/022873 A1 описывает двоякоизогнутую клемму, имеющую в поперечном сечении приблизительно форму буквы О". В продольном разрезе клемма имеет вид приблизительно буквы У", так что с одной стороны имеются две упругие прижимные ножки, а с другой стороны - одна ножка. Эта клемма удерживается с помощью скобы на шпале и поэтому не нуждается в винтовом креплении, как, к примеру, болт или шуруп. Такие элементы крепления могут быть укреплены на шпале прямо на заводе по производству шпал, однако требуют специального оборудования и инструментов для их монтажа. Упругие напряжения, возникающие при эксплуатации, и в этой клемме весьма сильно изменяются от сечения к сечению и не являются даже приблизительно постоянными, т.е. и эта конструкция не является равнонапряженной и, следовательно, также обладает избыточной массой. Итак, задачей данного изобретения является дальнейшее усовершенствование элемента крепления рельса к шпале второго из двух упомянутых типов (В), причем

- как сама клемма, так и подкладка должны обладать по возможности простой и технологичной формой;

- клемма должна быть надежно удержана от проворачивания как в предмонтажном, так и в смонтированном рабочем положении, причем элемент защиты от проворачивания должен быть по возможности простым;

- клемма должна быть равномерно напряжена по всей поверхности, чтобы обладать минимальной массой при сохранении определенных предписанных упругих характеристик.

Особое значение имеет также требование использования существующей и отлаженной технологии изготовления, а также уже имеющихся инструментов и приспособлений для монтажа и эксплуатации железнодорожного пути и, в частности, систем крепления рельсов к шпалам (Большая Энциклопедия Транспорта, Том 4, Железнодорожный Транспорт, Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», Москва, 2003).

Основы расчета упругой клеммы и действующие эксплуатационные нагрузки предписываются в соответствии с нормами CEN условиями Европейского стандарта EN 13481-1 7 (В России приняты стандарты ГОСТ 16277-93, ГОСТ 380-88, ГОСТ 1497-84, ГОСТ 7566-81, ГОСТ 9012-59, ГОСТ 17769-83). Этот стандарт предписывает эксплуатационное усилие на узел крепления рельса к шпале в направлении рельса и вращающий момент относительно оси болта, которые должны гарантированно выдерживать узел крепления. Из этих требований однозначно определяются прижимное усилие клеммы на рельс, передающееся ножками (7), а также упругая постоянная прижимной пружины. А именно, упругая постоянная прижимной пружины однозначно определяется как отношение прижимного усилия клеммы на рельс к ходу пружины при деформации последней от ненагруженного состояния к нагруженному состоянию в смонтированном положении. При расчете пружины всегда стремятся достичь, с одной стороны, наибольшего прижимного усилия клеммы на рельс, а с другой стороны, наименьшей упругой постоянной пружины. Эти требования объясняются из следующих соображений. Известно, что строительная высота клеммы - и, следовательно, также произведенное упругой клеммой усилие - подвержены влиянию температурных изменений, динамических нагрузок и явлений ползучести и релаксации в материале. Если упругая постоянная пружины мала, то, несмотря на изменение строительной высоты пружины в процессе эксплуатации, прижимное усилие пружины остается практически постоянным. Напротив, если упругая постоянная пружины высокая, то неизбежные при эксплуатации небольшие вариации строительной высоты пружины приводят к большим отклонениям прижимного усилия. При слишком больших прижимных усилиях материал клеммы может пластически деформироваться или даже разрушиться, а при слишком низких прижимных усилиях не будет создана сила трения, необходимая для удержания рельса и предотвращающая его смещение в осевом направлении.

Кроме того, особое значение имеют размеры системы крепления. А именно, габариты клеммы обычно ограничены и определяются частично действующими отраслевыми и государственными нормам, и также размерами уже существующих частей и других элементов пути - болтов, шпал, рельсов и т.д. Весьма желательно использование в новой системе уже наличиствующих изделий и инструментов.

Раскрытие изобретения

Технический результат предлагаемого изобретения выражается:

(1) в предотвращении опасности самооткручивания болта или гайки за счет высокого момента затягивания по сравнению с жесткими клеммами, снабженными только упругими шайбами. Кроме того, так как упругая постоянная изобретенной клеммы может быть установлена довольно низкой, при раскручивании болта или гайки усилие преднапряжения клеммы падает при возможном раскручивании весьма незначительно и не влияет на функционирование узла крепления;

(2) в использовании для монтажа узла крепления существующего оборудования и инструментов, так как монтаж узла крепления рельса осуществляется с помощью стандартного болта или штанги с нарезкой. При этом максимальное усилие и момент затягивания болта или гайки в новоизобретенном узле крепления полностью соответствует усилию затягивания в традиционных узлах крепления;

(3) в использовании существующего оборудования и инструментов для эксплуатации пути. В частности, узел крепления может быть смонтирован, размонтирован, проверен и дотянут вручную, даже в условиях низких температур. При этом не производятся удары по рельсу или элементам узла крепления, что может вызвать повреждение пути, особенно при низких температурах и повышенной хрупкости стали;

(4) в снижении массы узла крепления за счет оптимального использования материала клеммы путем осуществления постоянного напряжения клеммы по всей ее поверхности как при действии эксплуатационных нагрузок, так и при преднапряжении клеммы в процессе монтажа узла крепления;

(5) в снижении массы узла крепления за счет снижения размеров опорной плиты из-за компактной формы опирающейся на нее клеммы по сравнению с существующими опорными плитами для упругих клеммам из пружинной проволоки или стержневой пружинной стали;

(6) в снижении расходов на производство клеммы по сравнению с существующими упругими клеммами из проволоки или стержневой пружинной стали из-за необходимости только одного процесса изгиба заготовки. Для сравнения, клемма из пружинной проволоки или стержневой пружинной стали требует при производстве многократного пластического изгиба проволоки в разных плоскостях при коротком плече изгиба, что вызывает очень высокие усилия при изгибе в автоматах по производству клемм;

(7) в снижении расходов на материал клеммы за счет практически безотходного производства плоских заготовок, прилегающих без зазора одна к другой и изготавливаемых штамповкой из стальной полосы из пружинной стали;

(8) в унификации форм клемм с различными упругими постоянными и усилиями прижатия за счет изменения только толщины клеммы. Клеммы унифицированной формы могут применяться для оснащения путей с различной нагрузкой на рельс, например для высокоскоростных железных дорог, железных дорог в экстремальных температурно-климатических условиях, железных дорог для горнодобывающей промышленности и заводских железнодорожных путей;

(9) в использовании стальной полосы только одной ширины и стандартизированного сорта пружинной стали, что позволяет снижать затраты на материал клеммы с различными механическими характеристиками;

(10) в высокой технологичности изготовления из-за возможности использования предварительно упрочненного пружинного материала в силу простоты процесса изгиба. При изгибе предпочтительно применение холодного метода изгиба. При изгибе специальных клемм с высоким усилием преднапряжения и клемм с высокой упругой постоянной, а следовательно, и высокой толщиной материала возможно применение горячего изгиба с последующим упрочнением материала. В частности, может быть использован разогрев клеммы при производстве электрическим током.

Решение поставленной задачи достигается с помощью признаков, сформулированных в независимом пункте формулы изобретения. Дальнейшие варианты и уточнения способа решения поставленной задачи приводятся в зависимых пунктах формулы изобретения.

Осуществление изобретения

Сущность изобретения разъясняется путем описания определенных вариантов исполнения конструкции узла крепления и уточняется с помощью приведенных ниже фигур.

Изобретение состоит в усовершенствовании устройства для крепления железнодорожного рельса (промежуточного скрепления, 2) на твердом основании (шпале, 3) с помощью лежащей на шпале и удерживаемой от бокового смещения опорной плиты (4). Описываемое устройство для крепления железнодорожного рельса имеет в своем составе упругую клемму (1) в форме изогнутой пластины с вертикальным отверстем, предназначенным для нанизывания на болт или на стержень с винтовой резьбой. В опорной плите имеется углубление формы, совпадающей с нижней частью клеммы.

Основные требования к промежуточным скреплениям, выполняющим роль связующих элементов между рельсами и основанием, указаны в монографии (Т.Г.Яковлева и др. Железнодорожный путь. Москва, Транспорт, 1999) (Параграф 1.3.1, Требования к промежуточным скреплениям). В частности, указано, что «усилие прижатия прокладки к железобетонной шпале должно быть не менее 20 кН на один болт Для использования в бесстыковом пути рельсовые скрепления должны создавать монтажное натяжение прикрепителей, обеспечивающее погонное сопротивление продольным перемещениям рельсов не менее 25 кН/м. На звеньевом пути в целях предотвращения угона рельсов необходимо, чтобы погонное сопротивление продольным перемещениям было не менее 15 кН/м». Величина прижимного усилия и другие требования к промежуточным скреплениям определяются действующими нормами (Правила МПС РФ ОТ 26.05.2000 N ЦРБ-756 Правила технической эксплуатации железных дорог РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (УТВ. МПС РФ 26.05.2000 N ЦРБ-756) (реД. от 03.07.2001), (Строительно-технические нормы МПС РФ. Железные дороги колеи 1520 мм. СТН Ц-01-95, Москва, Транспорт, 1995).

Описываемое в изобретении промежуточное скрепление и применяемая в его составе клемма отличаются от известных конструкций тем, что неизогнутая заготовка клеммы имеет «У»-образную форму с двумя пружинящими ножками (7', 7") на одном конце заготовки и язычком (13) с вырезом (15) для крепления на другом конце заготовки. Описываемая в изобретении готовая клемма, изготовленная путем изгиба заготовки, имеет в средней части клеммы «С»-образной форму продольного сечения, а язычок (13) находится посередине и в смонтированном положении немного выше пружинящих ножек. При монтаже клеммы расстояние от язычка до подошвы рельса обычно не больше 0,5 мм. Расстояние от язычка до подошвы рельса при эксплуатации может достигать при максимальном ослаблении болта крепления клеммы величины 16 мм.

В основном варианте конструктивного исполнения клеммы предусмотрено, что в смонтированном положении клеммы ее обе пружинящие ножки (7', 7") опираются на подошву рельса (8) и таким образом прижимают с указанными выше усилиями рельс к шпале (3). Выгнутая поверхность в средней части клеммы имеет «С»-образную форму. Эта выгнутая поверхность лежит в смонтированном положении в соответствующем углублении (10) в верхней части опорной плиты и опирается краями в боковые поверхности этого углубления. Такое положение клеммы препятствует ее повороту. Клемма также опирается в продольную поверхность выемки, что способствует восприятию боковых нагрузок и препятствует боковому смещению рельса.

В следующем варианте конструктивного исполнения клеммы предусмотрено, что в смонтированном положении клеммы ее обе пружинящих ножки (7', 7") опираются на подошву рельса (8) и таким образом прижимают с указанными выше усилиями рельс к шпале (3), а в опорной плите имеется вертикальное отверстие (22), через которое проходит крепящийся в шпале болт, стержень с винтовой резьбой или костыль. При таком конструктивном решении волнообразная выпуклость (9) в нижней части опорной плиты, обращенная к шпале, опирается в соответствующее углубление в шпале (12), которое вытянуто в направлении рельса, и эта волнообразная выпуклость воспринимает боковые нагрузки, препятствующие боковому смещению рельса.

Описанная выше клемма может быть скроена так, что форма язычка (13) в заготовке клеммы совпадаете формой выреза (17) между двумя пружинящими ножками (7', 7"). При таком варианте выкройки заготовки для клеммы достигается экономия материала.

В язычке клеммы (13) может быть выполнено отверстие овальной формы (15), которое позволяет прикреплять клемму к шпале с помощью болта, стержня с винтовой резьбой или костыля (5) таким образом, что клемма в процессе монтажа может смещаться в направлении как к рельсу, так и от рельса. При таком конструктивном исполнении клемма в положении, предшествующем монтажу, приподнята над поверхностью подошвы рельса и отодвинута от рельса, и при этом клемма удерживается болтом на опорной плите так, что средняя «С»-образная поверхность клеммы свободно лежит на внешней части опорной плиты, а пружинящие ножки клеммы направлены в сторону рельса так, что позволяют свободно укладывать между ними рельс (2).

Другое конструктивное исполнение достигается тем, что в язычке клеммы (13) выполнено отверстие круговой формы (20), которое позволяет прикреплять клемму к шпале с помощью болта, стержня с винтовой резьбой или костыля (5) таким образом, что клемма в процессе монтажа может свободно вращаться вокруг оси болта с целью свободной укладки рельса. При таком варианте исполнения клемма в положении, предшествующем монтажу, приподнята над поверхностью подошвы рельса и повернута вокруг оси болта (5), и при этом клемма удерживается болтом на опорной плите так, что средняя «С»-образная поверхность клеммы свободно лежит на внешней части опорной плиты, а пружинящие ножки клеммы развернуты так, что позволяют свободно укладывать между ними рельс (2).

Следующее конструктивное исполнение отличается тем, что в язычке клеммы (13) выполнено отверстие продолговатой формы, открытой в сторону рельса (21), которое позволяет прикреплять клемму к шпале с помощью болта, стержня с винтовой резьбой или костыля (5) таким образом, что клемма в процессе монтажа может свободно надеваться со стороны, противоположной рельсу. При таком варианте исполнения клемма при ее монтаже вставляется с боковой к рельсу стороны и потом затягивается болтом (5) с целью закрепления на опорной плите.

Конструкция клеммы предусматривает преимущественный вариант исполнения с помощью элемента, страхующего в критических ситуациях рельс от выскакивания из узла крепления. Таким страхующим элементом служит язычок клеммы (13). Язычок клеммы (13) в монтажном положении нависает над подошвой рельса и предохраняет от чрезмерного поднятия подошвы рельса (8), мягко препятствует перекручиванию рельса вокруг его оси, а также в критических ситуациях гарантирует от выскакивания рельса из узла крепления. Диаграмма нагружения язычка клеммы приведена на Фигуре 16. При критической нагрузке на язычок со стороны рельса может действовать сила в вертикальном направлении до 50 килоньютон. При нагрузке в 50 килоньютон на язычок клеммы (13) его смещение в вертикальном направлении в точках контакта с рельсом достигает 0,25 мм при толщине материала в 7 мм. Жесткость клеммы при нагрузке на язычок в основном варианте исполнения при толщине материала в 7 мм составляет соответственно 250 килоньютон/мм. За счет изменения толщины материала изменяется и жесткость клеммы при нагрузке на язычок пропорционально третьей степени толщины материала. Для изготовления клеммы (1) используется преимущественно пружинная сталь. Клемма (1) может быть изготовлена методом холодного изгиба заготовки из пружинной стали и последующей термообработки (улучшение, закалка, отпуск) с целью придания надлежащей прочности.

В качестве альтернативного способа изготовления допускается вариант изготовления клеммы методом горячего изгиба заготовки из пружинной стали и последующей термообработки (улучшение, закалка) с целью придания надлежащей прочности. Термообработка клеммы при горячем или холодном способах изгиба может осуществляться методом индукционного нагрева материала для закалки и снятия остаточных напряжений. Опорные поверхности ножек (7', 7") и/или язычка (13) клеммы (1) могут быть закруглены или уплощены.

Исходным материалом для заготовок клеммы служит главным образом полосовая сталь, из которой штампуются или выбиваются заготовки таким образом, что контур язычка плоской заготовки (18) совпадает примерно с контуром, очерчивающим пружинящие ножки, так что при штамповке не образуются обрезки материала с целью его экономии.

При штамповке заготовки следует располагать на полосе материала так, чтобы контуры заготовок были вплотную пригнаны друг к другу.

При изготовлении клеммы ее грани могут быть дополнительно закруглены с целью снижения действующих напряжений.

При нагружении клеммы на ее ножки действует сила реакции со стороны рельса. Эта сила реакции вызывает изгибающий момент в пластине клеммы. Величина момента пропорциональна расстоянию от плоскости сечения до точки контакта клеммы с рельсом. При расчете формы клеммы предусмотрено, что по всей поверхности клеммы (1) при ее расчетном нагружении возникают везде одинаковые напряжения, что гарантирует оптимальное использование материала. При оптимальной форме клеммы момент сопротивления при изгибе в каждом поперечном сечении ножек клеммы пропорционален величине изгибающего момента в этом сечении. При исполнении клеммы в оптимальной, равнонапряженной форме достигается снижение упругой постоянной крепления и повышение хода пружины при выполнении ограничения на максимальное действующее напряжение в пружине и выполнении ограничения на усилие прижатия рельса к шпале по сравнению с пружинами, известными из современного уровня техники. Диаграмма нагружения клеммы при нагрузке на опорные поверхности ножек приведена на Фигуре 16. При нагрузке в 10 килоньютон на опорные поверхности ножек (7', 7") их смещение в вертикальном направлении в точках контакта с рельсом достигает 16 мм при толщине материала в 7 мм. Жесткость клеммы при нагрузке на опорные поверхности ножек в основном варианте исполнения при толщине материала в 7 мм составляет соответственно 625 ньютон/мм. За счет изменения толщины материала изменяется и жесткость клеммы пропорционально третьей степени толщины материала. При толщине клеммы в 6 мм жесткость клеммы при нагрузке на опорные поверхности ножек составляет 393 ньютон/мм. При толщине клеммы в 8 мм жесткость клеммы при нагрузке на опорные поверхности ножек составляет 932 ньютон/мм. За счет изменения толщины материала при сохранении формы клеммы достигается изменение жесткости клеммы в широких пределах и обеспечивается рациональная пространственная упругость рельсового соединения. С помощью снижения пружинной постоянной крепления снижается величина падения прижимного усилия на рельс при ослаблении болтового соединения, что важно для обеспечения безопасности эксплуатации пути. В частности, могут быть увеличены интервалы регулировки натяжения прикрепителей при текущем содержании пути без опасности черезмерного ослабления прижимного усилия рельса к шпале.

При укладке железобетонных шпал на линиях с электрической тягой или оборудованных автоблокировкой необходимо применять рельсовые скрепления, обеспечивающие изоляцию электрических рельсовых цепей (Строительные нормы и правила Российской Федерации. Железные дороги колеи 1520 мм. СНиП 32-01-95, МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, (МИНСТРОЙ РОССИИ) Москва 1995). При использовании клеммы для этой цели между рельсом (1) и шпалой (2) может быть помещена упругая прокладка из материала с большим электрическим сопротивлением. Упругая прокладка предназначена для электрической изоляции и/или смягчения и распределения нагрузок на шпалу.

На Фигуре 1 изображено поперечное сечение рельса с изобретенным узлом крепления рельса в смонтированном, рабочем положении и напряженной клеммой, затянутой до упора болтом. Устройство для крепления железнодорожного рельса (2) на твердом основании (шпале, 3) состоит из лежащей на шпале и удерживаемой от бокового смещения опорной плиты (4), а также с помощью упругой клеммы (1) в форме изогнутой пластины с вертикальным отверстием. Вертикальное отверстие предназначено для нанизывания клеммы и опорной плиты на болт или на стержень с винтовой резьбой. Далее, в опорной плите имеется углубление формы, приблизительно совпадающей с нижней частью клеммы, так что клемма в смонтированном состоянии опирается на продольную поверхность выемки, что способствует восприятию боковых нагрузок и препятствует боковому смещению рельса и повороту клеммы при действии эксплуатационных нагрузок.

Неизогнутая заготовка клеммы представляет из себя плоскую пластину, имеет «У»-образную форму в плане. На одном конце заготовки имеются две пружинящие ножки (7', 7"), а на другом конце заготовки имеется язычок (13) с вырезом (15) для крепления клеммы к шпале. Главное отличие предлагаемого изобретения состоит в том, что готовая клемма, изготовленная путем изгиба плоской заготовки «У»-образной формы, обладает - если смотреть на клемму сбоку - в средней части клеммы примерно «С»-образной формой продольного сечения, а язычок (13) находится примерно посередине и обычно немного выше пружинящих ножек.

На Фигуре 2 приведено изометрическое изображение узла крепления рельса в смонтированном, рабочем положении. Клемма изображена в напряженном состоянии, будучи затянутой до упора болтом.

На Фигуре 3 изображено поперечное сечение рельса с изобретенным узлом крепления рельса в положении, предшествующем окончательному монтажу. Клемма показана на фигуре ненапряженной и свободно нанизанной на ось незатянутого болта.

На Фигуре 4 изображен предлагаемый узел крепления рельса в положении, предшествующем окончательному монтажу с ненапряженной клеммой, свободно нанизанной на ось незатянутого болта, а также с опорной плитой и прокладкой, лежащими на рельсе. Клемма на фигуре 4 обладает овальным отверстием, вытянутым в направлении к рельсу, причем с помощью овального отверстия клемма в процессе монтажа может смещаться к рельсу и от рельса. Таким образом, это отверстие допускает смещение клеммы при монтаже в сторону от рельса, что позволяет без полного снятия клеммы укладывать рельс между клеммами, находящимися в раздвинутом положении.

На Фигуре 5 изображен узел крепления рельса с клеммой с овальным отверстием, вытянутым к рельсу, изображенный в процессе монтажа рельса. Рельс оказан уложенным между клеммами, находящимися в раздвинутом положении.

На Фигуре 6 изображена клемма с овальным отверстием, вытянутым к рельсу, с помощью которого клемма в процессе монтажа рельса может смещаться по направлению к рельсу.

На Фигуре 7 изображена примерно У-образная по форме заготовка (выкройка) клеммы с овальным отверстием, вытянутым вдоль направления выкройки. Заготовка изготовляется из листовой прокатанной стали без отходов, так что каждый следующий вырез повторяет по форме предыдущий. Окончательная пространственно-изогнутая форма клеммы образуется путем изгиба этой заготовки и последующей температурной обработки для придания необходимой твердости материалу.

На Фигуре 8 изображена опорная плита, предназначенная для монтажа на шпале клеммы с овальным отверстием.

На Фигуре 9 изображен вариант предлагаемого узла крепления рельса в положении, предшествующем окончательному монтажу и с ненапряженной клеммой, свободно нанизанной на ось незатянутого болта, а также с опорной плитой и прокладкой, лежащими на рельсе. Клемма с круговым отверстием для болта изображена на фигуре 9 в ненапряженном состоянии, предшествующем окончательному монтажу.

На Фигуре 10 изображена опорная плита, предназначенная для монтажа на шпале клеммы с круговым отверстием.

На Фигуре 11 изображен вариант предлагаемого узла крепления рельса в положении, предшествующем укладке рельса, с ненапряженной клеммой, свободно нанизанной на ось незатянутого болта, а также с опорной плитой и прокладкой, лежащими на рельсе. Клемма с круговым отверстием для болта изображена на фигуре 11 в положении, предшествующем укладке рельса. Клемма повернута вдоль рельса на оси болта, так что рельс свободно укладывается в образовавшийся промежуток между клеммами.

На Фигуре 12 изображена клемма с круговым отверстием для болта. Изображенная на фигуре 12 клемма представлена в ненапряженном положении, предшествующем монтажу.

На Фигуре 13 изображена примерно У-образная по форме заготовка (выкройка) клеммы с круговым отверстием для болта. Заготовка изготовляется из листовой прокатанной стали без отходов, так что каждый следующий вырез повторяет по форме предыдущий. Окончательная пространственно-изогнутая форма клеммы образуется путем изгиба этой заготовки и последующей температурной обработки для придания необходимой твердости материалу.

На Фигуре 14 изображена клемма с овальным отверстием, вытянутым к рельсу и открытым в сторону рельса. Изображенная на фигуре клемма показана в ненапряженном положении.

На Фигуре 15 изображена примерно У-образная выкройка клеммы с овальным отверстием, вытянутым к рельсу и открытым в сторону рельса. Выкройка изготовляется из листовой прокатанной стали без отходов, так что каждый следующий вырез повторяет по форме предыдущий. Окончательная пространственно-изогнутая форма клеммы образуется путем изгиба этой выкройки и последующей температурной обработки для придания необходимой твердости материалу.

На Фигуре 16 изображена диаграмма нагружения клеммы при нагрузке на опорные поверхности ножек и при нагрузке на язычок. На этой фигуре приведена характеристика клеммы толщиной 7 мм. В монтажном положении (М) язычок клеммы находится немного выше (на 0,25-0,5 мм) подошвы рельса и не нагружен. В монтажном положении (М) на опорные поверхности ножек (7', 7") в точках контакта с рельсом действует нагрузка F(B) в 10 килоньютон (10кN). Эта нагрузка обеспечивает прижатие рельса к шпале. Усилие на болт в положении (М) в силу соотношения плеч действия сил составляет 25 килоньютон. В монтажном положении (М) смещение опорных поверхностей ножек (7', 7") в вертикальном направлении за счет изгиба U равно 16 мм. При ослаблении затягивания болта в процессе эксплуатации усилие в точках контакта падает. Уменьшение ослабления затягивания болта описывает участок диаграммы левее точки (М). При полном раскручивании, достигающем 16 мм, усилие на опорные поверхности ножек исчезает. При критической, внештатной нагрузке F(A) на язычок со стороны рельса может действовать сила в вертикальном направлении до 50 килоньютон (50 кН). Увеличение нагрузки на язычок со стороны рельса при критической ситуации описывает участок диаграммы правее точки (М). При нагрузке в 50 килоньютон на язычок клеммы (13) его смещение в вертикальном направлении в точках контакта с рельсом составляет 0,25 мм. Таким образом, язычок предохраняет рельс от выскакивания из крепления до критической нагрузки в 50 килоньютон.

Таблица 1 Обозначения
No	Содержание
1	Клемма или прижимная пружина, удерживающая рельс, в форме пространственно изогнутой пластины
2	Рельс железной дороги
3	Шпала (главным образом, бетонная шпала)
4	Опорная плита (подкладка) для удержания рельса от бокового смещения и передачи боковой нагрузки
5	Шуруп или болт или штанга с резьбой, жестко соединенные со шпалой или ввинчивающиеся в бетонную шпалу
6	Центральная часть клеммы в форме части кругового цилиндра (1)
7	Две опорных ножки (7', 7") клеммы, передающие прижимающее усилие на рельс
8	Поверхность подошвы или опорной части рельса (2), которую прижимают пружинящие ножки клеммы (7', 7")
9	Профиль опорной плиты, имеющий задачу предотвращения бокового смещения рельса (4) в форме обращенного вниз утолщения на нижней стороне опорной плиты, опирающейся на шпалу
10	Выемка, предназначенная для фиксирования положения клеммы (1), удерживающей рельс, а также для передачи боковых нагрузок от клеммы к опорной плите (4)
11	Углубление, служащее для предотвращения смещения клеммы (1) в направлении вдоль оси рельса, передачи осевого усилия от рельса к опорной плите (4), а также для предотвращения поворота прижимной пружины (1) относительно оси болта (5)
12	Выемка в шпале (3), по форме соответствующая утолщению (9) и служащая для передачи боковых нагрузок на шпалу (3)
13	Язычок клеммы (1), ограничивающий наклон рельса и препятствующий его боковому смещению, а также выскакиванию рельса из крепления в критических ситуациях
14	Упругая и/или электроизолирующая прослойка между рельсом (2) и шпалой (3) с целью электроизоляции и смягчения вибраций и ударов рельса по шпале
15	Вырез овальной формы в язычке (13) клеммы (1)
16	Дюбель в шпале, предназначенный для ввинчивания болта (5) или другой вид крепления штанги к шпале
17	Контур выреза в заготовке клеммы (1), расположенный между двумя опорными ножками (7', 7") и соответствующий по форме внешнему контуру (19)
18	Контур язычка (13) заготовки клеммы (1), находящейся в недеформированном состоянии, до придания ей окончательной формы, используемой при монтаже рельсового пути и соответствующий по форме контуру (17)
19	Боковые поверхности (19'), (19") клеммы (1)
20	Вырез в клемме (1) в форме круглого отверстия (20)
21	Вырез удлиненной формы в клемме (1), открытый в сторону рельса
22	Вертикально ориентированное отверстие в опорной плите (4)
23	Поверхность в опорной плите (4), на которую укладывается клемма (1) при закручивании болта (5)

Источники информации

Б. Лихтбергер, Справочник по пути, Издательство Тетцлаф, 2004.

Verankerungselement für Schienenbefestigungsanordnungen mit elastischen Befestigungsklammern, DE 3509472 C2.

Vorrichtung für Schienenbefestigung mittels elastischer Spannklemme, DE 3334119 C2.

Auf Betonschwellen od. dgl. vormontierte Befestigung, DE 3918091 C2.

Befestigung einer in einen Schienenweg eingebauten Weiche auf einem Oberbau, DE 10139198 A1.

Dispositif de fixation d'un rail de chemin de fer sur une traverse, une attache et un insert, FR 8716525.

Railway rail clip and device for railway rail fastening assembly, WO 02/022873 A1.

Elastic rail clamps, EP 0770732 B1.

Vorrichtung zum Befestigen einer Eisenbahnschiene an einer Schwelle, DE 69100583 T2.