трехглавый рельсовый блок

Формула изобретения

Трехглавый рельсовый блок, содержащий главный рельс, ориентированный вертикально и опирающийся по всей длине на непрерывную подрельсовую подкладку с двумя Г-образными гребнями, нависающими над подошвой главного рельса, и пару боковых рельсов, ориентированных горизонтально главами наружу, и рельсовые клеммы, отличающийся тем, что к подрельсовой подкладке симметрично относительно главного рельса сверху неподвижно присоединена пара швеллеров-фиксаторов, ориентированных полками вверх, снизу неподвижно присоединена пара поддерживающих швеллеров, ориентированных полками наружу, причем главный рельс западает подошвой между Г-образными гребнями подрельсовой подкладки, а каждый из пары боковых рельсов западает подошвой в щель между Г-образными гребнями подрельсовой подкладки и полкой швеллера-фиксатора, опирается сбоку подошвой на Г-образный гребень, каждый швеллер-фиксатор западает полками в просвет между главой и подошвой бокового рельса и фиксирует боковой рельс, при этом пара Г-образных клемм, являющихся упругими, введена в просвет между Г-образными гребнями подрельсовой подкладки и шейкой главного рельса, плотно охватывают шейку с двух сторон, короткое плечо каждой из Г-образных клемм западает под нависающие гребни подрельсовой подкладки, а длинные плечи нависают над парой боковых рельсов, пара эксцентриков с Z-образными ручками западает под нависающие длинные плечи Г-образных клемм и выступают Z-образными ручками вверх, и при взаимодействии Z-образными ручками двух эксцентриков с клином автоматического напрягающего устройства, подвешенного впереди транспортного средства, движущегося по трехглавым рельсовым блокам, эксцентрики взаимодействуют с Г-образными клеммами и автоматически напрягают и запирают замковое устройство, образуя монолитный трехглавый рельсовый блок с аркой из двух боковых рельсов и Г-образных клемм, подпирающих главный рельс с двух сторон.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортным конструкциям железнодорожного и промышленного транспорта. Предназначено преимущественно для скоростного движения при скорости движения 450 500 км/час и интенсивной непрерывной эксплуатации.

Известны рельсобалочные конструкции, разработанные Неждановым К.К. и др. описанные в патентах [1], [2]. Рельсобалочная конструкция содержит подкрановую балку усиленную продольными ребрами, симметричными относительно стенки, швеллеры, размещенные между продольными ребрами и верхним поясом балки по всей ее длине и соединенные с продольными ребрами и верхним поясом балки шпильками, и тормозную балку. Рельсобалочная конструкция содержит рельсовый блок, выполненный из тавра, ориентированного стенкой верх, и двух рельсов, размещенных симметрично относительно стенки тавра и соединенных с ним шпильками. Полка тавра рельсового блока и полки швеллеров выступают наружу на 50 100 мм за продольную грань верхнего пояса подкрановой балки, причем полка тавра соединена с соответствующими полками швеллеров шпильками, проходящим рядом с полкой верхнего пояса снаружи.

Рельсовый блок выполнен из тавра, ориентированного стенкой вверх и двух рельсов, размещенных симметрично относительно стенки тавра. Подошва каждого из рельсов со стороны стенки тавра срезана заподлицо с боковой поверхностью головки рельса, опирается на полку тавра, а шейки рельсов соединены друг с другом и тавром полыми заклепками с внедряемыми сердечниками, пропущенными сквозь шейки рельсов и стенку тавра, объединяя рельсы и тавр в единый рельсовый блок.

Недостаток данного технического решения - необходимость сверления отверстий в шейках рельсов и срезки части рельсов.

Известно техническое решение, описанное в патенте «Узел соединения арочного рельса с трубчатым поясом подкраново-подстропильной балки» [3]. Конструкция имеет несимметричный профиль и предназначена для трубчатого пояса подкраново-подстропильной балки. Узел снабжен подрельсовой подкладкой. Подкладка выполнена непрерывной с подошвами, копирующими поверхность трубчатого пояса балки и с центральным продольным гребнем, копирующим полость арочного рельса для фиксации последнего. Сбоку на главе арочного рельса имеется непрерывный гребень для взаимодействия с направляющими роликами мостового крана, что позволяет исключить сход крана с рельсов. Узел снабжен также клеммами для фиксации арочного рельса на этой подкладке и опорным столиком для взаимодействия с нижним торцом этой подкладки, с упомянутым трубчатым поясом.

Недостатком данного технического решения является то, что упругие клеммы не включены в работу сечения рельсового блока.

Наиболее близкой по технической сущности является «Замковое соединение рельсов в блок», разработанное Неждановым К.К. и др. [4]. Примем этот патент за прототип. В прототипе процесс замены изношенных рельсов автоматизирован.

Однако в прототипе применены двуглавые рельсы, прокат которых не освоен промышленностью. Поэтому актуальна разработка новых технических решений из рельсов, прокат которых освоен.

Для автоматизации процесса монтажа новых рельсов и демонтажа старых изношенных рельсов используются технические решения, разработанные Неждановым К.К. и др. Известные решения «Способ замены кранового рельса» [5], «Автоматическое устройство для захвата и продольного перемещения кранового рельса» [6], «Устройство для регулирования напряжений рельсовых креплений» [7], приведены в авторских свидетельствах.

Технический результат изобретения - автоматизация процесса монтажа новых рельсов и демонтажа старых изношенных рельсов. Автоматизация сборки и разборки трехглавого рельсового блока повышает ремонтопригодность. Ударные воздействия колес транспортных средств на стыках минимизируются.

Технический результат реализован тем, что трехглавый рельсовый блок содержит главный рельс, ориентированный вертикально и опирающийся по всей длине на непрерывную подрельсовую подкладку с двумя Г-образными гребнями, нависающими над подошвой главного рельса, и пару боковых рельсов, ориентированных горизонтально главами наружу и рельсовые клеммы.

Отличие в том, что к подрельсовой подкладке симметрично относительно главного рельса сверху неподвижно присоединена пара швеллеров-фиксаторов, ориентированных полками вверх, снизу неподвижно присоединена пара поддерживающих швеллеров, ориентированных полками наружу.

Причем главный рельс западает подошвой между Г-образных гребней подрельсовой подкладки, а каждый из пары боковых рельсов западает подошвой в щель между Г-образных гребней подрельсовой подкладки и полкой швеллера-фиксатора, опирается сбоку подошвой на Г-образный гребень, каждый швеллер-фиксатор западает полками в просвет между главой и подошвой бокового рельса и фиксирует боковой рельс.

При этом пара Г-образных клемм, являющихся упругими, введена в просвет между Г-образными гребнями подрельсовой подкладки и шейкой главного рельса, они плотно охватывают шейку с двух сторон, короткое плечо каждой из Г-образных клемм западает под нависающие гребни подрельсовой подкладки, а длинные плечи нависают над парой боковых рельсов.

Пара эксцентриков с Z-образными ручками западают под нависающие длинные плечи Г-образных клемм и выступают Z-образными ручками вверх, и при взаимодействии с Z-образными ручками двух эксцентриков с клином автоматического напрягающего устройства, подвешенного впереди транспортного средства, движущегося по трехглавым рельсовым блокам, эксцентрики взаимодействуют с Г-образными клеммами и автоматически напрягают и запирают замковое устройство.

Пара Г-образных клемм с парой эксцентриков и два боковых рельса со швеллерами-фиксаторами образуют арку, подпирающую главный рельс с двух сторон. Автоматическим напряжением замковое устройство запирают и образуют монолитный трехглавый рельсовый блок, работающий как единое целое.

Элементы рельсового блока объединены в монолитное целое сжимающими его силами от Г-образных клемм с гарантированным натягом. Проскальзывание элементов относительно друг друга исключено.

На чертеже показан трехглавый рельсовый блок в разрезе до предварительного напряжения.

Трехглавый рельсовый блок 1 содержит главный 2 рельс, ориентированный вертикально и опирающийся по всей длине на непрерывную подрельсовую подкладку 3. Подрельсовая подкладка 3 выполнена прокатом и симметрична относительно главного 2 рельса. Она снабжена парой Г-образных гребней 4, направленных выступами навстречу друг другу и нависающих над подошвой главного 2 рельса. Главный 2 рельс западает своей подошвой между Г-образных гребней 4 подрельсовой подкладки 3.

К подрельсовой подкладке 3 сверху неподвижно присоединена пара швеллеров-фиксаторов 5 ориентированных полками вверх. Швеллеры-фиксаторы 5 предназначены для фиксации пары боковых 6 рельсов, ориентированных горизонтально главами наружу. Каждый боковой 6 рельс опирается сбоку подошвой на Г-образный гребень 4. Каждый из пары швеллеров-фиксаторов 5 западает полками в просвет между главой и подошвой бокового 6 рельса и фиксирует боковой 6 рельс в плане и по высоте.

Каждый из пары боковых 6 рельсов западает подошвой в щель между Г-образных гребней 4 и швеллерами-фиксаторами 5.

Пара эксцентриков 7 с Z-образными ручками 8 западают под нависающие длинные плечи Г-образных клемм 9. Z-образные ручки 8 выступают вверх. Пара Г-образных клемм 9 введена в просвет между Г-образными гребнями 4 подрельсовой подкладки 3 и шейкой главного 2 рельса, плотно охватывают шейку с двух сторон. Короткое плечо каждой из Г-образных клемм 7 западает под нависающие Г-образные 4 гребни подрельсовой подкладки 3, а длинные плечи Г-образных клемм 7 нависают над парой боковых рельсов 6.

При взаимодействии Z-образных ручек 8 двух эксцентриков 7 с клином автоматического напрягающего устройства, подвешенного впереди транспортного средства, движущегося по трехглавым рельсовым блокам 1, эксцентрики 7 взаимодействуют с Г-образными клеммами 9 и автоматически напрягают и запирают замковое устройство, образуя монолитный трехглавый рельсовый блок 1. Пара Г-образных клемм 9, два боковых рельса 6, подпирающих главный 2 рельс с двух сторон, эксцентрики 7 и швеллеры-фиксаторы 5 образуют арку.

К подрельсовой подкладке 3 снизу неподвижно присоединена пара поддерживающих 10 швеллеров, ориентированных полками наружу.

Пара Г-образных клемм 9 введена с торца под Г-образные гребни 4. Г-образные клеммы 9 плотно контактируют в напряженном состоянии с выступами гребней 4 снаружи и сверху, а выпуклой частью - с наклонной шейкой главного рельса 2. Каждая Г-образная клемма 9 имеет длинное плечо, заканчивающееся на конце выступом вниз. В зазор между длинным плечом, нависающим над шейкой бокового рельса, с торца введен эксцентрик с Z-образной ручкой, взаимодействующим с автоматическим напрягающим устройством, навешиваемым на транспортное средство [7].

Г-образную клемму 9 предпочтительнее выполнять прокатом на прокатном стане и делать такой же длины, как длина рельса. Длину же рельсов следует увеличить до 500 800 м и перевозить их с завода изготовителя так же, как возят сварные плети рельсов [8, с.287, рис.177].

Принудительный силовой поворот Z-образных ручек 8 эксцентриков 7 осуществляют автоматическим напрягающим устройством, навешиваемым перед транспортным средством. Устройство сделано подобно известному «Автоматическому устройству для напряжения рельсовых креплений» [7]. Силовым поворотом выступающие вверх Z-образные ручки 8 эксцентриков 7 осаживают вниз до упора и контакта с шейками боковых рельсов 6.

В свою очередь длинные плечи Г-образных клемм 9 приподнимаются вверх, выпуклые участки их входят в плотный контакт с шейкой главного рельса 2, охватывая ее, а короткие плечи Г-образных клемм 9 упираются в Г-образные гребни 4 изнутри и снизу. Подошва главного 2 рельса плотно прижимается к подрельсовой подкладке 3 сверху.

Каждый из эксцентриков 9 зафиксирован в углублении между главой и подошвой бокового рельса 6. Самопроизвольно эксцентрик 7 повернуться, не может, так как создан крутящий момент, удерживающий эксцентрик 7 в запертом состоянии.

Все элементы трехглавого рельсового блока плотно сомкнулись друг с другом и стали работать слитно как единое целое.

Рельсовый блок обжат Г-образными клеммами 9 с гарантированным натягом, что исключает продольное смещение его элементов одного относительно другого. Следовательно, произошло замковое соединение рельсов и подрельсовой подкладки в единый блок.

Такое соединение рельсов с подрельсовой подкладкой работает за счет сил трения, возникающих между контактирующими поверхностями, и является фрикционным [9, с.53].

Известны также замковые устройства для соединения подвижных частей машин, механизмов, препятствующих их относительному повороту, самоотвинчиванию, самопроизвольному смещению [8, с.410].

Поэтому будем называть такое соединение рельсов с подрельсовой подкладкой фрикционным замковым соединением [9, с.7]. Отличительная особенность этого соединения - его быстроразъемность и высокая надежность.

Быстроразъемность соединения обеспечивает дополнительный эффект, так как резко снижает трудоемкость замены рельсов при их износе.

Эксцентрики 9 прокатывают на прокатном стане и затем нарезают мерной длины по 5000 6000 мм.

Направляющие ролики 11 фиксируют транспортное средство и основные его безребордные колеса 12 на трехглавом рельсовом блоке 1 и передают горизонтальные воздействия Т от колес транспортного средства. Гребни безопасности 13 направляющих роликов 11 исключают сход транспортного средства с рельсов. При нормальной работе гребни безопасности 13 не касаются глав боковых рельсов 6 и включаются в работу только в аварийной ситуации.

Основное колесо 14 транспортного средства выполнено без реборд и передает на рельсовый блок вертикальные воздействия Р. Подрельсовая подкладка 5 соединена с конструкцией, лежащей ниже, посредством поддерживающих швеллеров 10. Нижележащей конструкцией является или подкрановая балка, или главная балка моста [10, с.763].

Торцы всех стыкуемых элементов фрезерованы, причем максимальное повышение прочности стыка рельсового блока достигнуто относительным смещением стыков его элементов, а именно: рельсов 2, подрельсовых подкладок 4, Г-образных клемм 9 и эксцентриков 7. Таким образом, достигнута максимальная равнопрочность и непрерывность рельсового пути.

Замковое соединение рельсов в монолитный блок осуществляется автоматически.

После вдвижки в подрельсовую подкладку всех элементов рельсового блока [5, 6, 7] осуществляют замковое соединение рельсов в блок. Для этого перед транспортным средством навешивают автоматическое напрягающее устройство. Напрягающим устройством является клин, скользящий по Z-образным ручкам 8 пары эксцентриков 7, осаживающих их вниз до упора [7].

При этом два симметричных относительно рельсового блока эксцентрика упруго деформируются по спирали, один по правой спирали, а другой левой.

Усилие запирания, создаваемое транспортным средством, увеличивается в два три раза эксцентриком 7. Следующее увеличение силы прижатия в четыре, пять раз, происходит за счет Г-образных клемм 9.

Окончательное сдавливание рельсов и подрельсовой подкладки происходит с увеличением силы, по сравнению с первоначальной, в 8 15 раз.

Происходит автоматическое замковое соединение рельсов в блок. Такое соединение является фрикционным, так как сдвиги одного элемента относительно другого исключены благодаря силам трения, возникающим в контактных зонах между элементами рельсового блока.

Следует отметить особенность замкового соединения рельсов. Запирание рельсового блока производится локомотивом при продольном его движении, поэтому сила запирания может достигать нескольких тонн (400 500 гН) и тогда вручную рельсовый блок отпереть практически невозможно. Это является страховкой от террористов.

Работа и сборка рельсового блока

Замковое соединение рельсов в блок и его предварительное напряжение автоматизировано. Рельсы вдвигают в подрельсовую подкладку известным способом с торца [5, 6, 7]. Рельсы следует поставлять с прокатного завода более длинными, чем сейчас, и не резать их на куски по 25 м. Рельсовая плеть должна быть длинной 500 800 м, то есть такой же длины, как сварные рельсовые плети [8, с.286, рис.177]. Такие плети транспортируют на составе, состоящем из 79 двухосных платформ. К месту укладки рельсовые плети транспортируют со скоростью не выше 70 км/час. При движении по кривым радиусом 480 м и более скорость следования состава следует снижать до 50 км/час. Г-образные клеммы 9 и эксцентрики 15 вдвигают в рельсовый трехглавый блок также с торца [5].

Сопоставление разработанного трехглавого рельсового блока с аналогом показывает следующие его существенные отличия:

- Стандартные боковые рельсы образуют симметричную пару относительно главного рельса, это позволяет достигнуть высокой устойчивости трехглавого рельсового блока.

- Процессы замены изношенных рельсов автоматизированы, что позволяет значительно повысить ремонтопригодность пути.

- Стандартные боковые рельсы вместе с Г-образными клеммами и эксцентриками в сборке работают как арка, а распор воспринимает подрельсовая подкладка. Силы распора и трения в зонах контактов элементов трехглавого рельсового блока обеспечивают слитную их работу без проскальзывания.

- Подрельсовая подкладка и Г-образные клеммы работают в составе сечения всего трехглавого рельсового блока, во много раз увеличивая моменты инерции и моменты сопротивления его по сравнению со стандартными рельсами.

- Стыки рельсов, подрельсовых подкладок и Г-образных клемм смещены относительно друг друга, и это позволило минимизировать удары колес на стыках.

- Напряжение и замыкание трехглавого рельсового блока автоматизировано простым поворачиванием эксцентрика посредством устройства, навешиваемого на локомотив подобно устройству в [5].

Экономический эффект возник из-за следующего:

- Создан быстроразъемный трехглавый рельсовый блок из стандартных рельсов. Элементы его соединяются в единое целое автоматически. Обеспечена автоматизация монтажа и демонтажа рельсов с минимальной трудоемкостью.

- Элементы трехглавого рельсового блока образуют относительно главного рельса эффективно работающую арку.

- Выпуск трехглавых рельсовых блоков легко может быть налажен на действующих заводах металлических конструкций.

- Высокая надежность зажатия элементов трехглавого рельсового блока исключает сход с рельсов транспортных средств.

- Ремонтопригодность трехглавого рельсового блока высокая, так как процесс замены изношенных рельсов автоматизирован.

Литература

1. Нежданов К.К., Туманов А.В. Нежданов А.К. Рельсобалочная конструкция: Патент России № 2191155. Бюл. № 29, 20.10.2002.

2. Нежданов К.К., Туманов А.В. Нежданов А.К. Рельсовый блок: Патент России № 2216621. Бюл. № 32, 20.11.2003.

3. Нежданов К.К. и др. Узел соединения арочного рельса с трубчатым поясом подкраново-подстропильной балки. Патент России № 2234453. Бюл. № 23, 20.08.2004.

4. Нежданов К.К., Рубликов С.Г., Нежданов А.К. Замковое соединение рельсов в блок: Патент России № 2295601, В66С 6/00, 7/08. Бюл.8. 20-03-2007.

5. Нежданов К.К., Мишанин И.Н., Иллюстров Г.Б. Способ замены кранового рельса: а.с. № 0358248, СССР, М. Кл. В66С 7/08 // Бюл. № 33-1972.

6. Нежданов К.К. Автоматическое устройство для захвата и продольного перемещения кранового рельса, а.с. № 0678012, СССР, М. Кл., В66С 1/42 // Бюл. № 29 - 1979.

7. Нежданов К.К. и др. Устройство для регулирования напряжений рельсовых креплений: Патент России № 922220. Бюл. № 15, 1982.

8. Золотарский А.Ф. и др. Железнодорожный путь на железобетонных шпалах. Ред. Золотарский А.Ф., изд. Транспорт, 1967.

9. Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23-81*). - М.: 1989.

10. Большой энциклопедический словарь. Ред. Прохоров A.M. - М.: Большая Российская Энциклопедия. - 1998.

11. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Туманов А.В. Рельсовый путь: Патент России № 2227188, М. Кл. Е01В 23/10. Бюл. № 11, 20.04.2004.