Подвижный рельс стрелочного перевода

 

Использование: в железнодорожных стрелочных переводах. Сущность изобретения: подвижный рельс состоит из головки, шейки и подошвы с полками неравной ширины. Поверхность катания головки рельса наклонена в сторону полки подошвы большей ширины. 6 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретением является подвижный рельс стрелочного перевода, или рельс-остряк, состоящий из головки, шейки и подошвы, используемый в железнодорожных стрелочных переводах, обычно связанный с рельсом железнодорожного пути, называемым рамным рельсом.

Такой рельс-остряк позволяет по выбору либо направлять железнодорожный состав по линии маршрута, либо по линии отклонения от прежнего маршрута, путем изменения положения остряка от положения, при котором остряк прижат к соседнему рамному рельсу, к положению, при котором остряк отодвинут от этого рельса.

В настоящее время известны следующие типы рельсов-остряков: Y такой же формы, как и обычный железнодорожный рельс Р Виньоль: А формы, похожей на форму рельса Виньоль (широкоподошвенного рельса) с толстой шейкой; B пониженной высоты с очень толстой шейкой, асимметричный по отношению к головке и имеющий толстую подошву, асимметричную по отношению к головке и к шейке; C формы, подобной форме рельса Виньоль, но более низкий.

Чтобы было возможно осуществлять сближение подошв рельса-остряка и рамного рельса, при использовании остряков форм Y и А, необходимо удалять часть подошвы как остряка, так и рамного рельса путем механической обработки, что нарушает устойчивость и снижает механическую прочность как того, так и другого. Кроме того, примыкающий рамный рельс в случае, когда стрелочный перевод является частью пути, использующего длинные сварные рельсы, испытывает значительные продольные нагрузки и при такой механической обработке имеет тенденцию к потере устойчивости. Так как рельс-остряк и рамный рельс имеют одинаковую высоту и подошва рельса-остряка по крайней мере частично отсутствует, то неизбежно устранение внутренних креплений к шпалам примыкающего рамного рельса в этой зоне. При этом нарушаются непрерывность передачи продольных, вертикальных и поперечных усилий на шпалы и опора пути.

Тип профиля рельса формы B с уменьшенной высотой, и поэтому такие рельсы имеют небольшую прочность по отношению к значительным вертикальным усилиям. Чтобы иметь возможность сопряжения с рельсом железнодорожного перегона, этот профиль должен быть подвергнут сложной операции ковки в своей торцовой части, для чего необходимо, для компенсации ковкой разницы высот (рельса стрелочного перевода и путевого рельса перегона), наличие значительного припуска материала между головкой и подошвой. Значительная асимметрия подошвы и шейки является причиной деформаций при остывании после прокатки и при термической обработке. Это вызывает необходимость применения последующих сложных операций правки.

Тип профиля рельса формы С, хотя и свободный от ряда недостатков рельсы формы Y, A и B, делает рельс-остряк недостаточно прочным в горизонтальном и вертикальном направлениях и слишком гибким при операциях перевода стрелки. В таком профиле обычно не хватает материала для ковки. Поэтому для соединения сотряка с таким профилем с рельсом перегона вместо ковки остряка приходится уменьшать высоту ходового рельса (путевого рельса перегона прим. перев.), при этом уменьшается сечение связующего сварного шва в обоих рельсах.

На перегоне железнодорожного пути рельс классически укладывается с наклоном внутрь пути для того, чтобы, в сочетании с конусностью бандажа колеса, способствовать центровке колесной пары.

Чтобы избежать нарушения плавности хода, особенно на высокоскоростных путях, необходимо обеспечить тот же наклон рельса в стрелочном переводе. Из-за возможной деформации и маневровых усилий, рельс-остряк должен иметь подошву, уложенную горизонтально, в результате чего, в случае применения рельса остряка типа Y, A, B и С, у которых поверхность катания горизонтальна, бандажу колеса приходится взаимодействовать с поверхностью катания, которая вызывает нарушение непрерывности хода при прохождении стрелки.

Технический результат изобретения сообщение профилю рельса-остряка характеристик, оптимально отвечающих требованиям качения, перевода стрелки, реакции на нагрузки и изготовления в условиях современных нагрузок и скоростей на железной дороге.

На фиг.1 представлен схематический вид, в разрезе, известных технических решений; на фиг.2 такой же вид, в увеличенном масштабе, выполнения рельса-остряка согласно изобретению; на фиг.3 вид в сечении рельса-остряка согласно изобретению, где сплошной линией показан рельс-остряк, а штриховой линией показан путевой рельс железнодорожного перегона; на фиг. 4 диаграмма, иллюстрирующая поведение рельсов с традиционными профилями A, B, C и R или Y и с профилем D согласно изобретению, где по оси абсцисс отложена площадь профиля, а по оси ординат площадь эллипса инерции при ; на фиг. 5 представляет собой диаграмму наибольших напряжений в подошве под нагрузкой на повороте (на криволинейном участке пути), где по оси абсцисс отложено вертикальное напряжение, а по оси ординат горизонтальное напряжение.

Так как в технике хорошо известны железнодорожные рельсы и, в частности, рельсы-остряки, в дальнейшем описание будет касаться характеристик, прямо или косвенно относящихся только к изобретению. Что касается необходимого припуска на ковку, специалист в данной области сможет воспользоваться для решения задач, с которыми он столкнется, имеющимися в его распоряжении известными техническими решениями.

В дальнейшем, для идентификации одинаковых элементов используются те же позиции, независимо от варианта выполнения изобретения.

Рельс-остряк согласно изобретению имеет головку 1 с поверхностью катания Σ и двумя боковыми поверхностями 2,3, шейку 4 с осевой плоскостью p и подошву 5, имеющую свободную краевую продольную грань 6 и полки неравной ширины 7,8.

На фиг. 3 показан пример рельса-остряка согласно изобретению, соответствующего путевому рельсу, соответствующему стандартам МСДЖ UIC60
Поверхность катания S наклонена предпочтительно с уклоном 1/20 к осевой плоскости шейки. Общая форма головки выполнена в соответствии с рекомендациями МСЖД (Международный Союз Железных Дорог). Как можно заметить, одна из боковых поверхностей головки параллельна осевой плоскости шейки, тогда как другая из боковых поверхностей наклонена с уклоном, предпочтительно равным 1/10, к этой плоскости. Ширина головки равна приблизительно 72 мм, а ее высота равна приблизительно 51,5 мм.

Толщина шейки e, равная, например, 37,5 мм, выбирается в зависимости от необходимого припуска на ковку, необходимую для выравнивания остряка по высоте с рельсом перегона типа IC60.

Толщина b, равная, например, 20 мм, свободного продольного края подошвы сообщает профилю необходимую прочность по отношению к вертикальным и горизонтальным нагрузкам. Ширина большой полки, измеренная от свободного продольного края до осевой плоскости, равна приблизительно 85 мм, а ширина меньшей полки, измеренная таким же образом, равна приблизительно 65 мм. Асимметричное положение подошвы с уклоном 1/17 для большей полки и уклоном 1/13 для меньшей полки позволяет уменьшить необходимую механическую обработку подошвы в зоне сближения с рамным рельсом.

Полная высота Н рельса-остряка, равная, например, 142 мм, оставляет достаточно места по высоте для крепления рамного рельса.

Ширина h подошвы равна примерно 150 мм.

Заметим, что рельс-остряк согласно изобретению имеет центр тяжести G, находящийся вне осевой плоскости шейки, смещенный в сторону большей полки подошвы.

Рельс-остряк согласно изобретению, для сведения, имеет головку площадью сечения 3100 мм² и подошву с площадью сечения 3780 мм².

Для сведения: другие свойства этого рельса-остряка следующие:
Сечение 8894 мм²
Вес погонного метра 62,82 кг/м
Момент инерции:
l_x 2024 см²
l_y 764 см²
Момент инерции:
Относительно вершины 250 см²
Относительно основания 331 см²
Поперечный, со стороны качения 94 см²
Поперечный, с внешней стороны 112 см²
КПД различных типов профилей представлены на диаграмме фиг.4. КПД рельса-остряка согласно изобретению помещает его в группу лучших по КПД известных рельсов-остряков.

Диаграмма фиг.5 показывает, что напряжения в подошве рельса-остряка согласно изобретению ниже или равны напряжениям в подошвах известных профилей типа A и B, которые между тем имеют вес погонного метра на 5 6% больше, чем рельс-остряк согласно изобретению.

Особенностью рельса-остряка, предложенного согласно изобретению, является то, что головка его имеет после прокатки наклонную поверхность катания, в соответствии с поверхностью катания уложенного наклонно рельса перегона.

Другая особенность рельса-остряка согласно изобретению заключается в том, что он выполняется с максимально возможной высотой по отношению к высоте рельса перегона пути с оставлением необходимого пространства для внутреннего крепления этого рельса перегона к шпалам или подобным устройствам.

В разных странах железнодорожные компании используют различные системы безопасности и привода стрелок. Стрелочные переводные и управляющие тяги Т взаимодействуют либо с подошвой, либо с шейкой рельса-остряка.

Общая форма предложенного согласно изобретению рельса-остряка позволяет фиксировать переводные и управляющие стрелочные тяги в шейке и/или на подошве, в зависимости от железнодорожной сети, в которой этот рельс-остряк используется.

Совокупность размеров профиля, выбранная для рельса-остряка согласно изобретению, обеспечивает оптимальный баланс между стоимостью осуществления стрелок и такими характеристиками стрелки, как свойства направляющей, опоры, ее прочность и маневренность, управляемость. При головке остряка, определяемой по форме в соответствии с головкой путевого рельса, размеры шейки и подошвы и асимметрия подошвы создают хорошие условия для прокатки, термической обработки и ковки, и позволяют осуществить оптимальные характеристики в том, что касается прочности по отношению к усилиям, возникающим при прохождении поезда, и требований, предъявляемых к управляемости стрелки.

Формула изобретения

1. Подвижный рельс стрелочного перевода, состоящий из головки с поверхностью катания, шейки со средней осевой плоскостью и подошвы с двумя полками неравной ширины, при этом центр тяжести смещен от упомянутой средней осевой плоскости в сторону полки большей ширины, отличающийся тем, что поверхность катания головки рельса наклонена в сторону полки подошвы большей ширины.

2. Рельс по п. 1, отличающийся тем, что одна боковая грань головки параллельна упомянутой осевой плоскости.

3. Рельс по п. 1 или 2, отличающийся тем, что полки подошвы выполнены равной толщины на концах.

4. Рельс по п. 3, отличающийся тем, что уклон скоса полки большей ширины выполнен меньшей величины, чем уклон скоса другой полки подошвы.

5. Рельс по п. 4, отличающийся тем, что указанные величины уклонов скосов полок подошвы выполнены равными 1/17 и 1/13 соответственно.

6. Рельс по любому из пп. 1 5, отличающийся тем, что величина уклона поверхности катания головки равна 1/20.

7. Рельс по любому из пп. 2 6, отличающийся тем, что другая боковая грань головки выполнена с уклоном, равным 1/10.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5