Способ неподвижного соединения рельсов в блок с подрельсовой подкладкой

Изобретение относится к железнодорожным и подкрановым конструкциям с интенсивным движением транспортных средств. Способ неподвижного соединения рельсов в блок с подрельсовой подкладкой, снабженной Г-образными гребнями, ориентированными навстречу друг другу в четырехглавый блок, и повышения ресурса подрельсовой зоны стенки подкрановой балки заключается в том, что подрельсовую подкладку выполняют с внешними боковыми главами. Просвет под Г-образными гребнями выполняют меньше ширины подошв пары стандартных рельсов. Вводят эту пару рельсов в гнездо между Г-образными гребнями плашмя, вращают каждый из пары рельсов синхронно вокруг продольной оси: один по часовой стрелке, другой в обратном направлении до контакта между боковыми кромками их подошв. Вводят в отверстия в шейках рельсов соединительные легированные шпильки, надевают тарельчатые шайбы, наживляют крепежные гайки. Гидравлическими домкратами на поточной линии осаживают пару рельсов вниз, распором между подошвами подклинивают подошвы под нависающие Г-образные гребни, упруго закрывают щель под подошвами до плотного контакта подошв с подрельсовой подкладкой. Гарантированно затягивают гайки гайковертом, неподвижно соединяют пару рельсов с подрельсовой подкладкой в единое целое, фиксируют их в напряженном состоянии и образуют монолитный четырехглавый рельсовый блок. Технический результат заключается в повышении выносливости и ресурса подрельсовой зоны подкрановых балок, в увеличении моментов инерции при изгибе и кручении рельсового блока, в автоматизации изготовления на поточной конвейерной линии. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к подкрановым и железнодорожным конструкциям с интенсивным движением транспортных средств (0,6…0,8 млн циклов прокатывания колес в год). В этом случае в подрельсовой зоне подкрановых балок развиваются усталостные трещины [1]. Эксплуатация же конструкций с усталостными трещинами запрещена [2, п.1.59, с.24].

В настоящее время при тяжелом режиме работы мостовых кранов 8К, 7К даже наибольший из прокатываемых рельсов КР-140 не гарантирует, что усталостные трещины в подрельсовой зоне подкрановых балок не появятся при накоплении 6…7 млн циклов прокатывания колес мостовых кранов.

Поэтому повышение ресурса и выносливости подрельсовой зоны подкрановых балок может быть достигнуто увеличением моментов инерции при изгибе J_{Х блока} и кручении J_{Кр. блока}, характеризующие сопротивляемость рельсового блока изгибу и кручению. При увеличении J_{Х блока} и J_{Кр. блока} уровень локальных сдвигающих напряжений в подрельсовой зоне снижается столь ощутимо, что ресурс подрельсовой зоны стенки подкрановой балки повышается в несколько раз и этим достигается повышение ресурса не менее 6 млн циклов.

Известны конструкции рельсовых блоков и способы их соединения, предложенные Неждановым К.К. и разработанные с аспирантами [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10]. Например, известен рельсовый блок, выполненный 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 соединены друг с другом и тавром полыми заклепками с внедряемыми сердечниками [11], [12], пропущенными сквозь шейки и стенку тавра, объединяя рельсы и тавр в единый рельсовый блок.

Известно и другое техническое решение, описанное в патенте - узел соединения арочного рельса, имеющего несимметричный профиль, с трубчатым поясом подкраново-подстропильной балки [13, 14]. 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.

Недостатками известных технических решения является то, что они разработаны для новых арочных профилей рельсов, производство которых пока не освоено промышленностью, поэтому разработка рельсовых блоков из существующих профилей актуальна.

Техническая задача изобретения - повысить выносливость и ресурс подрельсовой зоны подкрановых балок увеличением моментов инерции при изгибе J_{Х блока} и кручении J_{Кр. блока} рельсового блока и автоматизация изготовления его на поточной конвейерной линии.

Техническая задача по способу повышения выносливости и ресурса подрельсовой зоны стенки подкрановой балки достигнута неподвижным соединением рельсов в четырехглавый блок с подрельсовой подкладкой, снабженной Г-образными гребнями, ориентированными навстречу друг другу, в единое целое.

Отличие в том, что подрельсовую подкладку выполняют с внешними боковыми главами. Просвет под Г-образными гребнями выполняют меньше ширины подошв пары рельсов стандартных рельсов.

Вводят эту пару рельсов в гнездо между Г-образными гребнями плашмя, вращают каждый из рельсов синхронно вокруг собственной продольной оси: один по часовой стрелке, а другой в обратном направлении до взаимного контакта боковых кромок их подошв.

Вводят в отверстия в шейках рельсов соединительные легированные шпильки, надевают тарельчатые шайбы, наживляют крепежные гайки, на поточной линии гидравлическими домкратами осаживают пару рельсов вниз, распором между подошвами подклинивают подошвы рельсов под нависающие гребни. Упруго закрывают щель под подошвами до плотного контакта подошв с подрельсовой подкладкой, гарантировано затягивают гайки гайковертом, неподвижно соединяют пару рельсов с подрельсовой подкладкой в единое целое, фиксируют их в напряженном состоянии и образуют монолитный четырехглавый рельсовый блок.

На фиг.1 показано в разрезе осуществление способа повышения выносливости и ресурса [15] подрельсовой зоны стенки подкрановой балки; на фиг.2 - вид сбоку.

На фиг.1 показано в разрезе осуществление способа повышения выносливости и ресурса подрельсовой зоны стенки подкрановой балки. Повышение ресурса подрельсовой зоны подкрановой балки достигнуто неподвижным соединением пары стандартных рельсов 1, объединяемых друг с другом в единое целое легированными шпильками 2.

Легированные шпильки 2 пропущены сквозь отверстия в шейках пары рельсов 1. Легированные шпильки 2 снабжены упругими тарельчатыми шайбами 3 и гайками 4.

Подрельсовая подкладка 5 выполнена с Г-образными гребнями 6 и снабжена внешними боковыми главами 7. Боковые главы 7 предназначены для направляющих роликов 8 мостового крана. Основные безребордные колеса 9 мостового крана опираются на пару рельсов 1 сверху.

Расстояние между вертикальными элементами Г-образных гребней 6 меньше ширины подошв пары рельсов на расчетную величину. Вводят эту пару рельсов 1 в гнездо между Г-образными гребнями плашмя, то есть боком. Затем вращают каждый из рельсов 1 синхронно вокруг собственной продольной оси: один по часовой стрелке, а другой в обратном направлении до взаимного контакта боковых кромок их подошв.

На поточной линии [16, с.387] гидравлическими домкратами (не показано) осаживают пару рельсов 1 вниз. Распором между подошвами подклинивают подошвы рельсов 1 под нависающие Г-образные гребни 6, упруго закрывают щель под подошвами до плотного контакта подошв с подрельсовой подкладкой 5. Затем гарантировано затягивают гайки легированных шпилек 2 (сталь «40 Х Селект») гайковертом. Неподвижно соединяют пару рельсов 1 с подрельсовой подкладкой 5 в единое целое, фиксируют их в напряженном состоянии и образуют монолитный четырехглавый рельсовый блок.

Готовый четырехглавый рельсовый блок монтируют на подкрановую балку 9 одним из известных способов, например, надвижкой [17, 18] и соединяют с ней в единое целое легированными болтами 11 (сталь «40 X Селект») с гарантированной затяжкой гаек гайковертом. Отверстия в шейках рельсов 1 образованы, например пиротехническим способом [11, 12] и калиброваны на проектный диаметр. На легированные шпильки 2 надеты упругие тарельчатые шайбы 3.

Боковые главы 7 охватывают верхний пояс подкрановой 10 балки. Подрельсовая подкладка 5 может быть неподвижно соединена с подкрановой 10 балкой, например заклепками с внедренными сердечниками [11].

Монтажную сборку и предварительное напряжение четырехглавого рельсового блока производят на поточной линии [16, с.387] следующим образом:

- Каждый из рельсов 1 синхронно вращают вокруг своей продольной оси: один рельс 1 по часовой стрелке, а другой в обратном направлении до возникновения контакта боковых кромок подошв друг с другом.

- Гидравлическими домкратами (не показано) осаживают пару рельсов вниз до закрытия зазора под их подошвами, что приводит к подклиниванию подошв под Г-образные гребни 6 и упругому закрытию щели под ними.

- Монтируют легированные шпильки 2 с тарельчатыми шайбами 3 и гайками 4. Затем гайковертом гарантировано затягивают гайки 4, то есть неподвижно соединяют пару рельсов 1 с подрельсовой подкладкой 5 в единое целое и образуют монолитный четырехглавый рельсовый блок. Пример конкретной реализации. Примем: пару рельсов КР-80, подрельсовую подкладку 5 толщиной 1,4 см, шириной 40 см, равной ширине верхнего пояса подкрановой балки, боковые главы 7 подрельсовой подкладки 5 сечением 4-3 см, легированные шпильки М20 (сталь 40 Х «Селект»).

Выполненный расчет показывает, что величина момента инерции рельсового блока J_{x блок}=13151,3 см⁴, а относительно оси y: J_{y блок}=440008,9 см⁴.

Следовательно, рельсовый блок значительно мощнее наибольшего из прокатываемых рельсов КР-140 (J_x=5528,3 см⁴, J_y=2608,7 см⁴). Произошло увеличение момента инерции рельсового блока при изгибе относительно его собственной оси , а относительно оси у в 160 раз.

Сопоставление с прототипом показывает следующие существенные отличия:

- Максимально упрощено и механизировано соединение рельсов в мощный монолитный четырехглавый рельсовый блок.

- Выносливость и ресурс подкрановых балок повышены, так как устранена возможность возникновения крутящих моментов. Колеса 9 крана взаимодействуют с парой рельсов 1 рельсового блока и этим препятствуют повороту верхнего пояса подкрановой балки 10 вокруг продольной оси, поэтому крутящие моменты, скручивающие верхний пояс, не могут возникнуть.

- Момент инерции монолитного четырехглавого рельсового блока относительно его собственной оси увеличен по отношению к одиночному рельсу в 2,3…3 раза, поэтому локальные напряжения в подрельсовой зоне стенки подкрановой балки, действующие циклами, пропорционально снижены.

- Стыки рельсов смещены относительно друг друга в продольном направлении, что позволило устранить удары в стыках при качении колес кранов.

- Изготовление четырехглавых рельсовых блоков автоматизировано на поточной конвейерной линии.

- Мощный четырехглавый рельсовый блок неподвижно соединяют с подкрановой балкой и этим превращают разрезную однопролетную подкрановую балку в неразрезную многопролетную. Стыки пары центральных рельсов смещены относительно друг друга, что исключает возникновение ударов при прокатывании колес кранов через стык

Источники информации

1. Сабуров В.Ф. Закономерности усталостных повреждений и разработка метода расчетной оценки долговечности подкрановых путей производственных зданий / Дис. д-ра. техн. наук. - Челябинск, 2002.

2.СНиП III - 18 - 75. Часть III. Правила производства и приемки работ. Глава 18. Металлические конструкции. Стройиздат М., 1976. - 160 с.

3.Нежданов К.К., Нежданов А.К., Туманов В.А., Мамонов В.В. Рельсовый блок. Патент России №2191739. М., Кл. В66С 6/00, 7/08. Бюл №.30. Зарег. 27.10.2002.

4. Нежданов К.К., Туманов В.А. Нежданов А.К., Мамонов В.В. Рельсовый блок и способ восстановления подкрановой конструкции. Патент России №2213041. М., Кл. В66С 6/00, 7/08. Бюл №.27. Зарег. 27. 09.2003.

5. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К. Рельсовый блок. Патент России №2216621. М., Кл. Е01В 23/10, В66С 7/08. Бюл №.27. Зарег. 27.09.2003.

6. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин А.С. Рельсовый блок. Патент России №2235677. В66С 7/00, Е01В 9/00. Бюл №.25. Зарег. 10.09.2004.

7. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К. Трехглавый рельсовый блок. Патент России №2240276. М., Кл. В66С 7/08, Е01В 5/08. Бюл №32. Зарег. 20.11.2004.

8. Нежданов К.К., Туманов В.А., Кузьмишкин А.А., Нежданов А.К. Рельсобалочный блок конструкций для параллельных рельсовых путей. Патент России №2288886. Бюл. №34. Опубликовано 10.12.2006.

9. Нежданов К.К., Рубликов С.Г., Нежданов А.К. Замковое соединение рельсов в блок. Патент России №2295601. М., Кл. Е01В 5/02, Е01В 9/44, В66С 7/08, В66С 6/00. Бюл. №8. Опубликовано 20.03.2007.

10. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Карев М.А. Рельсобалочная конструкция. Патент России RU 2192381 С2, 10.11.2002. Бюл. №31.

11. Нежданов К.К., Васильев А.В., Калмыков В.А., Нежданов А.К. Способ и устройство для неподвижного соединения. Патент России №2114328. Бюл. №18. Зарег. 27.06.1998.

12. Васильев А. В., Нежданов К.К., Никулин В.В., Нежданов А.К. Устройство для соединения рельсов в непрерывную плеть. Патент России №2285079. Бюл. №28. Опубликовано 27.01.2004.

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

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

15. Справочник по кранам: 2 т. Т1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчетов кранов, их приводов и металлических конструкций // В.И. Брауде, М.М. Гохберг, И.Е. Звягин и др.; Под общ. ред. М.М.Гохберга. - М.: Машиностроение, 1988. - 536 с.

16. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций: Учебное пособие для машиностроительных вузов. - М.: Высшая школа, 1971 - 760 с.

17. 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.

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

19. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Туманов А.В. Рельсовый путь. Патент России №2027188. Бюл. №11, 20.04.2004.

Способ неподвижного соединения рельсов в блок с подрельсовой подкладкой, снабженной Г-образными гребнями, ориентированными навстречу друг другу в четырехглавый блок, и повышения ресурса подрельсовой зоны стенки подкрановой балки, отличающийся тем, что подрельсовую подкладку выполняют с внешними боковыми главами, просвет под Г-образными гребнями выполняют меньше ширины подошв пары стандартных рельсов, вводят эту пару рельсов в гнездо между Г-образными гребнями плашмя, вращают каждый из пары рельсов синхронно вокруг продольной оси: один по часовой стрелке, а другой в обратном направлении до контакта между боковыми кромками их подошв, вводят в отверстия в шейках рельсов соединительные легированные шпильки, надевают тарельчатые шайбы, наживляют крепежные гайки, гидравлическими домкратами на поточной линии осаживают пару рельсов вниз, распором между подошвами подклинивают подошвы под нависающие Г-образные гребни, упруго закрывают щель под подошвами до плотного контакта подошв с подрельсовой подкладкой, гарантированно затягивают гайки гайковертом, неподвижно соединяют пару рельсов с подрельсовой подкладкой в единое целое, фиксируют их в напряженном состоянии и образуют монолитный четырехглавый рельсовый блок.