RU204771U1

RU204771U1 - Пружинная клемма рельсового скрепления

Info

Publication number: RU204771U1
Application number: RU2021102332U
Authority: RU
Inventors: Олег Сергеевич Железков; Алексей Андреевич ЛАКТЮШИН; Богдан Борисович Макаров
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2021-06-09

Abstract

Полезная модель относится к верхнему строению железнодорожного пути, в частности к устройству крепления рельсов к железобетонным шпалам. Техническойпроблемой, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение срока эксплуатации пружинных клемм за счет обеспечения повышения усталостной прочности. Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым техническим решением, заключается в обеспечении снижения циклически изменяющихся напряжений изгиба и кручения за счет изменения формы поперечного сечения на дуговых нашпальных участках. Поставленная задача решается тем, что согласно предложению у известной пружинной клеммы рельсового скрепления, выполненной из прутка упругого материала, изогнутого с образованием прямолинейного нарельсового участка, плавно соединенного с двумя боковыми протяженными участками, которые дуговыми нашпальными участками соединены с концевыми участками, отогнутыми внутрь клеммы, при этом прямолинейный нарельсовый участок, боковые протяженные и концевые участки выполнены с круглым поперечным сечением одинакового диаметраd, согласно изменению дуговые нашпальные участки выполнены с бочкообразным профилем в поперечном сечении, высотаhкоторого составляет (0,70÷ 0,75) диаметраdучастков с круглым поперечным сечением. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к верхнему строению железнодорожного пути, в частности к устройству крепления рельсов к железобетонным шпалам.

Известна конструкция пружинной клеммы, которая выполнена из прутка круглого сечения, изогнутого с образованием П-образной в плане формы. У клеммы сформирован прямолинейный нарельсовый участок, который через дуговые участки соединен с двумя прямолинейными боковыми участками. В свою очередь боковые участки соединены дуговыми участками с прямолинейными нашпальными участками, которые переходят в концевые участки, отогнутые к нарельсовому участку (пат. РФ №2185471).

Недостаток известной конструкции пружинной клеммы связан с низкой усталостной прочностью. Клеммы в процессе эксплуатации испытывают значительные циклически изменяющиеся напряжения. Максимальные напряжения возникают в сечениях, наиболее удаленных от точек приложения сил, действующих на клемму, то есть в сечениях, расположенных на дуговых участках, соединяющих боковые участки с нашпальными. Возникающие в этих сечениях значительные циклически изменяющиеcя напряжения при определенном количестве циклов нагружения приводят к преждевременному разрушению клеммы.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является конструкция пружинной клеммы для крепления рельсов к железобетонным шпалам, которая выполнена из прутка упругого материала круглого поперечного сечения с образованием В-образной формы в плоскости клеммы. Клемма содержит прямолинейный нарельсовый участок, концы которого плавно переходят в боковые протяженные участки, а расположенные за ними дуговые нашпальные участки соединены с отогнутыми внутрь клеммы концевыми участками. При этом часть каждого дугового нашпального участка, расположенная ближе к концевому участку, выполнена с изгибом в плоскости, перпендикулярной плоскости клеммы, а величина кривизны изгиба соизмерима с радиусом прутка клеммы (пат. РФ № 2252287).

Недостаток известной конструкции пружинной клеммы, поперечное сечение которой по всей её длине представляет собой круг постоянного диаметра, связан со сравнительно низкой усталостной прочностью. В процессе эксплуатации клемма испытывает значительные циклически изменяющиеся напряжения изгиба и кручения. Эти напряжения принимают максимальные значениям в зонах, расположенных на дуговых нашпальных участках в сечениях, наиболее удаленных от точек приложения сил, действующих на клемму. Представленные в работе (Железков О.С., Виноградов А.Г. «Исследование внутренних силовых факторов, возникающих в пружинных клеммах при их установке» / Производство конкурентоспособных метизов. Сб. науч. тр. Вып. 3. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. С. 117-120) результаты исследований показывают, что наибольшие напряжения от совместного действия изгибающего и крутящего моментов, действующих на клемму в процессе эксплуатации, возникают в поперечных сечениях, расположенных на дуговых нашпальных участках. В работе («Технология производства упругих клемм рельсовых скреплений ЖБР-65: пути совершенствования» / Федин В.М., Борц А.И., Кузнецов В.В. и др. // Вести ВНИИЖТ. 2005, № 5. С. 21-27) представлены результаты испытаний клемм В-образной формы круглого поперечного сечения на циклическую нагрузку, а также данные об их разрушении в процессе эксплуатации в условиях Горьковской железной дороги. Представленные данные подтверждают тот факт, что наиболее опасные сечения в клеммах известной конструкции располагаются на дуговых нашпальных участках.

Другой недостаток известной конструкции связан с тем, что часть каждого дугового нашпального участка выполнена с изгибом в плоскости, перпендикулярной плоскости клеммы. Процесс изготовления клеммы подобной конструкции связан с повышенными затратами, так как необходимо выполнять дополнительную операцию гибки этих участков, для чего требуются специальный штамп, прессовое оборудование и обслуживающий персонал.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение срока эксплуатации пружинных клемм за счет обеспечения повышения усталостной прочности.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым техническим решением, заключается в обеспечении снижения циклически изменяющихся напряжений изгиба и кручения за счет изменения формы поперечного сечения на дуговых нашпальных участках.

Поставленная задача решается тем, что согласно предложению у известной пружинной клеммы рельсового скрепления, выполненной из прутка упругого материала, изогнутого с образованием прямолинейного нарельсового участка, плавно соединенного с двумя боковыми протяженными участками, которые дуговыми нашпальными участками соединены с концевыми участками, отогнутыми внутрь клеммы, при этом прямолинейный нарельсовый участок, боковые протяженные и концевые участки выполнены с круглым поперечным сечением одинакового диаметра d , согласно изменению дуговые нашпальные участки выполнены с бочкообразным профилем в поперечном сечении, высота h которого составляет (0,70÷ 0,75) диаметра d участков с круглым поперечным сечением.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен вид в плане на пружинную клемму с сечениями А-А и Б-Б.

Пружинная клемма рельсового скрепления (фиг.1) выполнена из круглого прутка диаметром d = 16÷17 мм стали марки 40С2А или 60С2А пластическим деформированием (штамповка участков под формирование дуговых нашпальных участков и пластическая гибка). Клемма содержит прямолинейный нарельсовый участок 1, концы которого плавно соединены с двумя боковыми протяженными участками 2, а расположенные за ними дуговые нашпальные участки 3 соединены с концевыми участками 4, отогнутыми внутрь клеммы. При этом дуговые нашпальные участки 3 выполнены с поперечным сечением бочкообразного профиля, высота h которого составляет (0,70÷0,75) диаметра d участков с круглым поперечным сечением; b - максимальная ширина бочки, a - ширина контакта со штамповым инструментом (см фиг.).

Клемма устанавливается на железобетонную шпалу таким образом, что нарельсовый участок 1 ложится на верхнюю часть полки рельса, а дуговые нашпальные участки 3 входят в контакт с упорной прокладкой, установленной на шпале. При этом между концевыми участками 4 располагается резьбовая часть закладного болта (на фиг. не показана). На закладной болт одевается скоба (на фиг. не показана), которая нижними участками контактирует с концевыми участками 4 клеммы. При завинчивании гайки на резьбовой участок закладного болта нарельсовый участок 1 прижимает подошву рельса к шпале с определенной силой. При движении железнодорожного состава возникают силы трения между рельсом и шпалой, которые удерживают рельс от продольного смещения. Создание необходимых сил прижатия рельса к шпале и сохранение этих сил в процессе эксплуатации существенно влияют на надежность работы железнодорожного пути и затраты на его обслуживание.

Изготовлены опытные партии и проведены испытания пружинных клемм разработанной конструкции. Клеммы были изготовлены из горячекатаной стали марки 60С2А диаметром d = 17 мм. Вначале у заготовки, отрезанной от пруткового металла, штамповкой путем радиального деформирования плоскими пуансонами формировались два участка с бочкообразным сечением под будущие дуговые нашпальные участки. Затем с использованием специальных гибочных станков осуществлялся процесс пластической гибки с формированием соответствующих участков. Следует отметить, что форма и размеры полученных клемм соответствовали параметрам, которые заложены в предлагаемом техническом решении. После гибки клеммы подвергались термической обработке (закалке и отпуску).

В ходе отработки рациональных параметров и режимов деформирования изготавливались три партии клемм с различной высотой дуговых нашпальных участков. У первой партии высота h бочкообразного сечения составляла 10

0,5 мм, у второй партии высота h = 12

0,5 мм и у третьей h = 14

0,5 мм. В процессе штамповки замерялись усилия формирования участков с бочкообразным сечением. Установлено, что максимальные усилия радиальной осадки возникают при изготовлении первой партии при h = 10

0,5 мм. Они на 38÷44 % выше, чем при деформировании заготовки на высоту бочки h = 12

0,5 мм (второй партии). Таким образом, при h менее 0,70 d имеет место существенный рост усилия штамповки, что приводит к снижению стойкости штампового инструмента, то есть к снижению срока эксплуатации.

Используя испытательную машину ЦДМ Пу-10, проведена серия испытаний клемм второй и третьей партий ( h = 12

0,5 мм и h = 14

0,5 мм) на циклическую нагрузку. Кроме того, испытывались стандартные клеммы ЖБР-65. При испытаниях клеммы подвергались сжатию с изменение сжимающей силы от Р _min = 22,5 кН до Р _max = 30,0 кН с частотой 500 циклов в минуту, что соответствует реальным эксплуатационным условиям. Результаты экспериментов (5 клемм от каждой партии) представлены в таблице.

Анализ результатов испытаний показывает, что при использовании клемм с высотой бочкообразных участков h = 14 мм по сравнению со стандартными клеммами ЖБР-65 увеличение циклической прочности не превышает 4÷6%. Таким образом, при h более 0,75 d циклическая прочность повышается незначительно. В тоже время для клемм с бочкообразными участками высотой h = 12 мм циклическая прочность по сравнению с леммами ЖБР-65 увеличивается на 14÷16%.

Таблица

Результаты циклических испытаний

Форма сечения	Размеры, мм	Количество циклов до разрушения
Круг	d =17 мм	(1,96÷2,05) ×10⁶
Бочкообразное	h = 12 мм	(2,24÷2,33) ×10⁶
Бочкообразное	h = 14 мм	(2,08÷2,14) ×10⁶

Таким образом, применение разработанной конструкции обеспечивает повышение усталостной прочности клемм, а, следовательно, и увеличивает срок эксплуатации изделия.

Claims

Пружинная клемма рельсового скрепления, выполненная из прутка упругого материала, изогнутого с образованием прямолинейного нарельсового участка, плавно соединенного с двумя боковыми протяженными участками, которые дуговыми нашпальными участками соединены с концевыми участками, отогнутыми внутрь клеммы, при этом прямолинейный нарельсовый участок, боковые протяженные и концевые участки выполнены с круглым поперечным сечением одинакового диаметра d , отличающаяся тем, что дуговые нашпальные участки выполнены с бочкообразным профилем в поперечном сечении, высота h которого составляет (0,70÷ 0,75) диаметра d участков с круглым поперечным сечением.