RU223655U1 - Крестовина стрелочного перевода с непрерывной поверхностью катания - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области железнодорожной промышленности, а именно к элементу стрелочного перевода - крестовине с непрерывной поверхностью катания (далее НПК), которая обеспечивается конструктивным выполнением крестовины стрелочного перевода по направлению движения поезда (подвижного состава) от усовиков к сердечнику и обратно. Выполнение крестовины с НПК обеспечивает перекатывание гребней колес поезда с усовиков на сердечник, то есть в тех местах, где происходит пересечение внутренних рельсовых нитей двух путей, сходящихся на стрелочном переводе. Крестовина стрелочного перевода с непрерывной поверхностью катания содержит два усовика, подвижной сердечник, расположенных на подкладках и прикрепленных к подрельсовому основанию (брусья) крепежными элементами, привод сердечника, обеспечивающий перемещение подвижного сердечника между усовиками, при этом подвижной сердечник состоит из длинного и короткого рельсов, жестко соединенных между собой с образованием острия сердечника, при этом расстояния от острия длинного рельса сердечника до плоскостей его поперечного сечения, в которых ширина головок длинного рельса составляет 5 мм, 20 мм и 50 мм будут равняться соответственно 319 мм, 525 мм и 938 мм, а от острия короткого рельса сердечника до плоскостей его поперечного сечения, в которых ширина головок короткого рельса составляет 20 мм и 50 мм будут равняться 253 мм и 676 мм соответственно. Обеспечивается повышение долговечности эксплуатации крестовины с непрерывной поверхностью катания за счет снижения амплитуды колебаний динамических воздействий от колес подвижного состава на элементы ее конструкции, посредством увеличения длины длинного и короткого рельсов сердечника по строжке (вертикальной) вдоль поверхности катания, а также уменьшения амплитуды колебаний вертикальных и боковых ускорений кузова вагона подвижного состава, оказывающих непосредственное влияние на плавность (комфортабельность) проезда подвижного состава по конструкции крестовины по прямому и боковому пути. 7 ил.

Description

Область техники

Полезная модель относится к области железнодорожной промышленности, а именно к элементу стрелочного перевода - крестовине с непрерывной поверхностью катания (далее НПК), которая обеспечивается конструктивным выполнением крестовины стрелочного перевода по направлению движения поезда (подвижного состава) от усовиков к сердечнику и обратно.

Выполнение крестовины с НПК обеспечивает перекатывание гребней колес поезда с усовиков на сердечник, то есть в тех местах, где происходит пересечение внутренних рельсовых нитей двух путей, сходящихся на стрелочном переводе.

Уровень техники

Из уровня техники известен источник информации SU 578390 А1, 30.10.1977, в котором раскрыта конструкция острой крестовины для стрелочного перевода железнодорожного пути, включающая в себя сердечник, острие которого имеет подъем кромки от математического центра крестовины в сторону ее заднего вылета, а поверхность катания хвостовика расположена на одном уровне с поверхностью прилегающего рельса, два рельсовых усовика, симметрично расположенных относительно оси крестовины и выполненных с подъемами и спусками в наиболее изнашиваемой части, горловину и желобы, при этом с целью увеличения срока службы крестовины при пошерстном и противошерстном движении поездов по ней, поверхность катания сердечника в сечении, удаленном от математического центра крестовины в сторону хвостового вылета, где ширина сердечника составляет 1/4 ширины желоба крестовины, расположена на одном уровне с поверхностью катания примыкающих к крестовине рельсов, а угол подъема математического центра крестовины до этого сечения выполнен в пределах от 16°51'-18°03', далее поверхность катания сердечника на участке до сечения, где ширина сердечника относится как 44/100 к ширине желоба крестовины, выполнена с подъемом в пределах 1°50'-2°04', поверхность катания сердечника на участке сечения, где ширина сердечника относится как 13/10 к ширине желоба, имеет спуск 0°21'-0°26', далее поверхность катания усовиков выполнена с подъемом 0°15'-0°19' на участке между сечением, удаленным от горловины в сторону переднего вылета крестовины на величину, относящуюся как 4/10 к расстоянию между горловиной крестовины и математическом центром и сечением, которое удалено от математического центра в сторону заднего вылета крестовины и соответствует ширине сердечника, равной 44/100 ширины желоба крестовины, а далее поверхность катания усовиков на участке до сечения крестовины, соответствующего ширине сердечника, относящейся как 77/100 к ширине желоба крестовины, имеет спуск от 1°51'-2°14'.

Недостатками известного технического решения являются его конструктивные особенности, приводящие к повышению ударно-динамических нагрузок на жесткую крестовину, а именно на острие сердечника, который является неподвижным к основанию (на котором он расположен) и усовикам, поскольку между сердечником и усовиками образованы зазоры, необходимые для прохождения гребней колес подвижного состава.

Также стоит отметить, что в конструкции известной крестовины имеются элементы, испытывающие повышенные ударно-динамические нагрузки от колес подвижного состава, и которые при этом являются концентраторами напряжений (острие сердечника).

Вследствие чего, в процессе перекатывания колес подвижного состава с усовиков на сердечник, а также в обратном направлении, через зазоры на элементы крестовины (усовики и сердечник) будут действовать нагрузки, приводящие к появлению и развитию на поверхности катания сердечника и усовиков истираний, смятий, усталостных трещин, что в последующем приводит к выкрашиванию металла, а также является причиной преждевременного выхода из строя конструкции крестовины.

Из уровня техники известен источник информации RU 105301 U1, 10.06.2011 в котором раскрыта конструкция крестовина стрелочного перевода, содержащая клин, боковые поверхности которого расположены симметрично относительно противоположных сторон продольной плоскости, и два усовика, каждый из которых на рабочей поверхности имеет первый участок, расположенный вдоль противолежащей боковой поверхности клина, второй участок, расположенный вдоль противолежащей боковой поверхности другого усовика и третий участок, расположенный под острым углом к противолежащей боковой поверхности другого усовика, клин выполнен из одного металла с наплавкой на рабочей поверхности из другого металла и каждый упомянутый усовик выполнен из одного металла с наплавкой на рабочей поверхности из другого металла, при этом клин и упомянутые усовики выполнены поперечными канавками, заплавленными другим металлом в виде полос, зачищенных заподлицо.

К недостаткам данного технического решения относятся такие же конструктивные особенности как указывались выше, в источнике информации SU 578390 А1, 30.10.1977.

Указанные недостатки обусловлены в первую очередь жестким закреплением элементов конструкции крестовины, с образованием между усовиками и сердечником зазоров, приводящих при перекатывании колес подвижного состава к повышению вертикальных и боковых ускорений кузова его (подвижного состава) вагона и изменению продольного профиля конструкции крестовины, то есть к износу ее поверхности катания.

Из уровня техники известен источник информации SU 416432 А1, 25.02.1974 в котором раскрыта конструкция крестовины, с непрерывной линией катания, состоящей из основания, усовиков, сердечника с поворотным острием, приводной тяги и накладок, при этом с целью повышения плавности хода подвижного состава при переходе на прямой и боковой пути, острие сердечника состоит из двух параллельных расположенных элементов в виде клиньев с рабочими гранями, соответствующими по форме граням острия, которые боковой стороной шарнирно прикреплены к накладкам, расположенным с внешней стороны усовиков, и соединены с приводной тягой посредством рычажной системы.

К недостаткам известного технического решения относится сложность и низкая надежность его конструкции, обусловленная наличием в ней подвижных клиньев, которые устанавливаются в пространстве между горлом крестовины и концом сердечника.

Так, например, приводной механизм, а также процесс постановки клиньев, при котором они совершают вращательное движение относительно оси вращения и опускаются сверху, а кроме того, само конструктивное выполнение клиньев, не обеспечивает достаточной надежности конструкции в целом.

Приводной механизм имеет множество шарнирных соединений, которые являются концентраторами напряжений и могут выйти из строя, требуют постоянного технического осмотра и обслуживания, процесс постановки клиньев в рабочее положение не всегда может обеспечивать НПК, а в отдельных случаях может привести к сходу подвижного состава, вследствие неправильной установки клиньев в рабочее положение из-за загрязнений в пространстве между горлом крестовины и концом сердечника, что также требует постоянного технического осмотра и обслуживания конструкции.

Кроме того, конструктивное выполнение самих клиньев является непрочным (весят в воздухе на шарнирах) и в достаточной степени не обеспечивает надежность и долговечность всей конструкции в целом.

Из уровня техники известен источник информации Каталог-справочник стрелочной продукции для железных дорог, Новосибирский стрелочный завод (АО «НСЗ»), г. Новосибирск, 2007 год, в котором раскрываются сведения о переводе стрелочном, конструктивное выполнение которого имеет крестовину с непрерывной поверхностью катания, сердечник, гарнитуру с внешним замыкателем.

Основным недостатком известного технического решения является использование данного конструктивного выполнения на высокоскоростных магистралях, то есть оно не предусмотрено для использования совместно с грузовыми поездопотоками.

Это в первую очередь обусловлено возрастающими осевыми нагрузками от вагонов подвижного состава, вследствие чего такое конструктивное выполнение при использовании его с грузовыми поездопотоками, приведет к излому сердечника и усовиков крестовины, что впоследствии может стать причиной преждевременного выхода из эксплуатации такой конструкции крестовины.

Кроме того, для определения недостатков известного технического решения стоит рассмотреть процесс его функционирования.

При проезде подвижного состава по прямому пути осуществляется перекатывание его колес с усовика на длинный рельс сердечника. Длинный рельс сердечника только примыкает к усовику, отсутствует его жесткое скрепление (болтовое, сварное и т.п.) с усовиком. Вследствие чего при переходе колес с усовика на длинный рельс сердечника образуется перепад высот между усовиком и длинным рельсом сердечника, характеризующийся возникновением динамических сил от колес подвижного состава в зоне контакта с рельсом в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Указанный выше перепад высот между усовиком и длинным рельсом сердечника характеризуется возникновением ударно-динамической нагрузки, приводящих к увеличению вертикальных и боковых ускорений кузова вагона подвижного состава и изменению угловых скоростей колес оси подвижного состава, что оказывает негативное воздействие на острие сердечника и снижает срок службы конструкции крестовины.

При проезде подвижного состава по боковому пути сначала осуществляется перекатывание его колес с усовика на поверхность катания длинного рельса сердечника, а затем - их перекатывание на поверхность катания короткого рельса сердечника. Стоит отметить, что конструктивное выполнение сердечника подразумевает жесткое (сварное) соединение длинного и короткого рельсов сердечника. Механизм воздействия ударно-динамических нагрузок идентичен, представленному выше (при прохождении по прямому пути). Однако стоит учесть, что распространение максимума вертикальных и боковых ускорений кузова вагона подвижного состава в большей степени приходится на поверхность катания короткого рельса сердечника.

Конструкция короткого и длинного рельсов сердечника обуславливается выполнением вдоль их поверхности катания строжки (вертикальной), выполненной с разными габаритными характеристиками (ширина головки длинного и короткого рельсов) по всей их длине.

Под головкой длинного и короткого рельсов понимается его верхняя часть профиля, которая на разных расстояниях от острия длинного и короткого рельсов будет иметь различный характер, что обусловлено изменениями габаритных параметров, а именно углом переката колес (наклона) подвижного состава и шириной головки.

В свою очередь, значение и уровень возникающих нагрузок (амплитуда колебаний динамических воздействий) в зоне контакта колес подвижного состава и элементов крестовины оказывают непосредственное влияние на долговечность конструкции длинного и короткого рельсов сердечника.

Данное обстоятельство, в первую очередь, обусловлено численными значениями длины длинного и короткого рельсов сердечника, а именно протяженностью зоны перекатывания колес с усовиков на рельсы сердечника.

Кроме того, возросшая грузонапряженность на действующей инфраструктуре железных дорог в большей степени оказывает негативное влияние на сложные, состоящие из нескольких элементов и частей, конструкции стрелочных переводов, в том числе на самую уязвимую его часть - крестовину, по причине того, что в конструкциях крестовин известного уровня техники не были заложены параметры для изменившихся условий эксплуатации, таких как возросшая осевая нагрузка и динамические воздействия от колес подвижного состава, вызванных увеличением провозной способности.

К основным причинам, снижающим срок службы крестовин, относятся напряжения, вызванные ударом колес подвижного состава при перекатывании с усовиков на длинный и короткий рельс сердечника.

Амплитуда колебаний динамических воздействий при ударе колес в основном приходится именно на длинный и короткий рельс сердечника, поскольку их геометрические параметры изменяются по длине, а именно по строжке (вертикальной) вдоль поверхности катания (изменение ширины головки, см. выше).

На основании выше перечисленного можно сделать вывод, что чем меньше длина зоны перекатывания в крестовине, тем большую амплитуду колебаний динамических воздействий испытывают элементы конструкции длинного и короткого рельсов сердечника, то есть крестовина подвержена большим ударно-динамическим нагрузкам от колес подвижного состава, которые способны привести к выходу из строя ее отдельных элементов, тем самым снижая долговечность крестовины.

Раскрытие сущности полезной модели

Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является устранение недостатков известного уровня техники.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, а именно крестовины стрелочного перевода с непрерывной поверхностью катания, заключается в повышении долговечности эксплуатации крестовины с непрерывной поверхностью катания, за счет снижения амплитуды колебаний динамических воздействий от колес подвижного состава на элементы ее конструкции, посредством увеличения длины длинного и короткого рельсов сердечника по строжке (вертикальной) вдоль поверхности катания.

Следствием заявляемого технического результата является уменьшение амплитуды колебаний вертикальных и боковых ускорений кузова вагона подвижного состава, оказывающих непосредственное влияние на плавность (комфортабельность) проезда подвижного состава по конструкции крестовины по прямому и боковому пути.

Сущность технического решения заявляемой полезной модели заключается в том, что крестовина стрелочного перевода с непрерывной поверхностью катания содержит два усовика, подвижной сердечник, расположенных на подкладках и прикрепленных к подрельсовому основанию (брусья) крепежными элементами, привод сердечника, обеспечивающий перемещение подвижного сердечника между усовиками, при этом подвижной сердечник состоит из длинного и короткого рельсов, жестко соединенных между собой с образованием острия сердечника, при этом расстояния от острия длинного рельса сердечника до плоскостей его поперечного сечения, в которых ширина головок длинного рельса составляет 5 мм, 20 мм и 50 мм будут равняться соответственно 319 мм, 525 мм и 938 мм, а от острия короткого рельса сердечника до плоскостей его поперечного сечения, в которых ширина головок короткого рельса составляет 20 мм и 50 мм будут равняться 253 мм и 676 мм соответственно.

Новым в заявляемой полезной модели является увеличение длины длинного и короткого рельсов сердечника по строжке (вертикальной) вдоль поверхности катания от острия длинного и короткого рельса сердечника до плоскостей их поперечного сечения, которые имеют определенные значения ширины головки сердечника.

Указанные изменения в конструкции заявляемого устройства при перекатывании колес подвижного состава с усовика на длинный рельс сердечника (движение подвижного состава по прямому пути) и при перекатывании с усовика на длинный рельса сердечника, а затем - с длинного на короткий рельс сердечника (движение подвижного состава по боковому пути) позволили уменьшить динамические нагрузки от колес подвижного состава на элементы конструкции крестовины с непрерывной поверхностью катания (подвижной сердечник) и снизить амплитуду колебаний вертикальных и боковых ускорений кузова вагона подвижного состава при его вкатывании на конструкцию заявляемого технического решения, тем самым обеспечивается повышение долговечности эксплуатации крестовины.

Под динамическими нагрузками подразумеваются вертикальные и боковые силы, возникающие от колес подвижного состава.

За счет удлинения длинного и короткого рельсов сердечника, при перекатывании колес подвижного состава происходит перераспределение динамических нагрузок на большую площадь контакта между усовиками и подвижным сердечником, тем самым уменьшается степень износа элементов конструкции крестовины с непрерывной поверхностью катания, а следовательно, повышается долговечность эксплуатации такой конструкции крестовины.

Краткое описание чертежей

Сущность заявляемой полезной модели поясняется нижеследующими описанием и прилагаемыми иллюстрациями, на которых показано:

Фиг.1 - представлен вид сверху крестовины стрелочного перевода с непрерывной поверхностью катания.

Фиг. 2 - представлен вид спереди длинного рельса сердечника, конструкции заявляемой крестовины стрелочного перевода с непрерывной поверхностью катания, с указанием зон поперечных сечений по его длине, а также их сечения в указанных зонах.

Фиг. 3 - представлен вид спереди короткого рельса сердечника, конструкции заявляемой крестовины стрелочного перевода с непрерывной поверхностью катания, с указанием зон поперечных сечений по его длине, а также их сечения в указанных зонах.

Фиг. 4 - представлены диаграммы распределения амплитуды колебаний вертикальной и боковой силы в крестовинах известной из уровня техники и заявляемого технического решения при движении подвижного состава по прямому пути.

Фиг. 5 - представлены диаграммы распределения амплитуды колебаний вертикальной и боковой силы в крестовинах известной из уровня техники и заявляемого технического решения при движении подвижного состава по боковому пути.

Фиг. 6 - представлены диаграммы распределения амплитуды колебаний ускорения кузова вагона подвижного состава на прямом пути при проезде по конструкциям крестовин известной из уровня техники и заявляемого технического решения.

Фиг. 7 - представлены диаграммы распределения амплитуды колебаний ускорения кузова вагона подвижного состава на боковом пути при проезде по конструкциям крестовин известной из уровня техники и заявляемого технического решения.

Осуществление полезной модели

Основными элементами конструкции заявляемой полезной модели, крестовины стрелочного перевода с непрерывной поверхностью катания, являются два усовика, подвижной сердечник, состоящий из длинного и короткого рельсов, привод сердечника (не показан на чертежах).

Привод сердечника соединен с переводным устройством, которое не является предметом заявляемого технического решения (не показано на чертежах).

Кроме того, привод сердечника выполняется в виде гарнитуры с внешними замыкателями для фиксации и надежного удержания пары «сердечник - усовик» в рабочих (крайних, левом и правом) положениях, которая управляет подвижным сердечником, посредством механического или электрического воздействий, однако, поскольку проблема на решение которой направлено заявляемая полезная модель не связана с конструктивным выполнением привода, его конструкция не показана на чертежах.

Также к элементам конструктивного выполнения крестовины с НПК относятся лафет, подкладки с подушками и запирающее устройство (не показаны на чертежах), так как данные элементы также являются второстепенными (не являются основными) для достижения заявляемого технического результата, то есть не находятся с ним в причинно-следственной связи.

Кроме того, стоит отметить, что все указанные элементы фиксируются и прикрепляются к подрельсовому основанию (брусья) крепежными элементами, что обеспечивает функционально-конструктивное единство заявляемого технического решения.

На фиг.1 показан вид сверху крестовины с непрерывной поверхностью катания (1), в состав которой входят два усовика (2), подрельсовое основание с крепежными элементами (3), подвижной сердечник (4), состоящий из длинного рельса сердечника (5) и короткого рельса сердечника (6), острие длинного рельса сердечника (7) и острие короткого рельса сердечника (8).

На фиг. 2 и 3 представлены чертежи (вид спереди) длинного и короткого рельсов сердечника соответственно заявляемой полезной модели.

Длинный и короткий рельсы сердечника разделены на зоны (А, Б, В, Г, Д) для определения которых по их длине выполнены поперечные сечения (А-А, Б-Б, В-В, Г-Г, Д-Д соответственно), в которых ширина головок рельсов имеет определенные значения, составляющие:

5 мм, 20 мм и 50 мм в сечениях А-А, Б-Б и В-В соответственно длинного рельса сердечника;

20 мм и 50 мм в сечениях Г-Г и Д-Д соответственно короткого рельса сердечника.

Согласно ГОСТ 33535-2015, взаимное расположение поверхности верха головки остряка (сердечника) и рельса в зоне обработки обеспечивают контролем высоты остряка (сердечника) и рельса в сечениях остряка (сердечника): в острие остряка (сердечника), в сечениях с шириной головки 5, 20 и 50 мм.

Таким образом, указанные значения ширины головок рельсов сердечника (5, 20, 50 мм для длинного и 20, 50 мм для короткого) поперечных сечений (А-А, Б-Б, В-В, Г-Г, Д-Д) выбраны в соответствии с вышеуказанной нормативной документации, на основании которой осуществляется контроль за соединениями и пересечениями железнодорожных путей (согласно ГОСТ33535-2015).

Указанные значения ширины головки длинного и короткого рельсов сердечника делят их на зоны в зависимости от направления (по прямому и боковому пути) движения подвижному состава.

При проезде подвижного состава в прямом направлении:

зона (А) от острия длинного рельса сердечника до плоскости его поперечного сечения, в которой ширина головки длинного рельса сердечника составляет 5 мм, характеризует процесс начала контакта реборды колес подвижного состава с длинным рельсом сердечника при его перекатывании с усовика;

зона (Б) от плоскости поперечного сечения длинного рельса сердечника, в которой ширина его головки составляет 5 мм, до плоскости поперечного сечения длинного рельса сердечника, в которой ширина его головки составляет 20 мм, характеризует процесс перекатывания колес подвижного состава с усовика на длинный рельс сердечника;

зона (В) от плоскости поперечного сечения длинного рельса сердечника, в которой ширина его головки составляет 20 мм, до плоскости поперечного сечения длинного рельса сердечника, в которой ширина его головки составляет 50 мм, характеризует процесс полного вкатывания колес подвижного состава на длинный рельс сердечника для последующего следования по конструкции крестовины.

При проезде подвижного состава в боковом направлении:

зона (Г) от острия короткого рельса сердечника до плоскости его поперечного сечения, в которой ширина головки короткого рельса сердечника составляет 20 мм, характеризует процесс перекатывания колес подвижного состава с усовика на поверхность катания длинного рельса сердечника, расположенной смежно с его торцевой частью и далее на короткий рельс сердечника;

зона (Д) от плоскости поперечного сечения короткого рельса сердечника, в которой ширина его головки составляет 20 мм, до плоскости поперечного сечения короткого рельса сердечника, в которой ширина его головки составляет 50 мм, характеризует процесс полного вкатывания колес подвижного состава на короткий рельс сердечника для последующего следования по конструкции крестовины.

При этом следует отметить, в виду того, что в боковом направлении процесс перекатывания колес подвижного состава осуществляется с длинного рельса сердечника (с его поверхности катания смежной с торцевой стороной) на короткий рельс сердечника, то зона с поперечным сечением в 5 мм неактуальна в данном случае для короткого рельса сердечника, так как она характерна для длинного рельса сердечника.

В результате увеличения длины указанных выше зон удалось снизить динамические воздействия от колес подвижного состава на конструкцию крестовины с непрерывной поверхностью катания при перекатывании его колес с усовиков на длинный и короткий рельс сердечника, повысив при этом долговечность эксплуатации такой конструкции, а также удалось уменьшить вертикальные и боковые ускорения кузова вагона подвижного состава при его вкатывании на заявляемую конструкцию, обеспечив тем самым лучшую плавность проезда по крестовине.

В подтверждение заявляемого технического результата, заключающегося в повышении долговечности эксплуатации крестовины с непрерывной поверхностью катания за счет снижения динамических воздействия от колес подвижного состава на элементы ее конструкции посредством увеличения длины длинного и короткого рельсов сердечника по строжке (вертикальной) вдоль поверхности катания были использованы расчеты величин вертикальных и боковых сил от колес подвижного состава, а также ускорений кузова его вагона.

Вертикальную силу, действующую на конструкцию крестовины, можно представить как сумму двух компонентов:

Q=Q₁+Q₂,

где Q₁ - вертикальная сила в пятне контакта между колесом и поверхностью катания крестовины;

Q₂ - вертикальная сила в пятне контакта между ребордой колеса и боковыми гранями рельсов длинного и короткого сердечника.

Стоит отметить, что значения данных вертикальных сил будут зависеть от геометрии зоны крестовины стрелочного перевода.

Боковую силу также можно представить как сумму двух компонентов:

H=H_тр+H_напр,

где H_тр - боковая сила трения в пятне контакта между колесом и поверхностью катания крестовины;

H_напр - боковая сила в пятне контакта между ребордой колеса и боковыми гранями рельсов длинного и короткого сердечника.

Значения указанных боковых сил в данном случае также будут зависеть от геометрии зоны крестовины стрелочного перевода.

В свою очередь, вертикальные и боковые ускорения кузова вагона подвижного состава показывают, насколько плавно подвижной состав проходит конструкцию крестовины стрелочного перевода. Высокая интенсивность изменения ускорений кузова вагона ведет к высокой интенсивности изменения значений вертикальных и боковых сил в пятне контакта колес и поверхности катания крестовины, что в конечном итоге приводит к износу конструкции крестовины и уменьшению срока службы ее элементов.

Для подтверждения уменьшения числовых значений вертикальных и боковых сил, действующих на конструкцию крестовины от колес подвижного состава, а также ускорений кузова его вагона были проведены расчеты по параметрам зон крестовины известной из уровня техники и заявляемой полезной модели.

В качестве известной из уровня техники крестовины была выбрана жесткая крестовина, конструкция которой идентична конструктивному выполнению крестовины известной из RU 105301 U1, 10.06.2011.

Расчеты проводились на электронно-вычислительной машине (далее - ЭВМ) при помощи программного комплекса «Simpack» (далее - ПК «Simpack»), с помощью которого удалось получить расчетные значения вертикальной и боковой сил от колес подвижного состава, а также ускорений кузова его вагона.

При этом стоит отметить, что эксперименты, моделирующие возможность перекатывания колес с усовиков на длинный и короткий рельс сердечника в ПК «Simpack», для получения наиболее точных результатов проводились при моделировании движения подвижного состава по прямому и боковому пути соответственно.

Проведенные эксперименты позволили получить такие значения вертикальных и боковых сил от колес подвижного состава, а также ускорения кузова его вагона, которые будут характеризовать момент, когда колеса начинают перекатываться с усовика на длинный рельс сердечника (соответственно, это зоны А, Б и В) при движении по прямому пути и момент, когда после полного перекатывания колес на длинный рельс сердечника, они начинают перекатываться на короткий рельс сердечника (соответственно, это зоны Г и Д) при движении по боковому пути.

На фиг. 4 представлены диаграммы распределения амплитуды колебаний вертикальной и боковой сил в крестовине известной из уровня техники (жесткая крестовина), где 9 - это вертикальная сила, 10 - это боковая сила, 11 - это границы наиболее восприимчивой части жесткой крестовины к динамическим воздействия от колес подвижного состава и заявляемого технического решения (крестовина с НПК), где 12 - это вертикальная сила, 13 - это боковая сила, 14 - это зона А (сечение А-А) длинного рельса сердечника, 15 - это зона Б (сечение Б-Б) длинного рельса сердечника, 16 - это зона В (сечение В-В) длинного рельса сердечника, 17 - зона Г (сечение Г-Г) короткого рельса сердечника, 18 - это зона Д (сечение Д-Д) короткого рельса сердечника при движении подвижного состава по прямому пути.

Анализ полученной диаграммы распределения амплитуды колебаний вертикальной и боковой сил (фиг. 4) при движении подвижного состава по прямому направлению крестовины известной из уровня техники (жесткая крестовина) показал, что вертикальная сила в пятне контакта колеса подвижного состава и сердечника жесткой крестовины имеет высокую амплитуду колебаний между 75 кН и 275 кН. Наибольшее значение вертикальной силы достигается в момент контакта выкружки обода (кривая между ребордой и поверхностью катания) колеса и острия жесткого сердечника крестовины.

Одновременно с резким возрастанием вертикальной силы, наблюдается возрастание боковой силы до 275 кН. Такая комбинация вертикальной и боковой силы приводит к интенсивному износу поверхности острия сердечника и выходу конструкции крестовины из строя.

При этом из диаграммы распределения амплитуды колебаний вертикальной и боковой сил (фиг. 4) движении подвижного состава по прямому направлению крестовины заявляемого технического решения (крестовина с НПК) следует, что вертикальная сила в пятне контакта колеса и длинного рельса сердечника крестовины с непрерывной поверхностью катания имеет значительно менее выраженные амплитуды колебаний и находится в диапазоне от 100 кН до 150 кН. Поведение боковой силы в целом характерно для движения подвижного состава по прямому участку пути. Благодаря наличию непрерывной поверхности катания значения боковой силы не превышают 15 кН.

На фиг. 5 представлены диаграммы распределения амплитуды колебаний вертикальной и боковой сил в крестовине известной из уровня техники (жесткая крестовина), где 19 - это вертикальная сила, 20 - это боковая сила, 21 - это границы наиболее восприимчивой части жесткой крестовины к динамическим воздействия от колес подвижного состава и заявляемого технического решения (крестовина с НПК), где 22 - это вертикальная сила, 23 - это боковая сила, 24 - это зона А (сечение А-А) длинного рельса сердечника, 25 - это зона Б (сечение Б-Б) длинного рельса сердечника, 26 - это зона В (сечение В-В) длинного рельса сердечника, 27 - это зона Г (сечение Г-Г) короткого рельса сердечника, 28 - это зона Д (сечение Д-Д) короткого рельса сердечника при движении подвижного состава по боковому пути.

Анализ диаграммы распределения амплитуды колебаний вертикальной и боковой сил, представленной на фиг. 5 показал, что при движении подвижного состава по боковому направлению крестовины известной из уровня техники (жесткая крестовина), вертикальная сила в пятне контакта колеса и сердечника жесткой крестовины имеет высокую амплитуду колебаний и находится в диапазоне между 75 кН и 300 кН. Несмотря на меньшую скорость движения подвижного состава, характерную для движения по боковому пути, наибольшие значения вертикальной и боковой силы достигаются в момент контакта выкружки обода колеса и острия жесткого сердечника крестовины. Вертикальная сила в моменте возрастает до 300 кН, а боковая сила до 200 кН. Такая комбинация вертикальной и боковой сил приводит к интенсивному износу поверхности острия сердечника и выходу конструкции жесткой крестовины из строя.

При движении подвижного состава по боковому направлению крестовины заявляемого технического решения (крестовина с НПК), вертикальная сила в пятне контакта колеса и сердечника крестовины с непрерывной поверхностью катания имеет схожее поведение, как и при движении по прямому пути, и находится в диапазоне от 130 кН до 175 кН. Боковая сила достигает 75 кН в момент контакта реборды колеса и острия длинного рельса сердечника. Данная конструкция крестовины полностью удовлетворяет допустимому значению боковой силы в 100 кН (согласно ГОСТ 34759-2021 «Железнодорожный подвижной состав. Нормы допустимого воздействия на железнодорожный путь и методы испытаний»).

На фиг. 6 представлены диаграммы распределения амплитуды колебаний вертикального и бокового ускорения кузова вагона подвижного состава при его проезде по прямому пути по крестовине известной из уровня техники (жесткая крестовина), где 29 - вертикальное ускорение, 30 - это боковое ускорение, 31 - это границы наиболее восприимчивой части жесткой крестовины к динамическим воздействия от колес подвижного состава и заявляемого технического решения (крестовина с НПК), где 32 - это вертикальное ускорение, 33 - это боковое ускорение, 34 - это зона А (сечение А-А) длинного рельса сердечника, 35 - это зона Б (сечение Б-Б) длинного рельса сердечника, 36 - это зона В (сечение В-В) длинного рельса сердечника, 37 - это зона Г (сечение Г-Г) короткого рельса сердечника, 38 - это зона Д (сечение Д-Д) короткого рельса сердечника.

Таким образом, согласно представленным на фиг. 6 графическим отображениям, характеризующих ускорения кузова вагона подвижного состава, можно сделать вывод о том, что заявляемая конструкция крестовины с НПК при движении подвижного состава по прямому пути приводит к значительному уменьшению амплитуды колебаний вертикальных и боковых ускорений кузова вагона, по сравнению с жесткой крестовиной, что будет способствовать увеличению ее срока службы. Также стоит отметить, что для вертикальных ускорений разница между жесткой крестовиной и крестовиной с НПК в амплитуде колебаний составляет более 50%, а для боковых ускорений - 75%, что подтверждает сделанный выше вывод о повышении срока службы крестовины с НПК.

На фиг. 7 представлены диаграммы распределения амплитуды колебаний вертикального и бокового ускорения кузова вагона подвижного состава при его проезде по боковому пути по крестовине известной из уровня техники (жесткая крестовина), где 39 - это вертикальное ускорение, 40 - это боковое ускорение, 41 - это границы наиболее восприимчивой части жесткой крестовины к динамическим воздействия от колес подвижного состава и заявляемого технического решения (крестовина с НПК), где 42 - это вертикальное ускорение, 43 - это боковое ускорение, 44 - это зона А (сечение А-А) длинного рельса сердечника, 45 - это зона Б (сечение Б-Б) длинного рельса сердечника, 46 - это зона В (сечение В-В) длинного рельса сердечника, 47 - это зона Г (сечение Г-Г) короткого рельса сердечника, 48 - это зона Д (сечение Д-Д) короткого рельса сердечника.

Таким образом, согласно представленным на фиг. 7 графическим отображениям, характеризующих ускорения кузова вагона подвижного состава, можно сделать вывод о том, что заявляемая конструкция крестовины с НПК при движении подвижного состава по боковому пути приводит к значительному уменьшению амплитуды колебаний вертикальных и боковых ускорений кузова вагона, по сравнению с жесткой крестовиной, что будет способствовать увеличению ее срока службы. Также стоит отметить, что для вертикальных ускорений разница между жесткой крестовиной и крестовиной с НПК в амплитуде колебаний составляет более 75%, а для боковых ускорений - 30%, что подтверждает сделанный выше вывод о повышении срока службы крестовины с НПК.

Кроме того, известная из уровня техники конструкция жесткой крестовины имеет резкое изменение знака вертикального и бокового ускорения на 41 метре путевой координаты, связанное с ударным взаимодействием колеса в зоне острия конструкции жесткого сердечника.

Таким образом, анализ полученных результатов указывает на то, что крестовина с НПК заявляемой полезной модели испытывает значительно меньшие максимальные динамические воздействия от колес подвижного состава за счет сглаживания амплитуды колебаний вертикальных и боковых сил в зонах контакта колес подвижного состава с длинным и коротким рельсом сердечника, тем самым снижается общий кумулятивный эффект действующих сил от колес (подвижного состава) на конструкцию заявляемой крестовины.

Вследствие этого, в заявляемой полезной модели также будут значительно снижаться вертикальные и боковые ускорения кузова вагона подвижного состава, благодаря чему будет осуществляться более плавный вход подвижного состава на крестовину с НПК, что также позволит снизить износ металлических элементов конструкции и обеспечить ее большую долговечность.

Таким образом, можно сделать общий вывод в части того, что заявляемым техническим решением, а именно крестовиной стрелочного перевода с непрерывной поверхностью катания при ее осуществлении достигается заявляемый технический результат, заключающийся в повышении долговечности эксплуатации крестовины с непрерывной поверхностью катания, за счет снижения амплитуды колебаний динамических воздействий от колес подвижного состава на элементы ее конструкции, посредством увеличения длины длинного и короткого рельсов сердечника по строжке (вертикальной) вдоль поверхности катания, а также уменьшения амплитуды колебаний вертикальных и боковых ускорений кузова вагона подвижного состава, оказывающих непосредственное влияние на плавность (комфортабельность) проезда подвижного состава по конструкции крестовины по прямому и боковому пути.

Claims (1)

1. Крестовина стрелочного перевода с непрерывной поверхностью катания, содержащая два усовика, подвижной сердечник, расположенные на подкладках и прикреплённые к подрельсовому основанию крепежными элементами, привод сердечника, обеспечивающий перемещение подвижного сердечника между усовиками, отличающаяся тем, что подвижной сердечник состоит из длинного и короткого рельсов, жестко соединённых между собой с образованием острия сердечника, при этом расстояния от острия длинного рельса сердечника до плоскостей его поперечного сечения, в которых ширина головок длинного рельса составляет 5 мм, 20 мм и 50 мм будут равняться соответственно 319 мм, 525 мм и 938 мм, а от острия короткого рельса сердечника до плоскостей его поперечного сечения, в которых ширина головок короткого рельса составляет 20 мм и 50 мм будут равняться 253 мм и 676 мм соответственно.

Images