RU2241795C1

RU2241795C1 - Rail fishing

Info

Publication number: RU2241795C1
Application number: RU2003131632/11A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Никитович Жилин (UA); Анатолий Никитович Жилин; Елена Анатольевна Жилина (UA); Елена Анатольевна Жилина; Любовь Михайловна Кошелева (UA); Любовь Михайловна Кошелева; Александр Анатольевич Перуев (UA); Александр Анатольевич Перуев
Original assignee: Анатолий Никитович Жилин; Елена Анатольевна Жилина; Любовь Михайловна Кошелева; Александр Анатольевич Перуев
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2004-12-10

Abstract

FIELD: rail tracks.

SUBSTANCE: invention can be used in any industry employing rail vehicles. In proposed joint rails are connected to each other by side fishplates and cross fastening members. End faces of each butt joined rail are made axially symmetrical at angle to longitudinal axis of rail. Surfaces of rail butt joints are inversely symmetrical to perpendicular to longitudinal axis of rails. Length L of side fishplate is calculated by formula: L=K B/tgα where B is width of rail head; α is angle of symmetry of cut plate relative to longitudinal axis of rail: K=1.5 … 3 is coefficient found experimentally. Invention provides increasing of active zone of wheels passing through butt joint and simultaneous decreasing of cantilever non-fastened zone of butt joint, thus reducing dynamic loads acting in butt-joint and on permanent way. Use of proposed rail fishing reduces specific amount of metal per structure and total weight of rail track owing to reduced length of side fishplates.

EFFECT: increased service life and improved reliability of butt joints.

2 dwg

Description

Изобретение относится к устройству стыковых соединений рельсового пути и может быть широко использовано в любой отрасли промышленности и хозяйственной деятельности, предусматривающей эксплуатацию рельсового транспорта, железнодорожный транспорт, городской коммунальный транспорт (трамвай, метро), внутризаводской транспорт различных предприятий.The invention relates to a device for butt joints of a rail track and can be widely used in any industry and economic activity involving the operation of rail transport, railway transport, urban public transport (tram, metro), in-plant transport of various enterprises.

Стыковое соединение обеспечивает соединение отдельных рельсов в единое полотно для направления колес подвижного состава при движении. Рельсы являются главнейшим элементом верхнего строения пути, эксплуатируются в широком диапазоне эксплуатационных температур, непосредственно воспринимают давления от колес подвижного состава и обеспечивают передачу этих давлений нижележащим элементам конструкции пути, а также определяют условия эксплуатации и уровни эксплуатационных нагрузок на элементы конструкции самого подвижного состава. Все эти условия определяют следующие основные требования к стыковому соединению:Butt joint provides the connection of individual rails into a single canvas for the direction of the wheels of the rolling stock during movement. Rails are the most important element of the track’s upper structure, operate in a wide range of operating temperatures, directly perceive pressures from the wheels of the rolling stock and ensure the transfer of these pressures to the underlying structural elements of the track, as well as determine operating conditions and levels of operational loads on the structural elements of the rolling stock itself. All these conditions determine the following basic requirements for a butt joint:

- в конструкции должны быть элементы (зазоры) для компенсации сезонных температурных деформаций отдельных рельсов (удлинение, укорачивание);- the design must have elements (gaps) to compensate for the seasonal temperature deformations of individual rails (elongation, shortening);

- обеспечивать неизменность ширины колеи и надежное соединение рельсов между собой:- to ensure the invariance of the gauge and a reliable connection of the rails with each other:

- способствовать упругой переработке динамических воздействий на путь колес подвижного состава,- to promote elastic processing of dynamic effects on the path of the wheels of the rolling stock,

- обеспечение минимальных ударных нагрузок на конструкцию подвижного состава при прохождении им температурного зазора стыка, и т.д.- ensuring minimal shock loads on the rolling stock structure when it passes the temperature gap of the joint, etc.

Известно рельсовое стыковое соединение (авторское свидетельство СССР №1783017 от 11.10.90, Е 01 В 11/00, F 16 B 43/00), которое выполнено с зазором, при этом содержит стыковые накладки, расположенные по обе стороны от рельсов и связанные друг с другом и шейками рельсов болтами. В этом соединении торцы стыкуемых рельсов находятся в плоскости, расположенной перпендикулярно продольной оси рельса. Практическое применение такого стыкового соединения показало несколько существенных его недостатков. Прежде всего, наличие температурного зазора (разрыва в путевом полотне), образованного нормально расположенными к оси рельсов торцами, приводит к появлению значительных периодических ударных нагрузок при прохождении через стык колес подвижного состава. Это приводит к интенсивному износу самого путевого полотна, колес подвижного состава и его подшипниковых узлов.A rail butt joint is known (USSR author's certificate No. 1783017 of 11.10.90, E 01 B 11/00, F 16 B 43/00), which is made with a gap, while it contains butt plates located on both sides of the rails and connected to each other with a friend and the rails of the rails with bolts. In this connection, the ends of the mating rails are in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the rail. The practical application of such a butt joint showed several significant drawbacks. First of all, the presence of a temperature gap (a gap in the track), formed by the ends normally located on the axis of the rails, leads to the appearance of significant periodic shock loads when passing through the junction of the wheels of the rolling stock. This leads to intensive wear of the track itself, the wheels of the rolling stock and its bearing assemblies.

Эксплуатация такого стыкового соединения приводит также к возникновению значительных вибрационных нагрузок на крепление самого стыка, что приводит к ослаблению соединения элементов стыка между собой и с опорными шпалами верхнего строения пути.The operation of such a butt joint also leads to significant vibrational stresses on the fastening of the joint itself, which leads to a weakening of the joint between the joint elements and the supporting sleepers of the upper track structure.

Кроме того, наличие таких стыков создает значительное сопротивление движению поездов (около 10% основного сопротивления. Амелин С.В., Дановскнй Л.М. Путь и путевое хозяйство. - М.: “Транспорт”, 1972), что приводит к снижению экономических эксплуатационных показателей, а также не создает необходимых условий при перевозке пассажиров и грузов, что делает невозможным в ряде случаев использования ж/д транспорта. Так же, такая конструкция рельсового стыка является непреодолимым техническим препятствием при проектировании н создании скоростных ж/д магистралей из-за резкого увеличения ударно-динамических нагрузок при повышении скорости движения подвижного состава.In addition, the presence of such joints creates significant resistance to the movement of trains (about 10% of the main resistance. Amelin SV, Danovskny LM Way and track economy. - M .: "Transport", 1972), which leads to a decrease in economic operational indicators, and also does not create the necessary conditions for the transport of passengers and goods, which makes it impossible in some cases of using railway transport. Also, this design of the rail junction is an insurmountable technical obstacle in the design and creation of high-speed railways due to the sharp increase in shock-dynamic loads with increasing speed of the rolling stock.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является рельсовое стыковое соединение, описанное в авторском свидетельстве СССР №1769771 от 14.11.90, МКИ Е 01 В 11/24. Согласно известной конструкции стыкуемые рельсы срезаны в плане кососимметрично относительно их продольной оси и связаны друг с другом при помощи поперечных крепежных элементов. Эта конструкция предполагает также наличие боковых накладок, жестко прикрепляемых к стыкуемым рельсам указанными крепежными элементами, причем длина накладок L определяется в основном углом среза торцов рельс и рассчитывается по формулеThe closest in technical essence to the claimed invention is a rail butt joint described in the USSR author's certificate No. 1769771 of 11/14/90, MKI E 01 11/24. According to the known construction, the abutting rails are cut in plan obliquely with respect to their longitudinal axis and are connected to each other by means of transverse fasteners. This design also assumes the presence of side plates that are rigidly attached to the rails by the indicated fasteners, and the length of the plates L is determined mainly by the angle of cut of the ends of the rails and is calculated by the formula

L=KB/tgα (1)L = KB / tgα (1)

где К=3...6 - экспериментальный коэффициент;where K = 3 ... 6 is the experimental coefficient;

В - ширина головки рельса;B is the width of the rail head;

α - угол среза торца рельса.α is the angle of cut of the end of the rail.

Практическое применение этой конструкции рельсового стыка показано ею некоторое преимущество с описанной ранее конструкции вследствие того, что при кососимметричном относительно продольной оси рельса срез его торцов устраняет динамические ударные нагрузки при прохождении колес подвижного состава через стык даже при наличии температурного компенсационного зазора.The practical application of this design of the rail joint shows it some advantage with the design described earlier due to the fact that when the slice of its ends is skew-symmetric with respect to the longitudinal axis of the rail, it eliminates dynamic shock loads when the wheels of the rolling stock pass through the joint even in the presence of a temperature compensation gap.

Вместе с тем кососимметричный срез торцов стыкуемых рельсов определяет достаточно большую длину боковых накладок и протяженную зону непосредственного торцевого среза, которая конструктивно не скрепляется поперечными крепежными элементами. Эти нескрепленные участки стыка представляют собой консольную балку с жестко защемленным концом. Поэтому при эксплуатации такого стыкового соединения существенно возрастает амплитуда динамических воздействий от вертикально действующих нагрузок и соответствующий прогиб нескрепленного участка при прохождении колесных пар подвижного состава через стык, что приводит к увеличению силовых воздействий на опорные шпалы и балластный слой верхнего строения пути, разрушая их, к увеличению износа и сокращению срока службы самих рельсов, что в целом снижает надежность стыка. По этой причине не допускается уменьшение угла среза косого среза менее 40°, что было бы технически целесообразно для активной зоны перехода колес с одного рельса на другой. Кроме того, эта конструкция стыка увеличивает общий вес ж/д полотна верхнего строения из-за увеличенных размеров боковых накладок, что неблагоприятно сказывается на условиях эксплуатации опорных шпал и балластного слоя верхнего строения пути, а также ухудшает технико-эксплуатационные показатели из-за возрастания затрат на монтаж и эксплуатацию ж/д пути.At the same time, the skew-symmetric cut of the ends of the joined rails determines a sufficiently large length of the side plates and an extended zone of the direct end cut, which is not structurally fastened by transverse fasteners. These unfastened sections of the joint are a cantilever beam with a rigidly clamped end. Therefore, during the operation of such a butt joint, the amplitude of dynamic effects from vertically acting loads significantly increases and the corresponding deflection of the unfastened section when the wheelsets of the rolling stock pass through the joint, which leads to an increase in the force effects on the supporting sleepers and the ballast layer of the upper track structure, destroying them, to increase wear and reduction of the service life of the rails themselves, which generally reduces the reliability of the joint. For this reason, it is not allowed to reduce the angle of cut of the oblique cut less than 40 °, which would be technically advisable for the active zone of the transition of wheels from one rail to another. In addition, this joint design increases the total weight of the railway structure of the upper structure due to the increased dimensions of the side plates, which adversely affects the operating conditions of the supporting sleepers and the ballast layer of the upper structure of the track, and also worsens the technical and operational performance due to increased costs for installation and operation of railway tracks.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание такого рельсового стыка, который бы, наряду с устранением ударно-динамических нагрузок при прохождении через него колес подвижного состава при увеличении житной зоны перехода колес с одного рельса на другой, снизил амплитуду динамических воздействий, прогиб нескрепленного участка и силовое воздействие на конструкцию верхнего строения пути, уменьшил длину боковых накладок.The technical task of the invention is the creation of such a rail joint, which would, along with the elimination of shock-dynamic loads when passing through it the wheels of the rolling stock with an increase in the living area of the transition of the wheels from one rail to another, reduce the amplitude of the dynamic effects, deflection of the unfastened section and force on the design of the upper track structure, reduced the length of the side pads.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в конструкции стыка, в которой стыкуемые рельсы связаны друг с другом боковыми накладками и поперечными крепежными элементами, согласно изобретению, торцы каждого рельса срезаны осесимметрично под углом относительно продольной оси этого рельса, а поверхности торцов стыкуемых рельсов обратносимметричны относительно перпендикуляра к продольной оси рельса, при этом длина боковой накладки L определяется по формулеThe technical task is achieved in that in the design of the joint, in which the joined rails are connected to each other by side plates and transverse fasteners, according to the invention, the ends of each rail are cut axisymmetrically at an angle relative to the longitudinal axis of this rail, and the surfaces of the ends of the joined rails are inversely symmetrical with respect to the perpendicular to the longitudinal axis of the rail, while the length of the side lining L is determined by the formula

L=K B/tgα (2)L = K B / tgα (2)

где К=1,5...3;where K = 1.5 ... 3;

В - ширина головки рельса;B is the width of the rail head;

α - угол симметрии плоскости среза относительно продольной оси рельса.α is the angle of symmetry of the plane of the cut relative to the longitudinal axis of the rail.

Исполнение таким способом торцов стыкуемых рельсов позволяет увеличить активную зону перехода колес через стык с уменьшением угла α, а при прочих равных условиях вдвое уменьшить длину нескрепленного участка стыка, что соответственно снижает прогиб и амплитуду динамических напряжений в стыке, снижает нагрузки на конструкцию верхнего строения пути. Также уменьшается длина требуемых для связи стыкуемых рельсов боковых накладок, снижает металлоемкость монтажа рельсового пути и вес конструкции стыка в целом. В конечном итоге все изменения позволяют сократить затраты на монтаж и эксплуатацию рельсового пути при увеличении надежности и долговечности.The execution of the ends of the joined rails in this way allows to increase the active zone of the transition of the wheels through the joint with a decrease in the angle α, and ceteris paribus to halve the length of the unfastened section of the joint, which accordingly reduces the deflection and the amplitude of the dynamic stresses in the joint, reduces the load on the structure of the track structure. The length of the side plates required for the connection of the rails of the rails is also reduced, the metal consumption of the installation of the rail track and the weight of the joint structure as a whole are reduced. Ultimately, all changes can reduce the cost of installation and operation of the rail track while increasing reliability and durability.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, гдеThe essence of the invention is illustrated by drawings, where

- на фиг.1 изображен стык в сборе, вид сверху;- figure 1 shows the joint assembly, top view;

- на фиг.2 изображен стык с кососимметричным исполнением торцов стыкуемых рельсов.- figure 2 shows the junction with a skew-symmetric design of the ends of the joined rails.

Предлагаемый стык рельсов образуется и работает следующим образом. Перед сборкой торец рельса 1 (см. фиг.1) выполняется по поверхности 2 осесимметрично под углом α к продольной оси 3, а торец стыкуемого рельса 4 выполняется по поверхности 5, также осесимметрично под углом α к продольной оси 3, но обратно симметрично к оси б, перпендикулярной продольной оси 3. Стык имеет температурный зазор 3, величина которого рассчитывается по известным зависимостям, образуется при помощи крепежных элементов 7 и боковых накладок 8, величина которых рассчитывалась по формуле 2.The proposed rail joint is formed and operates as follows. Before assembly, the end of the rail 1 (see Fig. 1) is performed on the surface 2 axisymmetrically at an angle α to the longitudinal axis 3, and the end face of the joined rail 4 is performed on the surface 5, also axisymmetrically at an angle α to the longitudinal axis 3, but inversely symmetrical to the axis b, perpendicular to the longitudinal axis 3. The joint has a temperature gap 3, the value of which is calculated according to known dependencies, is formed using fasteners 7 and side plates 8, the value of which was calculated by formula 2.

Как видно из чертежа, активная зона перехода стыка составляет величину 21, как и в случае стыка рельсов с кососимметричным исполнением торцов, что показано на фиг.2. При этом консольная (незакрепленная крепежными элементами) часть L у заявляемого стыка почти в два раза меньше, чем у стыка, изображенного на фиг.2.As can be seen from the drawing, the active transition zone of the junction is 21, as in the case of the junction of rails with a skew-symmetrical design of the ends, as shown in figure 2. At the same time, the cantilever (loose fasteners) part L of the claimed joint is almost two times less than that of the joint shown in figure 2.

Вследствие вышеизложенного, динамические нагрузки и прогибы, которые рассчитываются по схеме консольной балки с жестко защемленным концом, будут существенно ниже для заявляемого стыка, изображенного на фиг.1. В этом же случае вдвое меньше необходима длина боковых накладок.Due to the foregoing, dynamic loads and deflections, which are calculated according to the diagram of the cantilever beam with a rigidly clamped end, will be significantly lower for the inventive joint shown in figure 1. In the same case, half the length of the side pads is half as much.

Все это обеспечивает снижение стоимости монтажа и затрат на содержание рельсового полотна с заявляемыми стыками, увеличивает надежность и долговечность конструкции стыка и пути.All this provides a reduction in installation costs and maintenance costs of the rail track with the claimed joints, increases the reliability and durability of the joint and track design.

Claims

A rail joint in which the abutting rails are connected to each other by side plates and transverse fasteners, characterized in that the ends of each abutting rail are made axisymmetrically at an angle to the longitudinal axis of the rail, and the surfaces of the ends of the abutting rails are inversely symmetrical with respect to the perpendicular to the longitudinal axis of the rails, the length L of the side lining is calculated by the formula

L = K B / tgα,

where B is the width of the rail head;

α is the angle of symmetry of the plane of the cut relative to the longitudinal axis of the rail;

K = 1.5 ... 3 is the experimental coefficient.