Скоростной рельс (варианты)

Классификация по МПК: E01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2310030
Дата публикации: 
Суббота, Ноябрь 10, 2007
Начало действия патента: 
Понедельник, Октябрь 17, 2005

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается рельсов, предназначенных для укладки на участках железных дорог со скоростным совмещенным движением, на скоростных магистралях и для метрополитена. Скоростной рельс содержит головку, шейку, подошву и ограничен по длине торцевыми поверхностями. Верх головки в торцах скошен в плане влево (во втором варианте - вправо) с заложением, равным 1:5, на глубину а, определяемую математической зависимостью, и далее влево (во втором варианте - вправо) с заложения, равного 1:2,5, до низа подошвы торцевые поверхности выполнены в виде винтовых поверхностей - минимального или прямого геликоида левого (во втором варианте - правого) вращения вокруг оси симметрии f рельса, лежащей на скосе верха головки, на угол β, определяемый выражением: β=arctg 2,5+arctg 1,25. Техническими результатами изобретения являются обеспечение однородности поверхности катания бандажей железнодорожного транспорта, со скоростями до 450 км/ч, уменьшение величины зазоров рельсовых (температурных) стыков приблизительно в 5,1 раза, снижение энергетических и материальных затрат при прокладке скоростных магистралей, не требующих дорогостоящей технологии монтажа бесстыкового железнодорожного полотна. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.


Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается рельсов, предназначенных для укладки на участках железных дорог со скоростным совмещенным движением, на скоростных магистралях и для метрополитена.

Известна рельсовая плеть, состоящая из отдельных последовательно расположенных звеньев, образованных из двух частей, смещенных одна относительно другой в продольном направлении с образованием стыков внахлест с частями смежных звеньев и состоящих из головки, шейки и подошвы каждая (см. Пат. РФ №2049185, 27.11.1995 г. Бюл. №33), целью которой являлось обеспечение конструктивного решения бесконечной рельсовой нити железнодорожного полотна, содержащей преимущества бесконечного бесстыкового рельса.

Недостаток упомянутой рельсовой плети в том, что стыки внахлест частей смежных звеньев, выполненные без накладок, дают свободу вертикального перемещения частям звеньев при прокате бандажей железнодорожного транспорта, а головка принимающей части звена будет вызывать больший удар бандажей, чем даже рельс нормального железнодорожного типа.

Известен рельс, направленный на улучшение плавности проката бандажей железнодорожного транспорта (см. А.с. СССР №66518, Кл. 19а, 7), принятый за прототип, включающий в себя головку, шейку и подошву, концы которого обрезаны под прямым углом к его продольной оси, края головки с торцевых сторон закруглены небольшим радиусом до 3 мм.

Недостаток упомянутого рельса в том, что закругления небольшим радиусом края головки с торцевых сторон не снимают высокие напряжения от динамических ударов при прокате бандажей железнодорожного транспорта и, следовательно, не предотвратят износ конца принимающего рельса в зонах (температурных) стыков.

При прокате бандажей подвижного состава рельс испытывает вследствие податливости его опор (шпал) прогиб, так что рабочая поверхность рельса принимает под бандажом форму кривой, так называемой кривой осадки. При постоянной податливости полотна и прочности на изгиб рельса по всей длине его сопровождающая бандаж кривая осадки сохраняет всегда одну и ту же форму, так что самая нижняя точка бандажа идет по прямолинейному пути. Если прилегающие концы рельсов соединены друг с другом посредством привинченных накладок, то в месте стыка получается ослабление прочности рельсов. Следствием этого является то, что незадолго до стыка рельсов кривая осадки изменяет свою форму, край головки торца принимающего рельса вследствие инерции находится выше края головки торца отдающего рельса, в результате этого происходит наскок бандажа, как на встречное препятствие, вызывая на нем очень сильный удар. При этом часть кинетической энергии бандажа переходит в энергию деформации бандажа и края головки торца принимающего рельса. Таким образом, торцевые закругления края головки рельса не обеспечивают однородности поверхности катания бандажей железнодорожного транспорта и не позволяют приблизить конструктивное решение к целостности рельсовой нити железнодорожного полотна, содержащей преимущества бесконечного бесстыкового рельса, что особенно важно для скоростных железнодорожных магистралей и метрополитена.

Предлагаемое изобретение решает вопросы: обеспечение однородности поверхности катания бандажей железнодорожного транспорта, со скоростями до 450 км/ч; уменьшение величины зазоров рельсовых (температурных) стыков приблизительно в 5,1 раза, относительно прототипа; снижение энергетических и материальных затрат при прокладке скоростных магистралей, не требующих дорогостоящей технологии монтажа бесстыкового железнодорожного полотна.

Задача решается тем, что в Северном полушарии для широт 10-80°, железнодорожные магистрали образуют рельсы длиной L=25 м (фиг.1, 2), предназначенные для скоростей до 450 км/ч подвижных составов, верх головки которых в торцах скошен в плане влево с заложением, равным 1:5, на глубину а, определяемую математической зависимостью:

где

a+b - высота головки рельса;

и далее влево, с заложения, равного 1:2,5, до низа подошвы торцевые поверхности выполнены в виде винтовых поверхностей - минимального или прямого геликоида левого вращения вокруг оси симметрии f рельса, лежащей на скосе верха головки, на угол β, определяемый выражением:

β=arctg2,5+arctg1,25.

Рельс, торцы которого имеют левую укосину верха головки и винтовую поверхность левого вращения, можно назвать «левовилочным» рельсом.

Во втором варианте задача решается тем, что в Южном полушарии для широт 10-80° железнодорожные магистрали образуют рельсы длиной L=25 м, предназначенные для скоростей до 450 км/ч подвижного состава, верх головки которых в торцах скошен в плане вправо с заложением, равным 1:5, на глубину а, определяемую математической зависимостью:

где

а+b - высота головки рельса;

и далее вправо, с заложения, равного 1:2,5, до низа подошвы торцевые поверхности выполнены в виде винтовых поверхностей - минимального или прямого геликоида правого вращения вокруг оси симметрии f рельса, лежащей на скосе верха головки, на угол β, определяемый выражением:

β=arctg2,5+arctg1,25.

Рельс, торцы которого имеют правую укосину верха головки и винтовую поверхность правого вращения, можно назвать «правовилочным» рельсом.

Рельс «правовилочный» полностью аналогичен описанному выше «левовилочному» рельсу, с той лишь разницей, что в торцах укосина верха головки и вращение винтовой поверхности имеют правое направление.

Разные направления укосин головки рельсов, применяемых для скоростных железнодорожных магистралей, проходящих в разных полушариях Земли, обусловлены направлением действия силы Кориолиса.

Для железнодорожных магистралей, проходящих по местности других широт, не обозначенных выше, можно применять либо «левовилочные», либо «правовилочные» рельсы, без ограничения.

Действительно, железнодорожное полотно, образованное рельсами, скошенными с заложением, равным 1:5, в зонах стыков, обеспечивает однородность поверхности катания при скоростях вплоть до 450 км/ч, потому что отдающий рельс, перемещаясь в вертикальной плоскости при прокате бандажей железнодорожного транспорта, воздействует на принимающий рельс, обеспечивая обоим рельсам одинаковую величину волны прогиба.

Это обстоятельство способствует тому, что в зонах (температурных) стыков отсутствует действие динамических сил при прокате бандажей подвижного состава и не возникают краевые напряжения на торцевых гранях скоса верха головки принимающего рельса.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом, позволяет сделать вывод о том, что оно существенно отличается от известного введением новых признаков, указанных выше, и соответствует критериям новизны и изобретательского уровня, а простота конструктивного исполнения свидетельствует о его промышленной применимости в железнодорожном транспорте.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен «левовилочный» рельс, вид сверху; на фиг.2 - вид сбоку фиг.1; на фиг.3 - вид с торца фиг.1; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.5 - вид сверху фрагментов ниток магистралей. Отметим, что на фиг.1 и 2 торцы рельса обладают центральной симметрией, поэтому их поверхности при совмещении полностью совпадают.

Скоростной рельс (фиг.1-5) включает: головку 1, шейку 2 и подошву 3, при этом верх головки в торцах скошен в плане влево с заложением, равным 1:5, на глубину а, определяемую математической зависимостью:

и далее влево, с заложения, равного 1:2,5, до низа подошвы торцы выполнены винтовыми поверхностями левого вращения вокруг оси симметрии f рельса, лежащей на скосе верха головки, на угол β, определяемый выражением:

β=arctg2,5+arctg1,25.

Работа предлагаемого рельса происходит следующим образом:

При прокате бандажей подвижного состава рельс испытывает вследствие податливости его опор (шпал) прогиб, так что рабочая поверхность рельса принимает под бандажом форму кривой, так называемой кривой осадки. При постоянной податливости полотна и прочности на изгиб рельса по всей длине его сопровождающая бандаж кривая осадки сохраняет всегда одну и ту же форму, так что самая нижняя точка бандажа идет по прямолинейному пути. Если прилегающие концы рельсов соединены друг с другом посредством привинченных накладок, то в месте стыка получается ослабление прочности рельсов. У предлагаемого рельса незадолго до стыка, отдающий рельс нижней плоскостью верха головки прижимается к принимающему рельсу, обеспечивая обоим рельсам одинаковую величину волны прогиба, создавая однородность поверхности катания для бандажей железнодорожного транспорта, что создает предпосылки для скоростного режима.

Сборка и разборка рельсов осуществляется следующим образом:

Рельс представляет собой прокат, выполненный по классической технологии, требования к прочностным характеристикам аналогичны ГОСТам Р50, Р65, Р65К, Р75, торцевые поверхности которого подлежат изготовлению в заводских условиях. При монтаже железнодорожного полотна зазоры (температурных) стыков устанавливают на величину, меньшую в 5 раз, против указанной СНиП-ом 32-01-95 «Железнодорожные колеи 1520 мм», накладки применяют стандартные.

Сборку рельсов необходимо осуществлять от одного рельса в обе стороны, вставляя их последовательно, друг за другом. Предлагаемые рельсы стыкуют с рельсами нормального железнодорожного типа обычным путем, после предварительного обрезания одного конца под прямым углом к продольной оси.

Конструктивное решение обеспечивает технологичность процесса сборки железнодорожного полотна модулями аналогично классической технологии сборки, включающей сборку модулей в заводских условиях, транспортировку и укладку их классическими транспортными и путеукладочными средствами.

Разборку железнодорожного полотна, собранного предлагаемыми рельсами, начинают с вырезания участка рельса длиной не менее длины укосины низа подошвы под прямым углом к продольной оси. Только после этого дальнейшая разборка осуществляется в обратном сборке порядке.

Формула изобретения

1. Скоростной рельс, содержащий головку, шейку, подошву и ограниченный по длине торцевыми поверхностями, отличающийся тем, что верх головки в торцах скошен в плане влево с заложением, равным 1:5, на глубину а, определяемую математической зависимостью

где (а+b) высота головки рельса,

и далее влево с заложения, равного 1:2,5, до низа подошвы торцевые поверхности выполнены в виде винтовых поверхностей - минимального или прямого геликоида левого вращения вокруг оси симметрии f рельса, лежащей на скосе верха головки, на угол β, определяемый выражением:

β=arctg 2,5+arctg 1,25.

2. Скоростной рельс, содержащий головку, шейку, подошву и ограниченный по длине торцевыми поверхностями, отличающийся тем, что верх головки в торцах скошен в плане вправо с заложением, равным 1:5, на глубину а, определяемую математической зависимостью

где (а+b) высота головки рельса,

и далее вправо с заложения, равного 1:2,5, до низа подошвы торцевые поверхности выполнены в виде винтовых поверхностей - минимального или прямого геликоида правого вращения вокруг оси симметрии f рельса, лежащей на скосе верха головки, на угол β определяемый выражением

β=arctg 2,5+arctg 1,25.