Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ШИРИНЫ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ И ПОДРЕЛЬСОВОЕ ОСНОВАНИЕ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к строительству железнодорожного пути и непосредственно к способу формирования переменной ширины рельсовой колеи железнодорожного пути в переходных кривых от участка пути круговой кривой с большей шириной колеи до прямого участка пути с номинальной шириной колеи с использованием железобетонных подрельсовых оснований и анкерных рельсовых скреплений.

До настоящего времени на сети железных дорог России и стран СНГ не осуществлялось изменение и регулирование ширины рельсовой колеи в зависимости от радиуса кривой в пути с железобетонными шпалами, как это принято для пути с деревянными шпалами, а используется единая ширина колеи, как в прямых, так и кривых участках пути составляющая 1520 мм (Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути/ МПС России. М: Транспорт, 2000. - 223 с, с.16). Это было связано с применением одного типа скрепления (КБ-65), на котором, как показал опыт укладки в кривых радиусом менее 350 м, происходит срезание нашпальной прокладки, откол выступов бетона, изгиб закладных болтов и другие дефекты, ведущие к нарушению безопасности движения. При движении в крутых кривых с номинальной шириной колеи 1520 мм при вписывании тележки вагона в кривую происходит быстрый боковой износ как головки рельса, так и гребня колеса, поскольку свободное вписывание в кривую из-за ориентации оси колесной пары под наклоном к оси пути возможно только при большем значении ширины колеи, что и было отражено в нормативных документах при использовании деревянных шпал.

Для рельсового пути метрополитенов используется различная ширина колеи в зависимости от радиуса кривой, что выполняется замоноличиванием в бетонное основание со сдвигом закладных элементов скрепления либо бетонной полушпалы по внутренней рельсовой нити, а при использовании деревянных полушпал - закреплением подрельсовых металлических подкладок скрепления также со сдвигом, формируя текущую ширину колеи. Уширение колеи при переходе с прямого на кривой участок пути делается, как правило, в пределах всей переходной кривой, а если нет переходной кривой - на прямой с отводом не более 1 мм/м пути для главных путей и 2 мм/м пути - для парковых путей. Для уширения колеи сдвигают к центру кривой одну внутреннюю рельсовую нить на требуемое уширение, не изменяя положение наружной нити (Инструкция по текущему содержанию пути и контактного рельса метрополитенов / Хозяйственная ассоциация «Метро». - М: Транспорт, 1995. - 160 с, с.5-6).

В настоящее время при использовании анкерного рельсового скрепления (RU 2244777, Е01В 9/30, 15.01.2004; RU 2267568, E01B 9/30, 27.09.2004; RU 64642, E01B 9/30, 16,02.2007) и железобетонных шпал известен способ изменения ширины колеи железнодорожного пути в переходных кривых, который осуществляется за счет применения набора шпал, изготовленных с замоноличенными с переменным шагом анкерными деталями, каждая из которых формирует свою ширину колеи, например 1522, 1524, 1526, 1528, 1530 мм (Железобетонные шпалы типа ШС-АРС-К для участков пути в кривых малых радиусов, от 349 м до 300 м включительно, с шириной колеи 1530 мм и для переходных кривых с переменной шириной колеи 1522, 1524, 1526 и 1528 мм. Технические условия ТУ 5864-205оп-01124323-2005).

При этом железнодорожный путь укладывают из звеньев рельсошпальной решетки, обеспечивая постепенный переход от номинальной ширины колеи (например, 1520 мм) в прямом участке пути, далее в переходной кривой с постепенным увеличением ширины колеи (например, до 1528 мм), потом в круговой кривой с постоянной максимальной шириной колеи (например, 1530 мм), предусмотренной для данного радиуса, и далее снова в переходной кривой, но с постепенным уменьшением ширины колеи (например, до 1522 мм), выходя снова на прямой участок пути (с шириной колеи 1520 мм).

Для обеспечения плавного отвода ширины колеи на звеносборочных базах собирают звенья рельсошпальной решетки, как правило, длиной 25 метров каждое из последовательно расположенных групп шпал под определенную ширину колеи, а количество шпал в каждой группе определяется в зависимости от длины переходной кривой. При этом нарельсовые вкладыши с вертикальной полкой, размещенной между подошвой рельса и выступающей из бетона упорной поверхностью анкерной детали, имеют одинаковую толщину вертикальной полки как для прямого участка пути, так и для переходной и круговой кривых.

Недостатки данного способа и использование соответствующих подрельсовых оснований (шпал) состоят в следующем:

- требуется изготовление дополнительной формооснастки, т.е. для изготовления шпалы определенного типоразмера (для соответствующей ширины колеи) необходимо свое гнездо опалубки с соответствующей маркировкой;

- требуется для каждой переходной кривой в зависимости от ее длины заказывать разное количество шпал того или иного типоразмера, а при значительной стоимости шпал необходимо более четкое планирование и заказ шпал под каждый укладываемый участок в кривой;

- при раскладке шпал для сборки рельсошпальной решетки необходима сортировка каждой группы шпал в соответствии с маркировкой, что увеличивает время сборки и требует дополнительных погрузоразгрузочных операций;

- не исключена вероятность попадания другого типоразмера шпалы в определенную группу шпал при сборке, что приведет к нарушению плавности изменения ширины рельсовой колеи в пути;

- при уложенной в путь рельсошпальной решетки со шпалой не под свой типоразмер потребуются дополнительные трудоемкие операции по замене данной шпалы.

Техническим результатом заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков за счет упрощения технологии сборки рельсошпальной решетки и возможности простой регулировки с применением однотипных подрельсовых оснований для круговой и переходной кривых железнодорожного пути, при этом исключаются дополнительные операции по сортировке шпал и попаданию шпалы другого типоразмера. Его исполнение не требует больших материальных и временных затрат и обеспечивает плавное изменение ширины колеи.

Сущность заявляемого изобретения состоит в способе изменения ширины рельсовой колеи железнодорожного пути от участка пути круговой кривой с шириной колеи S_к до прямого участка пути с шириной колеи S_п с использованием железобетонных подрельсовых оснований и анкерных рельсовых скреплений с нарельсовыми вкладышами, имеющими вертикальную полку, размещенную между подошвой рельса и выступающей из бетона упорной поверхностью анкерной детали, при этом на участках круговой кривой и переходной кривой используются подрельсовые основания одного типоразмера с расстоянием Lп между упорными поверхностями анкерной детали по каждой рельсовой нити, как для прямого участка пути, но увеличенным расстоянием Ак между упорными поверхностями анкерных деталей, формирующими ширину рельсовой колеи двух рельсовых нитей, причем изменение ширины колеи в переходной кривой на величину t на каждом шаге i производится смещением как внутреннего, так и наружного рельса за счет нарельсовых вкладышей с различной толщиной вертикальной полки f_{i внутр} с внутренней стороны колеи и f_{i нар} с наружной стороны колеи, при этом f_{i нар} не менее толщины f_п вертикальной полки нарельсового вкладыша для прямого участка пути, а формирование ширины рельсовой колеи S_i каждого шага i выполняют на не менее чем четырех подрельсовых опорных зонах. При этом способе в подрельсовом основании расстояние Ак между упорными поверхностями анкерных деталей определяется как Ак=Aп+(S_к-S_п)-Δ, где Aп - аналогичное расстояние для прямого участка пути, Δ - величина уменьшения ширины Ак в зависимости от типа скрепления, равная Δ=3÷6 мм.

Для осуществления способа изменения ширины рельсовой колеи железнодорожного пути на каждом шаге i изменения ширины колеи как для внутренней, так и для наружной рельсовой нитей толщина вертикальной полки нарельсовых вкладышей с наружной (f_{i нар}) и внутренней (f_iвнутр) стороны колеи изменяется по следующим зависимостям: f_{i нар}=f_п+i·t/2, f_{i внутр}=f_п-i·t/2, где f_п - номинальная толщина вертикальной полки нарельсового вкладыша для прямого участка пути, величина t изменения ширины колеи составляет 2-3 мм, а количество шагов i_к изменения ширины колеи составляет i_к=(s_к-S_п-Δ)/t-1, достигая ширины колеи перед прямым участком пути величиной (S_п+t), при этом номинальная толщина вертикальной полки нарельсового вкладыша f_{i внутр} не менее 4 мм.

При этом используют подрельсовое основание для участка пути в круговой и переходной кривых, выполненное в виде железобетонного бруса переменного сечения с замоноличенными анкерными деталями с расстоянием Lп между упорными поверхностями анкерной детали для каждой рельсовой нити в соответствии с прямым участком пути, но при этом анкерные детали замоноличены с межанкерным расстоянием Ак между упорными поверхностями анкерных деталей для двух рельсовых нитей, формирующим ширину рельсовой колеи на участке пути в кривой, которое определяется Ак=Ап+(S_к-S_п)-Δ, где Aп - аналогичное расстояние для прямого участка пути, Δ - величина уменьшения ширины Ак в зависимости от типа скрепления, которое составляет Δ=3÷6 мм.

На фиг.1 представлена схема участка пути с различной шириной рельсовой колеи, изменяющейся в переходной кривой от прямого участка пути до круговой кривой.

На фиг.2 представлено подрельсовое основание (шпала) с замоноличенными анкерными деталями для использования на участках пути в круговой и переходной кривых.

На фиг.3 представлен вариант скрепления, собранного для участка круговой кривой, с нарельсовыми вкладышами с вертикальной полкой одинаковой толщины и получаемой при этом ширине рельсовой колеи в новой рельсошпальной решетке.

На фиг.4 - то же, для участка переходной кривой с нарельсовыми вкладышами с вертикальной полкой разной толщины.

На фиг.5 представлена развертка схемы эксплуатируемой в пути рельсошпальной решетки с подрельсовыми основаниями для участков пути в прямой и кривой (детали скрепления условно не показаны).

Изменение ширины рельсовой колеи железнодорожного пути, как правило, проводят в переходных 1 кривых, от прямого участка 2 пути с шириной рельсовой колеи S_п до участка пути круговой 3 кривой с шириной рельсовой колеи S_к, плавно увеличивая ширину колеи S_i, и аналогично от участка пути круговой кривой до прямого участка, плавно уменьшая ширину рельсовой колеи. И в том и другом случае используется один и тот же способ и те же элементы скрепления. Для этого используют железобетонные подрельсовые основания 4, например шпалы, с анкерными рельсовыми скреплениями, которые имеют забетонированную (замоноличенную) в тело шпалы анкерную деталь 5 (или две детали, имеющие отдельные головки с каждой стороны рельса) с выступающими из бетона упорными поверхностями 6. В рельсовом скреплении имеются нарельсовые вкладыши 7 с вертикальной полкой 8, размещенной между подошвой 9 рельса и упорной поверхностью 6 анкерной детали 5.

Для осуществления описываемого способа изменения ширины рельсовой колеи на участках пути как круговой 3 кривой, так и переходной 1 кривой используют подрельсовые основания 4 одного типоразмера с расстоянием Lп между упорными поверхностями 6 анкерной детали 5 по каждой рельсовой нити по аналогии с прямым участком 2 пути. При этом увеличено межанкерное расстояние Ак между упорными поверхностями 6 анкерных деталей 5, формирующее ширину рельсовой колеи двух рельсовых нитей. Данное расстояние обеспечивается при формовании подрельсового основания путем замоноличивания (бетонирования) анкерных деталей 5, для чего используются шпальные формы со смещенными установочными плитами. Т.е. подрельсовое основание 4, используемое для круговой 3 кривой и переходной 1 кривой, используется одинаковое (однотипное) и отличается от подрельсового основания для прямого участка пути расстоянием Ак между замоноличиваемыми анкерными деталями.

Расстояние Ак между упорными поверхностями анкерных деталей, формирующее ширину рельсовой колеи двух рельсовых нитей, определяется в соответствии с зависимостью Ак=Aп+(S_к-S_п)-Δ, где Aп - аналогичное расстояние между упорными поверхностями анкерных деталей для прямого участка пути, Δ - величина уменьшения ширины Ак в зависимости от типа скрепления. Величина Δ зависит от зазоров на сборку скрепления, допусков на элементы скрепления и шпалы, а также от величины первоначального смятия вертикальных полок 8 наружных нарельсовых вкладышей 7. Данную величину целесообразно определять опытным путем, а в зависимости от типа скрепления данная величина составляет Δ=3÷6 мм. Скрепления с величиной Δ, намного превышающей эти значения, нецелесообразно использовать в кривых участках пути малого радиуса, поскольку при больших боковых нагрузках уширение колеи будет развиваться быстрыми темпами и возможны скачки при изменении ширины колеи вместо плавного ее отвода.

Рельсошпальную решетку для круговой 3 кривой собирают с одинаковой шириной рельсовой колеи с использованием нарельсовых вкладышей 7 с вертикальной полкой 8 толщиной f_п, как в прямом участке пути, как с наружной, так и с внутренней стороны колеи. При этом в собранной рельсошпальной решетке ширина рельсовой колеи будет составлять (S_к-Δ), т.е. меньше номинально используемой, поскольку за первоначальный период приработки элементов скрепления и рельсов при действии значительных боковых нагрузок в кривой выберутся зазоры, связанные с изготовлением элементов и сборкой, и немного сомнутся вертикальные полки 8 наружных по отношению к оси пути нарельсовых вкладышей 7 как по наружному 10, так и по внутреннему 11 рельсам, поэтому после этапа приработки номинальная ширина колеи в круговой 3 кривой становится величиной, равной S_к.

Рельсошпальную решетку для переходной 1 кривой или иного участка изменения ширины колеи собирают из тех же однотипных подрельсовых оснований 4, как и для круговой 3 кривой с расстоянием Ак между упорными поверхностями анкерных деталей. Однако, чтобы осуществить плавное изменение ширины колеи в переходной 1 кривой на величину t на каждом шаге i, рельсошпальную решетку собирают с использованием набора нарельсовых вкладышей 7 с различной толщиной f_{i внутр} вертикальной полки 8 с внутренней стороны колеи и f_{i нар} с наружной стороны колеи, при этом f_{i нар} не менее толщины f_п вертикальной полки нарельсового вкладыша для прямого участка пути. Текущая ширина колеи S_i формируется не менее чем на четырех подрельсовых опорных зонах одной рельсовой нити на каждом шаге смещения, т.е. либо на четырех шпалах, а в случае использования бетонной плиты или другого типа подрельсового основания с несколькими узлами скреплений - на не менее чем на четырех подряд расположенных узлах скреплений одной рельсовой нити. Например, текущая ширина колеи 1522 мм формируется не менее чем на четырех шпалах (или подряд расположенных узлах скрепления), затем 1524 мм не менее чем на четырех шпалах и т.д. В зависимости от длины переходной кривой рассчитывают количество шпал (или других подрельсовых оснований), на которых будет выполняться данная ширина колеи S_i с учетом известного количества укладки шпал на километр пути (эпюра укладки для России в кривых составляет 2000 шпал/км) и деля на количество шагов i_к изменения ширины колеи. Изменение ширины колеи на каждом шаге i производится смещением как внутреннего 11, так и наружного 10 рельсов. В собираемой рельсошпальной решетке для переходной 1 кривой толщина вертикальной полки 8 нарельсовых вкладышей 7 с наружной (f_{i нар}) и внутренней (f_{i внутр}) стороны колеи для каждого шага i изменяется по следующим зависимостям: f_{i нар}=f_п+i·t/2, f_{i внутр}=f_п-i·t/2, где f_п - номинальная толщина вертикальной полки 8 нарельсового вкладыша 7 для прямого участка пути, t - величина изменения ширины колеи. Величину t изменения ширины колеи выбирают порядка 2-3 мм для получения плавного отвода ширины колеи. Номинальная толщина вертикальной полки нарельсового вкладыша f_{i внутр} не должна быть менее 4 мм, поскольку не должна нарушаться электроизоляция скрепления, а также должны сохраняться демпфирующие свойства нарельсового вкладыша 7 и его прочностные свойства. Уменьшение полки до 4 мм возможно, поскольку внутренний вкладыш в кривой не воспринимает боковые нагрузки. Количество шагов i_к изменения ширины колеи S_i определяется по следующей зависимости: i_к=(S_к-S_п-Δ)/t-1. В новой собранной рельсошпальной решетке перед прямым участком 2 пути ширина рельсовой колеи переходной кривой составляет величину (S_п+t), а на последнем шаге перед круговой 3 кривой ширина колеи составляет (S_к-Δ-t). Как и для круговой кривой, уменьшение ширины рельсовой колеи на величину Δ также связано с периодом приработки элементов скрепления, когда выбираются зазоры, связанные с допусками на изготовление элементов и обеспечение сборки скрепления, а также небольшим подмятием вертикальной полки 8 наружных нарельсовых вкладышей 7. При эксплуатации после этапа приработки в переходной 1 кривой на каждом шаге регулирования ширина колеи изменится в сторону уширения на величину от 0 на участке рядом с прямым до величины Δ на участке рядом с круговой 3 кривой, т.е при действии значительных боковых сил на шпалах перед круговой 3 кривой ширина рельсовой колеи в эксплуатации станет (S_к-t). Необходимо иметь в виду, что на участках переходной 1 и круговой 3 кривых происходит износ боковой поверхности головки рельса от взаимодействия с гребнем колеса, что надо учитывать при выборе величины ширины рельсовой колеи S_к.

Поскольку расстояние Lп между упорными поверхностями 6 анкерной детали 5 по каждой рельсовой нити одинаково с прямым участком 2 пути, то используются однотипные анкерные детали 5, что не требует дополнительных затрат.

Поскольку межанкерное расстояние Ак между упорными поверхностями 6 анкерных деталей 5, формирующее ширину рельсовой колеи двух рельсовых нитей в подрельсовом основании (шпале), одинаково как в круговой 3, так и переходной 1 кривых, то это позволяет выполнить одинаковые гнезда формы для изготовления шпал и, соответственно, одинаковые шпалы для данных кривых. Соответственно, не требуется заказа строго определенного количества шпал разных типоразмеров под определенную длину кривой, что исключает дополнительные операции по сортировке шпал.

В процессе сборки рельсошпальной решетки требуется иметь несколько типоразмеров нарельсовых вкладышей 7 с разной толщиной вертикальной полки 8 (в соответствии с формулами f_{i нар}, f_{i внутр}), и при возможной их цветовой маркировке возможно быстро выполнить сборку под определенную ширину колеи на требуемом количестве шпал без трудоемких операций по расстановке такого же количества шпал определенного типоразмера при старом способе изменения ширины колеи.

Нарельсовый вкладыш 7, как правило, выполняется из литьевого полиамида, прост в изготовлении и дешев относительно стоимости скрепления и шпалы. При его износе в пути легко произвести замену. Это упрощает как сборку рельсошпальной решетки на звеносборочной базе, а также исключает попадание шпалы другого типоразмера в путь, при этом легко произвести корректировку ширины колеи в пути.