PL192513B1 - Złącze szynowe kolei podwieszonej oraz szyna jezdna kolei podwieszonej - Google Patents

Abstract

Złącze szynowe kolei podwieszonej, w którym sąsiadujące szyny są przy dolnych krawędziach połączone przegubowo-wychylnie, a pomiędzy końcami sąsiednich szyn znajduje się klinowa szczelina stykowa, otwarta do góry i usytuowana ukośnie względem zewnętrznych powierzchni półek szyn jezdnych, której kąt rozwarcia przyjmuje zadaną, nominalną wartość wtedy, kiedy zewnętrzne powierzchnie półek obu szyn leżą w jednej płaszczyźnie i może się zmniejszać lub zwiększać o wielkości w zasadzie równe wartości nominalnego kąta rozwarcia szczeliny, znamienne tym, że kąt (b) pochylenia szczeliny stykowej (9), zawarty pomiędzy płaszczyzną (N) normalną do zewnętrznych powierzchni półek szyny jezdnej (1) i płaszczyzną (S) symetrii szczeliny (9), jest większy od kąta rozwarcia (a) szczeliny stykowej (9) w całym zakresie wielkości tej szczeliny (9).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest złącze szynowe kolei podwieszonej oraz szyna jezdna kolei podwieszonej, zwłaszcza kolei jednoszynowej, stosowanej na przykład w górnictwie.

Znane ze stosowania złącze szynowe kolei podwieszonej jest połączeniem dwóch szyn jezdnych, które stykają się ze sobą w pobliżu dolnych krawędzi. Pomiędzy sąsiednimi szynami jest utworzona klinowa szczelina stykowa z wierzchołkiem usytuowanym przy linii styku szyn, otwarta do góry. Szczelina stykowa umożliwia zrealizowanie przegubowo-wychylnego połączenia szyn, ułatwiającego samoczynne dopasowanie się szyn w torze kolei, stosownie do miejscowego obciążenia toru oraz do zmieniających się warunków zawieszenia tego toru, spowodowanych na przykład ruchami górotworu. Wieloletnie doświadczenia wykazały, że optymalna wartość nominalnego kąta rozwarcia szczeliny stykowej, występującego wtedy, gdy zewnętrzne powierzchnie półek obu sąsiednich szyn jezdnych leżą w jednej płaszczyźnie, wynosi od 6° do 7°. W różnych warunkach zabudowy i eksploatacji kolei względne usytuowanie szyn jezdnych w złączu szynowym może się zmieniać w pewnych granicach, zmienia się też wtedy rzeczywisty kąt rozwarcia szczeliny stykowej - od kąta zbliżonego do zera do kąta maksymalnego. W praktyce powszechnie przyjmuje się, że największy kąt rozwarcia szczeliny stykowej nie przekracza dwukrotnej wartości nominalnego kąta rozwarcia szczeliny.

Znana ze stosowania szyna jezdna kolei podwieszonej, stanowiąca część toru kolei, jest wykonana w postaci odcinka dwuteownika wyposażonego na końcach w elementy złącza szynowego umożliwiające budowanie dowolnie długiego toru jezdnego dla kolei oraz podwieszanie tego toru do stropu albo do konstrukcji nośnej.

Złącze szynowe kolei podwieszonej oraz szyna jezdna kolei są także znane z wielu opatentowanych rozwiązań.

W polskim opisie patentowym numer 64144 jest przedstawione złącze toru jezdnego kolejki szynowej, w którym znajduje się klinowa szczelina stykowa, usytuowana pomiędzy sąsiadującymi szynami, otwarta do góry. Szyny jezdne są usytuowane w nominalnym położeniu, kiedy zewnętrzne powierzchnie półek obu szyn leżą w tych samych płaszczyznach. Z rysunku przedstawiającego przykład wykonania wynalazku wynika, że szczelina stykowa jest rozłożona symetrycznie po obu stronach płaszczyzny prostopadłej do dolnej powierzchni szyn, przechodzącej przez linię styku szyn. Szyna jezdna posiada zukosowane końce, przy czym płaszczyzny skosów na obu końcach są do siebie zbieżne pod kątem rozwarcia szczeliny stykowej. Kąty zukosowania obu końców szyny mają jednakowe wartości i każdy znich jest równy połowie nominalnego kąta rozwarcia szczeliny stykowej, utworzonego przy nominalnym położeniu szyn w złączu. Dolna krawędź szyny jest dłuższa od krawędzi górnej. Dolne naroża szyny mają kąt bryłowy ostry, zbliżony do kąta prostego, a górne naroża - kąt bryłowy rozwarty, nieco większy od kąta prostego.

W rozwiązaniu połączenia odcinków szyn jezdnych, przedstawionym w polskim opisie patentowym numer 176129, także znajduje się klinowa szczelina stykowa otwarta do góry. Płaszczyzna symetrii szczeliny stykowej jest odchylona od płaszczyzny prostopadłej do dolnej powierzchni szyn o kąt równy połowie kąta rozwarcia szczeliny. Szyna jezdna ma z jednej strony czołową powierzchnię usytuowaną prostopadle do zewnętrznych powierzchni półek dwuteownika, a naroża szyny: dolne i górne, znajdujące się przy tej powierzchni czołowej mają kąty bryłowe proste. Drugi koniec szyny jezdnej jest zukosowany pod kątem równym nominalnemu kątowi rozwarcia szczeliny stykowej. Dolne naroże szyny, znajdujące się przy tym końcu, ma ostry kąt bryłowy, zbliżony do kąta prostego, a naroże górne - kąt bryłowy rozwarty, nieco większy od kąta prostego. Również i w tym rozwiązaniu dolna krawędź szyny jest dłuższa od krawędzi górnej.

Niemiecki opis patentowy numer 3514614, w którym opisano połączenie elementów szyny kolejki podwieszanej jednoszynowej, przedstawia pięć odmian wykonania wynalazku, przy czym występują w nich tylko dwie odmiany szczeliny stykowej i dwa rodzaje szyny jezdnej. W czterech odmianach połączenia według wynalazku zastosowano szczeliny stykowe oraz szyny jezdne takie same jak szczeliny i szyny znane ze wspomnianego polskiego opisu patentowego 176129. Szczelina stykowa jest więc pochylona pod kątem równym połowie kąta rozwarcia szczeliny, a czoło szyny jest z jednego końca usytuowane prostopadle do zewnętrznych powierzchni półek dwuteownika, zaś przy drugim końcu jest ono usytuowane ukośnie do tych powierzchni.

W jednym wykonaniu wynalazku patent 3514614 przewidziano szczelinę stykową drugiej odmiany oraz szynę jezdną drugiego rodzaju. W nominalnym położeniu szyn jezdnych, jakie ma miejsce wtedy, gdy dolne powierzchnie półek sąsiadujących szyn leżą w jednej płaszczyźnie, płaszczyzna

PL 192 513 B1 symetrii szczeliny stykowej jest pochylona pod kątem niewiele większym od połowy nominalnego kąta rozwarcia szczeliny. Szyna jezdna jest zukosowana na obu końcach, przy czym obie płaszczyzny czołowe szyny są pochylone w tę samą stronę lecz pod różnymi kątami. Różnica wartości kątów pochylenia płaszczyzn czołowych szyny jest równa nominalnemu kątowi rozwarcia szczeliny stykowej. Jedno dolne naroże szyny, które można umownie nazwać narożem ostrym, ma kąt bryłowy ostry, niewiele mniejszy od kąta prostego, zaś drugie naroże dolne, umownie naroże rozwarte, ma kąt bryłowy rozwarty, bliski kątowi prostemu. Podobnie, w górnej strefie szyny znajduje się jedno naroże ostre, a drugie rozwarte. Obrys szyny w widoku z boku ma postać trapezu, w którym wszystkie kąty różnią się od siebie, przy czym kąty ostre oraz kąty rozwarte leżą parami naprzeciw siebie, po przekątnych. Przy takim ukształtowaniu czołowych powierzchni szyny górna krawędź jednego czoła szyny występuje poza krawędź dolną tego czoła, a wielkość tego występu zależy od kąta pochylenia powierzchni czołowej i od wysokości szyny. Z analizy opisu wynalazku wynika, że takie ukształtowanie i usytuowanie czołowych powierzchni szyny jezdnej zostało podyktowane jedynie potrzebą uzyskania, w górnym żebrze przy jednym końcu szyny, odpowiedniego miejsca na otwór pod sworzeń poprzeczny, ażeby oś tego sworznia, będącego elementem przegubowego podwieszenia złącza szynowego, znajdowała się dokładnie pionowo nad krawędzią styku szyn sąsiadujących ze sobą. Dobór wielkości kąta pochylenia jednej czołowej powierzchni szyny wynika wyłącznie z potrzeby uzyskania miejsca na wykonanie w odpowiednim punkcie otworu na sworzeń poprzeczny i wielkość tego kąta pochylenia nie jest uzasadniona żadnymi innymi względami. Pochylenie drugiej czołowej powierzchni szyny jest powiększone w stosunku do pochylenia powierzchni czoła przeciwnego o nominalny kąt rozwarcia klinowej szczeliny stykowej i także wielkość tego pochylenia nie jest uzasadniona żadnymi innymi względami.

Z opisanych rozwiązań wynika, że w znanych złączach szynowych kolei podwieszonej płaszczyzna symetrii klinowej szczeliny stykowej jest zwykle odchylona od płaszczyzny prostopadłej do zewnętrznych powierzchni półek szyn jezdnych, w zasadzie o kąt równy połowie kąta rozwarcia szczeliny, a tylko w jednym rozwiązaniu kąt ten jest bardzo nieznacznie powiększony.

W większości znanych rozwiązań szyny jezdne kolei podwieszonej mają jedno czoło usytuowane prostopadle do zewnętrznej powierzchni półek szyny, zaś drugie czoło ukośnie do tej powierzchni, a w jednym rozwiązaniu oba czoła szyny są ukośne.

Niedogodnością znanych rozwiązań są zakłócenia płynnej jazdy kolei po torze, spowodowane nieciągłością toru szynowego w miejscach połączeń szyn jezdnych. W kolei poruszającej się dzięki sile pociągowej uzyskiwanej za pomocą kół ciernych, dociskanych do środnika szyny jezdnej, zakłócenia te występują przy każdym przejściu napędowego koła ciernego przez szczelinę stykową. W kolei z napędem linowym zakłócenia płynnej jazdy występują głównie podczas hamowania, kiedy klocki hamulcowe wózka hamulcowego, dociskane do środnika szyny jezdnej, przemieszczają się w rejonie szczeliny stykowej. Uderzenia, jakie towarzyszą przejściu przez szczelinę stykową kół ciernych lub klocków hamulcowych, powodują niszczenie czołowych krawędzi szyn jezdnych oraz nadmierne zużycie kół ciernych lub klocków hamulcowych. Ponadto uderzenia te są przyczyną powstawania drgań toru szynowego kolei, które niekorzystnie wpływają na konstrukcję toru i jego zawieszenie oraz na transportowany ładunek lub przewożone osoby, a także są dodatkowym źródłem hałasu.

Opisane niedogodności są tym bardziej uciążliwe im większy jest kąt rozwarcia klinowej szczeliny stykowej w złączu szynowym oraz im mniejsze jest odchylenie płaszczyzny symetrii szczeliny od płaszczyzny prostopadłej do zewnętrznej powierzchni półek szyny.

Celem wynalazku jest zmniejszenie uciążliwości oddziaływania nieciągłości toru szynowego, jaka występuje podczas przejścia wózków kolei przez złącza szyn jezdnych, przez wyeliminowanie albo przynajmniej możliwie maksymalne złagodzenie uderzeń przyjmowanych przez czołowe krawędzie szyn jezdnych od napędowych kół ciernych lub klocków hamulcowych, względnie od innych elementów kolei dociskanych stale względnie okresowo do środników szyn jezdnych, przy zachowaniu optymalnego kąta rozwarcia szczeliny stykowej.

Złącze szynowe według wynalazku charakteryzuje się tym, że kąt pochylenia szczeliny stykowej, zawarty pomiędzy płaszczyzną normalną do zewnętrznych powierzchni półek szyny jezdnej i płaszczyzną symetrii szczeliny, jest większy od kąta rozwarcia szczeliny stykowej w całym zakresie wielkości tej szczeliny. Korzystne jest takie wykonanie złącza, w którym kąt pochylenia szczeliny stykowej jest od dwóch do trzech razy większy od wartości nominalnego kąta rozwarcia szczeliny, a w szczególności ten kąt pochylenia szczeliny jest większy dwuipółkrotnie od nominalnego kąta rozwarcia szczeliny.

PL 192 513 B1

Szyna jezdna według wynalazku, posiadająca powierzchnie czołowe skośne na obu końcach, pochylone w tę samą stronę lecz pod różnymi kątami, odznacza się tym, że kąt skosu jednej powierzchni czołowej jest mniej niż dwukrotnie większy od kąta skosu drugiej powierzchni czołowej. Korzystnie szyna jezdna posiada takie skosy na powierzchniach czołowych, że stosunek wartości większego kąta skosu do wartości mniejszego kąta skosu zawiera się w przedziale od 1,4 do 1,7 i w szczególności stosunek ten wynosi 1,5.

Zaletą wynalazku jest płynne przechodzenie napędowych kół ciernych przez złącza szyn jezdnych toru kolei, pozbawione uderzeń kół o krawędzie szyn. Koła cierne, przechodząc przez strefę złącza szynowego, utrzymują swoje położenia względem środników szyn, ponieważ odpowiednie pochylenie szczeliny stykowej oraz konstrukcja szyny jezdnej zapobiegają przemieszczaniu się tych kół w stronę wzdłużnej płaszczyzny symetrii szyny i zbliżaniu się do siebie kół ciernych znajdujących się po przeciwnych stronach środników szyn. Podobnie płynnie przechodzą przez strefę złącza szynowego klocki hamulcowe dociskane do środników szyn jezdnych. Znacznie zwiększa się trwałość kół ciernych, klocków hamulcowych i dowolnego innego elementu kolei, posiadającego kontakt ze środnikiem szyny jezdnej. Zwiększona też zostaje żywotność samych szyn. Przejazd kolei przez złącze szynowe jest łagodny oraz jest pozbawiony wstrząsów toru szynowego i drgań konstrukcji podtrzymującej kolej.

Przykład wykonania wynalazku jest pokazany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku z boku złącze szynowe górniczej jednoszynowej kolei podwieszonej, a fig. 2 przedstawia w widoku z boku szynę jezdną kolei, wchodzącą w skład tego złącza.

W złączu szynowym dwie szyny jezdne 1, są wykonane z odcinków dwuteownika przeciętego ukośnie, pod różnymi kątami skosu na obu końcach. Końce szyn 1są zbliżone do siebie przy dobrych krawędziach i dochodzą do siebie na odległość luzu L. Każda szyna 1 stanowi powtarzalny segment toru kolei podwieszonej i jest na obu końcach wyposażona w elementy złączne, służące do przegubowo-wychylnego połączenie sąsiednich szyn 1. Przy jednym końcu szyna 1 ma na dole występ 2, a na górze łukowy zaczep 3. Na drugim końcu szyna 1 posiada wnękową obejmę 4, usytuowaną u dołui nachodzącą na występ 2 szyny sąsiedniej, zaś na górze jest przytwierdzona kształtowa stopka 5 oraz hakowaty zaczep 6. W górnej części złącza znajdują się elementy podwieszenia toru kolei w postaci szakli 7 i sworznia poprzecznego 8.

Pomiędzy końcami sąsiadujących szyn 1 znajduje się klinowa szczelina stykowa 9 z wierzchołkiem usytuowanym w pobliżu dolnych krawędzi szyn 1, otwarta do góry. W takim położeniu szyn jezdnych 1, jakie przedstawia fig. 1, określanym jako położenie nominalne, zewnętrzne powierzchnie półek sąsiadujących szyn 1leżą w jednej płaszczyźnie, zaś kąt rozwarcia a szczeliny stykowej 9 przyjmuje wartość nominalną an = 6°. Kąt pochylenia b szczeliny stykowej 9, mierzony pomiędzy płaszczyzną normalną N do zewnętrznych powierzchni półek i płaszczyzną symetrii S szczeliny 9, jest większy od kąta rozwarcia a; w nominalnym położeniu szyn 1 nominalny kąt pochylenia bn jest dwa i pół razy większy od nominalnego kąta rozwarcia ani wynosi bn = 15°. W różnym wzajemnym usytuowaniu szyn jezdnych 1 rzeczywisty kąt rozwarcia a szczeliny stykowej 9 przyjmuje różne wartości, od wartości minimalnej zbliżonej do zera po wartość maksymalną wynoszącą 2an. Podobnie rzeczywisty kąt b pochylenia szczeliny stykowej 9 zmienia swoją wartość od najmniejszej do największej, ale jest on zawsze większy od rzeczywistego kąta rozwarcia a szczeliny 9. Strzałki na łukach kątów a i b oznaczają, że w warunkach pracy złącza szynowego rzeczywiste, chwilowe wartości tych kątów są zmienne.

Na fig. 1 linią przerywaną zaznaczono zarys koła napędowego kolei, które styka się ze średnikami szyn 1 wzdłuż swojej tworzącej. Pochylenie szczeliny stykowej 9 pod kątem b gwarantuje, że podczas przejścia koła napędowego przez szczelinę 9 koło to ma zawsze dobry kontakt ze środnikiem co najmniej jednej szyny jezdnej 1i nigdy nie wpada w szczelinę 9.

Szyna jezdna 1 kolei podwieszonej posiada na końcach powierzchnie czołowe 10 i 11 usytuowane skośnie względem zewnętrznych powierzchni półek. Obie powierzchnie czołowe 10 i 11 są odchylone od płaszczyzny N normalnej do zewnętrznych powierzchni półek w tę samą stronę lecz pod różnymi kątami skosu. Powierzchnia czołowa 10 na jednym końcu szyny 1jest odchylona pod kątem j = 18°, a powierzchnia czołowa 11 na drugim końcu jest odchylona pod kątem w = 12°. Takie zukosowanie czołowych powierzchni szyny 1 zapewnia utworzenie złącza szynowego ze szczeliną stykową 9 o optymalnej wartości nominalnego kąta rozwarcia an = 6° i nominalnym kącie pochylenia bn = 15°. Szyna 1 pozostaje przy tym wystarczająco wytrzymała w obrębie swych ostrych naroży 12 i 13, gdzie bryłowe kąty wynoszą odpowiednio 72° i 78°.

PL 192 513 B1

W przykładzie wykonania wynalazku opisano złącze szynowe i szynę jezdną usytuowane w prostoliniowym torze kolei. Analogiczne rozwiązanie złącza i szyny jezdnej według wynalazku może być również z powodzeniem zastosowane w torach zakrzywionych łukami w płaszczyźnie poziomej lub pionowej, albo z łukami występującymi jednocześnie w obu tych płaszczyznach.

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Złącze szynowe kolei podwieszonej, w którym sąsiadujące szyny są przy dolnych krawędziach połączone przegubowo-wychylnie, a pomiędzy końcami sąsiednich szyn znajduje się klinowa szczelina stykowa, otwarta do góry i usytuowana ukośnie względem zewnętrznych powierzchni półek szyn jezdnych, której kąt rozwarcia przyjmuje zadaną, nominalną wartość wtedy, kiedy zewnętrzne powierzchnie półek obu szyn leżą w jednej płaszczyźnie i może się zmniejszać lub zwiększać o wielkości w zasadzie równe wartości nominalnego kąta rozwarcia szczeliny, znamienne tym, że kąt (b) pochylenia szczeliny stykowej (9), zawarty pomiędzy płaszczyzną (N) normalną do zewnętrznych powierzchni półek szyny jezdnej (1) i płaszczyzną (S) symetrii szczeliny (9), jest większy od kąta rozwarcia (a) szczeliny stykowej (9) w całym zakresie wielkości tej szczeliny (9).

2. Złącze według zastrz. 1, znamienne tym, że kąt (b) pochylenia szczeliny stykowej (9) jest od dwóch do trzech razy większy od wartości nominalnego kąta (an) rozwarcia szczeliny (9), korzystnie jest on większy dwuipółkrotnie.

3. Szyna jezdna kolei podwieszonej, wykonana z odcinka dwuteownika, mająca na końcach powierzchnie czołowe usytuowane skośnie do zewnętrznych powierzchni półek, przy czym obie skośne powierzchnie czołowe są odchylone od płaszczyzny normalnej do zewnętrznych powierzchni półek w tę samą stronę lecz pod różnymi kątami skosu, znamienna tym, że kąt (j) skosu jednej powierzchni czołowej (10) jest mniej niż dwukrotnie większy od kąta (w) skosu drugiej powierzchni czołowej (11).

4. Szyna według zastrz. 3, znamienna tym, że stosunek wartości większego kąta skosu (j) do wartości mniejszego kąta skosu (w) zawiera się w przedziale od 1,4 do 1,7 i korzystnie stosunek ten równa się 1,5.