Композитная опорная стойка рельсового стыка

Изобретение относится к конструкции концевой стойки для использования в узлах изолированных рельсовых стыков, применяемых в системах рельсовых железнодорожных путей. Концевая стойка для узла рельсового стыка состоит из верхней части, основания и соединительной ножки между верхней частью и основанием. Верхняя часть стойки имеет профиль, в основном, идентичный профилям головок первого рельса и второго рельса узла рельсового стыка. В концевой стойке один или более из верхней части, основания и соединительной ножки содержит множество фрагментов из первого электроизоляционного материала. Фрагменты размещены на или во втором электроизоляционном материале. В свою очередь, фрагменты предпочтительно разнесены друг от друга и имеют, в основном, дискообразную или цилиндрическую форму. Также данные фрагменты предпочтительно сделаны из керамического материала, такого как диоксид циркония, оксид алюминия или нитрид кремния. Второй электроизоляционный материал содержит полимерный материал, такой как полиуретан. Таким образом, за счет конструктивного выполнения, стойка способна выдерживать сжимающую нагрузку, уменьшать динамическое напряжение, что обеспечивает лучшие эксплуатационные характеристики изолированного рельса и более продолжительный срок службы. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка касается прав на преимущество предварительной патентной заявки США №61/155,478, поданной 25 февраля 2009 года настоящими авторами изобретения, которая включена в настоящую заявку в качестве ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к конструкции концевой стойки для использования в узлах изолированных рельсовых стыков, применяемых в системах рельсовых или железнодорожных путей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ - ОБЛАСТЬ РАСКРЫТИЯ

Узел рельсового стыка соединяет смежные секции рельсового пути посредством механического сращивания концов рельс. Известные узлы рельсового стыка, обычно, представляют собой стыковые рельсовые накладки, которые размещаются вдоль рельсов на рельсовых стыках с обеих сторон шейки рельсов и крепятся при помощи клея и/или болтов. Между концами рельс может помещаться разделитель, такой как концевая стойка, прокладка или другой разделитель. На линии соединения между концами рельс и между рельсовой стыковой накладкой и рельсом для усиления и изоляции стыка может быть помещена армирующая (усиливающая) стеклоткань.

В некоторых случаях требуется электрическая изоляция рельсового стыка, как например, для передачи сигналов, обнаружения лопнувших рельсов, отслеживания движения или определения местонахождения поезда. В этих случаях изолирующие материалы используются в качестве разделителя между концами рельсов, а также чтобы отделять стыковые накладки от рельсов.

Один типичный узел рельсового стыка описан в патенте США №3,100,080, выданном Fiechter, в котором раскрывается стыковая накладка, прикрепляемая с обеих сторон шейки рельса при помощи соединения сквозными болтами. Опорой для рельса служит шпала, и между шпалой и подошвой рельса находится рельсовая подкладка. В патенте США №3,381,892, выданном Eisses, раскрывается еще одна типичная конфигурация узла изолирующего рельсового стыка, имеющего стыковочную накладку с обеих сторон шейки рельса с изоляционной пастой между шейкой рельса и каждой стыковой накладкой. Кроме того, в патенте №4,773,590, выданном Dash et al., описывается использование полиуретановых или стекловолоконных концевых накладок в качестве элемента узла изолированного рельсового стыка. А также, в патенте США №3,727,838, выданном Bergsh, описывается электрически изолированная концевая стойка рельсовая стыковая, имеющая стальные лицевые пластины и, по меньшей мере, один, обладающий высокой прочностью на сжатие, листовой (тонкий) керамический разделитель, который при помощи клеевого соединения крепится с каждой лицевой стороны к лицевым стальным пластинам или к стальным листовым прокладкам и в котором, по меньшей мере, края концевой стойки по периферийной области защищены непроводящим полимерным покрытием, предпочтительно, посредством нанесения покрытия на всю концевую стойку.

Компоновки, известные из предшествующего уровня техники, создают определенные трудности, особенно когда концевые стойки из эластомерных материалов используются в середине изолированного рельсового стыка. В таком обычном изолированном рельсовом стыке концевая стойка не рассчитана на то, чтобы выдерживать нагрузку на конструкцию, и, как правило, используется только в качестве изолирующего разделителя. Основной причиной этого является отсутствие изоляционных материалов, которые конструктивно способны справляться с комплексной нагрузкой на рельсовый путь. Головки рельсов претерпевают пластическую деформацию под действием постоянной нагрузки по причине нарушения непрерывности рельса на стыке. Нарушение непрерывности рельса увеличивает динамические нагрузки и изгибающие усилия, что, в свою очередь, сокращает срок службы изолированных рельсовых стыков. Кроме того, подобное нарушение непрерывности также создает проблемы с техническим обслуживанием железнодорожных путей, поскольку требуется периодическая проверка и шлифовка области головки рельса.

Соответственно, желательно было бы обеспечить узел изолирующего рельсового стыка, в котором используется концевая стойка, показывающая механические характеристики, аналогичные стали, для предотвращения пластической деформации головки рельса и, таким образом, для увеличения срока службы рельсового стыка с одновременным уменьшением потребности в техническом обслуживании рельсового стыка. Более того, наиболее распространенной точкой начала ухудшения, приводящего к возникновению дефектов в изолированных рельсовых стыках, является область под головкой рельса. Эта область подвергается очень сильному динамическому напряжению во время действия динамической нагрузки, создаваемой колесами, и основной причиной, вызывающей это сильное динамическое напряжение, является неспособность концевых стоек выносить сжимающие нагрузки в области головки рельса во время действия динамической нагрузки. Таким образом, было бы желательно создать концевую стойку, которая способна выдерживать сжимающую нагрузку и которая уменьшает динамическое напряжение, создаваемое в этой области, что обеспечило бы лучшие эксплуатационные характеристики изолированного рельса и более продолжительный срок службы.

Эти и прочие преимущества рассматриваются в подробном описании предпочтительного(-ых) варианта(-ов) осуществления изобретения, которое приводится ниже.

Согласно первому аспекту, настоящее изобретение включает в себя концевую стойку для узла рельсового стыка, состоящую из верхней части, которая имеет профиль, в основном, идентичный формам сечений головок первого и второго рельсов узла рельсового стыка; основания; и соединительной ножки между верхней частью и основанием; в которой один или более из верхней части, основания и (соединительной) ножки включают в себя множество фрагментов из первого электроизоляционного материала, размещенных на или во втором электроизоляционном материале. Предпочтительно, каждый из множества фрагментов может быть расположен в отдельности в другом электроизоляционном материале. Кроме этого, каждый из множества фрагментов предпочтительно может иметь в основном дискообразную форму или форму, выбранную из группы, включающей в себя шестиугольную, цилиндрическую, овальную, неправильную дискообразную форму, сферическую и сферообразную форму. Кроме того, первый электроизоляционный материал предпочтительно может содержать керамический материал, а второй электроизоляционный материал предпочтительно может содержать полимерный материал.

В другом аспекте, первый электроизоляционный материал по настоящему изобретению содержит керамический материал, а второй электроизоляционный материал содержит полимерный материал. Кроме того, первый электроизоляционный материал предпочтительно может быть выбран из группы, состоящей из диоксида циркония (двуокись циркония), оксида алюминия и нитрида кремния, и/или второй электроизоляционный материал предпочтительно может содержать полиуретан.

В еще одном аспекте концевой стойки по настоящему изобретению, каждый из множества фрагментов предпочтительно может, кроме того, содержать материал из арамидных волокон, который находится на или в первом электроизоляционном материале. Дополнительно, первый электроизоляционный материал предпочтительно может быть выбран из группы, в которую входят диоксид циркония (двуокись циркония), оксид алюминия и нитрид кремния, и/или второй электроизоляционный материал предпочтительно может содержать полиуретан.

В еще одном аспекте концевой стойки по настоящему изобретению, предпочтительно вводится поверхностный активационный агент для усиления сцепления между в основном дискообразными фрагментами и полимерным материалом. Кроме того, поверхностный активационный агент предпочтительно может содержать полисилан.

В дополнительном аспекте, настоящее изобретение включает в себя концевую стойку для узла рельсового стыка, содержащую верхнюю часть, которая имеет профиль, в основном, идентичный формам профилей головки первого и второго рельса узла рельсового стыка; основание; и соединительной ножки между верхней частью и основанием; в которой верхняя часть, основание и соединительная ножка представляют собой цельнолитой элемент из полимерного материала или из стекловолокнистого материала, и в котором множество в основном дискообразных керамических фрагментов находятся на верхней части и основании или в них. Предпочтительно, каждый из множества, в основном, доскообразных фрагментов может быть отделен от других элементов. Множество в основном дискообразных разнесенных керамических фрагментов также может находиться и в соединительной ножке. Кроме того, концевая стойка предпочтительно также может содержать поверхностный активационный агент, как например полисилан, для усиления сцепления между в основном дискообразными керамическими фрагментами и полимерным материалом или стекловолокнистым материалом. Кроме того, каждый из множества, в основном, дискообразных керамических фрагментов предпочтительно сделан из материала, выбранного из группы, в которую входят диоксид циркония, оксид алюминия и нитрид кремния, а второй электроизоляционный материал предпочтительно может содержать полиуретан.

Еще в другом аспекте, концевая стойка по настоящему изобретению предпочтительно может также содержать материал из арамидных волокон, который находится на каждом из множества в основном дискообразных керамических фрагментах или в них.

В другом аспекте концевой стойки по настоящему изобретению, один или более из верхней части, соединительной ножки и основания имеют первую и вторую лицевую сторону, предпочтительно покрытую слоем материала из арамидных волокон.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Чтобы настоящее раскрытие можно было легко понять и осуществить, настоящее раскрытие будет описано в целях иллюстрации, а не ограничения, в связи со следующими фигурами, где:

Фиг.1 представляет вид спереди концевой стойки по одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 представляет вид в перспективе концевой стойки на на фиг.1, и

Фиг.3 представляет другой вид спереди концевой стойки, изображенной на фиг.1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА (ВАРИАНТОВ) ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В следующем далее подробном описании приводятся ссылки на сопровождающие примеры и фигуры, которые являются частью настоящей заявки, и на которых для иллюстрации изображены конкретные варианты осуществления, в которых может быть реализован предмет изобретения. Эти варианты осуществления описываются достаточно подробно, чтобы дать возможность специалистам в данной области техники применять его, и должно быть понятно, что могут быть использованы другие варианты осуществления, и что конструктивные или логические изменения могут быть сделаны без отклонения от объема предмета изобретения. Такие варианты осуществления объекта изобретения могут называться отдельно и/или совместно как «изобретение», единственно, для удобства и без намерения произвольно ограничить объем настоящей заявки на изобретение в отношении любого отдельного изобретения или идеи изобретения, если фактически раскрыто более одного варианта.

Нижеследующее описание поэтому не должно восприниматься в смысле ограничения, и объем предмета изобретения определяется пунктами формулы изобретения или их эквивалентами.

На фиг.1-3 показана концевая стойка 10 согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, в котором верхняя часть 12, соединительная ножка 14 и основание 16 предпочтительно сделаны, в целом, из эластомерного или полимерного материала, такого как пластик, и включающие в себя эластомеры, такие как полиуретан и/или подходящие материалы. Если вместо эластомерной требуется жесткая концевая стойка 10, предпочтительно использование для концевой стойки стекловолкнистого материала G10. Как эластомерный, так и жесткий стекловолокнистый материал доступны в промышленном масштабе для использования в концевых стойках 10. Кроме того, полимерный или эластомерный материал концевой стойки 10 служит в качестве основы (матрицы) для использования различных материалов в верхней части 12 и в основании 16, чтобы обеспечить прочность на сжатие концевой стойки 10. Предпочтительно, чтобы другой материал мог содержать цилиндрические или дискообразные фрагменты 18 или фрагменты другой подходящей формы второго электроизоляционного материала как, например, керамического материала, который может включать в себя двуокись циркония или цирконий диоксид (ZrO₂), окись алюминия или оксид алюминия (Аl₂O₃) или нитрид кремния (Si₃N₄). Фрагменты 18 могут быть также сделаны из другого электроизоляционного материала, подходящего для обеспечения требуемой прочности на сжатие. Кроме того, фрагменты 18 могут иметь или определять другие формы, например, как шестиугольную или в форме неправильного дискообразного цилиндра или сферы, или в форме сферы. Предпочтительно, чтобы фрагменты 18 имели толщину примерно 0,222 дюйма, обеспечивающая предпочтительно конечную толщину концевой стойки 10 примерно 0,25 дюйма, когда между концами рельса и керамическими фрагментами 18 используется защитный материал. Фрагменты 18 предпочтительно имеют размер в диаметре 3/8 дюйма и располагаются на расстоянии 3/8 дюйма от внешнего контура концевой стойки 10, чтобы предотвратить их контакт колесами поезда и обеспечить стандартные способы шлифования рельс.

Композитная конструкция верхней части 12 и основания 16, содержащая керамические фрагменты 18, упорядоченные в полимерном или эластомерном материале, используются для преодоления потенциальных недостатков, которые могут быть связаны с более крупными листами или фрагментами из относительно хрупких материалов, таких как керамика, который склонны проявлять неконтролируемое развитие дефекта, когда трещина, вызывающая дефект, может быть остановлена в развитии на очень коротком расстоянии, давая появление дефекта в форме «откалывания» небольших частиц, или та же самая трещина может проходить через весь участок части, вызывая незамедлительное и полное разрушение. Несмотря на то что на чертежах не показано, такая композитная конструкция в верхней части 12 и основании 16 может применяться в соединительной ножке 14. Композитная конструкция концевой стойки, таким образом, обеспечивает такое резервирование, что даже если один или более фрагментов полностью разрушены, разрушение будет в этих отдельных фрагментах 18 и можно избежать полного разрушения всех керамических фрагментов.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения фрагменты 18 могут покрываться слоем 20 материала из волокон Kevlar® или других арамидных волокон или им эквивалентных, чтобы обеспечить дополнительную прочность и защиту частиц 18. Такие материалы из арамидных волокон являются высокопрочными материалами и служат для обеспечения прокладки (подушки), чтобы защитить гладкие поверхности частиц 18 от грубых стальных поверхностей стыкуемых концов рельс узла рельсового стыка.

Предпочтительно, чтобы массив фрагментов 18 сначала предварительно компоновался в сплошном или сетчатом листе из арамидного волокнистого материала, как например, ткань Kevlar®, в определенной конфигурации в соответствии с геометрией концевой стойки 10. Таким образом, все наружные поверхности одной или обоих из лицевых сторон верхней части 12, соединительной ножки 14 и/или основания 16 могут быть покрыты материалом из арамидных волокон, таким как Kevlar®. Другим вариантом является покрытие материалом Kevlar® контактирующих поверхностей отдельных фрагментов 18, однако трудно работать с элементами из ткани Кевлар® небольших размеров. Таким образом, предварительно скомпонованные фрагментов 18 на материале Kevlar® предпочтительно помещаются в форму, соответствующую геометрии концевой стойки 10, и в нее заливается полиуретановый материал. Процесс формовки в форме открытого типа имеет недостатки, поскольку полиуретан не обтекает все геометрические формы формуемой детали и образует пустоты. Этих недостатков можно избежать путем заливки полиуретана в несколько этапов для покрытия определенных областей порциями, однако этот подход может оказаться неосуществимым для крупносерийного производства. Таким образом, формовка концевых стоек 10 под действием вакуума может оказаться предпочтительной для обеспечения полного проникновения полиуретана по всем композитным частям концевой стойки 10. Кроме того, сцепление между керамическими фрагментами 18 и эластомерной матрицей концевой стойки 10 предпочтительно усиливается поверхностными активационными агентами, такими как полисиланы.

В другом предпочтительном варианте осуществления концевая стойка 10 предпочтительно сконструирована посредством сверления отверстий в одном или более верхней части 12, соединительной ножки 14 и основании 16 ранее изготовленной концевой стойки 10, предпочтительно сделанной из эластомерного или стекловолокнистого материала, чтобы создать посадку с натягом между керамическими фрагментами 18, вставляемыми в такие отверстия.

Керамические шайбы - с эпоксидным клеем или без него - предпочтительно затем вставляются в керамические фрагменты 18 и/или между каждым из керамических фрагментов 18 и границей соответствующего отверстия для него. Этот способ производства отлично подходит в том случае, когда в конструкции концевой стойки 10 не используется защитный слой из ткани 20.

Кроме того, концевая стойка 10 может представлять собой однокомпонентную конструкцию или многокомпонентную конструкцию, в которой предпочтительно используются шпонки (не показаны) Т-образной формы или иной подходящей формы для создания посадки с натягом между верхней частью 12 и соединительной ножкой 14, а также между соединительной ножкой 14 и основанием 16. Соединение сваркой или другие известные способы - отдельно или в дополнение к посадке с натягом - также могут использоваться для сборки концевой стойки 10 из верхней части 12, соединительной ножки 14 и основания 16.

В приведенном выше подробном описании различные признаки сгруппированы вместе в один вариант осуществления для упрощения раскрытия. Подобный способ раскрытия не должен толковаться как отражение намерения, что заявленные варианты осуществления изобретения требуют больше признаков, нежели прямо указано в каждом пункте формулы изобретения. Скорее, как отражает приведенная далее формула изобретения, сущность изобретения заключается не во всех признаках одного раскрытого варианта осуществления. Таким образом, приведенная далее формула изобретения настоящим включается в подробное описание, при этом каждый пункт формулы изобретения сам по себе является отдельным вариантом осуществления изобретения.

1. Концевая стойка для узла рельсового стыка, состоящая из
верхней части, которая имеет профиль, в основном, идентичный формам сечений головок первого и второго рельсов узла рельсового стыка;
основания; и
соединительной ножки между верхней частью и основанием;
в которой один или более из верхней части, основания и соединительной ножки включают в себя множество фрагментов из первого электроизоляционного материала, размещенных на или во втором электроизоляционном материале,
в которой каждый из множества фрагментов может иметь, в основном, дискообразную форму или, в основном, цилиндрическую форму,
в которой первый электроизоляционный материал содержит керамический материал и второй электроизоляционный материал содержит полимерный материал, и
которая содержит поверхностный активационный агент для усиления сцепления между, в основном, дискообразными фрагментами и полимерным материалом.

2. Концевая стойка по п.1, в которой поверхностный активационный агент содержит полисилан.

3. Концевая стойка для узла рельсового стыка, состоящая из
верхней части, которая имеет профиль, в основном, идентичный формам сечений головок первого и второго рельсов узла рельсового стыка;
основания; и
соединительной ножки между верхней частью и основанием;
в которой один или более из верхней части, основания и соединительной ножки включают в себя множество фрагментов из первого электроизоляционного материала, размещенных на или во втором электроизоляционном материале,
в которой каждый из множества фрагментов также содержит материал из арамидных волокон, помещенный в или на первом электроизоляционном материале, и
которая содержит поверхностный активационный агент для усиления сцепления между, в основном, дискообразными фрагментами и полимерным материалом.

4. Концевая стойка по п.3, в которой поверхностный активационный агент содержит полисилан.

5. Концевая стойка для узла рельсового стыка, содержащая
верхнюю часть, которая имеет профиль, в основном, идентичный формам профилей головки первого и второго рельса узла рельсового стыка;
основание; и
соединительную ножку между верхней частью и основанием;
в которой верхняя часть, соединительная ножка и основание представляют собой цельнолитой элемент из стекловолокнистого материала, и в котором множество, в основном, дискообразных керамических фрагментов находятся на верхней части и основании или в них.

6. Концевая стойка по п.5, в которой множество, в основном, дискообразных керамических фрагментов разнесены друг от друга.

7. Концевая стойка по п.5, в которой множество, в основном, дискообразных разнесенных керамических фрагментов находится в соединительной ножке.

8. Концевая стойка по п.5, которая также содержит материал из арамидных волокон, который находится на каждом из множества в основном дискообразных керамических фрагментах или в них.

9. Концевая стойка по п.5, в которой один или более из верхней части, соединительной ножки и основания имеют первую и вторую лицевые поверхности, покрытые слоем материала из арамидных волокон.

10. Концевая стойка по п.7, в которой один или более из верхней части, соединительной ножки и основания имеют первую и вторую лицевые поверхности, покрытые слоем материала из арамидных волокон.

11. Концевая стойка по п.5, которая также содержит поверхностный активационный агент для усиления сцепления между в основном дискообразными керамическими элементами и полимерным материалом или стекловолоконным материалом.

12. Концевая стойка по п.11, в которой поверхностный активационный агент содержит полисилан.

13. Концевая стойка по п.5, в которой каждый из множества, в основном, дискообразных керамических фрагментов сделан из материала, выбранного из группы, в которую входят диоксид циркония, оксид алюминия и нитрид кремния, а полимерный материал содержит полиуретан.