Многовариантное моделирование параметров конструкции упругих клемм в виде пружины кручения, с анализом их напряженно-деформированного состояния

    Основными современными промежуточными рельсовыми скреплениями на железнодорожных путях ОАО «РЖД» являются скрепления с упругими прутковыми клеммами. Конструкция данных скреплений, в том числе самих упругих прутковых клемм, продолжает постоянно развиваться. Одним из главных недостатков в-образных упругих клемм является неэффективное распределение монтажного усилия: на прижатие подошвы рельса направлено около половины от прикладываемого на болт (прикрепитель) усилия.
    В качестве перспективной конструкции упругой прутковой клеммы для промежуточных рельсовых скреплений рассмотрена клемма в виде пружины кручения (или витковая клемма), главным преимуществом которой является более удачная схема распределения прижимного усилия.
    В статье приведены результаты многовариантного моделирования геометрических параметров витковых клемм (42 шт.) с анализом их напряженно-деформированного состояния. Расчеты проведены с использованием программно-вычислительных комплексов SolidWorks и Ansys Workbanch.
    В результате расчетов многовариантных моделей выполнен анализ напряженно-деформированного состояния витковой клеммы и определены степени влияния интервалов варьирования геометрических параметров клеммы: шага витка клеммы (17–30 мм); диаметра прутка клеммы (12–20 мм); числа витков клеммы (1,4–3,4); диаметра витка клеммы (50–70 мм).
    Исходя из геометрии рельса, взаимного расположения предполагаемых элементов узла скрепления, обеспечения оптимального напряженно-деформированного состояния и как можно меньшей материалоемкости клеммы наиболее оптимальными параметрами конструкции упругих клемм в виде пружины кручения являются: диаметр витка 50 мм, количество витков полуклеммы 2,4; диаметр прутка 16 мм, шаг витка 17 мм.

1. Карюкин М. А. Многовариантное моделирование параметров конструкции упругих клемм современных рельсовых скреплений, с анализом их напряженно-деформированного состояния // Известия ПГУПС. 2023. № 3. С. 507–518.

2. Альбом элементов и конструкций верхнего строения пути : утвержден распоряжением ОАО «РЖД» от 19.12.2011. Москва, 2012.

3. Определение напряженно-деформированного состояния и усталостной прочности клемм ЖБР-3 / Л. Г. Крысанов, А. А. Дорошкевич, А. С. Антипов [и др.] // Повышение надежности работы верхнего строения пути в современных условиях эксплуатации : сборник научных трудов. Москва : Интекст, 2000. С. 93– 99. (Труды Всероссийского ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института железнодорожного транспорта).

4. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути : утверждена распоряжением ОАО «РЖД» № 2288/р от 14.11.2016. Москва, 2016. 286 с.

5. Инструкция по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути : утверждена распоряжением ОАО «РЖД» № 2544/р от 14.12.2016. Москва, 2016. 176 с.

6. Карпущенко Н. И., Антонов Н. И. Совершенствование рельсовых скреплений. Новосибирск : Издательство Сибирского государственного университета путей сообщения, 2003. 300 с.

7. Патент № 141875 Российская Федерация, МПК E01B 9/48 (2006.01). Устройство для крепления рельса : № 2014101576/11 : заявл. 20.01.2014 : опубл. 20.06.2014 / Величко Д. В., Антонов Н. И., Карпущенко Н. И. ; заявитель СГУПС. 5 с.

8. Патент № 162250 Российская Федерация, МПК E01B 9/48 (2006.01). Устройство для крепления рельса : № 2015150589/11 : заявл. 25.11.2015 : опубл. 27.05.2016 / Величко Д. В., Антонов Н. И., Карпущенко Н. И. ; заявитель СГУПС. 8 с.

9. Патент № 2744086 Российская Федерация, МПК Е01В 9/14 (2006.01), Е01В 9/30 (2006.01), Е01В 9/48 (2006.01). Анкерное рельсовое скрепление : № 2020130537 : заявл. 15.09.2020 : опубл. 02.03.2021 / Карюкин М. А., Величко Д. В., Банул В. В. ; заявитель СГУПС. 4 с.

10. ГОСТ Р 50753–95. Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из специальных сталей и сплавов. Общие технические условия : утвержден и введен в действие Постановлением Госстандарта России от 03.09.95 № 109. Москва : Госстандарт России, 1995. 36 с.

11. ГОСТ 13768–86. Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения I класса, разряда 3 из стали круглого сечения. Основные параметры витков. Москва : Издательство стандартов, 2008. 10 с.

12. ГОСТ 16118–70. Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения. Технические условия. Москва : Стандартинформ, 2005. 13 с.

13. Ливотов В. С., Просвиров А. С., Напалков А. В. Технологические расчеты упругих элементов. Руководящий технический материал. Часть 1. Поверочные расчеты пружин и пружинных колец. Волгоград, 2002. 16 с.

14. Величко Д. В., Антонов Н. И., Карюкин М. А. О разработке безрезьбовых скреплений // Путь и путевое хозяйство. 2020. № 6. С. 31–32.

15. Тензометрия в транспортном машиностроении / А. Н. Серьезнов, Л. Н. Степанова, С. И. Кабанов [и др.]. Новосибирск : Наука, 2014. 272 с.

16. Karyukin M. A., Velichko D. V. Turn contact device for low-maintenance rail fastening // Networked control systems for connected and automated vehicles. 2023. Vol. 1. Р. 337–346.