RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 207429 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 370620 (51) Int.Cl. B23P 21/00 (2006.01) E01B 29/00 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 11.10.2004 (54) Sposób wykonania bezstykowych torów szynowych (43) Zgłoszenie ogłoszono: 18.04.2006 BUP 08/06 (73) Uprawniony z patentu: DOLNOŚLĄSKIE PRZEDSIĘBIORSTWO NAPRAW INFRASTRUKTURY KOMUNIKACYJNEJ DOLKOM SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Wrocław, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.12.2010 WUP 12/10 (72) Twórca(y) wynalazku: JORDAN ŚWIERCZEWSKI, Wrocław, PL RYSZARD STASZEK, Wrocław, PL KRZYSZTOF SZAROWICZ, Świdnica, PL JANUSZ CZUBAK, Wrocław, PL PL 207429 B1
2 PL 207 429 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób wykonania bezstykowych torów szynowych z jednakowymi naprężeniami termicznymi we wszystkich szynach. Znanym sposobem bezstykowe tory szynowe wykonywane są następująco: Na przygotowanym podtorzu i ułożonych podkładach rozkłada się szyny długie do montażu bezstykowego toru jezdnego. Montaż może być wykonywany jednym z dwóch wariantów, a mianowicie: wyznaczony odcinek torów wykonywany jest odrębnie dla jednego i drugiego toku szynowego lub obydwa toki szynowe wykonywane są jednocześnie. Proces łączenia szyn powinien być przeprowadzany w określonym zakresie temperatury neutralnej, wynoszącej od: +15 C do +30 C. Przy montażu pierwszej szyny, jeden jej koniec przytwierdza się na odcinku oporowym do podkładów, natomiast do drugiego końca szyny przymocowuje się złącze siłowe hydraulicznego urządzenia ściskająco-rozciągającego, znanego z polskiego opisu patentowego nr 170928 lub urządzenia firmy Geismar albo firmy Plasser i ustawia się szynę we właściwe położenie. Następnie włącza się urządzenie, a złącze siłowe naprężając szynę, powoduje jej wyprostowanie. Po wyprostowaniu szyny, przy wykonywaniu łączenia szyn w temperaturach niższych od temperatury neutralnej, szyny wydłuża się o taką dowolną wielkość, jaka odpowiada wielkości jednej z zakresu temperatur neutralnych, a następnie łączy się je nierozłącznie za pomocą spoin termitowych sposobem spawania znanym z polskiego opisu patentowego nr 173818 oraz przymocowuje do podkładów śrubami lub uchwytami sprężystymi. Bezpieczna i bezawaryjna eksploatacja toru bezstykowego pod obciążeniem będzie, wówczas gdy zapewnione zostaną odpowiednie warunki geometryczne, właściwe zaprojektowanie i wykonanie torów, które pod wpływem zaistniałych obciążeń statycznych i dynamicznych nie ulegną zmianom wynikłym z naprężeń termicznych. Niezbędnym jest również spełnienie warunku, aby siła oporu, będąca składową wszystkich sił oporu elementów nawierzchni torowej wraz z podsypką, była większa od sił powstałych w szynach długich od naprężeń termicznych. Najmniejsze stałe naprężenia termiczne w szynach podczas eksploatacji może jedynie zapewnić ich montaż w jednej konkretnej temperaturze zbliżonej do maksymalnych i minimalnych temperatur polskiej strefy klimatycznej, mieszczącej się w zakresie: od +20 C do +25 C. Przy wzrostach i spadkach temperatury zewnętrznej temperatura taka gwarantuje optymalnie naprężenia termiczne w bezstykowych szynach jezdnych. Aktualne przepisy i instrukcje branżowe dopuszczają i zalecają przeprowadzanie montażu, regulacji naprężeń, łączenia szyn długich oraz ich przymocowania do podkładów przy temperaturze szyny wynoszącej: od +15 C do +30 C. Jednak wykonanie tych prac na dłuższym odcinku torów odbywa się w okresie kilkunastu dni, w których temperatury, chociaż mieszczą się w wymaganym zakresie, lecz różnią się znacznie, co powoduje wprowadzenie w zamontowanych szynach stanu naprężeń termicznych, o różniących się wartościach. Sytuacja taka podczas eksploatacji torów bezstykowych powoduje kumulację naprężeń termicznych o nieznanych wielkościach, będących nawet na granicy wytężenia materiału szyn jezdnych, a w skrajnych przypadkach może być przyczyną pęknięć szyn lub innych uszkodzeń. Sposób wykonania bezstykowych torów szynowych według wynalazku polega na tym, że gdy temperatura rzeczywista podczas łączenia szyn t rzecz jest niższa od temperatury wymaganej t wym, ustalonej korzystnie z zakresu temperatur: od +20 C do +25 C, rozciąga się siłą N poszczególne łączone szyny długie, o wielkości wynikające z ich wydłużenia termicznego ΔL dla różnicy temperatur t wym -t rzecz, a następnie w tym stanie wydłużenia łączy się końce szyn nierozłącznie poprzez zespawanie. Natomiast gdy temperatura rzeczywista podczas łączenia szyny t rzecz jest wyższa od ustalonej jako stała dla całego procesu łączenia temperatury wymaganej t wym, rozciąga się siłą N poszczególne łączone szyny o wielkości stanowiące ich wydłużenie termiczne ΔL dla różnicy temperatur t rzecz -t wym, a następnie w tym stanie wydłużenia łączy się końce szyn nierozłącznie poprzez zespawanie. W przypadku wykonywania regulacji naprężeń do jednolitej wartości w już zamontowanych szynach, przy temperaturze rzeczywistej t rzecz większej od temperatury wymaganej t wym, skraca się końce łączonych szyn o wielkość wydłużenia termicznego ΔL dla różnicy temperatur t rzecz -t wym. Następnie wydłuża się szynę siłą N do momentu uzyskania między szynami luzu spawalniczego oraz w tym stanie naprężenia łączy się końce szyn nierozłącznie poprzez zespawanie. Natomiast, gdy temperatura rzeczywista podczas łączenia szyny t rzecz jest równa temperaturze wymaganej t wym, ustalonej korzystnie z zakresu temperatur od +20 C do +25 C, łączy się końce szyn nierozłącznie poprzez zespawanie. Wielkości wydłużeń ΔL łączonych szyn przy temperaturze rzeczywistej mniejszej od temperatury wymaganej oraz wielkości skróceń ΔL końców łączonych szyn przy regulacji naprężeń termicznych
PL 207 429 B1 3 w istniejącym torze, gdy temperatura rzeczywista jest większa od temperatury wymaganej oblicza się z następującego wzoru: ΔL = αl (t wym -t rzecz ) gdzie: α - oznacza współczynnik rozszerzalności liniowej materiału szyny, L - długość szyny, t wym - temperatura wymagana, wzięta z korzystnego zakresu temperatur od +20 C do +25 C, t rzecz - temperatura rzeczywista podczas łączenia i przymocowania szyny. Wielkość siły N niezbędnej do uzyskania wymaganego wydłużenia ΔL szyny oblicza się według następującego wzoru: N= α E F (t rzecz -t wym ) w którym: α oznacza współczynnik rozszerzalności liniowej materiału szyny, E - współczynnik sprężystości materiału szyny, F - pole powierzchni przekroju szyny. Uzyskanie jednolitej wartości naprężeń w bezstykowym torze jezdnym sposobem według wynalazku można przeprowadzać w dwóch sytuacjach: W pierwszej, gdy montaż torów szynowych wykonywany jest po raz pierwszy. W drugiej, gdy regulację naprężeń termicznych przeprowadza się po wstępnej eksploatacji toru, co dodatkowo wymaga wykonania demontażu przytwierdzeń szyn do podkładów. Jeżeli temperatura rzeczywista podczas łączenia szyn i ich przytwierdzania do podkładów jest niższa od temperatury wymaganej, wówczas szyny wydłuża się metodą naprężania jednostronnego lub dwustronnego. Natomiast, przy regulacji naprężeń termicznych w istniejącym torze i gdy temperatura rzeczywista jest wyższa od temperatury wymaganej, wówczas należy zastosować metodę ściskania łączonych szyn, lecz nie stosuje się jej, zastępując ją skracaniem końców szyn, o wielkości wynikające z wydłużeń termicznych ΔL dla różnic temperatur t rzecz -t wym, a następnie wydłuża się je o taką samą wartość ΔL, co daje taki sam wynik przy znacznie mniejszych kosztach ekonomicznych i prawie żadnych problemach technicznych. Wykonanie bezstykowych torów szynowych sposobem według wynalazku zapewnia wymuszone uzyskanie jednolitej wartości naprężeń termicznych dla optymalnej temperatury, a tym samym znacznie zwiększa bezpieczeństwo podczas ich eksploatacji oraz pozwala na zwiększenie szybkości jazdy taboru kolejowego po tych torach. Wykonanie torów szynowych sposobem według wynalazku przedstawione jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia rzut poziomy torów wykonywanych metodą wydłużenia jednostronnego, a fig. 2 przedstawia rzut poziomy torów z wykonywaną regulacją naprężeń termicznych metodą wydłużenia dwustronnego. Sposób wykonania bezstykowych torów szynowych według wynalazku przedstawiony został w następujących przykładach: P r z y k ł a d I Bezstykowy tor szynowy, gdy temperatura rzeczywista podczas łączenia i przymocowania szyn jest niższa od temperatury wymaganej +22 C, wykonywany metodą wydłużenia jednostronnego, według fig. 1, realizowany jest w następujący sposób: - Szyny przymocowuje się do podkładów na długości 100 mb, które stanowią początkowy odcinek oporowy. Odcinek ten przeciwdziała sile N potrzebnej do wydłużenia szyny ΔL, którą wytwarza hydrauliczne urządzenie ściskająco-rozciągające, - Przejeżdża się wózkiem motorowym po tym odcinku toru w celu wyregulowania sił podłużnych w szynach przed ich montażem, - Osadza się szyny na rolkach dla zmniejszenia tarcia między szyną a przekładką, w odległości co 20 m dla szyn UIC 60 i co 15 dla szyn S 49, - Do szyn w miejscu planowanego ich połączenia 2 zamontowuje się złącza siłowe 1 urządzenia ściskająco-rozciągającego, - Dokonuje się pomiaru temperatury rzeczywistej w szynie, - Oblicza się wartość wydłużenia szyny ΔL oraz wartość wymaganej siły wydłużającej N, dla konkretnej temperatury wymaganej twym z zakresu od +20 C do +25 C, korzystnie +22 C,
4 PL 207 429 B1 - Nastawia się w urządzeniu wartość obliczonej siły wydłużającej N, włącza się urządzenie i wydłuża się szyny o wartość obliczonego wydłużenia ΔL, - Po uzyskaniu wymaganego wydłużenia ΔL szyn złącze siłowe 1 pozostaje włączone i podczas jego włączenia usuwa się rolki spod szyn, ostatecznie przymocowuje się oba toki szynowe do pokładów oraz wykonuje się zespawanie końców wydłużanych szyn z końcami następnie montowanych szyn, a po ich ostygnięciu wyłącza się złącze siłowe 1. P r z y k ł a d II Bezstykowy tor szynowy, gdy temperatura rzeczywista podczas łączenia i przymocowania szyn jest wyższa od temperatury wymaganej +22 C, wykonywany metodą wydłużenia jednostronnego lub dwustronnego realizowany jest w następujący sposób: - Szyny jednostronnie lub dwustronnie przymocowuje się do podkładów na długości 100 mb, które stanowią początkowy odcinek oporowy, - Przejeżdża się wózkiem motorowym po tym odcinku toru w celu wyregulowania sił podłużnych w szynach przed ich montażem, - Osadza się szyny na rolkach dla zmniejszenia tarcia między szyną a przekładką, w odległości co 20 m dla szyn UIC 60 i co 15 m dla szyn S 49, - Do szyn każdego toku w miejscu planowanego ich połączenia 2 zamontowuje się złącza siłowe 1 urządzenia ściskająco-rozciągającego, - Dokonuje się pomiaru temperatury rzeczywistej w szynie, - Oblicza się wartość wydłużenia ΔL szyny oraz wartość wymaganej siły wydłużającej N, dla konkretnej temperatury wymaganej t wym z zakresu od + 20 C do 25 C, korzystnie +22 C, - Nastawia się w urządzeniu wartość obliczonej siły wydłużającej N, włącza się urządzenie i wydłuża się szyny o obliczoną wartość ΔL, - Po uzyskaniu wymaganego wydłużenia ΔL szyn, złącze siłowe pozostaje włączone, a podczas jego włączenia usuwa się rolki spod szyn, ostatecznie przymocowuje się oba toki szynowe do pokładów oraz wykonuje się zespawanie końców szyn, a po ich ostygnięciu wyłącza się złącze siłowe 1. P r z y k ł a d III Regulacja naprężeń do jednolitej wartości w zamontowanych szynach, gdy temperatura rzeczywista t rzecz podczas łączenia i przymocowania szyn jest wyższa od temperatury wymaganej t wym +22 C, wykonywany metodą wydłużenia dwustronnego, według fig. 2 realizowany jest w następujący sposób; - Szyny przymocowuje się dwustronnie do podkładów na długości 100 mb, które stanowią odcinek oporowy, - Przecina się toki w środku regulowanego odcinka lub rozkręca się zaciski szynowe, - Rozmontowuje się szyny od podkładów na odcinkach dziennego przerobu, - Przejeżdża się wózkiem motorowym w celu wyregulowania sił podłużnych w szynach przed ich montażem, - Skraca się końce łączonych szyn o wielkość stanowiącą ich wydłużenie termiczne ΔL dla różnicy temperatur t rzecz -t wym, - Osadza się szyny na rolkach dla zmniejszenia tarcia między szyną a przekładką, w odległości co 20 m dla szyn UIC 60 i co 15 dla szyn S 49, - Do szyn każdego toku w miejscu planowanego ich połączenia 2 zamontowuje się złącza siłowe 1 urządzenia ściskająco-rozciągającego, - Dokonuje się pomiaru temperatury rzeczywistej w szynie, - Oblicza się wartość wydłużenia ΔL szyn oraz wartość wymaganej siły wydłużającej N, dla konkretnej temperatury wymaganej t wym z zakresu od +20 C do +25 C, korzystnie +22 C. - Nastawia się w urządzeniu wartość obliczonej siły wydłużającej N, włącza się urządzenie i wydłuża się szyny do momentu uzyskania luzu spawalniczego, - Po uzyskaniu wymaganego wydłużenia ΔL szyn, złącze siłowe 1 pozostaje włączone, a podczas jego włączenia usuwa się rolki spod szyn, ostatecznie przymocowuje się oba toki szynowe do pokładów oraz wykonuje się zespawanie końców szyn, a po ich ostygnięciu wyłącza się złącze siłowe 1.
PL 207 429 B1 5 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wykonania bezstykowych torów szynowych, polegający na ułożeniu na przygotowanym podtorzu szyn oraz nierozłącznym połączeniu ich końców, znamienny tym, że gdy temperatura rzeczywista podczas łączenia szyn t rzecz jest niższa od temperatury wymaganej t wym, ustalonej korzystnie z zakresu temperatur: od +20 C do +25 C, rozciąga się siłą N poszczególne łączone szyny długie, o wielkości wynikające z ich wydłużenia termicznego ΔL dla różnicy temperatur t wym -t rzecz, a następnie w tym stanie wydłużenia łączy się końce szyn nierozłącznie poprzez zespawanie. 2. Sposób wykonania bezstykowych torów szynowych, polegający na ustawieniu i nierozłącznym połączeniu końców szyn za pomocą spawania, znamienny tym, że gdy temperatura rzeczywista podczas łączenia szyn t rzecz jest wyższa od ustalonej jako stała dla całego procesu łączenia temperatury wymaganej t wym, ustalonej korzystnie z zakresu temperatur: od +20 C do +25 C, rozciąga się siłą N poszczególne łączone szyny o wielkości stanowiące ich wydłużenie termiczne ΔL dla różnicy temperatur t rzecz -t wym, a następnie w tym stanie wydłużenia łączy się końce szyn nierozłącznie poprzez zespawanie. 3. Sposób wykonania bezstykowych torów szynowych, polegający na ustawieniu i nierozłącznym połączeniu końców szyn za pomocą spawania, znamienny tym, że przy regulacji naprężeń termicznych w istniejącym torze, gdy temperatura rzeczywista podczas łączenia szyn t rzecz jest wyższa od ustalonej jako stała dla całego procesu łączenia temperatury wymaganej twym, ustalonej korzystnie z zakresu temperatur: od +20 C do +25 C, skraca się końce łączonych szyn długich, o wielkości stanowiące ich wydłużenie termiczne ΔL dla różnicy temperatur t rzecz - t wym, następnie rozciąga się łączone szyny siłą N, do momentu uzyskania luzu spawalniczego oraz w tym stanie wydłużenia łączy się końce szyn nierozłącznie poprzez zespawanie.
6 PL 207 429 B1 Rysunki Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.