ПОДРЕЛЬСОВАЯ ПРОКЛАДКА

Полезная модель относится к строительству железных дорог в части конструкции верхнего строения пути, а именно к конструкции подрельсовых прокладок, являющихся элементами рельсового скрепления, и может найти применение, например, в рельсовых скреплениях КБ-65, ЖБР, АРС и др.
Из уровня техники известна подрельсовая прокладка, представляющая собой рельефную прямоугольную пластину с чередующимися выступами и впадинами на верхней и нижней поверхностях и с четырьмя позиционирующими выступами, попарно расположенными на нижней поверхности пластины с противоположных ее сторон параллельно друг другу, при этом, чередующиеся выступы и впадины выполнены с чередованием как в продольном, так и в поперечном направлениях и расположены в узлах периодической решетки с квадратной ячейкой, причем выступы на верхней поверхности соответствуют впадинам на нижней поверхности так, что толщина пластины по существу, постоянна по всей ее поверхности, при этом, чередующиеся выступы и впадины как в продольном, так и в поперечном сечениях пластины образуют гладкую зигзагообразную кривую с одинаковыми периодом и амплитудой (см. патент RU №94235, МПК E01B 9/68, опубл. 20.05.2010).
Задача, на решение которой направлена известная конструкция, является повышение эффективности использования упругих свойств материала за счет обеспечения равномерного распределения нагрузок на весь объем материала прокладки.
Наличие указанных выступов и впадин, как на верхней, так и на нижней поверхностях рельефной прямоугольной пластины, более эффективно, гасит сдвиговые напряжения. Однако чередование выступов и впадин в периодической решетке со стороной 8 мм, как в известных конструкциях прокладок, укладываемых под подошву рельса Р65, приводит к уменьшению радиусов закругления у вершин выступов до величины менее 1 мм. В тяжелых условиях эксплуатации таких прокладок, вершины выступов рельефной прямоугольной пластины подвергаются смятию. Кроме того, плоский кант толщиной 10 мм уменьшает полезную площадь любого сечения подрельсовой прокладки по осям X и Y, так, что ее значительная часть не участвует в восприятии нагрузок.
Совокупность указанных конструктивных особенностей уменьшает момент инерции сечений рельефной прямоугольной пластины и сопротивление изгибающим усилиям для известной подрельсовой прокладки, а также не обеспечивает необходимую равномерность распределения напряжений по краям пластины, снижая эффективность использования упругих свойств материала и эксплуатационную стойкость изделия. Указанные недостатки ограничивают использование известно подрельсовой прокладки в тяжелых и особо тяжелых условиях эксплуатации при грузонапряженности участков магистральных железнодорожных линий 25-50 млн. ткм и выше, например, для рельсового скрепления КБ-65, ЖБР, АРС и др., в том числе, на железобетонных шпалах с рельсами типа Р-65 или Р-75.
Известна конструкция подрельсовой прокладки, выбранная в качестве ближайшего аналога, представляющая собой рельефную прямоугольную пластину с чередующимися выступами и впадинами на верхней и нижней поверхностях, расположенных в узлах периодической решетки с квадратной ячейкой и, с четырьмя позиционирующими выступами, попарно расположенными на нижней поверхности пластины с противоположных ее сторон параллельно друг другу, при этом, рельефная прямоугольная пластина снабжена ребрами жесткости преимущественно прямоугольного сечения, расположенными по краям длинных сторон указанной пластины, причем верхняя и нижняя поверхности ребер жесткости находятся в одной плоскости с вершинами указанных выступов соответственно на верхней и нижней поверхности рельефной прямоугольной пластины, а чередующиеся выступы и впадины на ее верхней и нижней поверхностях расположены в узлах периодической решетки к квадратной ячейкой со сторонами 9-11 мм, а боковые стороны ребер жесткости снабжены технологическими уклонами, величина которых составляет 15°, расположенными симметрично относительно средней плоскости пластины. При этом, известная подрельсовая прокладка выполнена из термоэластопласта (см. патент RU №103111, МПК E01B 9/68, опубл. 27.03.2011).
Известная конструкция подрельсовой прокладки предназначена для решения задачи повышения эффективности использования упругих свойств материала за счет обеспечения равномерного распределения нагрузки на весь объем материала прокладки.
Такая форма выполнения подрельсовой прокладки позволяет более эффективно использовать упругие свойства материала прокладки, поскольку указанная форма выступов и впадин обеспечивает возможность восприятия нагрузки не только за счет упругой деформации всестороннего сжатия материала, но и за счет упругой деформации изгиба, поскольку в данном случае выступы и впадины представляют собой пружинящие элементы. При этом из-за симметричной формы выступов и впадин обеспечивается равномерное распределение нагрузки на весь объем материала.
Однако, заявленные в известной конструкции размеры стороны квадрата периодической решетки 9-11 мм, в узлах которой расположены выступы и впадины, при толщине прямоугольной части прокладки, равной 10 мм, обеспечивает при сдавливании под действием проходящего состава не достаточно полное заполнение впадин материалом выступов, что не способствует приданию поверхности прокладки достаточной плоскостности и, в итоге, уменьшает площадь опорной поверхности со шпалой и рельсами и, как следствие, не обеспечивает достаточного сцепления между ними и увеличивает напряжение сжатия в прокладке и не обеспечивает ее защиту от износа.
Кроме того, технологический уклон наружных поверхностей ребер жесткости в известной конструкции, выбранный равным 15°, значительно снижает точность изготовления размеров изделия, обусловленную погрешностью от величины размера данного уклона, составляющей 5,358.
Выполнение в известной конструкции чередующихся выступов и впадин, как в продольном, так и в поперечном сечениях пластины, образующих гладкую зигзагообразную кривую, например, синусоиду с одинаковыми периодами и амплитудой, не обеспечивает достаточной защиты прокладки от износа. Это объясняется тем, что при сдавливании (деформации) под действием проходящего состава крайних рядов выступов, особенно крайних рядов со стороны пластины, расположенной перпендикулярно стороне, на которой расположены ребра жесткости (коротких сторон пластины), по причине отсутствия впадины со стороны, прилежащей к позиционирующим выступам, куда бы мог вытесняться материал выступов данных рядов, а также отсутствию ограничивающих конструктивных элементов с этих сторон пластины, приводит к вытеснению материала выступа данного крайнего ряда и, как следствие, к повышенному износу данного участка пластины.
Таким образом, техническим результатом, на решение которого направлена заявляемая полезная модель, является создание конструкции подрельсовой прокладки, обеспечивающей наиболее прочное сцепление прокладки со шпалой и рельсом, обладающей уменьшенным износом.
Дополнительным техническим результатом, на решение которого направлена заявляемая полезная модель, является повышение точности изготавливаемого изделия.
Указанные технические результаты достигается тем, что в конструкции прокладки подрельсовой, представляющей собой рельефную прямоугольную пластину с чередующимися выступами и впадинами на верхней и нижней поверхностях, расположенных в узлах периодической решетки с квадратной ячейкой и с четырьмя позиционирующими выступами, попарно расположенными на нижней поверхности пластины с противоположных ее сторон параллельно друг другу, при этом прямоугольная пластина снабжена ребрами жесткости, преимущественно прямоугольного сечения, расположенными по краям длинных сторон указанной пластины, согласно полезной модели, верхняя и нижняя поверхности ребер жесткости находятся не в одной плоскости с вершинами выступов на верхней и нижней поверхностях рельефной прямоугольной пластины, кроме того, крайние ряды пластины, по одному вдоль каждой из ее сторон, расположенных перпендикулярно сторонам, оснащенных ребрами жесткости, имеют амплитуду, меньшую амплитуды остальной поверхности рельефной прямоугольной пластины, при этом, высота ребер жесткости, составляет 9,25-10,45 мм, высота прямоугольной пластины кроме вышеуказанных крайних рядов, составляет 10,5-11, 8 мм, а сторона квадратной ячейки периодической решетки составляет 5,5-6,5 мм.
Боковые стороны ребер жесткости снабжены технологическими уклонами, расположенными симметрично относительно средней плоскости пластины и максимальная величина которых составляет 7,5°.
И, кроме того, заявляемая подрельсовая прокладка выполнена из термопластичного полиуретана.
Заявителем установлено, что именно выполнение верхней и нижней поверхностей ребер жесткости расположенными не в одной плоскости с вершинами выступов на верхней и нижней поверхностях рельефной прямоугольной пластины позволяет значительно снизить износ пластины.
Это, по мнению заявителя, обеспечивается благодаря тому, что вытесняемый при деформации материал пластины, располагается в углублении, образованном данной разницей в расположении этих поверхностей.
Выполнение крайних рядов пластины, по одному вдоль каждой из ее сторон, расположенных перпендикулярно длинным сторонам пластины (вдоль коротких сторон пластины), имеющими амплитуду, меньшую амплитуды остальной поверхности рельефной прямоугольной пластины, позволяет еще в большей степени снизить износ изделия в целом.
Это обеспечивается за счет уменьшения высоты выступов данных крайних рядов и, как следствие, уменьшения объема, образующего данные выступы материала, что практически исключает вытеснение материала выступов данных крайних рядов, что в итоге практически исключает износ данного участка пластины.
Заявителем экспериментально установлено, что именно благодаря выполнению высоты ребер жесткости, равной 9,25-10,45 мм, высоты прямоугольной пластины, кроме вышеуказанных крайних рядов, равной 10,5-11,8 мм, а стороны квадратной ячейки периодической решетки, равной 5,5-6,5 мм, обеспечивается наиболее прочное сцепление прокладки со шпалой и рельсом, при этом, прокладка обладает значительно меньшим износом.
По мнению заявителя и, это подтверждено множественными экспериментальными исследованиями, именно при заявленных размерах высоты ребер жесткости, стороны квадратной ячейки периодической решетки и заявленной высоте прямоугольной пластины при сдавливании прокладки при движении состава, обеспечивается наиболее полное заполнение впадин материалом выступов, что делает прокладку максимально плоской, что в свою очередь увеличивает максимально площадь опорной поверхности со шпалой и рельсом и, следовательно, увеличивает сцепление между ними. При этом значительно снижается напряжение сжатия в прокладке, и как следствие, это способствует ее защите от износа и повышению ее эксплуатационной стойкости.
Именно благодаря тому, что несущая поверхность пластины заявляемой толщины, представляет собой сложную форму, состоящую из пологих вершин выступов синусоидальной формы, которые расположены в узлах периодической решетки с квадратной ячейкой заявленного размера, она не имеет резких переходов для возникновения концентрации напряжения, что способствует повышению надежности и долговечности предложенной прокладки.
Кроме того, использование литьевых уклонов на боковых сторонах ребер жесткости, величиной максимум 7,5° и использование для изготовления подрельсовой прокладки термопластичного полиуретана, еще в большей степени способствует достижению заявленного технического результата. Это обеспечивается за счет того, что при сдавливании прокладки при движении состава, именно за счет использования эластичности заявленного материала и наличия именно заявленных величин уклонов на боковых сторонах ребер жесткости, обеспечивается придание прокладке максимально плоской формы, что в свою очередь еще в большей степени увеличивает площадь опорной поверхности со шпалой и рельсом и, следовательно, увеличивает сцепление между ними. Помимо этого, именно наличие дополнительных уклонов на боковых сторонах ребер жесткости обеспечивает достижение дополнительного технического результата: упрощение технологии изготовления предложенной подрельсовой прокладки, что в конечном итоге приводит к повышению качества и уменьшению себестоимости изготовления изделия. Кроме того, именно выбранные размеры технологических уклонов, обеспечивают повышение точности изготовления данных элементов изделия. Это обеспечивается за счет значительного снижения по сравнению с известной конструкцией погрешности общего размера от уклона. Для заявляемой конструкции данная погрешность составляет 2,897, в то время как погрешность от уклона в известной конструкции составляет 5,358.
Оптимальное значение высоты ребер жесткости, толщины подрельсовой прокладки и размера стороны квадратных ячеек чередующихся выступов и впадин в узлах периодической решетки в диапазоне определены по результатам лабораторных и технологических испытаний. Оптимальное значение размера ячеек и толщины подрельсовой прокладки составляет соответственно 6 и 11 мм, а указанные крайние значения являются допустимыми для решения поставленной задачи по повышению эксплуатационной стойкости подрельсовой прокладки.
Пример выполнения подрельсовой прокладки в соответствии с предложенной полезной моделью представлен на чертежах.
На фиг.1 представлена принципиальная схема подрельсовой прокладки в плане с одной из сторон, на фиг.2 сечение по А-А на фиг.1; на фиг.3 - принципиальная схема подрельсовой прокладки в плане с противоположной стороны; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.5 - фрагмент сечения В на фиг.2 - увеличено; на фиг.6 - сечение Г-Г на фиг.1 - увеличено.
Подрельсовая прокладка представляет собой рельефную прямоугольную пластину 1 с чередующимися выступами 2 и впадинами 3 на верхней и нижней поверхностях пластины 1, при этом выступы 2 и впадины 3 находятся в узлах периодической решетки с квадратной ячейкой со стороной С=5,5-6,5 мм. Прокладка содержит четыре позиционирующих выступа 4, попарно расположенных на нижней поверхности пластины 1 вдоль коротких ее сторон с противоположенных сторон пластины 1 параллельно друг другу.
Рельефная прямоугольная пластина 1 снабжена ребрами жесткости 5 преимущественно прямоугольного сечения с шириной B=13 мм, которые расположены по краям длинных сторон указанной пластины 1, причем верхняя и нижняя поверхности ребер жесткости 5 находятся не в одной плоскости с вершинами выступов 2 на верхней и нижней поверхностях рельефной прямоугольной пластины 1.
Крайние ряды 6 пластины 1, по одному вдоль каждой из ее сторон, расположенных перпендикулярно длинным ее сторонам, или сторонам, оснащенных ребрами жесткости 5, имеют амплитуду, меньшую амплитуды остальной поверхности рельефной прямоугольной пластины 1. В месте расположения данных крайних рядов 6, толщина пластины меньше толщины пластины на остальной ее поверхности. Высота ребер жесткости подрельсовой прокладки оставляет 9,25-10,45 мм. А высота (толщина) пластины, кроме мест расположения крайних рядов 6, составляет T=10,5-11,8 мм.
Боковые стороны ребер жесткости 5 снабжены технологическими уклонами 7, величина которых составляет максимально α=7,5°, расположенными симметрично относительно средней плоскости пластины 1 для обеспечения технологичности литья подрельсовых прокладок под давлением. Короткие стороны пластины 1 снабжены плоскими кантами 8 толщиной 5 мм.
Чередующиеся выступы 2 и впадины 3 как на верхней, так и на нижней поверхностях пластины 1 выполнены с чередованием, как в продольном, так и в поперечном направлениях. При этом выступы 2 на верхней поверхности соответствуют впадинам 3 на нижней поверхности пластины так, что толщина Т пластины 1, за исключением мест размещения крайних рядов 6 по одному с каждой стороны, расположенных вдоль коротких сторон пластины, постоянна. При этом, чередующиеся выступы 2 и впадины 3, как в продольном, так и в поперечном сечениях пластины 1 за исключением мест размещения вышеуказанных крайних рядов 6, образуют гладкую зигзагообразную кривую, например синусоиду с одинаковыми периодами и амплитудой. Оптимальный радиус округления при вершинах 2 и впадинах 3 составляет 1,5 мм.
Изготовление подрельсовых прокладок связано с процессом литья термопластичного полиуретана под давлением. Состав и характеристики используемого термопластичного полиуретана определяются с учетом всего комплекса заданных требований к изделию. Однородность формы и площади поперечного сечения прокладки, а также отсутствие острых углов в любом сечении пластины 1 способствуют при изготовлении прокладки плавному течению расплавленного полимера во время инжекции, равномерному заполнению всей формы, исключают вероятность возникновения дефектов, связанных с завихрениями расплава. Наличие на периферийных участках пластины 1 указанных литьевых уклонов 7, в свою очередь, исключает сложности при извлечении готового изделия. Это позволяет значительно упростить конструкцию пресс-формы и отказаться от системы толкателей. Указанные особенности изделия помимо высокой эксплуатационной стойкости изделия, обеспечивают высокое качество и сравнительно низкую себестоимость изготовления значительного количества подрельсовых прокладок предложенной конструкции.
При монтаже рельсового скрепления подрельсовая прокладка устанавливается и закрепляется между подошвой рельса и основанием (шпалой). Позиционирующие выступы 4 предназначены для безошибочного размещения прокладки на шпале. При прохождении подвижного состава подрельсовая прокладка упруго деформируется, при этом происходит равномерное распределение нагрузки на весь объем материала. Упругие свойства используемых материалов позволяют функционировать изделию в области линейной деформации, что способствует лучшему поглощению вибрации и ударов, и снижению шума.
Предложенная подрельсовая прокладка имеет достаточно большой ресурс в условиях предельных циклических нагрузок в тяжелых и особо тяжелых условиях эксплуатации, обеспечивая долговечность деталей скрепления рельсов и всего верхнего строения пути.
При использовании заявляемой прокладки с размерами толщины ребер жесткости 9,25-10,45, толщины прокладки, кроме мест расположения крайних рядов, 10,5-11,8 мм и размере стороны квадрата 5,5-6,5 мм эксплуатационная стойкость изделия увеличивается на 5%.