Зубатая шпала
TOOTHED SLEEP

Изобретение относится к конструкции подрельсовых оснований и может быть использовано для изготовления шпал, применяемых в верхнем строении железнодорожного пути, преимущественно бесстыкового.
Общеизвестны деревянные шпалы, имеющие форму бруса прямоугольного сечения (см. «Общий курс железных дорог» под ред. Ю.И. Ефименко, М., 2005 г., стр. 55…56).
К их недостаткам относится сравнительно небольшой срок службы и значительный расход древесины.
Известны также предварительно напряженные струнобетонные брусковые шпалы (С.В. Амелин, Л.М. Дановский «Путь и путевое хозяйство», «Транспорт», Москва, 1972 г., стр. 31). Рельсовые опоры этой конструкции кроме малой упругости, электропроводности, хрупкости, большого веса имеют еще один существенный недостаток, который заключается в слабом усилии сдвига в балласте верхнего строения железнодорожной колеи. Поэтому всегда есть возможность угона и выброса рельсошпальной решетки бесстыкового пути и создания аварии движущегося состава. То есть наиболее опасным из недостатков конструкции бетонных опор бесстыковой железнодорожной колеи является их низкий коэффициент сцепления со щебнем. Так, например, в автореферате диссертации Залавского Н.И. «Разработка методов контроля в системе обеспечения устойчивости бесстыкового пути», 2007 г., Ростовский государственный университет путей сообщения, приводятся разительные цифры, характеризующие состояние бесстыкового пути в США: «В США ежегодно происходит более тысячи выбросов, из которых десятая часть приводит к сходам подвижного состава».
Для увеличения усилия сдвига шпал нужно размещать, например, на их подошве зубцы, которые благодаря «прорезанию», по аналогии с зубьями бороны при обработке почвы, уплотненного слоя балласта, могут многократно увеличить сопротивление перемещения рельсовых опор в щебне призмы верхнего строения железнодорожного пути. Такая конструкция применяется, например, в патентах RU 2422575, RU 2504610, RU 2536433.
Наиболее близким по сущности является техническое решение, указанное в патенте RU 2504610. Принимаем его за прототип. Его недостатки заключаются в значительной трудоемкости и технологической сложности работ по закреплению зубьев на подошве, передаче на нее изгибающих моментов от зубьев при эксплуатации в пути, снижении по этой причине, а также и из-за появления крепежных отверстий в теле рельсовой опоры, прочностных параметров и долговечности шпалы.
Целью изобретения является устранение этих недостатков.
Указанная цель достигается тем, что зубатая шпала подрельсового основания железнодорожного пути содержит плиту с зубьями, которая размещена на подошве рельсовой опоры и закреплена на ней с помощью хомута, охватывающего верхнюю и боковые поверхности тела шпалы.
То есть в заявленном изобретении на нижней поверхности шпалы устанавливают зубатый элемент, состоящий, например, из стальной плиты, прижатой к подошве рельсовой опоры с помощью хомута с крепежными элементами, охватывающего тело шпалы по бокам и верхней поверхности шпалы, а зубья из арматурной стали приваривают к противоположной стороне плиты. Такая металлическая конструкция обладает простотой, минимальной стоимостью и не снижает прочностных характеристик шпалы. Возможно изменение материала зубатого элемента, например, на пластмассу.
Крепление плиты к подошве шпалы можно выполнить с помощью, например, болтов, шпилек, дюбелей. Но такие доработки более трудоемки, дороги и приводят к необходимости образования дополнительных отверстий в шпале, значительному снижению прочности, долговечности, что недопустимо.
Крепление с помощью хомута, который охватывает шпалу по контуру поперечного сечения и прижимает плиту к подошве рельсовой опоры при затягивании крепежных элементов, например шпилек хомута, опирающегося на верхнюю поверхность шпалы, является наиболее простым, дешевым, надежным и не приводит к изменению тела самой железобетонной или деревянной шпалы, которая остается стандартной, конструктивно прежней и неизмененной.
Конструкция узла крепления может быть следующей. Пластина с приваренными по ее концами стяжными шпильками изогнута и повторяет контур верхней и боковых поверхностей поперечного сечения тела шпалы. Шпильки вставляются в 2 выступающих наружу по бокам шпалы отверстия плиты, которые расположены симметрично относительно продольной оси шпалы и на расстоянии друг от друга, превышающем ширину подошвы на 10…30 мм. Затем с помощью закручивания гаек зубатый элемент плотно поджимается и закрепляется на нижней поверхности рельсовой опоры. Размеры плиты прямоугольной формы могут быть 300×100×5, где 5 мм - ее толщина. Продольная ось плиты должна быть перпендикулярна продольной оси шпалы. К плите могут быть приварены 5…10 стержней из арматурной стали диаметром 10 мм и длиной 100 мм, выполняющих функцию зубьев.
Размещение зубатой плиты возможно в любой зоне подошвы. То есть зубатый элемент является переставляемым, подвижным. Для этого нужно ослабить натяжение хомута до появления зазора между плитой и нижней поверхностью шпалы и переместить плиту на новое место. После этого затянуть гайки хомута до упора, прижать плиту к подошве, зафиксировав зубатый элемент в нужном участке. Наиболее эффективным является размещение его в подрельсовых зонах, а также средней части подошвы рельсовой опоры.
Плита может выполнять функцию не только основания для крепления зубьев, но и функцию выступа зубатого элемента. Поэтому толщина плиты может составлять от 2 до 100 мм, а при значениях толщины, превышающих 20…30 мм, плита может быть полой.
Предлагаемое техническое решение может быть использовано не только для рельсовых опор брускового типа, но и для, например, двухблочных, соединенных между собой стержнями.
Применение данного изобретения позволяет многократно увеличить усилие сдвига шпалы в балласте, исключить потерю температурной устойчивости и выбросы бесстыкового железнодорожного пути при незначительном увеличении цены изделия на 5…10%.