ЭЛАСТИЧНАЯ ПРОКЛАДКА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и касается железных дорог, в которых применяются рельсовые скрепления с эластичными прокладками, на которые опираются рельсы.
Известна эластичная прокладка [1, Патент RU 2451123] для рельсового скрепления, выполненная из упругого композиционного материала в виде пластины, верхняя и нижняя контактные стороны которой сформированы из упругих элементов с различной жесткостью, которые по высоте меньше пластины.
В ней упругие элементы с меньшей жесткостью имеют большую высоту относительно элементов, имеющих большую жесткость, и имеют различную высоту относительно друг друга. Кроме того, на упругих элементах выполнены канавки, равные по глубине, которые в поперечном сечении имеют трапециевидную форму с меньшим основанием внутрь, при этом большее основание составляет 0,3-3,0 толщины прокладки, а глубина канавок составляет 0,1-0,3 толщины прокладки.
Недостаток такой эластичной прокладки в том, что ее амортизационные свойства недостаточно эффективны для применения с целью сглаживания вибраций рельсов при прохождения тяжелогруженых железнодорожных составов. Это происходит потому, что в готовом к эксплуатации рельсовом скреплении, с затянутыми до существующих нормативов болтами, эластичная прокладка находится в условиях замкнутого объема, и в таком состоянии динамическая жесткость данной прокладки возрастает, поэтому ее способность снижать вибрации уменьшается, особенно в условиях отрицательных температур.
Более эффективна в этом отношении эластичная прокладка [2, Патент RU 2287038], выполненная в виде пластины, верхняя и нижняя контактные стороны которой сформированы из упругих элементов в виде впадин и демпфирующих выступов трапецеидальной формы, которые по высоте меньше пластины. При этом эластичная прокладка выполнена, по крайней мере, из двух видов пластмасс с различными показателями твердости и упругости: из твердой пластмассы выполнена жесткая основа прокладки, а, по крайней мере, одна из контактных сторон прокладки сформирована хотя бы из одного вида упругой пластмассы.
Так как такая эластичная прокладка содержит основание и демпфирующие выступы, образованные из разных материалов, то это усложняет ее конструкцию и технологию изготовления, удорожая процесс производства, что отрицательно сказывается на конечной стоимости данного изделия.
Кроме того, сочетание как минимум двух различных материалов при воздействии нагрузок, тем более циклических и высокочастотных, ведет к различным деформациям этих материалов. Соответственно, на их границах неизбежно возникают микротрещины, расслоения и прочие разрушения. Усугубляет подобные процессы разрушения воздействия окружающей среды, такие как резкие перепады температур, попадание жидкости в микротрещины, расслоения и прочие разрушения, что ускоряет процесс разрушения изделия.
Проще по конструкции и изготовлению, меньше по трудозатратам, а также более надежна в эксплуатации, принятая за прототип полезной модели, эластичная прокладка [3, Патент RU 2173370] в виде пластины из эластичной пластмассы или резины. Нижняя контактная сторона эластичной прокладки сформирована из выступов, загнутых по краям тонкой пластины и фиксирующих эластичную прокладку в рельсовом скреплении. Верхняя контактная сторона эластичной прокладки имеет поверхность, которая частично определяется, по крайней мере, приблизительно, простой и/или составной тригонометрической синусоидальной и/или косинусоидальной функцией так, что верхняя контактная сторона эластичной прокладки сформирована из демпфирующих выступов, которые по высоте меньше пластины, и впадин, расположенных поочередно и плавно переходящих друг в друга. Однако такая эластичная прокладка-прототип [3], недостаточно проста по конструкции и технологии изготовления, а также недостаточно надежна в эксплуатации, чем эластичная прокладка-аналог [2]. Дело в том, что верхняя контактная сторона эластичной прокладки сформирована из выступов и впадин, расположенных поочередно и плавно переходящих друг в друга, а материал эластичной прокладки - это эластичная пластмасса или резина. Поэтому в условиях постоянной нагрузки, приходящейся на рельсовое скрепление, может произойти перераспределение материала эластичной прокладки вследствие его текучести - материал демпфирующих выступов верхней контактной стороны эластичной прокладки постепенно переместится, заполнив впадины этой стороны, что, в конечном итоге, вызовет ослабление рельсового скрепления.
Кроме того, из-за того, что нижняя контактная сторона эластичной прокладки сформирована из выступов, загнутых по краям тонкой пластины, а верхняя контактная сторона эластичной прокладки имеет поверхность, которая определена сложной тригонометрической функцией, то такое изделие обладает сложностью конструкции и технологии ее изготовления.
Поэтому задачей полезной модели является получение технического результата, направленного на повышение ее надежности за счет предотвращения ослабления рельсового скрепления, а также на упрощение конструкции, технологии изготовления эластичной прокладки.
Поставленная задача решается тем, что эластичная прокладка, содержащая выполненные из эластичного материала пластину, нижнюю контактную сторону, которая сформирована из выступов, фиксирующих эластичную прокладку в рельсовом скреплении, и верхнюю контактную сторону, сформированную из демпфирующих выступов, имеет отличительные признаки: демпфирующие выступы предварительно обжаты.
Выполнение демпфирующих выступов предварительно обжатыми направлено на повышение надежности эластичной прокладки, так как такое обжатие позволяет осуществить выравнивание структурной неоднородностиэластичного материала, из которого изготовлены демпфирующие выступы, что повышает их структурно-механические свойства - прочность и устойчивость к разрушения в 2-2,5 раза, а также позволяет задать им лучшую динамическую характеристику.
Целесообразно применить термоэластопласт как эластичный материал.
Выполнение пластины, выступов и демпфирующих выступов из термоэла-стопласта направлено на повышение надежности эластичной прокладки.
Известно, что термоэластопласт [4, http://www.polymery.ru/letter.php?n_id=3513] обладает превосходной гибкостью и морозостойкостью (Ризгиба =25 мм при 1 ниже -250°C). Его эластичность достигает 2000%. Он также имеет высокие электроизоляционные свойства и нетоксичен. В условиях эксплуатации способен к большим обратимым деформациям. По всем этим свойствам он лучше, чем эластичная пластмасса или резина, которые применяются в качестве материала для эластичной прокладки-прототипа [3], в которой для улучшения эксплуатационных свойств вынуждены демпфирующие выступы чередовать со впадинами, что как описывалось выше, может вызвать при длительной эксплуатации ослабление рельсового скрепления. Так как таких впадин нет в эластичной прокладке по полезной модели, и она выполнена из материала с лучшими эксплуатационными характеристиками, то ее надежность и надежность рельсового скрепления повышаются.
Отсутствие впадин в эластичной прокладке по полезной модели также упрощает ее конструкцию и технологию изготовления.
Другие варианты выполнения полезной модели:
- выступы, демпфирующие выступы и пластина выполнены за одно целое;
- выступы и/или демпфирующие выступы запрессованы в пластину;
- формирование демпфирующих выступов и их предварительное обжатие произведено механической обработкой;
- предварительное обжатие демпфирующих выступов выполнено с заданием им нужной динамической характеристики;
- применен, как минимум, один демпфирующий выступ, который выполнен с прямолинейным профилем в продольном сечении;
- демпфирующий выступ снабжен, как минимум, одним углублением или продольным пазом;
- применен, как минимум, один демпфирующий выступ, который выполнен с кольцевым профилем;
- применен, как минимум, один демпфирующий выступ, который выполнен со сферическим сплошным профилем;
- применен, как минимум, один демпфирующий выступ, который выполнен с криволинейным профилем;
- применено, как минимум, два демпфирующих выступа, один из которых выполнен с прямолинейным профилем, а другой или с кольцевым профилем, или с криволинейным профилем;
- размеры демпфирующих выступов, их количество и вид их профиля предварительно заданы в зависимости от места размещения рельсового скрепления, в котором применена эластичная прокладка.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 представлены варианты выполнения эластичной прокладки с демпфирующими выступами прямолинейного профиля в их продольном сечении; на фиг 3 и 4 - поперечные разрезы А-А по фиг. 1 и 2; на фиг 5 и 6 - вариант выполнения профиля демпфирующего выступа для эластичных прокладок по фиг. 3 и 4; на фиг. 7 и 8 - варианты выполнения эластичной прокладки с демпфирующими выступами кольцевого профиля; на фиг. 9 и 10 - поперечные разрезы А-А по фиг. 7 и 8; на фиг. 11 - варианты выполнения эластичной прокладки с демпфирующими выступами сферического сплошного профиля; на фиг. 12 - поперечный разрез А-А по фиг. 11; на фиг. 13 - вариант выполнения эластичной прокладки с демпфирующими выступами криволинейного профиля; на фиг. 14 и 15 - поперечные разрезы, соответственно А-А и Б-Б по фиг. 13.
Эластичная прокладка, содержит пластину 1, верхнюю контактную сторону, сформированную из демпфирующих выступов 2, и нижнюю контактную сторону, которая сформирована из выступов 3, например, четырех, фиксирующих эластичную прокладку в рельсовом скреплении (не показано). Пластина 1, выступы 3 и демпфирующие выступы 2 выполнены из термоэластопласта, при этом демпфирующие выступы 3 предварительно обжаты и они по высоте больше толщины пластины 1. Формирование демпфирующих выступов 2 и их предварительное обжатие целесообразно производить механической обработкой, в том числе, с заданием им нужной динамической характеристики.
Выступы 3, демпфирующие выступы 2 и пластина 1 могут быть выполнены за одно целое (как показано) или могут быть запрессованы в пластину 1 (не показано).
Может быть применено, как минимум, два демпфирующих выступа 2, которые выполнены с прямолинейным профилем в продольном сечении. На фиг. 1-4 показаны примеры с двумя и тремя демпфирующими выступами 2 такого профиля. Возможен также вариант, когда демпфирующие выступы 2, которые выполнены с прямолинейным профилем в продольном сечении, снабжены, как минимум, одним углублением 4 (фиг. 5) или продольным пазом 5 (фиг. 6).
Может быть также применен, как минимум, один демпфирующий выступ 2, который выполнен с кольцевым профилем. На фиг. 7 и 10 показаны примеры с одним и пятью демпфирующими выступами 2 такого профиля.
Возможен вариант применения демпфирующих выступов, которые выполнены со сферическим сплошным профилем (фиг. 11 и 12).
Демпфирующие выступы 2, которые выполнены с кольцевым или сферическим профилем, могут быть распределены по поверхности пластины 1 равномерно. Например, как показано для двенадцати демпфирующих выступов 2 со сферическим сплошным профилем.
Возможен также вариант применения, как минимум, двух демпфирующих выступов 2, которые выполнены с криволинейным профилем (фиг. 13-15).
Также возможна комбинация применения, как минимум, двух демпфирующих выступов 2 (не показано), один из которых выполнен с прямолинейным профилем, а другой или с кольцевым профилем, или с криволинейным профилем.
Причем размеры демпфирующих выступов 2, их количество и вид их профиля предварительно заданы в зависимости от места размещения рельсового скрепления, в котором применена эластичная прокладка.
Эластичную прокладку кладут в место под рельсу в рельсовом скреплении (не показано) и фиксируют с помощью выступов 3.
Работа эластичной прокладки заключается в следующем.
При прохождении подвижного состава рельсовое скрепление воспринимает различные нагрузки. При этом нагрузка передается через подошву рельса на демпфирующие элементы 2, с помощью которых происходит ее перераспределение. В процессе сжатия демпфирующих элементов 2 происходит гашение возникающих при движении подвижного состава вибраций и различного рода ударных нагрузок. При этом обеспечивается плавный упругий прогиб рельса в заданном диапазоне деформаций и его восстановление в исходное положение после снятия нагрузки. При этом высокие электроизоляционные свойства достигаются при помощи тонкой пластины 1.
Использование эластичной прокладки данной конструкции, которая обеспечит ее дешевое изготовление, небольшую массу и стабильность эксплуатационных характеристик, позволит увеличить срок эксплуатации элементов верхнего строения железнодорожного пути, при этом снизив затраты на его ремонт и обслуживание.
Источники информации:
1. Патент RU 2451123 C2, МПК E01B 9/68, приоритет 18.06.2010, опубликован 20.05.2012.
2. Патент RU 2287038 C2, МПК E01B 9/68, приоритет 17.01.2005, опубликован 10.11.2006.
3. Патент RU 2173370 C2, МПК E01B 9/68, приоритет 09.06.1997, опубликован 10.09.2001 /прототип/.
4. Электронный ресурс: http://www.polymery.ru/letter.php?n_id=3513. Дата доступа 7.06.2014.