Блок рельсового скрепления

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к конструкциям приспособлений для крепления рельсов железнодорожных путей к основанию, в частности для применения в метрополитене, на железнодорожных путях, проложенных на мостах, эстакадах и в тоннелях, а также для городского рельсового транспорта, применяемых с целью обеспечения эффективной защиты зданий и сооружений вокруг зон указанного транспорта за счет снижения низкочастотных вибраций, распространяющихся в грунтах и через фундаменты зданий передающихся на их несущие конструкции, вызывая в них вибрации и вторичный структурный шум.
Из уровня техники известны следующие решения.
Известна упругая нашпальная прокладка промежуточного рельсового скрепления, выполненная из литьевого полиамида 610 или полиамида марки ПА6. Известная прокладка состоит из двух несимметричных частей, различающихся толщиной боковой стенки. Каждая из упомянутых частей содержит уплощенный участок, продолжением которого является вогнутый в виде желоба участок с дугообразным профилем, переходящий в наклонную боковую стенку. Описанная прокладка уменьшает ударные нагрузки, передающиеся с рельса на шпалу в период перемещения поездов (патент РФ № 86955, дата публикации 20.09.2009).
Недостатком вышеописанной прокладки является возможность смещения ее частей в процессе эксплуатации рельсового скрепления, что снижает эксплуатационную надежность упомянутого скрепления.
Также известна прокладка нашпальная для рельсового скрепления, выполненная из упругого материала и содержащая центральный участок с отверстиями для установки крепежных элементов, два противоположно расположенных и поперечно ориентированных относительно продольной оси прокладки углубленных участка, продолжением которых являются наклонные боковые стенки, отличающаяся тем, что выполнена цельной деталью, при этом снабжена прямолинейными выступами, расположенными с нижней стороны поперек продольной оси прокладки (патент РФ №148819, дата публикации 20.12.2014).
Указанная прокладка позволяет уменьшить ударные нагрузки, исключает возможность ее смещения относительно шпалы и рельса, снижает ударные нагрузки, передающиеся с рельса на шпалу через элементы рельсового скрепления, а также позволяет снизить уровень шума и вибрации. Но она не обеспечивает снижение низкочастотных вибраций, а также требует больших временных трудозатрат при необходимости ее замены, так как она труднодоступна.
Наиболее близким аналогом патентуемого решения является эластомерный узел крепления железнодорожного рельса, в котором узел крепления включает литую металлическую платформу, с выполненной в ее центральной части, открытой сужающейся к низу конусообразной полостью с боковой стенкой, литую металлическую внутреннюю вставку, размещенную в открытой полости платформы с равномерным зазором по всему периметру, заполненным виброустойчивым материалом и имеющую на своей верхней поверхности гнезда для приема клемм пружинных, используемых для крепления рельса к шпале (публикация международной заявки WO/2005/083178, дата публикации.09.09.2005).
Известный блок рельсового скрепления был впервые применен в Австралии на мосту, расположенном в Сиднейской гавани. Из имеющегося в описании графика, описывающего уровни вибрации в октавных полосах частот с виброизолированным и не виброизолированным участками железнодорожного пути на мосту следует, что эффект виброзащиты начинает проявляться в октаве со среднегеометрической частотой 63 Гц и выше. В нижней области частот функционирование данного узла скрепления не эффективно по виброгашению. Следовательно, описанный узел скрепления рельса с основанием не следует рекомендовать для применения в метрополитенах неглубокого заложения.
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение является создание блока рельсового скрепления, позволяющего снизить уровень низкочастотных вибраций в октавных полосах со среднегеометрическими частотами: 8-63 Гц, по сравнению с прототипом, и обладающего повышенной надежностью при эксплуатации, в том числе при использовании указанного блока на криволинейных участках пути.
Техническим результатом патентуемого решения является снижение вибрационных и шумовых нагрузок в железнодорожных тоннелях, тоннелях метрополитена, на железнодорожных мостах, железнодорожных путях проложенных на дамбах, плотинах с одновременным повышением сопротивляемости в части усилия на вырыв.
Заявленный технический результат обеспечивается за счет конструкции  блока рельсового скрепления, содержащего литой металлический внешний цилиндрический полый корпус с проушинами, включающий в центральной части расширяющуюся к низу полость, и металлическую внутреннюю вставку, представляющую собой расширяющееся вниз тело, на верхней утолщенной поверхности которого размещены установочные гнезда для крепежных элементов рельсового скрепления, при этом между внешней боковой стенкой внутренней вставки и боковой стенкой полости, а также между нижней поверхностью внутренней вставки и основанием внешнего корпуса образованы зазоры, в которых размещен вибродемпфирующий элемент из виброустойчивых материалов, выполненных гасящими низкочастотные вибрации в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 8 -63 Гц.
В частном случае исполнения что вибродемпфирующим элементом между нижней поверхностью внутренней вставки и основанием блока является многослойная прокладка из виброустойчивого материала, предназначенного для гашения низкочастотных вибраций в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 8-63 Гц  или, по меньшей мере, два слоя пластин из разных виброустойчивых материалов, предназначенных для гашения низкочастотных вибраций в октавных полосах разных диапазонов частот вибраций, входящих в диапазон среднегеометрических частот от 8 до 64 Гц.
В частном случае исполнения основание цилиндра, образующего внешний полый корпус, представляет собой эллипс или прямоугольник со скругленными углами.
В частном случае исполнения каждое установочное гнездо для установки крепежного элемента рельсового скрепление выполнено в виде головки анкера с возможностью размещения в нем клеммы пружинной или в виде отверстия с возможностью размещения в нем закладного болта с возможностью фиксации клеммы пружинной.
В частном случае исполнения верхняя поверхность внутренней вставки выполнена ступенчатой.
В частном случае исполнения верхняя поверхность внутренней вставки содержит демпфирующую прокладку, размещенную между установочными гнездами для установки крепежных элементов рельсового скрепления.
Форма выполнения блока рельсового скрепления, приближенная к эллиптическому цилиндру с основаниями в форме либо эллипса, либо прямоугольника со скругленными углами, позволяет равномерно распределить нагрузку, передаваемую от рельса в момент прохождения подвижного состава.
Использование в качестве вибродемпфирующего материала – полимерного, по меньшей мере двухкомпонентного материала на основе эпоксидный смолы или резины, не только снижает вибрационные и шумовые нагрузки в железнодорожных тоннелях, тоннелях метрополитена, на железнодорожных мостах, железнодорожных путях проложенных на дамбах, плотинах, но и дополнительно сцепляет поверхности внутренней вставки и полости внешнего блока, что повышает сопротивляемость в части усилия на вырыв при вертикальном перемещении рельса.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.
Фиг. 1 - общий вид блока рельсового скрепления с анкернойголовкой (1 вариант скрепления).
Фиг. 2 – вид в профиль блока рельсового скрепления с анкернойголовкой (1 вариант скрепления).
Фиг. 3 - фронтальный разрез А-А с фиг.1 блока рельсового скрепления с анкернойголовкой (1 вариант скрепления).
Фиг. 4 – общий вид блока рельсового скрепления с закладным болтом (2 вариант скрепления).
Фиг. 5 – общий вид блока рельсового скрепления с закладным болтом (3 вариант).
Фиг. 6 – общий вид блока  рельсового скрепления с анкернойголовкой (4 вариант).
Фиг. 7 – общий вид блока  рельсового скрепления с анкернойголовкой (5 вариант).
Блок рельсового скрепления содержит литой металлический внешний корпус 1, выполненный в форме цилиндра с основаниями в форме эллипса или прямоугольника со скругленными углами и включающий в центральной части открытую расширяющуюся к низу полость 9. Боковая стенка 10 полости 9 имеет в нижней части вырезы 8. Блок рельсового скрепления снабжен примыкающими к наружной боковой стенке платформы 1 заподлицо с ее нижней поверхностью проушинами 3, с выполненными в них отверстиями 4 с возможностью размещения в указанных отверстиях крепежного элемента для крепления блока к шпале.
В полости внешнего корпуса размещена закладная деталь 14 и металлическая внутренняя вставка 2. Внутренняя вставка 2 представляет собой расширяющееся вниз тело.
На верхней утолщенной поверхности 5 внутренней вставки 2 размещены установочные гнезда для крепежных элементов рельсового скрепления по обе стороны от рельса 12. Каждое установочное гнездо для установки крепежного элемента рельсового скрепление выполнено в виде головки анкера 6 с возможностью размещения в нем клеммы пружинной 7 или в виде отверстия с возможностью размещения в нем закладного болта с возможностью фиксации клеммы пружинной.
На наружной поверхности 5 внутренней  вставки 2 между гнездами  6 для приема крепежных элементов 7, расположена подрельсовая прокладка, а указанная поверхность выполнена ступенчатой.
На фиг. 4-7 показаны еще 4 возможных варианта скреплений, которые используются с предлагаемым блоком. На фиг.4-5 вместо анкерной головки представлен закладной болт, предназначенный для удержания прижимной клеммы.
Между внешней боковой стенкой 11 внутренней вставки 2 и боковой стенкой 10 полости 9 внешнего корпуса 1 образован равномерный зазор, заполненный виброустойчивым материалом на основе эпоксидной смолы или резины. Виброустойчивый материал может включать помимо эпоксидной смолы резину или полиуретан - двухкомпонентный эластомер (компоненты полиол и полиизоцианат) или любой другой компонент с необходимыми аналогичными показателями эластичности. На боковой стенке 10 полости корпуса 1 и на наружной боковой стенке 11 внутренней вставки 2 выполнены, по меньшей мере, два ряда буртиков  и/или пазов.
Закладная деталь 14 предназначена для фиксации многослойного виброустойчивого материала или нескольких слоев (не менее 2-х) пластин из виброустойчивого материала разных свойств 15 и 16, гасящих вибрационные колебания в требуемом диапазоне частот на основе эпоксидной смолы или резины в блоке. С учетом того, что современные вибродемпфирующие материалы не могут гасить вибрацию во всем диапазоне частот, а перекрывают только какую-либо его часть (верхнюю или нижнюю), предполагается использовать сочетание платин для гашения вибрации разной частоты. Например, одна пластина гасит 8-31,5 Гц а вторая 3,15-63 Гц. В качестве вибродемпфирующего элемента, например, используются вибродемпфирующие эластомерные пластины, изготовленные из резинотехнической смеси 2959 по ТУ 2534-002-61734928-2013, https://flexprom.com/prodykt/rti/vibrodempfiruzie_plastini/, http://romian.ru/vibrostop, https://tdrti.ru/tekhnicheskie-plastiny/376/, пластины из вибропоглощающей мастики на основе эпоксидной смолы с целевыми добавками, производимой по ТУ 6-05-211-1060-89 http://alfa-sintez.com/antivibrit-m.html, толщиной от 10 до 50 мм (в зависимости от условий эксплуатации). Пластины подбираются исходя из необходимости гашения собственных колебаний объекта установки (тоннеля, моста и т.д.), так как каждый объект имеет собственную частоту колебаний, что определяется непосредственно на объекте с помощью измерительных приборов.
Закладная деталь 14 образует основание внешнего полого корпуса 1 и представляет собой металлическую пластину, закрепленную в нижней части внешнего корпуса посредством резьбовых соединений или заклепок.
В частном случае исполнения верхняя поверхность внутренней вставки содержит демпфирующую прокладку из полиуретана, размещенную между установочными гнездами для установки крепежных элементов рельсового скрепления.
Сборка блока рельсового скрепления осуществляется заранее на промышленном предприятии. При монтаже железнодорожного полотна блоки рельсового скрепления устанавливают непосредственно на бетонное основание по два блока на каждую шпалу (или прямо на подготовленное бетонное основание). При необходимости между бетонным основанием и блоком рельсового скрепления укладывается дополнительная прокладка из эластичного материала.
Крепление блока осуществляется с помощью крепежных элементов, например, болтов, шурупов, шпилек и т.д., которые размещаются в выполненные в проушинах 3 отверстиях 4 и соответствующих отверстиях, выполненных в шпале.
Отверстия 4 выполнены овальной формы для возможности осуществления регулировки положения блока на шпале.
На верхней поверхности 5 внутренней вставки 2 между гнездами 6 для приема крепежного элемента размещают подрельсовую прокладку.
При необходимости используют блок рельсового скрепления, с выполненным на верхней поверхности 5 внутренней вставки 2 между гнездами для приема крепежного элемента 7 углублении, в котором размещают дополнительную вибродемпфирующую прокладку.
Рельс фиксируют с помощью анкерной головки 6 и клеммы пружинной 7 через изолятор 13.
В частном случае исполнения рельс фиксируют с помощью закладного болта и клеммы пружинной.
Форма выполнения блока рельсового скрепления, приближенная к эллиптическому цилиндру, позволяет равномерно распределить нагрузку, передаваемую от рельса в момент прохождения подвижного состава. Имеющиеся на боковой стенке 10 полости 9 внешнего корпуса 1 и на наружной боковой стенке 11 внутренней вставки 2 буртики  или пазы  увеличивают площадь контакта виброустойчивого материала  с боковой стенкой  платформы и наружной боковой стенкой  внутренней вставки 2, что ведет к равномерному распределению нагрузок и, тем самым, к значительному снижению вибраций. В собранном виде буртики или пазы  относительно друг друга расположены в шахматном порядке.
Выполнение блока рельсового скрепления с гнездами для приема крепежного элемента 7 в виде анкерной головки 6 позволяет использовать в качестве крепежного элемента клеммы пружинные типа СБ (фиг.1), АРС (фиг.6), Пандрол (фиг. 7), широко используемые на железных дорогах стран СНГ. При использовании закладного болта можно использовать любые известные клеммы пружинные, например, ЖБР (фиг. 5) или Фоссло (фиг.4), что обеспечивает дополнительные преимущества при монтаже.
Огромным преимуществом применения заявляемого блока рельсового скрепления является быстрый монтаж и возможность быстрой замены блока при необходимости ремонта, что особенно актуально, например, при ремонте железнодорожного пути в метро, где для проведения ремонтных работ используются короткие промежутки времени в движении поездов, так называемые "ночные окна".