ПОДШПАЛЬНАЯ ПРОКЛАДКА

Область техники
Полезная модель относится к конструкции верхнего строения железнодорожного пути, а именно к виброизолирующим прокладкам, которые устанавливаются под подошвы железобетонных шпал и брусьев стрелочных переводов железнодорожных путей любого типа.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время в основном используются железобетонные шпалы и брусья, которые из-за применяемого материала не могут снижать динамические нагрузки и повышенные вибрации, возникающие при прохождении высокоскоростных и большегрузных поездов, что приводит к повышенному износу железнодорожных путей и увеличению затрат на их обслуживание.
Для гашения вибрации от подвижного состава на балласт используют подшпальные прокладки.
Из уровня техники известна подшпальная прокладка (патент РФ №188195, опубликовано 02.04.2019 г.), выполненная в виде плоской резиновой прямоугольной пластины, которая имеет круглые отверстия диаметром 20-25 мм, равномерно расположенные на поверхности прокладки.
Указанная подшпальная прокладка имеет от 4 до 13 отверстий, количество которых выбирается в зависимости от длины прокладки. Количество отверстий подобрано таким образом, чтобы обеспечить равномерное сцепление прокладки с балластом и в то же время сохранить необходимое значение ее жесткости.
При изготовлении балластного слоя используется щебень, имеющий размеры фракций 25-60 мм. После укладки рельсошпальной решетки проводится подбивка, то есть уплотнение слоя щебня непосредственно под шпалами. При этом часть щебня выступает над его поверхностью с образованием упоров, за которые могут зацепиться отверстия подшпальной прокладки.
Рассмотренная подшпальная прокладка имеет отверстия, максимальный диаметр которых соответствует минимальному размеру фракций щебня. При эксплуатации упоры, образованные щебнем, выступающим над поверхностью балластного слоя, располагаются в отверстиях прокладки, что препятствует смещению прокладки в горизонтальной плоскости и ее выскальзыванию из-под шпалы. При этом подшпальная прокладка не требует специального крепления к шпале с помощью различных приспособлений, за счет изменения конструкции шпалы, креплений в виде приклеивания к подошве шпалы и т.д.
Однако данная подшпальная прокладка за счет выполнения ее формы прямоугольной способна покрыть только часть подошвы шпалы, что приводит к неравномерному распределению нагрузки от шпалы на балласт, что, в свою очередь, способствует раздроблению и изнашиванию балластного слоя и необходимости его замены.
Кроме того, выполнение отверстий круглыми с диаметром 20-25 мм при использовании фракций щебня размером 25-60 мм приводит к тому, что части фракций щебня, выступающие над поверхностью балластного слоя, плотно прилегают к контурам отверстий и располагаются в них целиком либо частично. Под воздействием вертикально направленной нагрузки при прохождении железнодорожных составов в месте соприкосновения контура отверстий прокладки и выступающих частей фракций щебня в подшпальной прокладке создаются распирающие внутренние напряжения, разрушающие ее и, как следствие, снижающие ресурс шпалы. Также отсутствие зазоров в месте контакта контура отверстий и выступающий частей фракций щебня приводит к постепенному накоплению здесь грязи и влаги, что также снижает надежность работы подшпальной прокладки.
Известна подшпальная прокладка фирмы Getzner (интернет-ресурс https://www.acoustic.ua/st/Sleeper%20Pad.pdf, опубликовано 10.01.2018 г., просмотрено 12.07.2021 г.), принятая за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, выполненная в виде плоской многоугольной пластины, имеющей две противоположные боковые стороны разной длины, которые при установке на шпалу расположены у торца и у середины шпалы соответственно, при этом подшпальная прокладка содержит отверстия круглой формы. Также подшпальная прокладка имеет специальный слой, предназначенный для ее крепления к подошве шпалы при изготовлении шпалы, а отверстия используются для выхода приспособлений, удерживающих крепежные элементы внутри шпалы при ее изготовлении.
Выполнение подшпальной прокладки в виде плоской пластины, имеющей две противоположные боковые стороны разной длины, которые при установке на шпалу расположены у торца и у середины шпалы соответственно, позволяет, совместно со второй такой же прокладкой, покрыть всю площадь поверхности подошвы шпалы по ее контуру, тем самым способствуя равномерному распределению нагрузки от шпалы на балласт.
Такая подшпальная прокладка может быть выполнена в виде трапециевидной пластины, две противоположные боковые стороны которой, имеющие разную длину, причем длинная боковая сторона расположена у торца шпалы, а короткая боковая сторона - у середины шпалы. Также подшпальная прокладка может быть выполнена в виде восьмиугольной пластины, две противоположные боковые стороны которой, имеющие разную длину, расположены у торца и у середины шпалы соответственно. Разные варианты подшпальных прокладок используются для разного типа шпал, расположенных на разных участках железнодорожного пути.
Однако предполагается, что данная подшпальная прокладка устанавливается/крепится на подошву шпалы при изготовлении шпалы, что приводит к проведению отдельного трудоемкого комплекса работ по ее монтажу. При замене подшпальной прокладки в случае ее изнашивания замене подлежит шпала целиком, что опять же является долгим и трудоемким процессом.
Также в процессе эксплуатации при наличии повышенных вибраций и нагрузок происходит ослабление крепления подшпальной прокладки к шпале, что приводит к постепенному отслоению подшпальной прокладки от подошвы шпалы с последующим ее смещением и выскальзыванием из-под шпалы. В итоге, неравномерно распределенная нагрузка разрушает как балластный слой, так и шпалу.
Технической проблемой заявляемой полезной модели является преодоление технических недостатков, присущих аналогам, что ведет к необходимости создания подшпальной прокладки, обеспечивающей повышение срока службы железнодорожных шпал и балластного слоя.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение эксплуатационной надежности подшпальной прокладки в целом за счет обеспечения равномерного распределения нагрузки от шпалы на балласт в течение всего срока эксплуатации подшпальной прокладки.
Технический результат достигается при использовании подшпальной прокладки,выполненной в виде плоской многоугольной пластины, имеющей две противоположные боковые стороны разной длины, которые при установке на шпалу расположены у торца и у середины шпалы соответственно, при этом подшпальная прокладка имеет отверстия продолговатой формы, длина которых выполнена более 60 мм и менее или равной 90 мм, а ширина выполнена более 25 мм и менее или равной 40 мм.
В частном случае, подшпальная прокладка выполнена в виде трапециевидной пластины, две противоположные боковые стороны которой, имеющие разную длину, расположены у торца и у середины шпалы соответственно.
В частном случае, подшпальная прокладка выполнена в виде восьмиугольной пластины, две противоположные боковые стороны которой, имеющие разную длину, расположены у торца и у середины шпалы соответственно.
В частном случае, отверстия продолговатой формы расположены вдоль горизонтальной оси подшпальной прокладки, где под горизонтальной осью подшпальной прокладки понимается ось, сонаправленная с осью абсцисс.
Выполнение указанной прокладки в виде плоской многоугольной пластины, имеющей две противоположные боковые стороны разной длины, которые при установке на шпалу расположены у торца и у середины шпалы соответственно, как и в случае наиболее близкого аналога, позволяет покрыть всю площадь поверхности подошвы шпалы по ее контуру, что приводит к более равномерному распределению нагрузки, воздействующей от шпалы на балласт при эксплуатации.
Продолговатая форма отверстий с длиной более 60 мм и менее или равной 90 мм и шириной более 25 мм и менее или равной 40 мм позволят получить отверстия, размер которых превышает размер самой крупной фракции щебня балластного слоя. В таком случае контур отверстий будет контактировать с несколькими частями фракциями щебня, выступающими над поверхностью балластного слоя и выполняющими роль упоров. Соответственно при прохождении железнодорожных составов воздействующая вертикальная нагрузка будет более равномерно распределяться как по контуру отверстий, так и по расположенным в этой зоне нескольким упорам из щебня, что увеличивает ресурс как подшпальной прокладки, так и самой шпалы.
Кроме того, при выполнении продолговатых отверстий прокладки указанного размера между контуром отверстий и выступающими над поверхностью балластного слоя фракциями щебня всегда будут оставаться зазоры, которые обеспечивают вентиляцию отверстий подшпальной прокладки, что исключает скопление в них грязи и влаги и также положительно сказывается на увеличении срока службы подшпальной прокладки.
Расположение длинной стороны продолговатых отверстий подшпальной прокладки вдоль ее горизонтальной оси позволяет обеспечить надежное зацепление с упорами балластного слоя и в то же время исключить, прежде всего, поперечное смещение прокладки относительно ее горизонтальной оси под воздействием вертикальной нагрузки со стороны проходящих железнодорожных составов, что исключает ее выскальзывание из-под шпалы и также повышает надежность работы подшпальной прокладки и ресурс шпалы.
При этом заявляемое решение не требует какого-либо дополнительного крепления к подошве шпалы, что делает ее использовании менее трудозатратным.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан вид сверху заявляемой подшпальной прокладки, выполненной в виде трапециевидной пластины.
На фиг. 2 показан вид сверху заявляемой подшпальной прокладки, выполненной в виде восьмиугольника.
На фиг. 3 показан вид сбоку заявляемой подшпальной прокладки, выполненной в виде четырехугольника или восьмиугольника.
Позициями на чертежах обозначены следующие элементы:
1 - подшпальная прокладка, выполненная в виде четырехугольника;
2 - первая боковая сторона подшпальной прокладки в виде четырехугольника, расположенная на первом конце шпалы при установке на нее подшпальной прокладки;
3 - вторая боковая сторона подшпальной прокладки в виде четырехугольника, расположенная на втором конце шпалы при установке на нее подшпальной прокладки;
4 - отверстия продолговатой формы на подшпальной прокладке, выполненной в виде четырехугольника;
5 - подшпальная прокладка, выполненная в виде восьмиугольника;
6 - первая боковая сторона подшпальной прокладки в виде восьмиугольника, расположенная на первом конце шпалы при установке на нее подшпальной прокладки;
7 - - вторая боковая сторона подшпальной прокладки в виде восьмиугольника, расположенная на втором конце шпалы при установке на нее подшпальной прокладки;
8 - отверстия продолговатой формы на подшпальной прокладке, выполненной в виде восьмиугольника.
Подшпальная прокладка имеет высоту порядка 10±0,7 мм, что в разы меньше, чем ее длина и ширина, поэтому подшпальная прокладка представляет собой плоскую пластину.
Согласно первому варианту реализации, подшпальная прокладка представляет собой четырехугольник 1, а именно пластину трапециевидной формы, которая с двух сторон имеет ровную поверхность (фиг. 1, 3).
Длина прокладки составляет 1320±7 мм. Длина первой боковой стороны 2 подшпальной прокладки в виде четырехугольника, расположенной у торца шпалы (не показано) при установке на нее подшпальной прокладки, составляет 270±4 мм. Длина второй боковой стороны подшпальной прокладки 3 в виде четырехугольника, расположенной у середины шпалы (не показано) при установке на нее подшпальной прокладки, составляет 220±4 мм.
На поверхности подшпальной прокладки в виде четырехугольника 1 выполнены отверстия продолговатой формы 4, длинная сторона которых расположена вдоль горизонтальной оси прокладки. Длина продолговатого отверстия выполняется более 60 мм и менее или равной 90 мм. Ширина продолговатого отверстия выполняется более 25 мм и менее или равной 40 мм (фиг. 1).
Согласно второму варианту реализации, подшпальная прокладка представляет собой восьмиугольник 5, а именно пластину, с двух сторон имеющую ровную поверхность (фиг. 2, 3).
Длина прокладки составляет 1320±7 мм. Длина первой боковой стороны 6 подшпальной прокладки в виде восьмиугольника, расположенной на первом конце шпалы (не показано), при установке под шпалу подшпальной прокладки, составляет 270±4 мм. Длина второй боковой стороны 7 подшпальной прокладки в виде восьмиугольника, расположенной на середине шпалы (не показано) при установке под нее подшпальной прокладки, составляет 190±4 мм.
На поверхности подшпальной прокладки в виде восьмиугольника выполнены отверстия продолговатой формы 8, длинная сторона которых расположена вдоль горизонтальной оси прокладки. Длина продолговатого отверстия выполняется более 60 мм и менее или равной 90 мм. Ширина продолговатого отверстия выполняется более 25 мм и менее или равной 40 мм (фиг. 2).
Осуществление полезной модели
Использование первого или второго варианта реализации подшпальной прокладки зависит от конкретного типа шпалы, под которую прокладка будет установлена. Подшпальные прокладки, выполненные в виде четырехугольника, используются на типовых, железобетонных, предварительно напряженных шпалах Ш1, Ш3, Ш3-Д, Ш3-СД, ШС-АРС, Ш5-ДФ, ШС-350, Ш-А05 4х10, Ш3-Д 4х10. Подшпальные прокладки, выполненные в виде восьмиугольника, используются на шпалах с повышенным сопротивлением поперечному сдвигу в балласте III-ДБ, III-ФС.
Заявляемая подшпальная прокладка выполняется из полимерных материалов, например, из резиновой смеси на основе изопреновых и бутадиеновых синтетических каучуков.
После укладки рельсошпальной решетки проводится уплотнение балластного слоя щебня непосредственно под шпалами. При этом балластный слой содержит фракции щебня размером 25-60 мм. После этого подшпальные прокладки укладываются на балласт под шпалу по одной штуке с каждой стороны железнодорожного пути. Части щебня, выступающие над поверхностью балластного слоя, являются упорами, которые входят в зацепление с продолговатыми отверстиями подшпальной прокладки, фиксируя ее исходное положение.
При прохождении поезда подшпальная прокладка упруго деформируется. При этом гасятся удары и вибрация на всех частотах, передающиеся через рельсы на шпалы и балласт. При этом наличие продолговатых отверстий в подшпальной прокладке препятствует ее смещению и выскальзыванию из-под шпалы. После прохождения поезда подшпальная прокладка принимает начальную форму.
В случае необходимости ремонта железнодорожных путей или балласта подшпальная прокладка может быть заменена без необходимости замены самой железобетонной шпалы, что значительно снижает эксплуатационные затраты.
Заявленная подшпальная прокладка обеспечивает равномерное распределение эксплуатационных нагрузок и снижение вибраций, при этом она обладает повышенной жесткостью и прочностью, что обеспечивает высокую надежность при эксплуатации, повышает межремонтный срок службы и снижает риск развития аварийной ситуации. Кроме того, подшпальная прокладка является унифицированной и подходит для укладки с большинством применяемых в настоящее время шпал.