УПРОЧНЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ

Заявляемое решение относится к устройствам, которые предназначены для повышения безопасности эксплуатации железнодорожного пути, и может быть использовано, в частности, для пути на карстоопасных участках или в сложных геологических условиях с ездой на балласте в прямых и кривых участках, или для высокоскоростного движения. Предлагаемая полезная модель может найти применение на линиях высокоскоростного движения со скоростями более 250 км/ч для пути с балластным полотном.
Известно верхнее строение пути, содержащее рельсы, шпалы и балластную призму постоянной жесткости из щебня, укладываемое на земляном полотне, мостах и в тоннелях с ездой на балласте (Шахунянц Г.М. «железнодорожный путь», М. Транспорт, 1987 г.) - аналог.
Недостатком известного решения является то, что при использовании конструкций с типовой балластной призмой постоянной жесткости в случае развития, например, карстовых процессов под железнодорожным земляным полотном, возможен провал грунта и нарушение верхнего строения пути, создающее опасность для движения поездов и возникновения аварийных ситуаций.
Известно упрочняющее устройство «Страховочный пакет для железнодорожного пути» содержащее продольные балки с отверстиями для крепежных элементов и съемно-связанные с ними поперечные балки, причем продольные балки выполнены двутавровыми с верхним и нижним расположением полок (патент РФ №168549, МПК: Е01В /00, опубл. 08.02.2017 г.) - прототип.
Недостатком известного решения является то, что оно предназначено для обеспечения безопасности движения поездов при прокладке коммуникаций и производстве других земляных работ под железнодорожными путями, т.е. фактически оно рассчитано на ограниченное по времени и протяженности применение и, кроме того, известная из данного решения конструкция, непригодна к работе с типовыми элементами пути - такими как железобетонные шпалы и соответствующими им скреплениями.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение стабильности и долговечности верхнего строения пути путем обеспечения стабильности его геометрии и жесткостных характеристик.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что упрочняющее устройство для верхнего строения пути, содержит продольные балки с отверстиями для крепежных элементов и съемно-связанные с ними поперечные балки, причем продольная балка состоит из нижнего пояса двутаврового профиля, верхнего пояса и, размещенных между ними пространственных элементов, образованных ребрами жесткости, и жестко связанных с верхним и нижним поясами, пространственные элементы выполнены и расположены на продольной балке с возможностью размещения между соседними пространственными элементами поперечных балок, а верхний пояс в зонах расположения поперечных балок выполнен ответно подрельсовым площадкам поперечных балок, с которыми находится в контакте после монтажа.
Устройство, в котором в качестве поперечных балок могут применяться железнодорожные железобетонные или металлические шпалы верхнего строения пути.
Устройство, в котором верхний пояс продольной балки выполнен к горизонтали под углом а соответствующем наклону подрельсовых площадок железнодорожных шпал.
Устройство, в котором длины поперечных балок превышают расстояние между внешними сторонами рельс рельсовой колеи, под которыми они размещаются.
Устройство, в котором продольные балки выполнены с возможностью их стыковки друг с другом по их концам.
Устройство, в котором ребра жесткости, образующие пространственный элемент, связаны между собой сварным соединением.
На железных дорогах существуют условия, при которых необходима укладка в путь усиливающих (упрочняющих) устройств, предназначенных для постоянной эксплуатации, и способных обеспечить безопасность и стабильность работы железнодорожного пути (верхнего строения пути), например, в сложных геологических условиях - в местах возможного развития карстовых процессов под железнодорожным земляным полотном, в случаях, когда возможен провал грунта и нарушение верхнего строения пути (ВСП), создающее опасность для движения поездов и возникновение аварии, а также при влиянии сложных геологических условий, таких как мерзлота или неустойчивые основания, и при высокоскоростном движении на балласте.
При нормальной работе в отсутствии провалов, верхнее строение пути с заявляемым упрочняющим устройством передает нагрузку от рельсов на шпалы и далее на балластную призму, т.е. верхнее строение пути работает в штатном режиме. Но даже в этом штатном случае работы, продольные балки заявляемого устройства перераспределяют давление на больший по протяженности участок балластной призмы по сравнению с применяемой в настоящее время конструкцией верхнего строения пути и делают работу пути более стабильной. В случае возникновения провала в грунте или разрыхления балластной призмы металлические продольные балки в зоне разрыхления балласта включаются в работу, обеспечивая перераспределение нагрузки на неповрежденные участки пути.
Заявляемое устройство конкретизировано на фиг. 1-6, где на фиг. 1 представлен участок пути L с заявляемым упрочняющим устройством и участок пути А без упрочняющего устройства, на фиг. 2 - вид 1-1 на фиг. 1, на фиг. 3 - общий вид упрочняющего устройства, на фиг. 4 - узел стыка продольной и поперечной балок упрочняющего устройства, на фиг. 5 и фиг. 6 - конструкция продольной балки.
Упрочняющее устройство для верхнего строения пути содержит продольные балки 1 с отверстиями 2 для крепежных элементов и съемно-связанные с ними поперечные балки 3. Каждая продольная балка 1 состоит из нижнего пояса 4 двутаврового профиля, верхнего пояса 5 и, размещенных между ними пространственных элементов 6, образованных ребрами жесткости 7, 8 и 9, и жестко связанных с верхним поясом 5 и нижним поясом 4. Пространственные элементы 6 выполнены и расположены на продольной балке 1 с возможностью размещения между соседними пространственными элементами 6 поперечных балок 3, а верхний пояс 5 в зонах расположения поперечных балок 3 выполнен ответно подрельсовым площадкам поперечных балок 3, с которыми находится в контакте после монтажа. Расположен ответно - означает, что верхний пояс 5 продольной балки 1 расположен и имеет форму, соответствующую пространственному расположению (наклону) и форме подрельсовых площадок поперечных балок 3 (шпал). Верхний пояс 5 устанавливается на подрельсовые площадки и крепится к поперечным балкам (шпалам) типовыми прикрепителями - шурупами или закладными болтами (на фигурах не показано), рельсы 11 и рельсовые скрепления 10 при этом устанавливаются сверху на верхние пояса 5 продольных балок 1. Т.е., например, для скреплений КБ или ЖБР верхний пояс 5 выполнен к горизонтали под углом 1/20 соответствующим наклону подрельсовых площадок железнодорожных шпал, для остальных, используемых в настоящее время шпал, может находиться в интервале от 1/18 до 1/28.
Для устройства железнодорожного пути с заявляемыми упрочняющими устройствами производится предварительная сборка путевых звеньев длиной, например, по 25 м с продольными балками длиной по 12,5 м по 4 шт.на звено на звеносборочной базе. После сборки усиленные звенья перегружаются на специализированные платформы для перевозки звеньев. Участок пути, где планируется замена рельсошпальной решетки предварительно готовится, на нем делается вырезка балласта щебнеочистительной машиной и бесстыковые плети меняются на инвентарные рельсы длиной 25 м. Замена рельсошпальной решетки производится в «окно» с перерывом движения по данному пути. Старая решетка снимается путеукладочным краном УК 25/9-18 забирается на себя и перегружается на специальные платформы в составе с краном и увозятся концу участка. Звенья решетки с упрочняющим устройством подаются другим поездом на специальных платформах в составе с другим путеукладочным краном УК 25/9-18 впереди и укладываются другим краном перед собой от начала участка. Новое рельсовое звено присоединяется к уложенному рельсовыми накладками, упрочняющие балки закрепляются монтажными накладками, после чего кран заезжает на уложенное звено и укладывает следующее. Далее путевые работы производятся по стандартной технологии, включающей блластировку пути, подъемку и выправку с подбивкой шпал, стабилизацию и чистовую отделку.
Заявляемое упрочняющее устройство позволяет для железнодорожного пути:
- устраивать путь с балластным основанием на высокоскоростных линиях для скоростей движения от 160 до 400 км/ч;
- ликвидировать нестабильность пути на участках больного земляного полотна на линиях с тяжеловесным движением и высокой грузонапряженностью с осевыми нагрузками до 300 КН;
- обеспечить повышение устойчивости бесстыкового пути, в том числе перед мостами и в кривых участках.
При этом улучшаются следующие свойства пути:
- повышается жесткость пути;
- повышается сопротивление рельсошпальной решетки сдвигу;
- повышается модуль деформации в 4 раза по сравнению с применяемой конструкцией пути;
- повышается устойчивость бесстыкового пути не менее чем в четыре раза по сравнению с применяемой конструкцией пути;
- снижается накопление остаточных деформаций по пропущенному тоннажу в 3-4 раза;
- повышается долговечность пути.