УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ШУМА И/ИЛИ ВИБРАЦИЙ НА РЕЛЬСОВОМ ТРАНСПОРТЕ

Полезная модель относится к рельсовому транспорту и может быть использована на железнодорожном транспорте, трамвае, метрополитене, подвесном рельсовом транспорте и т.п.для уменьшения шума и вибраций, генерируемых рельсами при движении по ним подвижного состава.
В настоящее время в связи с повышением экологических требований к среде проживания и деятельности человека все острее ставится вопрос об изменении транспортных схем с целью удаления рельсовых путей (трамваи, монорельс, железная дорога, открытые участки метрополитена и т.д.) от лечебных учреждений, библиотек, учебных заведений и зрелищных центров для охраны этих объектов от шумового воздействия. Эти изменения требуют высоких капитальных затрат на переукладку многокилометровых участков рельсовых путей. Представляется более необходимым разработка и установка на указанных путях устройств, обеспечивающих снижение уровня транспортного шума.
При прохождении подвижного состава по рельсовому пути, рельсовая нить (непрерывный ряд рельсов, примыкающих торцами друг к другу и соединенных стыковыми скреплениями или сваркой) подвергается воздействию системы сил (имеющих как статическую, так и динамическую природу), которые вызывают сложные колебания рельса, имеющие как минимум изгибные, поперечные, продольные составляющие, а также деформации кручения. Колебания рельса передаются на все элементы рельсового пути и приводят к интенсивному расстройству геометрических характеристик пути, износу и (частично) усталостному разрушению рельсов, промежуточных скреплений, шпал, щебеночного балласта или подвесной системы, что снижает продолжительность и увеличивает стоимость жизненного цикла рельсового пути в целом. Интенсивность появления дефектов рельсового пути проявляется тем больше, чем более значительны скорость, масса, длина подвижного состава, осевые нагрузки, т.е. чем выше вибрационная нагрузка на элементы рельсового пути. Кроме этого, колебания рельса вызывают интенсивную эмиссию звуковых волн протяженными поверхностями рельса. Основным источником шума рельсового пути являются соударения колес и рельсов вследствие отклонений как колес, так и рельсов от идеальной геометрической формы. Как излучающий шум рельсов, так и проходящий по рельсам подвижной состав являются не точечными, а линейными источниками шума, потому уровень шума снижается медленно по мере роста расстояния до железнодорожной магистрали, что создает значительные неудобства для населения, проживающего даже на существенном удалении от действующей железной дороги. Поглощение определенного спектра частот колебаний рельсового пути (особенно близких к резонансным), уменьшение уровня шумоизлучения, являются чрезвычайно актуальными задачами, которые способны одновременно решить вопросы о продлении срока службы рельсового пути, его надежности и вопросы улучшения экологической обстановки с точки зрения уменьшения вредного воздействия шумов на человека.
В настоящее время решение комплекса вопросов, указанных выше, производится, как правило, раздельно, путем применения тех или иных технических решений.
Так, например, из уровня техники (см. RU 84850 от 20.07.2009) известно применение шумопоглощающих экранов, устанавливаемых по обе стороны шейки рельсов и закрепляемых упругими элементами или болтовыми соединениями.
Недостатком известного технического решения являются недостаточная эффективность шумо- и вибропоглощения и сложность монтажа/демонтажа шумопоглощающих экранов.
Из RU 51624 от 27.02.2006 известен прирельсовый длинномерный упругий элемент, выполненный в виде фигурного профиля, при этом со стороны, предназначенной для заглубления в пазух рельса, образованный между его головкой и подошвой, выполнены два продольных выступа, первый из которых предназначен для установки под головкой рельса, второй - на подошве рельса, между выступами имеется продольный паз, внешняя по отношению к продольному пазу поверхность первого выступа повторяет форму нижней поверхности головки рельса, внешняя по отношению к продольному пазу поверхность второго выступа повторяет форму верхней поверхности подошвы рельса.
Как и в первом случае, недостатками известного технического решения являются низкая эффективность шумо- и вибропоглощения, сложность монтажа/демонтажа, а также чрезвычайная сложность формы шумопоглащающего элемента и, как следствие, нетехнологичность его производства.
За прототип выбрано средство для гашения вибраций и шумов, раскрытое в RU 2349699 от 20.03.2009, содержащее рельс и шумопоглощающие элементы в виде накладок, жестко закрепленные на боковых поверхностях шейки рельсов с одной или с двух сторон, при этом накладки выполнены из высокодемпфирующих сталей или сплавов высокого демпфирования.
Данное средство достаточно сложно в эксплуатации, достаточно затратно в производстве и использовании и, самое актуальное, не позволяет гасить шумы и вибрации с достаточной эффективностью.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание простого в эксплуатации и обслуживании средства, позволяющего уменьшить уровень вибрации рельсового пути при прохождении по нему подвижного состава и уменьшить шумоизлучения, его сопровождающие, что позволит решить вопросы о продлении срока службы рельсового пути, его надежности и вопросы улучшения экологической обстановки с точки зрения уменьшения вредного воздействия шумов на человека.
Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемой полезной модели, заключается в увеличении шумопоглощающего и вибропоглощающего эффекта, в том числе за счет эффективного поглощения спектра частот колебаний рельсового пути, близких к резонансным.
Указанный технический результат достигается за счет того, что рельс содержит головку, подошву и шейку, а также средство для уменьшения шума и/или вибраций рельса при движении по нему рельсового транспорта. Новым, согласно предлагаемой полезной модели является то, что средство для уменьшения шума и/или вибраций на рельсовом транспорте выполнено в виде монолитных демпфирующих накладок, имеющих в поперечном сечении переменную, увеличивающуюся к низу не менее, чем в два раза, толщину и выполненных из упругого эластичного материала, причем демпфирующие накладки установлены посредством крепежного средства с возможностью образования на всей рельсовой нити или значительном ее участке непрерывного слоя, при этом крепежное средство выполнено в виде скобы, представляющей собой упругий элемент из листовой стали, охватывающий снизу подошву рельса, один конец которой выполнен с возможностью упругого поджатая демпфирующих накладок к подошве и шейке рельса, а другой - с возможностью ее фиксации от продольных и поперечных перемещений относительно рельса.
Оснащение рельса монолитными демпфирующими накладками, имеющими в поперечном сечении переменную, увеличивающуюся к низу не менее, чем в два раза, толщину, позволяет эффективно поглощать колебания (вибрации) рельсового пути, в том числе в спектре частот, близких к резонансным.
Выполнение демпфирующих накладок из упругого эластичного материала обеспечивает полное их прилегание к рельсу (с учетом всех неровностей и переходных поверхностей), что также позволяет увеличить шумопоглощающий и вибропоглощающий эффект.
Крепление демпфирующих накладок с возможностью образования на всей рельсовой нити или значительном ее участке непрерывного слоя позволяет исключить участки рельсового пути с различными вибро-шумовыми характеристиками, что способствует увеличению шумопоглощающего и вибропоглощающего эффекта.
Выполнение крепежного средства в виде скобы, представляющей собой упругий элемент из листовой стали, охватывающий снизу подошву рельса, один конец которой выполнен с возможностью упругого поджатая демпфирующих накладок к подошве и шейке рельса, а другой - с возможностью ее фиксации от продольных и поперечных перемещений относительно рельса, обеспечивает плотное упругое прилегание демпфирующих накладок к рельсу и исключает возможность их несанкционированного смещения, что также позволяет увеличить шумопоглощающий и вибропоглощающий эффект.
Демпфирующая накладка может быть выполнена армированной или не армированной, что в зависимости от условий эксплуатации способствует увеличению шумопоглощающего и вибропоглощающего эффекта.
Демпфирующие накладки могут быть установлены как с внутренней, так и с внешней стороны рельса, что в зависимости от условий эксплуатации способствует увеличению шумопоглощающего и вибропоглощающего эффекта.
Демпфирующая накладка может быть выполнена с возможностью прилегания к подошве, шейке и головке рельса или с возможностью прилегания только к подошве и шейке рельса, что в зависимости от условий эксплуатации способствует увеличению шумопоглощающего и вибропоглощающего эффекта.
Все демпфирующие накладки выполняются унифицированными и могут быть установлены как с внутренней, так и с наружной стороны рельса.
Для обеспечения беззазорности стыковки демпфирующих накладок их торцы могут быть выполнены с возможностью соединения соседних накладок между собой внахлест, или в стык, при этом упомянутые торцы могут быть выполнены под углом к вертикальной плоскости или могут быть расположены в вертикальной поперечной плоскости, или могут быть не перпендикулярны вертикальной продольной плоскости, причем торцы могут быть выполнены ступенчато в продольной плоскости или в плане, что в зависимости от условий эксплуатации способствует увеличению шумопоглощающего и вибропоглощающего эффекта.
Далее предлагаемая полезная модель будет раскрыта более подробно, со ссылкой на графические материалы, на которых:
- фиг.1 - поперечный разрез рельса с установленными с двух его сторон демпфирующими накладками, каждая из которых выполнена с возможностью прилегания к подошве, шейке и головке рельса, а также крепежного средства в виде скобы, крепящей одну из демпфирующих накладок,
- фиг.2 - поперечный разрез рельса с установленной с одной его стороны демпфирующей накладкой, выполненной с возможностью прилегания только к подошве и шейке рельса (крепежное средство в виде скобы не показано).
Устройство для уменьшения шума и/или вибраций на рельсовом транспорте представляет собой рельс, содержащий головку 1, подошву 2 и шейку 3, а также средство для уменьшения шума и/или вибраций рельса при движении по нему рельсового транспорта.
Средство для уменьшения шума и/или вибраций на рельсовом транспорте выполнено в виде монолитных демпфирующих накладок 4. Монолитность в данном случае указывает на то, что накладки 4 выполнены без пустот, полостей, канавок, пазов и т.п. Такое конструктивное выполнение накладок позволяет не только эффективно гасить вибрационные колебания рельса, но и не допускать появление резонанса, возникающего, в том числе, при выполнении различных полостей в теле демпфирующих накладок.
В результате проведенных исследований интенсивности вибраций (колебаний) рельса на различных его участках были выявлены зависимости, позволяющие наиболее эффективным образом гасить вибрации рельса, для чего в предлагаемом техническом решении накладка 4 не имеет пустот и выполнена с переменным поперечным сечением, увеличивающемся к низу не менее, чем в два раза.
Для обеспечения полного прилегания к рельсу и исключения возможности возникновения резонанса, накладка 4 выполнена из упругого эластичного материала.
В общем случае накладка 4 - резиновый демпфер, представляет собой монолитное резиновое изделие с криволинейным профилем прилегающей к рельсу поверхности, монтирующийся в пазух рельса и фиксирующийся в нем с помощью металлических зажимов.
Снижение шума происходит по принципу сурдины (демпфера), где рельс - струна, резиновый демпфер - сурдина. В этой связи более массивная накладка, соответственно, более эффективна. Применение облегченных накладок с целью экранирования источника шума - в первую очередь рельса, неэффективно, так как возможно только частичное закрытие последнего.
Накладки 4 изготовляются формовым методом, что обеспечивает высокий класс точности и, соответственно, высокую точность установки, а также возможность использования резиновых смесей на основе регенерата. Для увеличения веса накладок, а также для реализации требуемых свойств, возможно их наполнение или армирование металлизированными отходами от переработки резиновых шин. Однако, при рекомендуемом размере 1200 мм вес накладки не будет превышать 5-6 кг, что не утяжелит ее монтаж.
В зависимости от условий эксплуатации демпфирующие накладки 4 могут быть установлены как с внутренней, так и с внешней стороны рельса, для чего с целью унификации каждая накладка 4 выполнена таким образом, что она может быть установлена и с внешней, и с внутренней стороны рельса.
В зависимости от способа укладки рельс (монтирования рельсовой нити), а также в зависимости от условий эксплуатации, вида рельса (железнодорожный, трамвайный, подвесной) и точности изготовления демпфирующих накладок 4, последние могут быть выполнены в нескольких вариантах исполнения. Так, демпфирующие накладки 4 могут быть выполнены с возможностью прилегания к подошве 2, шейке 3 и головке 1 рельса (фиг.1) или с возможностью прилегания только к подошве 2 и шейке 3 рельса (фиг.2).
Для обеспечения беззазорного монтажа накладок, значительно влияющего на качество шумопоглощения, торцы демпфирующих накладок могут быть выполнены с возможностью соединения соседних накладок между собой внахлест или в стык.
Для соединения внахлест или в стык торцы накладок 4 могут быть выполнены под углом к вертикальной плоскости, или могут быть расположены в вертикальной поперечной плоскости и, при этом, могут быть не перпендикулярны продольной вертикальной плоскости. Причем торцы накладок 4 могут быть выполнены ступенчато в продольной плоскости и/или в плане (на фигурах не показано).
Демпфирующие накладки 4 установлены в пазух рельса посредством крепежного средства. Крепежное средство выполнено в виде скобы 5, представляющей собой упругий элемент из листовой стали, охватывающий снизу подошву рельса. Один конец скобы 5 выполнен с возможностью упругого поджатая демпфирующей накладки 4 к подошве 2 и шейке 3 рельса, а другой - с возможностью ее фиксации от продольных и поперечных перемещений относительно рельса. Упругость поджатая накладок 4 к рельсу обеспечивает гашение колебаний и исключение резонанса. Охват снизу подошвы 2 рельса скобой 5 обеспечивает отвод вибраций в направлении балластной подушки и быстрое их затухание. Фиксация скоб 5 и, соответственно, накладок 4 от продольных и поперечных перемещений относительно рельса обеспечивает эффективное гашение вибраций и исключает возникновение резонанса.
Накладки 4 могут монтироваться и демонтироваться в пазухи рельс без использования специального оборудования и инструмента. При этом используются минимальные трудовые затраты - 2 человека. Накладки 4, как и скобы 5, могут монтироваться и демонтироваться повторно.
Однако, можно предусмотреть монтажный инструмент, который будет содержать, например, рукоятку и рабочую часть, закрепленную с одной или обеих сторон рукоятки. Рукоятка может быть выполнена с возможностью использования ее в качестве рычага.
Таким образом, в материалах данной заявки раскрыто устройство для уменьшения шума и/или вибраций на рельсовом транспорте. Расчетное снижение уровня шума при использовании предлагаемого технического решения - 5 децибел, что является высоким показателем даже для европейских городов. Следует отметить, что снег не попадает и не задерживается за накладками, а путь может быть почищен без снятия накладок, что позитивно сказывается на компенсации шумовых эффектов, так как не нарушает сопряжения накладка - рельс.
В материалах данной заявки раскрыта предпочтительная форма выполнения накладок 4 и скобы 5, которые, однако, не являются единственно возможными, что должно быть очевидно любому специалисту в данной области техники.