ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ
RAIL TRACK SUPERSTRUCTURE

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к конструкции верхнего строения рельсового пути различного назначения, и может быть использовано, в частности, при сооружении тоннелей метрополитена.
В настоящее время в связи с интенсивным развитием наземного и подземного строительства к железнодорожному транспорту предъявляются особо жесткие требования в отношении конструкции верхнего строения рельсового пути с точки зрения его надежности, срока службы и воздействия на экологию окружающей среды.
При прохождении подвижного состава по путевым рельсам создаются динамические вибрационные и ударные нагрузки, которые должны восприниматься в основном верхним строением пути. Обычно такие нагрузки проявляются в повышенных уровнях шума и вибрациях, негативно влияющих как на здоровье людей в транспорте и вблизи пути, так и на все элементы рельсового пути, а также на окрестные жилые и нежилые постройки (особенно на участках метрополитена мелкого заложения).
Известно верхнее строение рельсового пути в виде рамного железобетонного подрельсового основания, содержащего балластный щебеночный слой, рамные железобетонные шпалы с размещенными вдоль оси рельсового пути лежневыми частями и рельсовые скрепления. В этом устройстве продольные лежневые части рамных железобетонных рам уложены непосредственно на балластный щебеночный слой основания (RU 2 250 279 C1).
Основным недостатком известного технического решения является низкая эксплуатационная надежность конструкции верхнего строения пути вследствие того, что динамические нагрузки от транспортных средств жестко передаются на все элементы такой конструкции по всем направлениям в пространстве. Вследствие этого эксплуатационным службам приходится с особой тщательностью постоянно осуществлять контроль рабочего состояния рельсового пути и, в случаях необходимости, производить подтяжку рельсовых скреплений, подбивку основания, замену отдельных элементов конструкции и другие восстановительные работы. Кроме того, в такой конструкции не предусмотрены средства вибро- и шумопоглощения от динамических нагрузок со стороны подвижного состава, что отрицательно сказывается на здоровье людей, находящихся в окрестностях рельсового пути и непосредственно в транспортном средстве.
Известно также верхнее строение рельсового пути, являющееся частью железнодорожного пути для мостов и тоннелей (RU 2415987 С2). Данное верхнее строение является наиболее близким решением к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Оно содержит основание, железобетонные продольные лежни, внешние боковые грани которых скошены под острым углом к вертикальной продольной плоскости, подлежневые железобетонные площадки с боковыми упорами, упругие подлежневые прокладки, размещенные между параллельными нижними гранями продольных лежней и верхними гранями подлежневых площадок и выполненные из двух клинообразных частей, разделенных между собой по диагональной плоскости, упругие боковые прокладки, размещенные между внешними боковыми гранями продольных лежней и боковыми упорами подлежневых площадок, и рельсовые скрепления. При этом диагональная плоскость, разделяющая между собой клинообразные части каждой из упругих подлежневых прокладок, ориентирована с уклоном в наружную сторону от оси пути.
Основным недостатком второго из указанных выше известных технических решений является то, что динамические нагрузки от колес подвижного состава все также передаются верхнему строению рельсового пути по всем направлениям в пространстве. В результате быстро ослабевают рельсовые скрепления с продольными лежнями, что приводит, в свою очередь, к снижению надежности всех элементов верхнего строения и к повышению эксплуатационных затрат. Кроме того, данное устройство не обеспечивает быстрое затухание вибраций, что могло бы уменьшить риск резонансного раскачивания транспортного средства и понизить уровень шума и амплитуду вибраций, отрицательно воздействующих как на людей, так и на объекты в окрестностях рельсового пути.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание устройства, лишенного вышеуказанных недостатков второго из указанных выше известных устройств и обеспечивающего по сравнению с ним, в частности, повышение эксплуатационной надежности с получением нового технического результата.
По замыслу авторов предлагаемого изобретения технический результат в общем виде должен заключаться в одновременном повышении надежности, снижении динамических нагрузок и снижении уровней шума и вибраций путем направленного воздействия таких нагрузок на верхнее строение рельсового пути с погашением колебаний элементами верхнего строения. Этот результат может быть получен введением в конструкцию простого и легко регулируемого средства для упругой фиксации элементов верхнего основания в заданном положении относительно оси рельсовой колеи одновременно с обеспечением быстрого затухания резонансных колебаний.
Поставленная задача решается тем, что в верхнем строении рельсового пути, включающем основание, железобетонные продольные лежни, внешние боковые грани которых скошены под острым углом к вертикальной продольной плоскости, подлежневые железобетонные площадки с боковыми упорами, упругие подлежневые прокладки, размещенные между параллельными нижними гранями продольных лежней и верхними гранями подлежневых площадок и выполненные из двух клинообразных частей, разделенных между собой по диагональной плоскости, упругие боковые прокладки, размещенные между внешними боковыми гранями продольных лежней и боковыми упорами подлежневых площадок, и рельсовые скрепления, параллельные между собой нижняя грань каждого из продольных лежней и верхняя грань соответствующей подлежневой площадки ориентированы с уклоном в наружную сторону от оси рельсового пути, а диагональная плоскость между клинообразными частями каждой из упругих подлежневых прокладок расположена с уклоном в противоположную сторону, при этом на соприкасающиеся между собой стороны клинообразных частей подлежневых упругих прокладок нанесено антифрикционное покрытие.
Сущность предлагаемого изобретения, а также его достоинства станут более понятными и очевидными из нижеследующего подробного описания примеров его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи. В предпочтительном примере осуществления изобретения верхнее строение рельсового пути относится к тоннелю метрополитена.
На прилагаемых чертежах схематично изображено:
Фиг.1 - общий вид в поперечном разрезе верхнего строения рельсового пути на прямолинейном участке тоннеля метрополитена.
Фиг.2 - изображение в увеличенном масштабе узла 1 по фиг.1.
Как показано на фиг.1, верхнее строение рельсового пути сооружено на подошве тоннельной железобетонной обделки 1. Данное верхнее строение содержит бетонное основание 2. На некоторых участках тоннеля (например, на стрелочных переводах) основание 2 может быть выполнено в виде балластного щебеночного слоя. В других вариантах применения изобретения (например, на мостах) в качестве основания может служить ортотропная плита. В конструкцию верхнего строения входят также рельсы 3, железобетонные продольные лежни 4, соединенные с рельсами 3 с помощью рельсовых скреплений 5 (показаны условно). В данном случае верхние грани продольных лежней 4 расположены с уклоном внутрь колеи пути под острым углом «α» к горизонтальной плоскости «О-О». Внешняя боковая грань каждого из продольных лежней 4 скошена под острым углом «γ» к вертикальной продольной плоскости верхнего строения.
Непосредственно на бетонном основании 2 уложены неподвижно связанные с основанием 2 железобетонные подлежневые площадки 6. Между верхней гранью каждой подлежневой площадки 6 и нижней гранью соответствующего продольного лежня 4 имеется зазор 7. С внешней стороны от оси пути на каждой из подлежневых площадок 6 неподвижно закреплены боковые упоры 8 с зазором 9 относительно внешних боковых граней продольных лежней 4. Нижняя грань каждого из продольных лежней 4 и верхняя грань соответствующей подлежневой площадки 6 параллельны друг другу и ориентированы с уклоном в наружную сторону от оси рельсового пути под острым углом «β» к горизонтальной плоскости «О-О».
В зазорах 7 между нижними гранями продольных лежней 4 и верхними гранями подлежневых площадок 6 размещены подлежневвые упругие прокладки 10. В зазорах 9 между боковыми упорами 8 и внешними боковыми гранями продольных лежней 4 размещены упругие боковые прокладки 11. Упругие подлежневые 10 и боковые 11 прокладки выполнены из высококачественной влаго- маслостойкой армированной и электроизоляционной резины. Коэффициент трения резины по бетону заведомо больше коэффициента трения бетона по бетону. Кроме того, для повышения сцепления подлежневых упругих прокладок 10 с лежнями 4 и с подлежневыми площадками 6 эти прокладки в зонах контактирования могут быть выполнены с рифлениями. Для обеспечения возможности регулирования заданного положения элементов верхнего строения по высоте каждая из подлежневых упругих прокладок 10 выполнена из двух клинообразных частей, разделенных между собой в диагональной плоскости зазора 7. Согласно фиг.2 чертежей диагональная плоскость расположена под углом «β» к верхней грани подлежневой площадки 6,    т.е. в противоположную сторону от наклона параллельных граней продольного лежня 4 и подлежневой площадки 6.
В целях предотвращения слипания между собой клинообразных частей прокладок 10 и обеспечения обоюдной независимости в работе этих частей на их взаимно соприкасающиеся стороны нанесено антифрикционное покрытие, например, в виде порошка из талька (на чертежах не показано для упрощения их чтения).
Работа устройства по настоящему изобретению происходит таким  образом.
При прохождении транспортного средства по рельсовому пути верхнее строение подвергается динамическим нагрузкам знакопеременного и ударного характера. Эти нагрузки воспринимаются непосредственно рельсами 3 и продольными железобетонными лежнями 4. Далее, благодаря наклонному расположению нижних граней лежней 4 и верхних граней подлежневых площадок 6, а также наличию раздельно работающих клинообразных частей упругих прокладок 10, равнодействующие силы от этих нагрузок в их первичной фазе направлены во внешние стороны и книзу от оси путевой колеи. Под воздействием этих сил происходит упругая деформация нижних клинообразных частей подлежневых 10 и боковых 11 прокладок, сопровождающаяся упругим запиранием продольных лежней 4 вместе с рельсами 3 в заданном направлении относительно боковых упоров 8, закрепленных на неподвижных подлежневых площадках 6. При этом нагрузки в их первичной фазе воспринимаются в основном нижними частями подлежневых прокладок 10 и происходит частичное гашение воспринятой нагрузки в процессе упругой деформации этих частей и боковых прокладок 11. При изменении знака нагрузки запертое положение продольных лежней 4 сохраняется. При этом боковые прокладки 11 стремятся к восстановлению своего первичного состояния, повышая трение с боковыми упорами 8 (т.е. выполняют роль самотормозящего клина), а нижние части упругих подлежневых прокладок 10 передают запасенную энергию верхним частям, при деформации которых происходит превращение этой остаточной энергии в тепло. Иначе говоря, во вторичной фазе происходит дополнительное рассеивание гармонических колебаний нагрузок с проявлением эффекта амортизатора двойного действия, в значительной мере уменьшающего нагрузки на элементы верхнего строения (включая рельсовые скрепления) и исключающего риск резонансного раскачивания транспортного средства.
Приведенная схема разложения сил и преобразования энергии обусловлена введением в верхнее строение конструктивных элементов, форма, материал и размещение которых в пространстве и относительно друг друга подробно раскрыты выше при описании конструкции предлагаемого устройства.
Таким образом, настоящим изобретением созданы условия для проявления верхним строением рельсового пути необычного двойного свойства, которое можно охарактеризовать как упругая фиксация в заданном направлении подвижных элементов верхнего строения рельсового пути относительно неподвижных элементов с одновременным проявлением эффекта двойного демпфера, служащего для упругого восприятия и рассеивания энергии гармонических колебаний, толчков и ударов с использованием свойств самотормозящего упругого клина.
Указанное комбинированное свойство объективно проявляется при реализации изобретения, т.е. является техническим результатом решения поставленной задачи.
Сопутствующими положительными эффектами от использования предлагаемого изобретения является повышение надежности устройства, снижение уровня шума и вибраций, действующих на организм человека, а также повышение срока службы верхнего строения рельсового пути и снижение трудовых и материальных затрат на эксплуатацию полотна рельсового пути.
Указанный технический результат достигается при использовании предлагаемого изобретения, конкретно охарактеризованного совокупностью существенных признаков в приведенной ниже формуле изобретения.