БЕТОННАЯ ШПАЛА-ДЕМПФЕР

Полезная модель относится к конструкции верхнего строения пути и предназначена для восприятия нагрузки от подвижного состава. Предпочтительная область применения: грузонапряженные линии железнодорожного пути, места с продольной негомогенностью пути, в частности, с меняющейся по длине жесткостью нижнего строения пути, зоны стыкования различных конструкций верхнего строения пути и др.
Известна шпала, выполненная переменного по длине сечения с деревянными вкладышами и металлическими подрельсовыми подкладками, содержащая вкладыши, установленные в продольных пазах шпалы и выполненные многослойными, из слоев разноплотной древесины, разделенных эластичными упругими прокладками. Эксплуатационный ресурс данной шпалы увеличен в два раза по сравнению, на пример, со шпалами с короткими сменными деревянными вкладышами, так как в данной конструкции предусмотрена переустановка вкладыша путем разворота в горизонтальной плоскости на 180° и повторного использования в качестве опоры другой его части [Патент РФ №2042758. МПК: E01B 3/44, опубл. 27.08.05 г., БИ №24].
Недостатками данной конструкции являются низкая эффективность снижения динамических нагрузок па рельсы и колесные пары (малое демпфирование в опорных узлах), низкий срок их службы и малое сопротивление сдвигу рельса относительно шпалы.
Известна бетонная шпала: в бетонном теле которой выполнено прямоугольное отверстие по ее продольной оси и заполнено полистиролом [Патент РФ №533340, МПК: E01B 3/32, опубл. 25.10.76 г., БИ №39].
Недостатками данной конструкции являются низкая упругость подрельсовых зон и низкая эффективность снижения динамической нагрузки на рельсы и колесные пары из-за малого демпфирования в опорных подрельсовых узлах и в теле шпалы.
Данное техническое решение авторами выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение долговечности за счет снижения динамических нагрузок на рельсы и колесные пары и снижение вибрационных нагрузок.
Технический результат достигается тем, что в бетонную шпалу-демпфер с прямоугольным отверстием вдоль ее продольной оси, установлены с натягом чередующиеся пакеты гладких и волнистых стальных пластин.
Основным документом при создании виброизолятора служит техническое задание (ТЗ). Его содержание регламентируется существующей нормативно-технической документацией и охватывает комплекс технических требований, предъявляемых к техническим характеристикам конструкции. Формирование основополагающих требований к техническим, характеристикам разрабатываемой конструкции, как правило, осуществляется на основе теоретического анализа всех требований и ограничений, приведенных в ТЗ. В результате такого анализа требования ТЗ на разработку виброизолятора можно сформулировать в заданных диапазонах изменения жесткости и демпфирования в опорных подрельсовых узлах.
Эти параметры можно подобрать расчетным путем, варьируя геометрией и количеством прямых и волнистых пакетов стальных пластин по методикам, например [Расчет и конструирование средств виброзащиты сухого трения. В.А.Антипов, Ю.К.Пономарев, А.И.Белоусов и др. - Самара: СамГАПС, 2005. - 207. - ISBN5 98941-004-2].
Достоверность расчетных методик подтверждена экспериментально и результатами использования в реальных конструкциях.
На фиг.1 представлена конструкция предлагаемой шпалы, где показан местный продольный разрез в районе подрельсового основания. Бетонная шпала-демпфер состоит из бетонного тела шпалы 1, подрельсовой подкладки 2, закладного болта 3 с гайкой 4 и прижимом 5, подрельсовой 6 и нашпальной 7 упругих прокладок, выполненных также в виде пакетов стальных волнистых пластин. В продольном отверстии шпалы прямоугольного поперечного сечения установлены пакеты с натягом, чередуя волнистые 8 и гладкие 9 стальные пластины.
Жесткости пакетов и их демпфирующую способность подбирают расчетным путем в зависимости от заданных технических условий варьирования толщины пластин, их количества, качественного состава и геометрии волн. Варьирование жесткости возможно в пределах, существенно превышающих реальные диапазоны нагрузки в рельсошпальной решетке.
Бетонная шпала-демпфер работает следующим образом.
Вибрационные нагрузки от подвижного состава через рельс 1 передаются через пакеты стальных волнистых шайб 6 и 7 на тело шпалы-демпфера 1. За счет упругости и высокой диссипативной способности пакетов 6 и 7 амплитуда вибрации значительно снижается, что благоприятно сказывается на надежности и ресурсе подвижного состава и рельсов. Далее вибрационная нагрузка воспринимается телом шпалы. Шпала упруго изгибается, реализуется изгиб пакетов стальных и волнистых пластин 8 и 9, пластины проскальзывают с трением друг относительно друга и происходит дополнительная диссипация энергии вибрации.
Предлагаемая конструкция позволяет повысить ресурс шпалы и колесной пары, существенно увеличить суммарную упругость подрельсовой опоры и тела шпалы, их диссипативные свойства, что снижает динамические нагрузки на путь и подвижной состав, за счет создания конструкции с регулируемой жесткостью в широком диапазоне, обеспечивая ее работу в пределах упругопластических деформаций. Повышены амортизационные свойства шпалы, по договоренности и сроку службы такая шпала превосходит стандартную бетонную шпалу.