ПОДРЕЛЬСОВАЯ ПРОКЛАДКА

Полезная модель относится к строительству железных дорог в части конструкции верхнего строения пути, а именно к конструкции подрельсовых прокладок являющихся элементами рельсового скрепления, и может найти применение, например, в рельсовых скреплениях КБ-65, ЖБР, АРС и др.
Известна подрельсовая прокладка из композиционного материала в виде прямоугольной пластины с ребрами, имеющая равные по высоте выступы, равномерно расположенные на верхней опорной поверхности подрельсовой прокладки с промежутками в рядах, и параллельнные длине прокладки и оси рельса, в поперечном сечении трапециевидной формы с большим основанием снизу и содержащие на верхнем основании по центру вдоль всей длины канавки трапециевидной формы с большим основанием вверх, при этом нижняя поверхность подрельсовой прокладки плоская, особенностью которой является то, что в качестве композиционного материала используется термоэластопласт "Технолой", являющийся смесью двух материалов "Хайтрела" и поливинилхлорида пластиката с содержанием материала "Хайтрел" от 20 до 90% (см. патент РФ №35344, МПК Е01В 9/68, опубл 10.01.2004).
Такая конструкция подрельсовой прокладки имеет сравнительно большую площадь опорной поверхности со шпалой и рельсом, что увеличивает сцепление между ними и снижает напряжения сжатия в прокладке, способствует ее защите от износа. Известная прокладка имеет сравнительно больший ресурс в условиях типичных циклических нагрузок, однако она недостаточно эффективно гасит сдвиговые напряжения.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является подрельсовая прокладка, представляющая собой рельефную прямоугольную пластину с чередующимися выступами и впадинами на верхней и нижней поверхностях, расположенных в узлах периодической решетки с квадратной ячейкой, и с четырьмя позиционирующими выступами, попарно расположенными на нижней поверхности пластины с противоположных ее сторон параллельно друг другу (см. патент РФ №94235, МПК Е01В 9/68, опубл. 20.05.2010 - прототип).
Особенностью известной подрельсовой прокладки является то, что чередующиеся выступы и впадины в ней выполнены с чередованием как в продольном, так и в поперечном направлениях и расположены в узлах периодической решетки с квадратной ячейкой со стороной 8 мм при толщине рельефной прямоугольной пластины 10 мм. При этом выступы на верхней и нижней поверхностях пластины соответствуют впадинам на противоположных поверхностях так, что толщина пластины, по существу, постоянна по всей ее поверхности. Чередующиеся выступы и впадины такой прокладки как в продольном, так и в поперечном сечениях пластины образуют гладкую зигзагообразную кривую с одинаковыми периодом и амплитудой.
Наличие указанных выступов и впадин как на верхней, так и на нижней поверхностях рельефной прямоугольной пластины более эффективно, по сравнению с описанной выше подрельсовой прокладкой, гасит сдвиговые напряжения. Однако чередование выступов и впадин в периодической решетке со стороной 8 мм приводит к уменьшению радиусов закругления у вершин выступов до величины менее 1 мм. В тяжелых условиях эксплуатации таких прокладок вершины выступов рельефной прямоугольной пластины могут подвергаться смятию. Кроме того, плоский кант толщиной 5 мм, размещенный по всему периметру пластины толщиной 10 мм уменьшает полезную площадь любого сечения подрельсовой прокладки по осям Х и Y, так что ее значительная часть не участвует в восприятии нагрузок.
Совокупность указанных конструктивных особенностей уменьшает момент инерции сечений рельефной прямоугольной пластины и сопротивление изгибающим усилиям для известной подрельсовой прокладки, а также не обеспечивает необходимую равномерность распределения напряжений по краям пластины, снижая эффективность использования упругих свойств материала и эксплуатационную стойкость изделия. Указанные недостатки ограничивают использование известной подрельсовой прокладки в тяжелых и особо тяжелых условиях эксплуатации при грузонапряженности участков магистральных железнодорожных линий 2-50 млн. ткм и выше, например, для рельсового скрепления КБ-65, ЖБР, АРС и др., в том числе, на железобетонных шпалах с рельсами типа Р-65 или P-75.
Решаемой задачей полезной модели является повышение эксплуатационной стойкости подрельсовой прокладки и надежности работы рельсового скрепления за счет увеличения сопротивления изгибающим усилиям рельефной прямоугольной пластины и обеспечения равномерного распределения нагрузки на весь объем материала прокладки при ее функционировании в тяжелых условиях эксплуатации.
Указанная задача решается тем, что в подрельсовой прокладке, представляющей собой рельефную прямоугольную пластину с чередующимися выступами и впадинами на верхней и нижней поверхностях, расположенных в узлах периодической решетки с квадратной ячейкой, и с четырьмя позиционирующими выступами, попарно расположенными на нижней поверхности пластины с противоположных ее сторон параллельно друг другу, согласно полезной модели, рельефная прямоугольная пластина снабжена ребрами жесткости преимущественно прямоугольного сечения, расположенными по краям длинных сторон указанной пластины, причем верхняя и нижняя поверхности ребер жесткости находятся в одной плоскости с вершинами указанных выступов соответственно на верхней и нижней поверхностях рельефной прямоугольной пластины, а чередующиеся выступы и впадины на ее верхней и нижней поверхностях расположены в узлах периодической решетки с квадратной ячейкой со стороной 9-11 мм.
Кроме того, боковые стороны ребер жесткости могут быть снабжены технологическими уклонами, расположенными симметрично относительно средней плоскости пластины.
Кроме того, подрельсовая прокладка может быть выполнена предпочтительно из термоэластопласта.
Такое выполнение подрельсовой прокладки позволяет повысить эксплуатационную стойкость подрельсовой прокладки и надежность работы рельсового скрепления за счет увеличения сопротивления изгибающим усилиям рельефной прямоугольной пластины и обеспечения равномерного распределения нагрузки на весь объем материала прокладки при ее функционировании в тяжелых условиях эксплуатации. Увеличение сопротивления изгибающим усилиям и жесткости предложенной подрельсовой прокладки обеспечивается за счет наличия по краям длинных сторон пластины ребер жесткости сравнительно большого сечения, а также иной более пологой формы выступов и впадин в периодической решетке с увеличенными размерами квадратных ячеек до 9-11 мм и радиусами закругления у вершин выступов до 2 мм.
Указанные изменения конструкции подрельсовой прокладки способствуют увеличению средней площади ее поперечного сечения и более эффективному использованию упругих свойств материала, поскольку указанная форма ребер жесткости, выступов и впадин обеспечивает возможность восприятия нагрузки не только за счет упругой деформации всестороннего сжатия материала, но и за счет упругой деформации изгиба, поскольку в данном случае выступы и впадины представляют собой пружинящие элементы. При этом увеличение до 2 мм радиусов закругления вершин выступов снижает в них контактные напряжения, увеличивая эксплуатационный ресурс подрельсовой прокладки при циклических нагрузках. Кроме того, использование литьевых уклонов на боковых сторонах ребер жесткости обеспечивает упрощение технологии изготовления предложенной подрельсовой прокладки по сравнению с известной, не имеющей литьевых уклонов, что в конечном итоге приводит к повышению качества и уменьшению себестоимости предложеного изделия. Оптимальные значения толщины подрельсовой прокладки, ширины ребер жесткости и размера стороны квадратных ячеек чередующихся выступов и впадин в узлах периодической решетки в диапазоне 9-11 мм определены по результатам лабораторных и технологических испытаний. Оптимальное значение размера ячеек соответствует 10 мм, а указанные крайние значения являются допустимыми для решения поставленной задачи по повышению эксплуатационной стойкости подрельсовой прокладки.
Пример выполнения подрельсовой прокладки в соответствии с предложенной полезной моделью представлен на чертежах.
На фиг.1 представлен общий вид подрельсовой прокладки в плане, на фиг.2 показано ее центральное сечение по А-А.
Подрельсовая прокладка представляет собой рельефную прямоугольную пластину 1 с чередующимися выступами 2 и впадинами 3 на верхней и нижней поверхностях пластины 1, при этом выступы 2 и впадины 3 находятся в узлах периодической решетки с квадратной ячейкой со стороной С=10 мм. Четыре позиционирующих выступа 4 попарно расположены на нижней поверхности пластины 1 с противоположных ее сторон параллельно друг другу. Рельефная прямоугольная пластина 1 снабжена ребрами жесткости 5 преимущественно прямоугольного сечения с оптимальными толщиной Т=10 мм и шириной В=13 мм, которые расположены по краям длинных сторон указанной пластины 1, причем верхняя и нижняя поверхности ребер жесткости 5 находятся в одной плоскости с вершинами указанных выступов 2 соответственно на верхней и нижней поверхностях рельефной прямоугольной пластины 1.
Чередующиеся выступы 2 и впадины 3 на верхней и нижней поверхностях пластины 1 расположены в узлах периодической решетки с квадратной ячейкой со стороной 10 мм. Боковые стороны ребер жесткости 5 снабжены технологическими уклонами, например, под углом α=15°, расположенными симметрично относительно средней плоскости пластины 1 для обеспечения технологичности литья подрельсовых прокладок под давлением. Короткие стороны пластины 1 снабжены плоскими кантами 6 толщиной 5 мм. В центре нижней части пластины 1 имеется круглый выступ 7 от срезанного литника для подачи термоэластопласта под давлением, а на нижних плоскостях каждого из позиционирующих выступов 4 имеются по два круглых выступа 8 меньшего диаметра для выхода избытка термоэластопласта при экструзии.
Чередующиеся выступы и впадины как на верхней, так и на нижней поверхностях пластины 1 выполнены с чередованием как в продольном, так и в поперечном направлениях. При этом выступы 2 на верхней поверхности соответствуют впадинам 3 на нижней поверхности так, что толщина Т пластины по существу постоянна по всей ее поверхности и совпадает с толщиной ребер жесткости 5. При этом чередующиеся выступы 2 и впадины 3 как в продольном, так и в поперечном сечениях пластины 1 образуют гладкую зигзагообразную кривую, например, синусоиду с одинаковыми периодом и амплитудой.
Таким образом, несущая поверхность образца представляет собой частично плоскость, принадлежащую ребрам жескости 5 и частично имеет сложную форму, состоящую из одинаковых пологих вершин выступов синусоидальной формы, которые расположены в узлах периодической решетки с квадратной ячейкой указанного размера. При этом форма несущего слоя прокладки не имеет резких переходов для возникновения концентраций напряжения, что способствует повышению надежности и долговечности предложенной прокладки.
Изготовление подрельсовых прокладок связано с процессом литья термоэластопласта под давлением. Состав и характеристики используемого термоэластопласта определяются с учетом всего комплекса заданных требований к изделию. Однородность формы и площади поперечного сечения прокладки, а также отсутствие острых углов в любом сечении пластины 1 способствуют при изготовлении прокладки плавному течению расплавленного полимера во время инжекции, равномерному заполнению всей формы, исключают вероятность возникновения дефектов, связанных с завихрениями расплава. Наличие на периферийных участках пластины 1 указанных литьевых уклонов, в свою очередь, исключает сложности при извлечении готового изделия. Это позволяет значительно упростить конструкцию пресс-формы и отказаться от системы выталкивателей. Указанные особенности изделия обеспечивают высокое качество и сравнительно низкую себестоимость изготовления значительного количества подрельсовых прокладок предложенной конструкции.
При монтаже рельсового скрепления подрельсовая прокладка устанавливается и закрепляется между подошвой рельса и основанием (шпалой). Позиционирующие выступы 4 предназначены для безошибочного размещения прокладки на шпале. При прохождении подвижного состава подрельсовая прокладка упруго деформируется, при этом происходит равномерное распределение нагрузки на весь объем материала. Упругие свойства используемых материалов позволяют функционировать изделию в области линейной деформации, что способствует лучшему поглощению вибрации и ударов и снижению шума.
Предложенная подрельсовая прокладка имеет сравнительно больший ресурс в условиях предельных циклических нагрузок в тяжелых и особо тяжелых условиях эксплуатации, обеспечивая долговечность деталей скрепления рельсов и всего верхнего строения пути.