ПРОКЛАДКА ПОДРЕЛЬСОВАЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО РЕЛЬСОВОГО СКРЕПЛЕНИЯ

Изобретение относится к верхнему строению пути рельсового транспорта, а именно, к подрельсовым прокладкам, как элементам рельсового скрепления.
Прокладки подрельсовые (нашпальные) используют как средства амортизации динамических нагрузок на рельсовые скрепления. Прокладки размещают между подошвой рельса и шпалой в рельсовом скреплении. Важной характеристикой прокладки является ее упруго-деформационные характеристики (деформационные свойства в пределах упругости материала прокладки) с сохранением первоначальных свойств прокладки после многократного приложения динамических нагрузок.
По патенту Российской Федерации на полезную модель №52860, МПК Е01В 9/00, дата подачи заявки 16.05.2005, известна подрельсовая прокладка-амортизатор, выполненная в виде упругого элемента с боковыми кромками, на наружной поверхности которого выполнены рифления в виде пазов и выступов. Пазы выполнены равными и/или разно великими с шириной 0,5-20,0 мм и глубиной 0,5-8,0 мм. Упругий элемент устанавливается в рельсовом скреплении между подошвой рельса и шпалой. При этом выступы позволяют равномерно распределить нагрузку на упругий элемент, а пазы обеспечивают сток воды, попавшей в узел рельсового скрепления. Возможность изменения ширины и глубины пазов позволяет осуществить точную подгонку прокладки для конкретного рельсового скрепления.
Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, выполненная в виде прямоугольного листа из упругого материала, на котором выполнены рифления.
По патенту Украины на изобретение №86715, МПК Е01В 9/68, дата подачи заявки 18.01.2008, также известна прокладка промежуточного рельсового скрепления, выполненная из упругого полимерного материала в виде прямоугольной пластины с отверстиями для размещения анкеров. Верхняя поверхность прокладки, контактирующая с металлической подложкой, выполнена с рифлениями двухуровневого профиля, в которых первый уровень представляет собой выступы шестиугольной формы, ограниченные пазами, выведенными на периферию для отвода воды, с одинаковым поперечным сечением и заданным шагом, а второй уровень представляет собой цилиндрические или другой формы выступы, выполненные на шестиугольных выступах и образующие верхнюю опорную поверхность прокладки. Таким образом получено два разных по характеристикам жесткости уровня поверхности прокладки, что приводит к значительному снижению вибраций низкочастотного диапазона. Нижняя поверхность прокладки также имеет рифления в виде выступов шестиугольной формы с круглыми пазами в центре шестиугольников, образующих нижнюю опорную поверхность.
Прокладка работает следующим образом.
При проходе поездов сначала деформируется второй уровень верхней поверхности прокладки, образованный цилиндрическими выступами на шестиугольниках, потом уже работает первый уровень шестиугольных выступов на верхней поверхности прокладки, более жесткий, то есть, повышается упругость прокладки в зоне контакта со шпалой и прокладкой. Прокладка испытывает деформацию под каждой колесной парой, что приводит к вытеснению воды по пазам на периферию. Такой механизм работы двух уровней прокладки с различными значениями жесткости в значительной степени уменьшает вибрацию в низком диапазоне частот, а в целом повышает рабочий ресурс рельсов.
Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, выполненная в виде прямоугольного листа из упругого материала, на противоположных поверхностях которого выполнены рифления, вершины которых образуют верхнюю и нижнюю опорные поверхности.
Конструктивные особенности указанных выше прокладок предусматривают возможность деформирования прокладок при нагрузке только за счет сжатия их упругих элементов. Упругие элементы, которые могли бы при нагрузке деформироваться в условиях изгиба в прокладках, отсутствуют, что ограничивает упруго-деформационные характеристики прокладок (величину деформации в пределах упругости материала прокладки).
В качестве прототипа выбрана прокладка, известная по патенту Украины на изобретение №49767, МПК Е01В 9/54, дата подачи заявки 13.08.2002.
Прокладка выполнена в виде прямоугольного листа из упругого полимерного материала, например, термопластичного полиуретана, с параллельными опорными поверхностями. На двух противоположных сторонах прокладки выполнены вырезы для размещения крепежных элементов. Оси симметрии вырезов совпадает с осью симметрии прокладки. На обоих опорных поверхностях подрельсовой части прокладки выполнены рифления, а боковые противоположные стороны с расположенными в них вырезами выполнены гладкими. В поперечном сечении, рифления выполнены в виде рядов синусоид, толщина которых одинакова по всей длине прокладки. Верхняя и нижняя образующие синусоид расположены таким образом, что продольные координатные оси каждой образующей совпадают с верхней и нижней плоскостями гладких боковых сторон прокладки. Соседняя синусоида второго ряда соединена с первым рядом со смещением на четверть периода. Опорные поверхности подрельсовой части сформированы по длине прокладки последовательно чередующимися четными и нечетными поперечными рядами синусоид с одинаковым периодом и амплитудой, при этом период выбрано в пределах: Р=(6-7)h, где Р - период синусоиды, h - высота противоположных гладких сторон прокладки, а амплитуда определена из следующего соотношениея: А=0,5h, где А - амплитуда синусоиды, h - высота противоположных гладких сторон прокладки
Прокладка работает следующим образом.
Прокладка, кроме предварительного статического сжатия промежуточными скреплениями, находится под влиянием динамических нагрузок, возникающих при проходе колес подвижного состава над шпалами. Благодаря оптимальному сочетанию свойств полимерного материала и конструктивного исполнения рифленых опорных поверхностей, прокладка в условиях нагрузок деформируется в процессе работы и имеет свойство сохранять свои первоначальные характеристики после многократного приложения динамической нагрузки. При воздействии на прокладку нагрузки происходит деформация прокладки, как за счет сжатия ее упругих элементов, так и за счет выполаживания опорных поверхностей повышает ее упруго-деформационные характеристики.
Общими признаками прототипа и заявляемого решения являются: прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, выполненная в виде прямоугольного листа из упругого материала, на противоположных поверхностях которого выполнены рифления, вершины которых образуют верхнюю и нижнюю опорные поверхности.
Взаимодействие прокладки с подошвой рельсы и шпалой осуществляется в условиях точечных контактов вершин синусоиды, как опорных элементов прокладки, с поверхностями подошвы рельсы и шпалы. В результате в вершинах синусоид возникают значительные контактные напряжения, что ухудшает упруго-деформационные характеристики прокладки и приводит к преждевременному ее износу.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования прокладки подрельсовой промежуточного рельсового скрепления, в которой за счет особенностей выполнения рифлений обеспечивается уменьшение контактных напряжений в опорных элементах прокладки и повышение упруго-деформационных характеристик прокладки.
Поставленная задача решается тем, что в прокладке подрельсовой промежуточного рельсового скрепления, выполненной в виде прямоугольного листа из упругого материала, на противоположных поверхностях которого выполнены рифления, вершины которых образуют верхнюю и нижнюю опорные поверхности, согласно полезной модели, рифления выполнены в виде одинаковых прямоугольных тарельчатых пружин, основания которых соединены между собой с образованием листа прокладки, а вершины соседних пружин направлены в противоположные стороны относительно плоскости листа прокладки.
Указанные признаки являются существенными признаками полезной модели. Существенные признаки полезной модели находятся в причинно-следственной связи с достигаемым результатом.
Так, отличительные признаки полезной модели (рифления выполнены в виде одинаковых прямоугольных тарельчатых пружин, основания которых соединены между собой с образованием листа прокладки, а вершины соседних пружин направлены в противоположные стороны относительно плоскости листа прокладки) в совокупности с существенными признаками, общими с прототипом, обеспечивают уменьшение контактных напряжений в опорных элементах прокладки и повышение упруго-деформационных характеристик прокладки.
Вершины тарельчатых пружин, образующие опорные поверхности прокладки, выполненные в виде площадок, плоские поверхности которых контактируют с подошвой рельсы и соо шпалой (в отличие от точечных контактов в прототипе), что уменьшает контактные напряжения в опорных элементах прокладки.
Боковые стороны тарельчатых пружин при нагрузке прокладки деформируются как за счет их сжатия, так и за сет их изгиба (выполаживания), что обеспечивает высокие упруго-деформационные характеристики прокладки.
Целесообразно рифления в виде тарельчатых пружин выполнить на четырех участках прокладки, расположенных симметрично относительно продольной и поперечной осей симметрии прокладки, основания тарельчатых пружин соединить между собой с образованием продольных и поперечных рядов тарельчатых пружин в пределах указанных участков с одинаковым количество рядов на указанных участках, а расположение указанных продольных и поперечных рядов тарельчатых пружин выполнить симметрично относительно продольной и поперечной осей симметрии прокладки. Такое выполнение прокладки обеспечивает равномерные условия восприятия нагрузок и деформации по всей плоскости прокладки.
Вертикальные сечения тарельчатых пружин в продольном и поперечном направлениях могут иметь симметричную или несимметричную трапециевидную форму боковых сторон.
Противоположные боковые стороны тарельчатых пружин в указанных сечениях с несимметричной трапецеидальной формой целесообразно выполнить с разным углом наклона к плоскости листа прокладки. При этом, одну из противоположных боковых сторон указанных вертикальных сечений целесообразно выполнить с углом наклона к плоскости прокладки в пределах 80-90 градусов, а вторую - с углом наклона в пределах 45-55 градусов. Такое выполнение обеспечивает оптимальные условия для изгиба боковых сторон тарельчатых пружин при нагрузке прокладки и улучшает упруго-деформационные характеристики прокладки.
Целесообразно соединения тарельчатых пружин выполнить путем попарного соединения боковых сторон с большим углом наклона и боковых сторон с меньшим углом наклона в соседних тарельчатых пружинах, а наклон боковых сторон с большим углом наклона выполнить в направлении осей симметрии прокладки. При таком исполнении прокладка при нагрузке деформируется преимущественно в направлении от центра к периферии, что также улучшает упруго-деформационные характеристики прокладки.
Ниже приводится описание заявляемой прокладки подрельсовой промежуточного рельсового скрепления со ссылками на чертежи, на которых показано:
Фиг. 1 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, вид в плановой плоскости.
Фиг. 2 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, схема тарельчатых пружин с симметричной трапецеидальной формой.
Фиг. 3 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, схема соединения тарельчатых пружин с симметричной трапецеидальной формой.
Фиг. 4 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, рифления на участках 2, 3, 4, 5 с симметричной трапецеидальной формой тарельчатых пружин.
Фиг. 5 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, разрез А-А на фиг. 4.
Фиг. 6 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, разрез Б-Б на фиг. 4.
Фиг. 7 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, тарельчатые пружины с несимметричной трапецеидальной формой.
Фиг. 8 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, схема соединения тарельчатых пружин с несимметричной трапецеидальной формой.
Фиг. 9 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, рифления на участке 2 с несимметричной трапецеидальной формой.
Фиг. 10 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, разрез В-В на фиг. 9.
Фиг. 11 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, разрез Г-Г на фиг. 9.
Фиг. 12 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, рифления на участке 3 с несимметричной трапецеидальной формой.
Фиг. 13 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, разрез Д-Д на фиг. 12.
Фиг.14 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, разрез Е-Е на фиг. 12.
Фиг. 15 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, рифления на участке 4 с несимметричной трапецеидальной формой.
Фиг. 16 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, разрез Ж-Ж на фиг. 15.
Фиг. 17 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, разрез К-К фиг. 15.
Фиг. 18 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, рифления на участке 5 с несимметричной трапецеидальной формой.
Фиг. 19 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, разрез Л-Л на фиг. 18.
Фиг. 20 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, разрез М-М на фиг. 18.
Фиг. 21 - Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления, схема деформации тарельчатых пружин в условиях нагрузки.
Прокладка подрельсовая промежуточного рельсового скрепления выполнена в виде прямоугольного листа 1 из упругого материала, включает четыре участка 2, 3, 4, 5, которые выполнены симметричными относительно продольной X и поперечной Y осей симметрии прокладки. На двух противоположных сторонах прокладки выполнены вырезы 6, 7 для размещения соответствующих крепежных элементов рельсового скрепления (фиг. 1).
На противоположных поверхностях указанных участков 2, 3, 4, 5 выполнены рифления в виде одинаковых прямоугольных тарельчатых пружин 8, основания 9 которых соединены между собой с образованием листа 1 прокладки, а вершины 10 соседних пружин 8 направлены в противоположные стороны относительно плоскости 11 листа 1 прокладки с образованием верхней 12 и нижней 13 опорных поверхностей.
Основания 9 тарельчатых пружин 8 соединены между собой с образованием продольных 14 и поперечных 15 рядов тарельчатых пружин 8 в пределах указанных участков 2, 3, 4, 5.
Указанные участки 2, 3, 4, 5 выполнены с одинаковым количеством продольных 14 и поперечных 15 рядов тарельчатых пружин 8.
Вертикальные сечения тарельчатых пружин 8 в продольном и поперечном направлениях могут иметь симметричную (фиг. 2, 3) или несимметричную трапециевидную форму (фиг. 7, 8).
Противоположные боковые стороны 16, 17 указанных вертикальных сечений с симметричной трапецеидальной формой выполнены с одинаковым углом наклона к плоскости 11 листа 1 прокладки (фиг. 2, 3).
Противоположные боковые стороны 16, 17 указанных вертикальных сечений с несимметричной трапецеидальной формой выполнены с различными углами наклона к плоскости 11 листа 1 прокладки. При этом одна из противоположных боковых сторон 16 указанных вертикальных связей выполнена с углом наклона к плоскости 11 прокладки в пределах 80-90 градусов, а другая 17 - с углом наклона в пределах 45-55 градусов (фиг 7).
Соединение тарельчатых пружин 8 с несимметричной трапецеидальной формой выполнено путем попарного соединения боковых сторон 16 с меньшим углом наклона и боковых сторон 17 с большим углом наклона соседних тарельчатых пружин 8.
Наклон боковых сторон 17 с большим углом наклона выполнен в направлениях осей симметрии X, Y прокладки.
Прокладка работает следующим образом.
Прокладка предварительно статически сжата элементами промежуточного рельсового скрепления. При проходе колес подвижного состава над шпалами на прокладку действуют динамические нагрузки. Благодаря особенностям выполнения рифлений (в виде прямоугольных тарельчатых пружин 8, которые соединены между собой указанным выше образом) прокладка в условиях нагрузок деформируется как за счет сжатия ее упругих элементов, так и за счет изгиба боковых сторон 19, 17 тарельчатых пружин 8 (за счет выполаживании составных частей рифлей прокладки), что улучшает упруго-деформационные характеристики (увеличивает деформационные свойства в пределах упругости материала прокладки) с сохранением первоначальных характеристик прокладки после многократного приложения динамических нагрузок. Схема деформации тарельчатых пружин 8 в условиях нагрузки показана на фиг. 20. Вершины 10 тарельчатых пружин 8, образующие опорные поверхности 12, 13, выполнены в виде плоских площадок, что уменьшает контактные напряжения в местах взаимодействия прокладки с подошвой рельса и шпалой и предупреждает преждевременный износ прокладки.