ШПАЛА

Полезная модель относится к: строительству железных: дорог, в частности к конструкциям шпал из композиционных материалов.
Известна конструкция деревянных шпал по ГОСТ; 78-2004, производимых из цельной древесины диаметром более 26 см.
Недостатком конструкции является то, что используемый материал становится дефицитным, из-за чего производства таких шпал из года в год сокращаются, а их стоимость постоянно увеличивается.
Известен аналог - шпала - патент RU на полезную модель №112204, опубликованный 10.01.2012, бюл. №1, выбранная в качестве прототипа, изготовленная формованием из композиционного материала в виде бруса, в качестве композиционного материала которой используется полимерно-песчаная смесь, содержащая 50-80% полимера и 20-50% песка.
Недостатком прототипа является низкая прочность шпалы, так как при формовании не обеспечивается надежное соединение частиц песка и полимера. Другим недостатком является повышенная масса изделия, которая понижает технологичность изготовления железнодорожных путей с использованием таких шпал. Еще одним недостатком является абразивное свойство песка, которое оказывает негативное влияние на технологичность процесса изготовления и, как следствие, на качество шпал. При обработке режущими инструментами, в частности при сверлении отверстий в шпалах для установки костылей, происходит интенсивный износ инструмента.
Технической задачей полезной модели является повышение прочности, технологичности изготовления и снижение массы шпалы, что является важным в технологии укладки железнодорожных путей.
Решение технической задачи в шпале, изготовленной из композиционного материала с содержанием полимера, имеющей форму бруса, достигается тем, что брус изготовлен из органо-полимерного композита.
На фиг.1 представлен чертеж шпалы.
На фиг.2 представлен чертеж рельсовых путей.
На фиг.3 представлена схема изготовления шпалы.
Шпала (фиг.1) имеет форму бруса 1. Брус 1 изготовлен из органо-полимерного композита. Как вариант исполнения, брус может быть изготовлен экструзией композиционного материала, состоящего из органического наполнителя в количестве от 10 до 90 мас.% с размерами частиц от 1 до 20000 мкм, полимера в количестве от 10 до 90 мас.%, целевых добавок в количестве от 0 до 20 мас.%, модифицирующей добавки от 0,0001 до 50 мас.% в виде наноразмерных частиц. Пределы выбраны исходя из условия получения материала с хорошими механическими свойствами. В шпале 1 могут быть выполнены отверстия 2, в которые забиваются костыли 3 для крепления рельсов 4 (фиг.2).
Пример процесса изготовления шпалы показан на фиг.3. Сначала органический наполнитель измельчают в дробилке до размеров частиц от 1 до 20000 мкм и влажностью от 0 до 50 мас.%. В качестве органического наполнителя могут быть использованы, например, древесная стружка, технологическая щепа, рисовая шелуха, целлюлозосодержащие отходы сельскохозяйственного или текстильного производства.
Затем его смешивают в смесителе с полимером, целевыми и модифицирующими добавками ("Полимерные композиционные материалы. Свойства. Структура. Технологии." Кербер М.Л., Виноградов В.М. стр.331). Количество полимера от 10 до 90 мас.%, целевых добавок от 0 до 20 мас.%, модифицирующих добавок or 0,0001 до 50 мас.%. В качестве полимера целесообразно использовать вторичные термопласты. В качестве целевых добавок могут быть использованы, например, аппретирующие добавки (увеличивают межмолекулярное взаимодействие, например, кремнийорганические соединения), пластификаторы (снижают остаточные напряжения, улучшают морозостойкость полимеров, например, фталатные эфиры), антимикробные агенты (повышают устойчивость к действию бактерий, грибков и плесени, например, борат цинка), минеральные наполнители (уменьшают коробления за счет снижения анизотропии усадки, например, тальк). В качестве модифицирующей добавки могут быть использованы углеродные нанотрубки.
Полученную смесь гранулируют в экструдере-грануляторе ("Полимерные композиционные материалы. Свойства. Структура. Технологии." Кербер М.Л., Виноградов В.М. стр.346).
Следующий этап заключается в экструдировании - продавливании расплава полученной смеси через формующую головку, имеющую сечение шпалы ("Полимерные композиционные материалы. Свойства. Структура. Технологии." Кербер М.Л., Виноградов В.М. стр.427). Для этого полученные гранулы смеси нагревают до температуры плавления полимера, которая может доходить до 400°C. В процессе экструдирования осуществляют нарезку получаемого профильно-погонажного продукта на шпалы нужной длины, например ленточными пилами. Конечной операцией является сверление отверстий для установки костылей.
По сравнению с прототипом шпала описанной конструкции является более прочной за счет применения модифицирующих наноразмерных добавок, равномерности структуры материала, обеспечиваемой хорошим перемешиванием компонентов состава и за счет способа изготовления экструзией. В полученной методом экструзии шпале, благодаря высокотемпературному процессу полностью отсутствует влага. Шпала получается идеально ровной и гладкой.
Вес шпалы заявляемой конструкции меньше веса прототипа. Шпала имеет вес около 100 кг, поэтому для установки не требуется специальных погрузочных устройств.
Шпала описанной конструкции более технологична в изготовлении. Это объясняется тем, что описанный процесс изготовления является непрерывным и обладает высокой производительностью. В прототипе подразумевается формовка, которая заключается в заливке расплава смеси в формы и выдерживании в течении определенного времени, что является более трудоемким способом, требующим большее количество времени для изготовления одной шпалы. В составе патентуемой шпалы нет абразивных частиц, которые вызывают износ технологического оборудования и препятствуют осуществлению технологии качественной обработки.
В качестве полимерной составляющей шпалы указанной конструкции целесообразно применять так называемое сырье вторичной переработки. Таким образом решается общественно-экологическая проблема утилизации отходов из полимерных материалов.