ПОДШПАЛЬНАЯ ПРОКЛАДКА

Область техники
Полезная модель относится к конструкции верхнего строения железнодорожного пути, а именно к виброизолирующим прокладкам, которые устанавливаются под подошвы железобетонных шпал и брусьев стрелочных переводов железнодорожных путей любого типа.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время в основном используются железобетонные шпалы и брусья, которые из-за применяемого материала не могут снижать динамические нагрузки и повышенные вибрации, возникающие при прохождении высокоскоростных и большегрузных поездов, что приводит к повышенному износу железнодорожных путей и увеличению затрат на их обслуживание.
Для гашения вибрации от подвижного состава на балласт используют подшпальные прокладки.
Из уровня техники известна подшпальная прокладка (патент РФ №188195, опубликовано 02.04.2019 г.), выполненная в виде плоской резиновой прямоугольной пластины, которая имеет круглые отверстия диаметром 20-25 мм, равномерно расположенные на поверхности прокладки.
Указанная подшпальная прокладка имеет от 4 до 13 отверстий, количество которых выбирается в зависимости от длины прокладки. Количество отверстий подобрано таким образом, чтобы обеспечить равномерное сцепление прокладки с балластом и в то же время сохранить необходимое значение ее жесткости.
При изготовлении балластного слоя используется щебень, имеющий размеры фракций 25-60 мм. После укладки рельсошпальной решетки проводится подбивка, то есть уплотнение слоя щебня непосредственно под шпалами. При этом часть щебня выступает над его поверхностью с образованием упоров, за которые могут зацепиться отверстия подшпальной прокладки.
Рассмотренная подшпальная прокладка имеет отверстия, максимальный диаметр которых соответствует минимальному размеру фракций щебня. При эксплуатации упоры, образованные щебнем, выступающим над поверхностью балластного слоя, располагаются в отверстиях прокладки, что препятствует смещению прокладки в горизонтальной плоскости и ее выскальзыванию из-под шпалы. При этом подшпальная прокладка не требует специального крепления к шпале с помощью различных приспособлений, за счет изменения конструкции шпалы, креплений в виде приклеивания к подошве шпалы и т.д.
Однако данная подшпальная прокладка за счет выполнения ее формы прямоугольной способна покрыть только часть подошвы шпалы, что приводит к неравномерному распределению нагрузки от шпалы на балласт, что, в свою очередь, способствует раздроблению и изнашиванию балластного слоя и необходимости его замены.
Кроме того, выполнение отверстий круглыми с диаметром 20-25 мм при использовании фракций щебня размером 25-60 мм приводит к тому, что части фракций щебня, выступающие над поверхностью балластного слоя, плотно прилегают к контурам отверстий и располагаются в них целиком либо частично. Под воздействием вертикально направленной нагрузки при прохождении железнодорожных составов в месте соприкосновения контура отверстий прокладки и выступающих частей фракций щебня в подшпальной прокладке создаются распирающие внутренние напряжения, разрушающие ее и, как следствие, снижающие ресурс шпалы. Также отсутствие зазоров в месте контакта контура отверстий и выступающий частей фракций щебня приводит к постепенному накоплению здесь грязи и влаги, что также снижает надежность работы подшпальной прокладки.
Известна подшпальная прокладка фирмы Getzner (интернет-ресурс https://www.acoustic.ua/st/Sleeper%20Pad.pdf, опубликовано 10.01.2018 г., просмотрено 12.07.2021 г.), принятая за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, выполненная в виде плоской пластины трапециевидной формы, имеющей отверстия круглой формы. При этом подшпальная прокладка имеет специальный слой, предназначенный для ее крепления к подошве шпалы при изготовлении шпалы, а отверстия используются для выхода приспособлений, удерживающих крепежные элементы внутри шпалы при ее изготовлении.
Выполнение указанной прокладки в виде пластины трапециевидной формы позволяет покрыть всю площадь поверхности подошвы шпалы по ее контуру, тем самым способствуя равномерному распределению нагрузки от шпалы на балласт.
Однако предполагается, что данная подшпальная прокладка устанавливается/крепится на подошву шпалы при изготовлении шпалы, что приводит к проведению отдельного трудоемкого комплекса работ по ее монтажу. При замене подшпальной прокладки в случае ее изнашивания замене подлежит шпала целиком, что опять же является долгим и трудоемким процессом.
Также в процессе эксплуатации при наличии повышенных вибраций и нагрузок происходит ослабление крепления подшпальной прокладки к шпале, что приводит к постепенному отслоению подшпальной прокладки от подошвы шпалы с последующим ее смещением и выскальзыванием из-под шпалы. В итоге, неравномерно распределенная нагрузка разрушает как балластный слой, так и шпалу.
Технической проблемой заявляемой полезной модели является преодоление технических недостатков, присущих аналогам, что ведет к необходимости создания подшпальной прокладки, обеспечивающей повышение срока службы железнодорожных шпал и балластного слоя.Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение эксплуатационной надежности подшпальной прокладки в целом за счет обеспечения равномерного распределения нагрузки от шпалы на балласт в течение всего срока эксплуатации подшпальной прокладки.
Технический результат достигается при использовании подшпальной прокладки,выполненной в виде плоской пластины трапециевидной формы с отверстиями продолговатой формы, часть из которых расположена так, что их продольная ось совпадает с продольной осью подшпальной прокладки, а часть отверстий расположена так, что их продольная ось образует угол к продольной оси подшпальной прокладки.
В контексте настоящей полезной модели под продольной осью подшпальной прокладки понимается ось, сонаправленная с осью абсцисс.
Выполнение указанной прокладки в виде пластины трапециевидной формы, как и в случае наиболее близкого аналога, позволяет, совместно со второй аналогичной прокладкой, покрыть всю площадь поверхности подошвы шпалы по ее контуру, что приводит к более равномерному распределению нагрузки, воздействующей от шпалы на балласт при эксплуатации.
Продолговатая форма всех отверстий заявляемой подшпальной прокладки позволят получить отверстия, контур которых будет контактировать с выступающими над поверхностью балластного слоя частями щебня, выполняющими роль упоров. Соответственно при прохождении железнодорожных составов воздействующая вертикальная нагрузка будет более равномерно распределяться как по контуру отверстий, так и по расположенным в этой зоне нескольким упорам из щебня, что увеличивает ресурс как подшпальной прокладки, так и самой шпалы.
Расположение отверстий продолговатой формы так, что их продольные оси совпадают с продольной осью подшпальной прокладки (т.е. длинные стороны продолговатых отверстий подшпальной прокладки расположены вдоль ее продольной оси) и под углом  к продольной (горизонтальной) оси прокладки позволяет обеспечить надежное зацепление с упорами балластного слоя и в то же время исключить смещение подшпальной прокладки в разных направлениях горизонтальной плоскости прокладки, которое возникает под воздействием вертикальной нагрузки со стороны проходящих железнодорожных составов: продолговатые отверстия, продольная ось которых расположена вдоль горизонтальной оси прокладки, исключают поперечное смещение прокладки относительно ее горизонтальной оси.
Кроме того, при выполнении всех указанных продолговатых отверстий прокладки между контуром отверстий и выступающими над поверхностью балластного слоя фракциями щебня всегда будут оставаться зазоры, которые обеспечивают вентиляцию отверстий подшпальной прокладки, что исключает скопление в них грязи и влаги и также положительно сказывается на увеличении срока службы подшпальной прокладки.
Следует отметить, что заявляемое решение не требует какого-либо дополнительного крепления к подошве шпалы, что делает ее использовании менее трудозатратным.
В частном случае реализации полезной модели  угол между продольными осями вытянутых отверстий и продольной осью подшпальной прокладки равен 1-179º.
В частном случае реализации полезной модели наклонные отверстия продолговатой формы (отверстия, расположенные так, что их продольная ось образует угол к продольной оси подшпальной прокладки) размещены на прокладке рядами (ряд расположен параллельно продольной оси подшпальной прокладки), в первом ряду из которых упомянутый угол равен 90-175º (в частном случае, например, 135º), что исключает угловые смещения прокладки, которые вытягивают ее из-под шпалы вправо, а во втором ряду угол равен 45-130º (в частном случае 45º), что исключает угловые смещения прокладки, которые вытягивают ее из-под шпалы влево. В итоге, исключается выскальзывание подшпальной прокладки из-под шпалы в любом направлении вдоль горизонтальной плоскости, что повышает надежность работы подшпальной прокладки и ресурс шпалы.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан вид сверху заявляемой подшпальной прокладки.
На фиг. 2 показан вид сбоку заявляемой подшпальной прокладки.
Позициями на чертежах обозначены следующие элементы:
1 – плоская пластина трапециевидной формы;
2 – отверстия продолговатой формы, продольная ось которых расположена вдоль продольной оси прокладки;
3 – первый ряд наклонных отверстий продолговатой формы, продольная ось которых расположена под углом α = 135º к продольной оси прокладки;
4 – второй ряд наклонных отверстий продолговатой формы, продольная ось  которых расположена под углом β = 45º к продольной оси прокладки.
Согласно полезной модели подшпальная прокладка представляет собой пластину трапециевидной формы 1, которая с двух сторон имеет ровную поверхность (фиг. 1, 2). Длина прокладки в частном случае составляет 1000±5 мм, величина длинной боковой стороны прокладки составляет 270±4 мм, длина короткой боковой стороны в частном случае составляет 200±4 мм.
На поверхности прокладки выполнены два отверстия продолговатой формы 2, продольная ось которых расположена вдоль продольной оси прокладки. Длина такого продолговатого отверстия - более 60 мм и менее или равна 90 мм. Ширина такого продолговатого отверстия - более 25 мм и менее или равна 40 мм (фиг. 1, 2).
Также на поверхности прокладки выполнен первый ряд из четырех отверстий продолговатой формы 3, расположенных под углом α = 135º к горизонтальной оси прокладки, и второй ряд из четырех отверстий продолговатой формы 4, расположенных под углом β  = 45º к горизонтальной оси прокладки. Длина таких технологических отверстий выполнена не менее 60±2 мм, ширина – не менее 25±2 мм. Указанный размер отверстий позволяет обеспечить большую площадь зацепления с упором,  образованным частью щебня, выступающим над поверхностью балластного слоя.
Осуществление полезной модели
Подшпальная прокладка выполняется из полимерных материалов, например, из резиновой смеси на основе изопреновых и бутадиеновых синтетических каучуков.
После укладки рельсошпальной решетки проводится уплотнение балластного слоя щебня непосредственно под шпалами. При этом балластный слой содержит фракции щебня размером 25-60 мм. После этого подшпальные прокладки укладываются на балласт под шпалу по одной штуке с каждой стороны железнодорожного пути. Части щебня, выступающие над поверхностью балластного слоя, являются упорами, которые входят в зацепление с продолговатыми отверстиями подшпальной прокладки, фиксируя ее исходное положение.
При прохождении поезда подшпальная прокладка упруго деформируется. При этом гасятся удары и вибрация на всех частотах, передающиеся через рельсы на шпалы и балласт. При этом наличие продолговатых отверстий в подшпальной прокладке препятствует ее смещению и выскальзыванию из-под шпалы во всех направлениях вдоль горизонтальной плоскости подшпальной прокладки. После прохождения поезда подшпальная прокладка принимает начальную форму.
В случае необходимости ремонта железнодорожных путей или балласта подшпальная прокладка может быть заменена без необходимости замены самой железобетонной шпалы, что значительно снижает эксплуатационные затраты.
Заявленная подшпальная прокладка обеспечивает равномерное распределение эксплуатационных нагрузок и снижение вибраций, при этом она обладает повышенной жесткостью и прочностью, что обеспечивает высокую надежность при эксплуатации, повышает межремонтный срок службы и снижает риск развития аварийной ситуации. Кроме того, подшпальная прокладка является унифицированной и подходит для укладки с большинством применяемых в настоящее время шпал.