СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННОЙ ШПАЛЫ
COMPOSITE SLEEPER SHAPING METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано для производства железнодорожных шпал.
Уровень техники
Авторам известен патент РФ №2179923 «Способ изготовления литой шпалы для железных дорог широкой колеи», в котором шпалу изготавливают из древесных волокон различных пород, металлической проволоки, каучука и вискозы, причем древесные волокна получают из отходов деревообработки и лесопиления, а металлическую проволоку, каучук и вискозу - из изношенных шин, при этом композицию приготавливают в пропорции: древесные волокна 50-70%, металлическая проволока 3-10%, жидкий каучук 5-10%, жидкая вискоза 5-10% от прессуемой массы, композиционную массу подают в пресс с давлением не менее 75 МПа и выдерживают не менее 1 мин при температуре 75-100°С с ограниченным доступом воздушной среды.
В предлагаемом способе разработана матрица с ее составом, но совершенно отсутствуют решения, как формируется шпала требуемых параметров, как композиционный материал подается в пресс и как готовая шпала автоматически убирается из пресса. При реализации этого способа потребуются дополнительные разработки.
Авторам известен патент РФ №2235637 «Способ изготовления деревометаллических материалов», в котором на пласть пиломатериала с помощью дозатора наносят слой мелкого металлического порошка и подают пиломатериал с порошком в пресс, верхняя часть которого представляет узорную матрицу, и порошок вдавливают в пласть пиломатериала, а затем пиломатериал возвращают к дозатору, переворачивают, насыпают на вторую пласть мелкий металлический порошок и вновь подают в пресс, где вдавливают порошок в пласть пиломатериала со строго определенным узором текстуры, а для окончательного формирования деревометаллического материала его пропускают через вальцы прокатной машины, при этом деревометаллический материал приготавливают в пропорции: древесина - 98%, мелкие металлические опилки - 2% от массы материала, и подают в пресс с давлением не менее 7 МПа с выдержкой 30 с, а прокатывают полученный материал с усилием между вальцами не более 20 кН.
Однако такой способ не предусматривает создание композиционной шпалы, строгого получения ее параметров и автоматического извлечения ее из технологического процесса создания композиционного материала.
Авторам известен патент РФ №2306376 «Деревобетонная шпала», в котором в бетон вставлен круглый деревянный стержень диаметром  высоты шпалы соответствующего типа с винтовой нарезкой шагом, равным  диаметра стержня, глубиной нарезки 0,01 диаметра и шириной канавки 0,1 диаметра стержня, сверху к деревянному стержню прикреплены две деревянные вставки, выходящие на верхнюю постель шпалы для крепления на них прокладок рельсов, а вдоль продольной оси деревянного стержня по всей его длине нарезаны прямоугольные канавки глубиной и шириной 0,1 диаметра стержня, при этом соотношение в шпале бетона и дерева в зависимости от типа шпалы по геометрическим размерам распределено поровну.
Однако в патенте не указано, как формируется шпала, как выдерживаются ее линейные размеры, как подается исходное сырье и как потом убирается механическим способом деревобетонная шпала.
Авторам известно изготовление композиционных материалов, например а.с. №1329972, кл. B27N 3/02 «Способ изготовления композиционного материала на основе фенолформальдегидного связующего и древесного наполнителя», в котором с целью повышения текучести, ударной вязкости и теплостойкости материала в фенолформальдегидное связующее вводят дициандиамид в количестве 1-12 мас.% от количества фенолформальдегидного связующего.
Анализ показал, что в таком варианте отсутствуют понятия формирования композиционной шпалы из материала, автоматической подачи материала и уборки механическим способом готовой продукции, все эти положения потребуют дополнительной разработки.
Авторам известно изготовление цельнопрессованных древесных изделий по а.с. №1346426, кл. B27N 3/02, в котором с целью повышения качества древесных изделий путем увеличения текучести и жизнеспособности пресс-массы после смешивания древесных частиц со связующим выполняют защитную обработку осмоленных частиц бутадиенстирольным каучуковым латексом, при этом фенолформальдегидное связующее берут в количестве 20-25 мас.%, а бутадиенстирольный каучуковый латекс в количестве 5-15 мас.% от количества пресс-массы.
Однако из предложения не понятно, можно ли таким способом изготовить композиционную шпалу с ее размерами, механически подать исходное сырье и убрать готовую продукцию.
2
Авторам известна заявка Франции №2618719, МКИ B27N 5/00 «Изготовление прессованных изделий», в которой используются древесные волокна любых пород и 10% связующего материала в виде смолы, клея, либо полимеризующего вещества, прессуют этот материал при давлении 80-500 кг/см.
Однако из предложения ясно, что материал не пригоден для производства железнодорожных шпал, будучи гибким и способным воспринимать ударные нагрузки, он совершенно плохо воспринимает сминающие усилия от подошвы рельса, а также не обладает достаточной жесткостью, чтобы от перерезающих сил не деформироваться и не терять своей геометрической формы, что очень важно для шпалы, так как она должна передавать постоянную и равномерно распределенную нагрузку на балласт и тем самым обеспечивать безопасность движения поездов по путям. Поэтому из такого материала нельзя формировать композиционную шпалу.
Авторам также известен прототип - патент РФ №2179923 «Способ изготовления литой шпалы для железных дорог широкой колеи», в котором шпалу изготавливают из древесных волокон различных пород, металлической проволоки, каучука и вискозы, причем древесные волокна получают из отходов деревообработки, лесопиления, а металлическую проволоку, каучук и вискозу - из изношенных шин, при этом композицию приготавливают в пропорции: древесные волокна 50-70%, металлическая проволока 3-10%, жидкий каучук 5-10%, жидкая вискоза 5-10% от прессуемой массы, композиционную массу подают в пресс с давлением не менее 75 МПа и выдерживают не менее 1 мин при температуре 75-100°С с ограниченным доступом воздушной среды.
Однако при таком способе изготовления шпалы требуются строго операционные станки, при которых передача продукции от станка к станку требует затрат рабочего цикла производства шпалы, что значительно сокращает производительность всей линии. Кроме того, способ не указывает, как сформированная шпала будет извлекаться из формы, т.е. предусмотрен ручной труд по извлечению шпалы и дальнейшему ее перемещению для последующей обработки.
Раскрытие изобретения
Способ формирования композиционной шпалы, включающий трубопровод, вентилятор, дозатор, ленточный транспортер, пресс, винтовые и гладкие рольганги, гидроцилиндры, при котором композиционный материал ленточным транспортером доставляется в форму пресса, внутрь которой вставлены держатели, соединенные с гидроцилиндрами, а нижняя поверхность формы соединена с гидроцилиндрами, которые совместно с гидроцилиндрами держателей поднимают форму с композиционным материалом до встречи с прессовой плитой и прессуют в форме композиционную шпалу, после этого гидроцилиндры форму опускают, гидроцилиндры держателей остаются неподвижными. Композиционная шпала остается на угловых держателях, при этом в свободное пространство между формой и композиционной шпалой с помощью гидроцилиндра вводится шпалоподборщик с винтовыми рольгангами, дается команда на опускание гидроцилиндров угловых держателей, которые возвращаются в форму, а композиционная шпала оказывается на шпалоподборщике, затем включаются винтовые рольганги, они убирают шпалу из пресса и свинчивают на ролики гладкого рольганга, который и перемещает ее для дальнейшей транспортировки.
Наличие таких отличительных признаков от прототипа позволяет сделать вывод, что предлагаемое техническое решение задачи обладает существенной новизной.
Для доказательства соответствия предлагаемого способа формирования композиционной шпалы критерию существенного отличия было проведено сравнение основных признаков с прототипом - патентом РФ №2179923 «Способ изготовления литой шпалы для железных дорог широкой колеи».
Технический результат, дающий положительный эффект по сравнению с прототипом, определяется свойствами и показателями, приведенными в таблице.
Таблица
Результаты сравнения
Свойства и другие показатели
Заявляемый способ
Прототип Патент РФ №2179923
Уборка шпалы из формы
Механическая
Ручная
Передача шпалы к станкам
Шпалоподборщик
Ручная
Давление в гидросистеме
100 МПа
75 МПа
Подача прессовой плиты
Гидроцилиндром вверх
Гидроцилиндром вниз
Крепление шпалы перед извлечением из формы
Угловые держатели
Отсутствует
Температура прессования
75°С
100°С
Подача массы шпалы
Пневматическая
Механическая
Анализ данных таблицы показывает, что сформированная композиционная шпала убирается механически, а подача массы шпалы осуществляется пневматической системой, а сформированную шпалу удерживают угловые держатели, которые и передают ее на шпалоподборщик.
Наличие отличительных признаков предлагаемого способа формирования композиционной шпалы от ближайшего прототипа позволяет сделать вывод, что он соответствует критерию «существенные отличия». Анализ данных таблицы показывает, что заявляемый способ может быть технически реализован, так как имеет все исходные параметры.
Перечень фигур чертежей
На фиг.1 изображена схема способа формирования композиционной шпалы.
На фиг.2 показана аксонометрия формы с угловыми держателями и гидроцилиндрами.
На фиг.3 приведено исходное положение формы угловых держателей и гидроцилиндров перед формированием композиционной шпалы.
На фиг.4 приведено положение формирования композиционной шпалы.
На фиг.5 приведено положение, когда форма убрана, а угловые держатели удерживают композиционную шпалу, снизу к которой подводится шпалоподборщик.
На фиг.6 показаны укладка шпалы на шпалоподборщик и возвращение формы и угловых держателей в исходное положение.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления предлагаемого изобретения
Композиционный материал вентилятором 1 со склада с помощью трубопровода 2 доставляется в дозатор 3, имеющий специализированную щель 4 для равномерной подачи композиционного материала на широкий ленточный транспортер 5, который имеет электропривод 6 и доставляет композиционный материал в форму 7 пресса 8, вовнутрь формы вставлены угловые держатели 9, соединенные с гидроцилиндрами 10, а нижняя поверхность формы соединена с гидроцилиндрами 11, когда форма заполнена композиционным материалом, включаются гидроцилиндры формы и угловых держателей и поднимают все вместе до встречи с прессовой плитой 12, и при дальнейшем движении под плитой формируется композиционная шпала 13, после этого выдается команда на гидроцилиндры формы и они опускаются, а угловые держатели выходят из формы и остаются удерживать шпалу, в образованное пространство между формой и композиционной шпалой с помощью гидроцилиндра 14 вводится шпалоподборщик 15 с винтовыми рольгангами 16, затем опускаются гидроцилиндры угловых держателей и композиционная шпала оказывается на винтовых рольгангах, которые с помощью электропривода 17 вращаются и свинчивают композиционную шпалу на гладкие ролики 18, которые вращаются с помощью электропривода 19 и выносят шпалу для дальнейшей ее транспортировки. Все гидроцилиндры запитаны и соединены с насосной станцией 20.
Реализация предложенного способа формирования композиционной шпалы позволит без дорогостоящих станков и оборудования формировать требуемых линейных размеров композиционную шпалу, при этом не будет возникать никаких отходов обработки и будут отсутствовать системы уборки и утилизации отходов деревообработки.