Шпала

Полезная модель относится к области конструкции шпалы для железнодорожного и электрического транспорта, использующих рельсы для передвижения по ним транспортных средств. Конструкция может быть также использована для крепления рельс с целью передвижения по ним механизмов подъемных кранов в строительстве. Особое значение она имеет для прокладки железнодорожных путей сверхскоростных поездов типа «Сапсан».
Известна шпала, содержащая удлиненное тело из многослойного материала и имеющая древесную основу, пропитанную антисептиком, выполненную из склеенных между собой листов шпона, в виде сгруппированных в два горизонтальных пакета с горизонтальным расположением листовых элементов и в один вертикальный пакет с вертикальным расположением листовых элементов, причем вертикальный пакет в конструкции шпалы закреплен между верхним и нижним горизонтальными пакетами путем склеивания, имеющая отверстия под крепеж (см. патент на полезную модель №183931 от 9 октября 2018 г. Бюллетень №28).
Недостаток известной конструкции: 1. Отсутствие демпфирующей способности для гашения колебаний от железнодорожных колесных пар при прохождении тяжеловесных составов, которые передаются на рельсы и далее на шпалы и технический ресурс колесных пар понижается, появляются трещины в колесных парах и колесные пары выбраковываются для предупреждения аварий, а также снижается срок службы шпал за счет появления трещин.
Указанный недостаток устранен в заявляемой полезной модели, которая направлена на решение задачи увеличения срока службы железнодорожных шпал и колесных пар железнодорожных вагонов путем гашения механических низкочастотных колебаний, возникающих при прохождении тяжеловесных составов.
Положительный технический результат достигается за счет дополнительного ввода в конструкцию демпфирующей стальной пластинчатой пружины, расположенной горизонтально по центру древесной основы шпалы и гасящей низкочастотные механические колебания, возникающие при прохождении тяжеловесных составов.
Для демонстрации заявляемой конструкции шпалы выполнены рисунки на фиг. 1 и фиг. 2, на которых обозначены следующие позиции:
1 - горизонтальные пакеты элементов древесной основы из шпона с водостойкой пропиткой,
2 - склеивающий состав,
3 - отверстия под крепеж,
4 - вертикальный пакет элементов древесной основы из шпона с водостойкой пропиткой,
5 - демпфирующая стальная пластинчатая пружина.
На фиг. 1 пунктирной линией обозначен невидимый контур демпфирующей стальной пластинчатой пружины 5, расположенной горизонтально по центру древесной основы шпалы.
На фиг. 2 в увеличенном виде и повернутом сечении А-А шпала изображена в рабочем состоянии: сверху действует нагрузка от колесных пар при движении поездов, снизу располагается отсыпной грунт железнодорожного полотна.
Назначение и взаимодействие элементов в заявляемой конструкции шпалы следующее.
Предлагаемая конструкция шпалы состоит из древесной основы в виде двух пакетов (фиг. 2, позиции 1), расположенных горизонтально и одного пакета (фиг. 2, позиция 4), расположенного вертикально, в котором по центру располагается горизонтально демпфирующая стальная пластинчатая пружина 5.
Каждый из пакетов собран из плоских элементов, изготовленных из листового древесного шпона склеенных между собой склеивающим составом 2. Древесные элементы из листового шпона пропитаны на всю глубину водостойким антисептиком на базе кризола.
Отверстия 3 служат для крепления подкладок, которые удерживают рельсы (на фиг. 1 и фиг. 2 подкладки условно не показаны).
Толщина вертикального пакета 4 составляет не менее 0,4 от всей толщины шпалы. Усилия, возникающие при движении колесных пар поездов, вызывают изгибающие моменты в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Вертикальный пакет элементов 4 древесной основы из листового шпона создает противодействие изгибающим максимальным усилиям, направленным в статике перпендикулярно плоскостям горизонтальных элементов 1.
Противодействие изгибающим усилиям, направленным перпендикулярно вертикальному пакету элементов 4, создается горизонтальными пакетами 1.
Введение в конструкцию шпалы элемента в виде демпфирующей стальной пластинчатой пружины 5, расположенной горизонтально по центру внутри вертикального пакета, проявляется в виде новых свойств: увеличения сопротивлению растяжения в статике и увеличения способности к демпфированию механических колебаний в динамике.
Увеличение способности сопротивлению растяжения повышает механическую прочность против износа шпал по сравнению с известной конструкцией шпалы, а повышение демпфирующей способности шпалы позволяет гасить вертикальные и горизонтальные колебания колесных пар, увеличивая их срок службы.
Этим достигается положительный технический результат по сравнению с известной конструкцией.
Технология изготовления заявляемой шпалы включает изначальную пропитку горизонтальных и вертикальных элементов шпона водостойким антисептиком. Длина элементов шпона вдоль волокон соответствует длине шпалы.
Затем производится склеивание пропитанных антисептиком элементов шпона в горизонтальные 1 и вертикальный 4 пакеты с выемками для крепежных отверстий. Предварительно в вертикальный пакет по центру закладывается демпфирующая стальная пластинчатая пружина 5, выполненными в ней отверстиями под крепеж, которые должны совпадать с выемками под крепежные отверстия в элементах из шпона.
Из двух горизонтальных пакетов 1 и одного вертикального 4 пакета с заложенной в нем демпфирующей стальной пластинчатой пружиной 5 по схеме, показанной на фиг. 1 и фиг. 2, склеивается удлиненное тело шпалы с соблюдением совпадения отверстий в пакетах под крепеж.
Заявляемая конструкция шпалы работает следующим образом.
При прохождении тяжеловесного железнодорожного состава по рельсам в местах их крепления к шпалам возникают механические колебания следующих видов: низкочастотные - вследствие совокупного силового нагружения всеми осями колес, среднечастотные - вследствие силового воздействия каждой колесной пары, высокочастотные - вследствие вибрации неподресорных масс ходовых частей вагонов.
Высокочастотные механические колебания гасятся преимущественно за счет демпфирующей способности горизонтальных пакетов 1.
Среднечастотные механические колебания гасятся преимущественно за счет демпфирующей способности вертикальных пакетов 4.
Низкочастотные механические колебания гасятся за счет демпфирующей способности стальной пластинчатой пружины 5.
Введение стальной пластинчатой пружины 5 в заявляемую конструкцию при динамическом воздействии на шпалу колесных пар при прохождении тяжеловесных поездов позволяет достигнуть положительного технического результата по сравнению с известной конструкцией.