ОБРЕЗИНЕННАЯ ДЕРЕВЯННАЯ ШПАЛА

Данное решение относится к области систем крепления железнодорожных рельсов, конкретно к деревянным железнодорожным шпалам.
Большая часть современных железнодорожных путей состоит из деревянных шпал, используемых для размещения и крепления железных рельсов поверх шпал. Однако по ряду причин, таких как использование низкокачественной сосновой древесины взамен дубовой по причине более высокой стоимости последней, существует необходимость поиска альтернатив деревянным шпалам для индустрии железных дорог. Такие альтернативные продукты могут быть изготовлены в равной мере как из первичных (свежих), так и вторичных (регенерированных) материалов. Могут быть использованы такие материалы, как, например, цемент, железобетон, металл, регенерированная древесина, пластмасса, композиты различных регенерированных материалов, а также другие продукты. Относительно новым подходом является производство шпалы из цемента, имеющей железный сердечник и облаченной в оболочку из регенерированной резины и/или регенерированного пластика.
Такие альтернативные продукты страдают рядом существенных недостатков. Железнодорожная промышленность испытывает необходимость в экономически выгодной альтернативе древесине. Затруднения, встречающиеся при использовании цементных и железобетонных шпал, имеющих значительный срок службы, связаны с их гораздо более значительным весом в сравнении с деревянными. Это обусловливает более высокие затраты, связанные с транспортировкой и укладкой таких шпал. Шпалы, изготовленные с металлическим сердечником, должны иметь оболочку из непроводящего материала для обеспечения безопасности, а также эксплуатационных соображений. Создание такой оболочки является дополнительной технологической процедурой, повышающей стоимость шпалы.
Другим существенным недостатком таких альтернативных шпал является относительно низкое усилие, требуемое для выдирания костыля, забитого в такую шпалу. Крайне желательным является гораздо более значительное выдирающее усилие. Более высокое выдирающее усилие обеспечивает более прочное удерживание костыля в шпале и снижает или вообще устраняет необходимость повторной установки костыля. Помимо этого, вследствие высокой поверхностной твердости почти все альтернативные шпалы, изготовленные из стали, цемента и пластика являются источником повышенного уровня шума, возникающего при прохождении железнодорожных составов, а также имеют тенденцию к нежелательным смещениям на гравийном основании железнодорожного полотна.
Как следствие, спрос железнодорожной промышленности на шпалы, изготовленные из не древесных материалов, остается низким. Считается, что потребность в шпалах из альтернативных древесине материалов возрастет при условии, если альтернативные материалы обеспечат низкую стоимость изделия, будут иметь сходные эксплуатационные характеристики и больший период эксплуатации в сравнении с деревянными шпалами. Как упоминалось выше, еще одной проблемой, стоящей перед железнодорожной промышленностью, является продолжительность времени эксплуатации шпал до момента, когда они нуждаются в замене. Актуальность этой проблемы стала еще более значительной, чем прежде. В настоящее время в США шпалы изготавливаются преимущественно из мягких пород дерева, таких как сосна, но не из твердых пород дерева, таких как дуб. Шпалы из мягких пород дерева не имеют срока эксплуатации, сравнимого с таковым для шпал из твердых пород. Шпалы из мягких пород дерева подвержены, например, ускоренному разрушению под действием повышенной влажности окружающей среды. Например, шпалы, находящиеся в болотистой местности, имеют ожидаемую продолжительность срока службы не более трех-четырех лет. Можно ожидать, что железнодорожная промышленность будет заинтересована в использовании шпал, изготовленных на той же основе из древесинных материалов, но с гораздо большим сроком службы.
Наиболее близким решением заявленному изобретению является патент RU 2245410 «ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ ШПАЛА ИЗ ПЕРЕРАБОТАННОЙ РЕЗИНЫ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА ИЗ ПЕРЕРАБОТАННОЙ РЕЗИНЫ», Е01В 3/44, В29С 47/00, опубликовано: 27.01.2005. Изобретение относятся к области систем крепления железнодорожных рельсов, конкретно к железнодорожным шпалам и способу их производства. Железнодорожная шпала из переработанной резины изготавливается путем экструзии смеси резиновой крошки натуральной и вулканизированной регенерированной резины с размером зерен не более 590 мк при весовом соотношении 10-35% регенерированной натуральной резины и 65-90% регенерированной вулканизированной резины, причем продукт экструзии на выходе из экструдера имеет температуру 116-188°С. Во втором варианте шпала состоит из продукта экструзии, произведенного из смеси резиновой крошки из регенерированной натуральной резины и регенерированной вулканизированной резины при весовом соотношении 10-35% регенерированной натуральной резины и 65-90% регенерированной вулканизированной резины. Способ производства состоит из следующих операций: приобретение регенерированной резиновой крошки из натуральной и вулканизированной резины, смешивание 10-35% вес. крошки из натуральной регенерированной резины с 65-90% вес. крошки вулканизированной регенерированной резины, добавление к полученной смеси полимера в количестве 0.0-0.5% от общего веса смеси, размалывание полученной смеси при температурах от 116-188°С с целью получения промежуточного продукта, экструзии упомянутого промежуточного продукта при температурах между 116-188°С с целью получения продукта экструзии, имеющего определенную ширину и высоту, разрезание продукта экструзии на куски желаемой длины с целью получения железнодорожной шпалы. Техническим результатом изобретений является увеличение срока службы шпалы, уменьшение ее веса, способность выдерживать повышенные нагрузки на сжатие без остатка видимых деформационных изменений после снятия нагрузки, а следовательно, уменьшение расходов, связанных с заменой шпал. Недостатком данного решения является то, что указанные шпалы подвержены актам вандализма (горючи) и в промышленном производстве не окупаемы по причине малых объемов производства (всей утилизированной резины России, к примеру, не хватит, чтобы заменить шпалы на одном ж/д пути протяженностью от Москвы до Санкт-Петербурга).
Между тем, резиновая крошка находит массовый спрос и в иных отраслях техники, к примеру, при асфальтировании автодорог. Использование всей утилизированной резины только для создания из нее новых шпал слишком не рационально и расточительно по экономическим соображениям.
Отказ от деревянных шпал не выгоден по причине необходимости поддержания предприятий по их производству постоянно в рабочем состоянии, т.к. деревянные шпалы являются продуктом, поддерживающим военную безопасность любой страны. Из-за быстрого и объемного производства деревянные шпалы незаменимы при возведении ж/д путей в военное время.
Поэтому наиболее целесообразным является модернизация деревянных шпал как самый оптимальный путь, который позволит с одной стороны сохранить их производство, а с другой - повысит срок службы шпал.
Техническим результатом заявленной полезной модели является увеличение срока службы деревянных шпал.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что обрезиненная деревянная шпала, содержащая резиновую крошку, отличающаяся тем, что деревянная шпала покрыта поверх слоем формовочной смеси, прошедшей процесс полимеризации, и состоящей из наполнителя - резиновой крошки, полученной в результате перемола бывших в употреблении автомобильных шин в резиновый порошок до фракции 2.5-4 мм, и связующего - полиуретанового клея в количестве 10-14% от общего состава смеси. Обрезиненную шпалу получают следующим путем.
Берут готовую деревянную шпалу (1) (см. Фиг.1), укладывают в короб, обсыпают со всех сторон формовочной смесью (2), состоящей из резиновой крошки (3), получаемой в результате перемола бывших в употреблении автомобильных шин в резиновый порошок до фракции 2.5-4 мм, используемый, как наполнитель смеси, а в качестве связующего смеси используют полиуретановый клей в количестве 10-14% от общего состава смеси. Затем, полученную смесь обжимают со всех сторон к деревянной шпале подвижными стенками ящика и помещают в зону нагрева до 120-130°С и проводят процесс полимеризации 15-18 минут, после чего получают готовую обрезиненную шпалу. Короб предпочтительно использовать металлический. Короб выполняют так, что он изнутри соответствует форме и размерам шпалы. Стенки короба подвижные, они сжимают формовочную резиновую смесь до определенного размера, что бы получить заданную и постоянную толщину резинового, защитного слоя вокруг деревянной шпалы. Перемол автомобильных шин в резиновый порошок до фракции 2.5-4 мм может быть осуществлен, например, путем механического измельчения (дробления) [1]. Обрезиненная деревянная шпала увеличивает срок эксплуатации изделия до 30 и более лет, против 2-5 лет обычной деревянной шпалы. Кроме того, изделие становится более травмобезопасным при падении на шпалы людей. Резиновое покрытие смягчает удар и проявляет звукопоглощающие свойства. Особенно обрезиненные шпалы найдут применение при прокладке железных дорог в регионах вечной мерзлоты, где использование железобетонных шпал нецелесообразно.
Боле мягким становится и давление на грунт через шпалы. Благодаря чему, при установке шпал на железнодорожных мостах шум от прохождения поездов по ним будет значительно ниже благодаря снижению передачи звука от рельса к мосту. Шпалы вышеуказанным способом изготавливались в количестве 100 штук и прошли двухгодичные испытания на полигоне в г.Щербинка Московской области (см. Фиг.2-Фиг.6). Для сравнения рядом с испытуемыми обрезиненными деревянными шпалами уложены деревянные и бетонные.
Испытания показали высокое качество изделий. Каких-либо следов начала разрушения шпал, созданных заявленным способом, выявлено не было.
В ходе экспертного анализа на предмет выявления степени изношенности обрезиненных шпал, результаты исследованных 25 образцов, случайным образом выбранных после двухгодичных испытаний, показали изношенность на уровне не выше 6-7%, а в ряде случаев и ниже 2%, что позволило сделать уверенный вывод о пригодном сроке службы изделий не менее 30 лет.
Источники информации:
1.