ПОДРЕЛЬСОВАЯ ПРОКЛАДКА

Полезная модель относится к области железнодорожного оборудования, в частности к элементам рельсового скрепления, а именно к прокладкам, укладываемым под подошву рельса.
Известна подрельсовая прокладка из упругого материала композиционного термоэластопласта, установленная между подошвой рельса и шпалой в виде прямоугольной пластины с двумя ребрами снизу на торцах вдоль шпалы (пат. РФ №35344, МПК Е01В 9/68, опубл. 10.01.2004, бюл. №1). Канавки разной высоты равномерно с чередованием расположены на верхней опорной поверхности подрельсовой прокладки. В поперечном сечении канавки имеют трапециевидную форму с большим основанием вверх. Канавки расположены вдоль длины прокладки и оси рельса. Подрельсовую прокладку изготавливают из композиционного термоэластопласта «Технолой 2070», являющегося смесью двух термоэластопластов: «Хайтрел» и поливинилхлорида пластиката.
Однако указанная прокладка не обеспечивает достаточную надежность и эксплуатационные характеристики, поскольку при движении поезда прокладка из термоэластопластичного материала воспринимает действие сжимающей нагрузки путем сжатия в узкой зоне упругих деформаций. При превышении нагрузкой предела упругой деформации в прокладках, выполненных из термоэластопласта, исходные размеры не могут быть восстановлены. Особенностью композиционных термоэластопластов является склонность к увеличению тенденции накопления остаточных деформаций после сжатия при действии высоких температур: после снятия статической нагрузки в прокладке из композиционного термоэластопласта полного восстановления размеров не происходит, наоборот, происходит накопление остаточной деформации, что приводит к постоянному уменьшению ее толщины, ослаблению положения прокладки в узле рельсового скрепления, увеличению ее износа. При накоплении в прокладке остаточных деформаций происходят неконтролируемые изменения модуля упругости рельсового пути и образование переменной жесткости рельсового пути вследствие появления просадок. Это приводит к снижению эксплуатационных параметров элементов рельсового пути, дополнительным материальным затратам на их внеплановый ремонт и замену. Происходит снижение надежности работы элементов рельсового пути, в том числе рельсового скрепления.
Кроме того, композиционные термоэластопласты, применяемые в указанном изобретении, относятся к жестким материалам и имеют твердость более 65 условных единиц по Шор А согласно (ГОСТ Р 56291-2014). Такие жесткие термоэластопласты имеют проблему с морозостойкостью по температурному пределу хрупкости. При эксплуатации прокладка подвергается ударным циклическим нагрузкам со стороны рельса, что приводит к образованию трещин в объеме прокладки в результате «клавишного» эффекта разрушения, т.е. разрушения локального характера при ударном воздействии в результате накопления деформаций. При отрицательных температурах прокладки из термоэластопластов более подвержены локальным разрушениям в виде образования и развития трещин.
При этом композиционные термоэластопласты, например, на основе полиуретана имеют в своей основе несвязанный полимер. Это негативно отражается на поведении прокладки в агрессивной среде нефтепродуктов. На железной дороге в качестве смазывающих материалов применяются жидкие смазки, масла на основе нефтепродуктов (например, осевое масло марки Л). Композиционные термоэластопласты из несвязанных полимеров при попадании на них смазок, масел из нефтепродуктов после их впитывания разрушаются. Происходит постепенное разрушение, «вымывание» набухших слоев материала с поверхности прокладки. Это приводит к уменьшению ее толщины, ослаблению положения в узле рельсового скрепления, появлению просадок и, как следствие, образованию переменной жесткости рельсового пути. В результате снижается надежность работы элементов рельсового пути и рельсового скрепления.
Известна, принятая за прототип подрельсовая прокладка из композиционного термоэластопласта, выполненная в виде прямоугольной пластины с двумя ребрами на торцах снизу для фиксации прокладки на основании (шпале) и с равными по высоте канавками, равномерно расположенными на верхней и нижней опорных поверхностях (пат. РФ №2288314 C1, МПК Е01В 9/68, опубл. 27.11.2006 г.). В известном решении выполненные на одной поверхности канавки расположены между канавками на другой поверхности. При этом они параллельны и ориентированы вдоль оси рельса. В поперечном сечении канавки выполнены трапециевидной формы с меньшим основанием внутрь. Высота канавок составляет 0,1-0,3 части от толщины прокладки, а расстояние между канавками составляет 1-3 части от толщины прокладки. Подрельсовую прокладку изготавливают из композиционных термоэластопластов: «Технолой 2070»; на основе полиэфирных блоксополимеров «Беласт Б-6», «Хайтрел»; на основе термопластичного полиуретана «Эластолан».
Однако, как указывалось выше, применяемые в качестве материала подрельсовых прокладок композиционные термоэластопласты обладают недостатками, не позволяющими повысить эксплуатационные характеристики подрельсовых прокладок, избежать разрушения прокладок в агрессивной среде нефтепродуктов и проблем с морозостойкостью по температурному пределу хрупкости. Кроме того, высота канавок от 0,1 до 0,3 толщины прокладки способствует накоплению влаги и приводит к недостаточному проветриванию канавок, что может неблагоприятно сказаться на эксплуатации подрельсовой прокладки.
Задачей настоящей полезной модели является расширение арсенала подрельсовых прокладок за счет создания рельсовой прокладки с высокими эксплуатационными свойствами.
Технический результат состоит в реализации назначения.
При этом заявляемое техническое решение направлено на повышение надежности, износостойкости и долговечности, что в свою очередь обеспечивает увеличение стабильности эксплуатационных характеристик рельсового пути. Это связано с увеличением ресурса подрельсовой прокладки в условиях циклических нагрузок, возможности работы рельсового скрепления в широком интервале температур и в условиях воздействия агрессивных сред на основе нефтепродуктов. Вышеуказанные свойства подрельсовых прокладок достигаются за счет применения материалов, обладающих способностью эластической деформации в широком интервале температур эксплуатации, отсутствием склонности к разрушению под воздействием агрессивных сред на основе нефтепродуктов. При этом увеличение глубины канавок в пределах 0,31-0,45 более благоприятно сказывается на эксплуатационных свойствах подрельсовой прокладки.
Поставленная задача достигается тем, что в подрельсовой прокладке, выполненной из полимерного материала в виде прямоугольной пластины с двумя ребрами снизу на торцах вдоль шпалы и с верхней и нижней опорными поверхностями, снабженными равномерно расположенными канавками в поперечном сечении трапециевидной формы, обращенными меньшим основанием внутрь, причем канавки на верхней опорной поверхности расположены по центру между канавками нижней опорной поверхности, глубина канавок составляет 0,31-0,45 толщины прокладки, а подрельсовая прокладка выполнена из армированного эластомерного материала.
Предпочтительно расположить канавки на верхней опорной поверхности по центру между канавками нижней опорной поверхности.
В качестве армированного эластомера оптимально использовать эластомерный материал, армированный волокнистым наполнителем из измельченного синтетического корда.
В качестве эластомерного материала можно использовать резиновые смеси на основе синтетических и натуральных каучуков.
В качестве эластомерного материала можно применить композицию из каучука, вулканизующих веществ, наполнителей, пластификаторов, активаторов и ингибиторов вулканизации, специальных добавок, например, противостарителей. В качестве волокнистого наполнителя предпочтительно использовать синтетический корд в виде дискретных армирующих волокон.
Оптимально, чтобы толщина подрельсовой прокладки составляла 7,5-10 мм.
Подрельсовая прокладка может иметь, например, 7 канавок, выполненных на верхней опорной поверхности, 6 канавок на нижней опорной поверхности, с глубиной 2,5-3,5 мм, шириной малого основания 2,5-3,5 мм, конусностью боковых граней 27-33° и расстоянием между осями соседних канавок, равным 19-21 мм.
В качестве армированного эластомерного материала может быть применен материал, например, «ПД-РЕ-Корд» или «18730-II», выполненный на основе синтетического каучука и синтетических дискретных армирующих волокон.
Промежутки между канавками могут составлять 1-3 толщины подрельсовой прокладки.
Предпочтительно выполнить канавки на верхней и нижней опорных поверхностях равными по высоте и расположенными с одинаковыми промежутками между ними.
Рационально в подрельсовой прокладке выполнять число канавок на верхней опорной поверхности на одну больше, чем на нижней опорной поверхности.
Целесообразно в подрельсовой прокладке выполнять число канавок на верхней опорной поверхности равным 7, на нижней опорной поверхности равным 6, с конусностью боковых граней 27-33° и расстоянием между осями соседних канавок, равным 19-21 мм.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображен вид сверху подрельсовой прокладки;
на фиг. 2 показан разрез по А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 представлен вид сбоку;
на фиг. 4 приведен вид по стрелке Б на фиг. 3.
Заявляемая подрельсовая прокладка выполнена из армированного эластомера в виде прямоугольной пластины с двумя ребрами 1 (фиг. 3) снизу на торцах вдоль шпалы и с равномерно расположенными канавками 2 на верхней опорной поверхности 3. В поперечном сечении канавки 2 имеют трапециевидную форму с меньшим основанием внутрь и расположены равномерно на нижней опорной поверхности 4 и на верхней опорной поверхности 3, параллельно друг другу. Канавки на верхней 3 и нижней 4 опорных поверхностях выполнены равными по высоте и расположены таким образом, что канавки 2 на одной опорной поверхности расположены между канавками 2 на другой опорной поверхности по центру, с одинаковыми промежутками между канавками 2, составляющими, например, 1-3 толщины прокладки. Глубина канавок 2 составляет 0,31-0,45 толщины прокладки. В качестве армированного эластомера в предпочтительном варианте исполнения применен армированный эластомерный материал на основе синтетического каучука и синтетических дискретных армирующих волокон, например, на основе измельченного корда 232 КНТС.
На верхней опорной поверхности 3 выполнены канавки 2, число которых на одну канавку больше, чем на нижней опорной поверхности 4.
В одном из вариантов исполнения (фиг. 2) число канавок 2 на верхней опорной поверхности равно 7, на нижней опорной поверхности равно 6, с конусностью боковых граней, равной 27-33°, и расстоянием между осями соседних канавок, равным 19-21 мм. Подрельсовая прокладка может быть изготовлена из армированных эластомерных материалов, например, «ПД-РЕ-Корд» или «18730-II», в основу которых входит бутадиен-стирольный каучук, армированный синтетическими дискретными волокнами из корда.
Армированные эластомерные материалы, например, «ПД-РЕ-Корд» или «18730-II» представляют собой резиновые смеси ряда ингредиентов, к примеру: эластомера (каучука), вулканизующих веществ, наполнителей (например, технический углерод, волокна корда), пластификаторов, активаторов и ингибиторов вулканизации, противостарителей. Смешение всех ингредиентов происходит на смесительном оборудовании, например, в резиносмесителе. При этом для получения дискретных волокон, применятся предварительная операция - измельчение синтетического корда на дробильном оборудовании. Из полученной резиновой смеси на следующем этапе производства прокладки выпускают заготовки определенной геометрической формы. Полученные заготовки укладывают в пресс-форму для компрессионного формования и вулканизуют методом прямого прессования на вулканизационных прессах.
В составе армированного эластомерного материала может быть применен синтетический и натуральный каучук.
Также в качестве армированного эластомерного материала может быть применена композиция из каучука, вулканизующих веществ, наполнителей, пластификаторов, активаторов и ингибиторов вулканизации. В качестве волокнистого наполнителя может быть применен измельченный синтетический корд.
Подрельсовая прокладка, установленная в рельсовом скреплении, работает следующим образом. При прохождении подвижного состава прокладка сжимается. За счет толщины прокладки, формы и расположения канавок 2 прокладка воспринимает сжимающие и сдвиговые напряжения. Выполненная из армированного эластомерного материала прокладка испытывает деформацию, распределяя нормальные и сдвиговые напряжения по объему материала. Форма канавок 2 способствует лучшему распределению нагрузок в объеме материала прокладки, а их высота в 0,31-0,45 толщины прокладки способствует лучшему проветриванию и удалению влаги из-под подошвы рельса, снижая электрокоррозию рельс, возникающую вследствие того, что рельсы железнодорожного пути включены в систему контроля движения поездами и находятся под действием электрического тока. После прохождения подвижного состава и снятия нагрузки с рельсового пути прокладка восстанавливает форму и размеры благодаря эластичной природе материала. Применение армированного эластомерного материала способствует высокому сопротивлению образованию трещин при действии ударных нагрузок в условиях низких отрицательных температур, погашению вибраций и снижению уровня шумового давления при движении подвижного состава. Кроме того, наполнение эластомерного материала армирующими волокнами обеспечивает необходимую жесткость прокладки при сжатии, повышая тем самым ресурс эксплуатации прокладки и предохраняя рельсовый путь от просадок, а сами рельсы от угона.
Пример конкретного выполнения
+0,7
-0,5
Была изготовлена подрельсовая прокладка прямоугольной формы с двумя ребрами 1 снизу, с расположенными на верхней опорной поверхности 3 канавками 2 в количестве семи штук, и расположенными на нижней опорной поверхности 4 канавками 2 в количестве шести штук. Всего канавок 13 штук глубиной 3 мм с шириной малого основания 3 мм и конусностью боковых граней, равной 30° и расстоянием между осями соседних канавок, равным 20 мм. Расположение канавок таково, что канавки 2 на одной опорной поверхности расположены между канавками 2 по центру на другой опорной поверхности. Толщина прокладки 8 мм. Подрельсовая прокладка была изготовлена из армированного эластомера «ПД-РЕ-Корд». По результатам лабораторных испытаний было установлено, что прокладка выдерживает испытание морозостойкости по температурному пределу хрупкости при температуре минус 60°С. Это отличает ее от прокладки из композиционного термоэластопласта, предел хрупкости которой не достигает температуры минус 60°С. Подрельсовая прокладка из эластомерного материала, армированного дискретными синтетическими волокнами, обеспечивает ресурс более 1 млрд. тонн брутто пропущенного груза, а ее гамма-процентный ресурс при указанном количестве брутто тонн пропущенного груза составляет 100%, что подтверждено лабораторными стендовыми испытаниями.
Заявляемая полезная модель расширяет ассортимент подрельсовых прокладок и способствует созданию подрельсовой прокладки, обладающей повышенной надежностью, высокими эксплуатационными характеристиками и долговечностью в условиях циклических нагрузок и работы рельсового скрепления, в том числе в широком интервале температур и при воздействии нефтепродуктов.