ШПАЛА УСИЛЕННАЯ
REINFORCED SLEEPER

Изобретение относится к области железнодорожного строительства, а именно к верхнему строению пути, и предназначается для восприятия нагрузки от подвижного состава.
Известна шпала в виде цельной рамы из предварительно напряженного бетона, содержащая две поперечины и две продольные опоры, которые проходят под рельсами, каждый из четырех участков пересечения поперечин и продольных опор имеет одну или несколько плоских частей, которая поддерживает одну или несколько эластичных рельсовых прокладок, размеры рамной шпалы зависят от формы, свойств материала, и предварительное напряжение позволяет установить два или более элемента крепления рельсов с двумя пружинными элементами в каждом пересечении, шпала может быть изготовлена с предварительными напряжениями, которые создаются непосредственными связями и зажимными рамами для двухосной арматуры. (WO, патент на изобретение №2004048695, кл. 7 Е01В 3/34, опубл. 2004 г.)
Недостатками известной шпалы являются:
- невозможность регулирования расстояния между шпалами на участках пути с малыми радиусами, что сужает сферу применения данной шпалы;
- наличие в конструкции двойных шпал увеличивает массу, удорожает ее эксплуатацию, особенно при замене из-за выхода из строя одной из поперечин.
Известна железобетонная шпала, содержащая залитый бетоном стальной армирующий пакет, имеющий множество продольных стержней, соединенных с двумя концевыми поперечными перфорированными профилями, совмещенными с подрельсовыми площадками, профили армирующего пакета снабжены полками, например двутаврами, и он дополнен несколькими парами промежуточных поперечных перфорированных профилей, минимально одной, которые симметрично размещены вдоль шпалы с шагом, равным 0,5-0,8 ширины ее середины, одна часть продольных стержней пропущена через перфорации в стенках профилей веерообразно и другая часть продольных стержней соединена с полками профилей, соответственно длина концевых из них и ширина шпалы по концам выполнены не менее чем в два раза большими ее середины с постепенным уменьшением длин остальных, причем армирующий пакет предварительно напряжен. (RU, патент на полезную модель №78220, кл. Е01В 3/32, опубл. 2004 г.)
Недостатками известной железобетонной шпалы являются:
- расширение шпалы по концам, выполненное под углом с веерообразным расположением стержней, уменьшает площадь контакта ее с балластом в зоне основной нагрузки, под рельсами, и снижает эффективность работы шпалы.
- веерообразное расположение продольных стержней по концам шпалы снижает эффективность предварительного их натяжения и надежность работы шпалы.
Известна шпала железобетонная предварительно напряженная с повышенным сопротивлению сдвигу в балласте, принятая в качестве прототипа, состоящая из двух симметрично расположенных подрельсовых частей и средней части, соотношение площади поперечного сечения средней части и наибольшей площади поперечного сечения подрельсовой части составляет 1:1,5, боковые стороны участков шпалы, соединяющих подрельсовые части со средней частью, расположены под углом 15-20° к продольной оси шпалы. (RU, патент на полезную модель №77613, кл. Е01В 3/28, опубл. 2008 г.)
Недостатками шпалы железобетонной предварительно напряженной с повышенным сопротивлением сдвигу в балласте являются:
- диапазон соотношения площади поперечного сечения средней части и подрельсовой части шпалы 1:1,5, не отражает возможность создания ширины подрельсовой части максимально возможной при различных расстояниях между осями шпал, так как средняя часть выполняется уменьшенной площадью поперечного сечения для снижения массы шпалы, что не обеспечивает реального повышения сопротивления ее сдвигу в балласте, не уменьшает удельную нагрузку на балласт при прохождении транспортных средств и не повышает ресурс балластной призмы по сравнению с существующими шпалами;
- шпалы не имеют фиксации вдоль своей продольной оси по отношению друг к другу, а наличие пологого угла расположения боковых участков шпалы, соединяющих подрельсовые части 15-20° к продольной оси, ухудшает доступ агрегатов для уплотнения балласта внутри рельсошпальной решетки, что снижает устойчивость пути в поперечном направлении.
Техническим результатом изобретения является максимальное увеличение ширины и длины шпалы в подрельсовой части, уменьшение удельной нагрузки на балласт при прохождении транспортных средств и увеличение устойчивости пути за счет повышения сопротивления сдвигу в балласте и фиксации шпал вдоль своей продольной оси и по отношению друг к другу.
Указанный технический результат достигается тем, что шпала усиленная, железобетонная предварительно напряженная с повышенным сопротивлением сдвигу в балласте, состоящая из двух симметрично расположенных подрельсовых частей и средней части, соотношение ширины каждой из подрельсовых частей шпалы между торцевыми стенками вдоль оси рельсового пути и расстояния между осями шпал составляет 0,8-0,9, а соотношение их длины вдоль оси шпалы и расстояния между осями шпал составляет, соответственно 1,3-1,2; торцевые стенки подрельсовых частей шпал содержат замковые соединения, соединяющие соседние шпалы с возможностью ограничения поперечного и продольного смещения шпал от действующих нагрузок при движении транспортного средства и температурных деформаций; после монтажа на пути замковые соединения заполняют эластичным материалом, ограничивающим их взаимное перемещение.
На фиг.1 изображена шпала усиленная, общий вид, на фиг.2 - вид в плане, на фиг.3 - вид в плане с замковыми соединениями, на фиг.4 - общий вид рельсового пути в плане.
Шпала усиленная, железобетонная предварительно напряженная с повышенным сопротивлением сдвигу в балласте (фиг.1, 2 и 3) состоит из двух симметрично расположенных подрельсовых частей 1 и средней части 2, соотношение ширины А каждой из подрельсовых частей 1 шпалы между торцевыми стенками 3 вдоль оси рельсового пути и расстояния Б (фиг.4) между осями шпал составляет 0,8-0,9, а соотношение их длины В вдоль оси шпалы и расстояния Б между осями шпал составляет, соответственно 1,3-1,2; торцевые стенки 3 подрельсовых частей 1 шпал содержат замковые соединения 4, соединяющие (фиг.5) соседние шпалы с возможностью ограничения поперечного и продольного смещения шпал от действующих нагрузок при движении транспортного средства и температурных деформаций; после монтажа на пути замковые соединения 4 заполняют эластичным материалом, ограничивающим их взаимное перемещение.
Шпала усиленная работает следующим образом.
При прохождении железнодорожного транспортного средства на рельсовый путь воздействуют статические и динамические вертикальные нагрузки, которые передаются через рельсы и шпалы на балласт. Чем больше площадь подрельсовой части 1 шпал, тем меньше величина удельной нагрузки на балласт и, соответственно, интенсивность его износа. Соотношение ширины А каждой из подрельсовых частей 1 шпалы между торцевыми стенками 3 вдоль оси рельсового пути и расстояния Б между осями шпал, составляющие 0,8-0,9 и соотношение их длины В вдоль оси шпалы и расстояния Б между осями шпал составляющие, соответственно 1,3-1,2, обеспечивают максимальные размеры площади подрельсовых частей 1 с учетом необходимых зазоров между торцевыми стенками 3 соседних шпал, уменьшение удельной нагрузки на балласт и повышение устойчивости пути. Увеличение ширины подрельсовой части 1 шпалы и введение замковых соединений 4 также снижает удельные нагрузки на балласт в горизонтальной плоскости, повышает сопротивление сдвигу в балласте и фиксацию шпал вдоль своей продольной оси по отношению друг к другу.