АМОРТИЗИРУЮЩАЯ ПОДРЕЛЬСОВАЯ ПРОКЛАДКА

Полезная модель относится к конструкции верхнего строения железнодорожного пути, к элементам рельсового скрепления, а именно к прокладкам, укладываемым под подошву рельса, предназначенным для снижения вибраций, передаваемым с рельса на подрельсовое основание.
Из уровня техники известны следующие решения.
Известна подрельсовая прокладка, включающая прямоугольную пластину с равномерно расположенными канавками трапецеидальной формы на верхней и нижней поверхностях меньшим основанием внутрь и двумя опорными буртиками снизу на противоположных краях пластины (патент РФ №2288314, опубл. 27.11.2006 г.).
Указанная прокладка недостаточно надежно обеспечивает удержание ее между рельсом и шпалой, а также не обеспечивает ее надежного крепления в узле рельсового скрепления.
Известна подрельсовая амортизирующая прокладка, выполненная из эластичного материала и содержащая на верхней поверхности рифления в виде канавок, имеющих U-образную форму, и расположены с двух сторон симметрично (патент РФ №193955, опубл. 21.11.2019).
Недостатками указанного решения являются плохая стабилизация положения рельса железнодорожного полотна, а также низкое сопротивление сдвигу.
Также известна подрельсовая прокладка для узла рельсового скрепления, включающая прямоугольную пластину с прямоугольными выступами на боковых частях, трапецеидальные выступы, расположенные на нижней части прямоугольной пластины, при этом большее основание трапецеидальных выступов примыкает к нижней части прямоугольной пластины, на верхней части прямоугольной пластины выполнены выемки, которые в центральной части выполнены в виде волнообразных линий, а на краях - прямолинейными и параллельными друг другу (патент РФ №210761, опубл. 29.04.2022).
Недостаток известного изделия заключается в распределении выступов рифлений по поверхности пластины без учета распределения нагрузок, и в отсутствии удерживающих ребер по краям, не позволяющих обеспечить четкое позиционирование пластины относительно крепежных элементов рельсового скрепления с возможностью регулирования положения пластины в процессе эксплуатации.
Наиболее близким аналогом патентуемого изделия является подрельсовая прокладка, включающая пластину, содержащую технологические выемки и выступы, расположенные на верхней и нижней поверхностях пластины, буртики, а также ребра, ширина технологических выемок в центральной части пластины от 20% до 80% больше ширины технологических выемок в крайних частях пластины, отношение ширины технологической выемки к технологическому выступу в центральной части находится в диапазоне 1,1-1,5, а отношение ширины не менее 65% технологических выступов к ширине технологических выемок в крайней части пластины находится в диапазоне 1,5-2,3, при этом на верхней и нижней поверхностях в центральной части пластины ориентированный поперек выступов пластины расположен буртик, связывающий все технологические выступы пластины, выполненный высотой h (патент РФ №2783017, опубл. 08.11.2022).
Недостатком прототипа является недостаточная надежность прокладки, обусловленная отсутствием центровки установки прокладки относительно прикрепительных элементов узла рельсового скрепления, что не позволяет правильно установить прокладку в монтажную позицию и приводит к разуклонке рельса.
Технической проблемой заявленной полезной модели является необходимость обеспечения надежного удержания и правильного положения прокладки относительно элементов узла рельсового скрепления, исключение сдвига и раскантовки рельса при его эксплуатации.
Поставленная задача решается выполнением пластины с рифлением, распределённым по ее поверхности, а также выполнением угловых областей пластины с выступающими ребрами по всем четырем сторонам пластины и в центральных областях сторон пластины, ориентированных вдоль рельса при использовании прокладки в узле рельсового скрепления, что позволяет регулировать положение пластины относительно крепежных элементов рельсового скрепления.
Техническим результатом полезной модели является повышение сопротивления сдвигу рельса при движении железнодорожного транспорта.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции амортизирующей подрельсовой прокладки, представляющей собой прямоугольную пластину, содержащую верхнюю и нижнюю поверхности, на каждой из которых выполнены технологические выступы и выемки, ориентированные вдоль продольной оси симметрии прокладки, по два выступающих ребра прямоугольной формы со скругленными углами в угловых зонах двух противоположных сторон пластины, параллельных продольной оси симметрии прокладки, а также по два выступающих ребра в угловых зонах противоположных сторон, перпендикулярных продольной оси симметрии прокладки, при этом продольная ось симметрии прокладки ориентирована вдоль рельса при использовании прокладки в узле рельсового скрепления, на нижней и верхней сторонах пластины в центральной части расположен буртик, связывающий все технологические выступы пластины, а в продолжение буртика заподлицо с нижней поверхностью с обеих сторон пластины расположены прямоугольные центральные выступы, высота которых не превышает высоту выступающих ребер, а толщина не превышает 3 мм, при этом ширина технологических выемок в направлении от центра к краям уменьшается, а ширина технологических выступов в направлении от центра к краям увеличивается таким образом, что отношение технологических выступов на краях пластины и центральных выступов составляет 1,5-2,5, а отношение ширины центральных выемок к ширине крайних выемок составляет 1,3-1,7.
В частном случае реализации полезной модели выступающие ребра в угловых зонах противоположных сторон, перпендикулярных продольной оси симметрии прокладки выполнены с выступами, обращенными вниз.
В частном случае реализации полезной модели буртик выполнен толщиной h, находящейся в диапазоне 0,2-0,8 мм.
В частном случае реализации полезной модели ширина технологической выемки в центральной части пластины находится в диапазоне 3-8 мм.
В частном случае реализации полезной модели ширина технологического выступа в центральной части пластины находится в диапазоне 3-6 мм.
В частном случае реализации полезной модели ширина технологического выступа в крайней части пластины находится в диапазоне 4,5-15 мм.
В частном случае реализации полезной модели ширина пластины находится в диапазоне 160-180 мм.
В частном случае реализации полезной модели длина пластины находится в диапазоне 120-170 мм.
В частном случае реализации полезной модели высота выступающего ребра находится в диапазоне 10-15 мм.
В частном случае реализации полезной модели ширина ребра находится в диапазоне 20-40 мм.
В частном случае реализации полезной модели каждое выступающее ребро выполнено одной толщины с пластиной.
В частном случае реализации полезной модели значение радиусов скругления выступающего ребра находится в диапазоне 3-7 мм
В частном случае реализации полезной модели каждое ребро с выступом в плане выполнено в виде прямоугольника со скругленными углами.
В частном случае реализации полезной модели значение радиусов скругления ребра с выступом находится в диапазоне 2-5 мм.
В частном случае реализации полезной модели толщина ребра вместе с выступом составляет 12-18 мм.
В частном случае реализации полезной модели на верхней и нижней поверхностях пластины выполнено 7-17 выступов.
В частном случае реализации полезной модели на верхней и нижней поверхностях пластины выполнено 6-16 технологических выемок.
В частном случае реализации полезной модели технологический выступ выполнен высотой от 0,5 до 3 мм.
В частном случае реализации полезной модели прокладка выполнена из термопластичного полиуретана.
В частном случае реализации полезной модели прокладка выполнена из композиций на основе термопластичного полиуретана.
В частном случае реализации полезной модели пластина имеет в целом прямоугольную конфигурацию.
В частном случае реализации полезной модели технологические выемки и выступы имеют форму, приближенную к прямоугольнику.
Описанное взаимное расположение центральных и крайних выступов, чередующихся с выемками переменной толщины от центра к краям, создает хорошую амортизацию рельсов с учетом компенсации возможных сдвигов рельса в разных направлениях на разных участках рельсового пути. При этом постепенное увеличение ширины выступов, а также постепенное уменьшение ширины выемок от центра к краям прокладки создают равномерное распределение нагрузки от боковых и продольных колебаний рельса. В свою очередь центральный буртик, проходящий через центральную зону прокладки, обеспечивает равномерное распределение нагрузки в центральной части рельса и препятствует продавливанию прокладки рельса от центральных нагрузок от рельса. Выступающие ребра, обращенные к прикрепительным компонентам рельсового скрепления, и центральные выступы между ними обеспечивают правильное расположение и удерживание прокладки на шпале за счет взаимодействия с прикрепительными компонентами рельсового скрепления (анкером и боковым упором), препятствуя таким образом сдвигу прокладки и, соответственно сдвигу рельса. В свою очередь выступающие ребра, находящиеся в подрельсовой зоне, увеличивают площадь опирания рельса на прокладку и повышают сопротивление раскантовке рельса. В целом, конструкция обеспечивает надежную амортизирующую подушку для рельса с равномерным распределением нагрузки от рельса при движении транспорта по рельсовому пути.
Фиг. 1 - вид прокладки амортизирующей подрельсовой прокладки сверху.
Фиг. 2 - вид амортизирующей подрельсовой прокладки сбоку.
Фиг. 3 - вид А-А с фиг. 1.
Фиг.  4 - вид Б-Б с фиг. 1.
Амортизирующая подрельсовая прокладка предназначена для распределения усилий и снижения вибраций, передаваемых от подвижного состава на подрельсовые опоры, и может быть выполнена, например, из термопластичного полиуретана или композиций на основе резиновой смеси. С учетом места установки прокладки в узле рельсового скрепления и необходимого контакта с сопутствующими элементами узла пластина 1 прокладки имеет прямоугольную конфигурацию.
Амортизирующая подрельсовая прокладка представляет собой прямоугольную пластину 1, содержащую верхнюю 2 и нижнюю 3 поверхности. Ширина пластины находится в диапазоне 160-180 мм. Длина пластины находится в диапазоне 120-170 мм. Прокладка выполнена из термопластичного полиуретана или из композиций на основе термопластичного полиуретана.
На верхней 2 и нижней 3 поверхностях вдоль продольной оси симметрии прокладки выполнены технологические выступы 4 и выемки 5. По тексту далее продольная ось симметрии прокладки соответствует оси, ориентированной вдоль рельса при использовании прокладки в узле рельсового скрепления.
Выступы 4 и выемки 5 в сечении имеют форму, приближенную к трапеции, или форму, приближенную к прямоугольнику. Выступы 4 и выемки 5 предназначены для обеспечения жесткости прокладки в процессе эксплуатации, а также для отведения и распределения тепла от центральной части к краевым частям прокладки, так как во время прохождения длинного состава происходит нагрев прокладки и важно, чтобы он не был сконцентрирован в одном месте, а распределялся. При этом необходимо избежать скопления напряжений во избежание излома прокладки во время нагрузок, поэтому за распределение напряжений и жесткость отвечают выступы 4, а за отведение и тепла выемки 5, поэтому важно соблюдать баланс между ними во время распределения тепла и напряжений по верхней 2 и нижней 3 поверхностям пластины 1.
Ширина технологических выемок 5 в направлении от центра к краям уменьшается, а ширина технологических выступов в направлении от центра к краям увеличивается таким образом, что отношение технологических выступов на краях пластины и центральных выступов составляет 1,5-2,5, а отношение ширины центральных выемок к ширине крайних выемок составляет 1,3-1,7. Ширина технологической выемки в центральной части пластины находится в диапазоне 3-8 мм. Ширина технологического выступа в центральной части пластины находится в диапазоне 3-6 мм. Ширина технологического выступа в крайней части пластины находится в диапазоне 9-13 мм, а высота - от 0,5 до 3 мм. Всего на верхней и нижней поверхностях пластины выполнено 7-17 выступов и 6-16 технологических выемок.
Указанными параметрами обеспечивается баланс между должным теплоотведением и распределением напряжений пластины 1, так как основной тепловой нагрев во время эксплуатации приходится на центральную часть пластины 1, в связи с чем в центральной части необходимо преобладание выемок 5, а основная часть напряжений сконцентрирована в крайних частях пластины, поэтому жесткость пластины 1 должна быть компенсирована, чем обусловлено преобладание выступов 4 над выемками 5 в краевых частях пластины 1, что позволило создать более надежную и стойкую в эксплуатации прокладку для узла рельсового скрепления.
Пластина содержит по два выступающих ребра 6 прямоугольной формы со скругленными углами на двух противоположных сторонах пластины. Выступающие ребра 6 позволяют закрепить прокладку на шпале за элементы рельсового скрепления, а именно за анкер рельсового скрепления, который замоноличен в шпале. Применение в прокладке ребер 6 повышается степень надежности. Высота выступающего ребра 6 находится в диапазоне 10-15 мм. Ширина ребра 6 находится в диапазоне 20-40 мм, при этом каждое выступающее ребро выполнено одной толщины с пластиной, а значение радиусов скругления выступающего ребра находится в диапазоне 3-7 мм.
Также пластина содержит по два выступающих ребра 7, расположенных в угловых зонах пластины на противоположных сторонах, перпендикулярных продольной оси симметрии прокладки. В частных случаях осуществления полезной модели для использования со шпалами, имеющими подрельсовую площадку шириной не более 177 мм, указанные ребра 7 выполняются с выступами, обращенными вниз, расположенные на двух других противоположных сторонах пластины, каждое ребро 7 с выступом в плане выполнено в виде прямоугольника со скругленными углами. Выступающие ребра 7 увеличивают площадь опирания шпалы и оказывают дополнительное сопротивление раскантовке рельса при транспортировке и монтаже его в верхней трапециевидной зоне шпалы. Для использования с тяжелыми шпалами с шириной подрельсовой площадки более 177 мм дополнительные выступы от ребер 7 не требуются. Значение радиусов скругления ребра 7 с выступом находится в диапазоне 2-5 мм. Толщина выступа вместе с ребром 7 составляет 12-18 мм.
На нижней и верхней сторонах пластины в центральной части расположен буртик 8, связывающий все технологические выступы пластины и выходит за края пластины на одном уровне с нижней поверхностью, но не более чем на высоту выступающих ребер 6, и выполненный толщиной h, находящейся в диапазоне 0,2 - 0,8 мм.
Продолжение буртика в виде прямоугольного центрального выступа 9, который расположен на каждой из двух сторон пластины, параллельной продольной оси симметрии, ровно посередине между выступающими ребрами 6, служит для центровки прокладки и обеспечивает единственно правильное положение прокладки за счет установки выступа 9 в соответствующей выемке бокового упора рельсового скрепления. Толщина прямоугольного выступа, не превышающая 3 мм, обеспечивает надежное удержание прокладки в узле скрепления без влияния температурных деформаций материала прокладки при воздействии экстремально низких и экстремально высоких температур.
Используют подрельсовую прокладку следующим образом.
Укладывают каждую пластину вдоль шпалы нижней поверхностью вниз. Сверху на пластину вдоль сторон с ребрами 6 устанавливают подошву рельса. В процессе монтажа рельсошпальной решетки (двух рельс с прикрепленными к ним шпалами) осуществляют раскладку прокладок в подрельсовую зону между анкерами шпал таким образом, чтобы место установки анкера оказывалось внутри выреза между ребрами 6, а выступ 9 между ребрами 6 оказывался в центральной выемке бокового упора рельсового скрепления. При этом каждая прокладка плотно прилегает к подрельсовой площадке и тем самым создает плотный контакт в зоне прижатия рельса к прокладке, а прокладки - к шпале, ребра 7 увеличивают площадь этого контакта. При прохождении подвижного состава эластичная подрельсовая прокладка сжимается. При этом хватает объема выемок 5 для перемещения материала внутри прокладки. Большая опорная поверхность снижает сжимающие и сдвиговые напряжения в прокладке особенно в ее верхней части. Сдвиговые напряжения равномерно распределяются в объеме прокладки, предотвращая преждевременное образование трещин и разрывов. Упругие свойства используемых материалов позволяют работать материалу в области линейной деформации, что способствует лучшему поглощению вибрации и ударов и снижению шума. Описанное распределение выступов по поверхности прокладки позволяют также обеспечить равномерные сдвиговые напряжения под подошвой рельса. Подрельсовая прокладка имеет больший ресурс в условиях предельных циклических нагрузок. Это благоприятно сказывается на долговечности всех деталей скрепления рельсов и всего верхнего строения пути.
Примеры осуществления полезной модели.
Пример 1.
Была изготовлена амортизирующая подрельсовая прокладка, представляющая собой прямоугольную пластину шириной 160 мм и длиной 120 мм из материала DESMOPAN 6088A. Пластина содержит верхнюю и нижнюю поверхности, на каждой из которых выполнено семнадцать технологических выступов и шестнадцать технологических выемок, ориентированных вдоль продольной оси симметрии прокладки, при этом ширина технологической выемки в центральной части пластины составляет 3 мм, ширина технологической выемки с между крайним выступом и предпоследним выступом составляет 2,3 мм, ширина технологического выступа в центральной части пластины составляет 3 мм, а ширина технологического выступа в крайней части пластины составляет 7,5 мм. Высота технологических выступов составляет 0,5 мм.
В угловых зонах двух противоположных сторон пластины, параллельных продольной оси симметрии прокладки расположено по два выступающих ребра прямоугольной формы высотой 10 мм и шириной 20 мм со скругленными углами, радиус скругления составляет 3 мм.
В угловых зонах противоположных сторон, перпендикулярных продольной оси симметрии прокладки, также выполнено по два выступающих ребра прямоугольной формы высотой 5 мм и шириной 10 мм, со скругленными углами, радиус скругления составляет 2 мм. Указанные ребра выполнены с выступами, обращенными вниз, а толщина ребра вместе с выступом составляет 12-18 мм.
На нижней и верхней сторонах пластины в центральной части расположен буртик, связывающий все технологические выступы пластины, высотой 0,2 мм. В продолжение буртика заподлицо с нижней поверхностью с обеих сторон пластины расположены прямоугольные центральные выступы, высота каждого из которых составляет 4 мм, а толщина составляет 2,3 мм.
Пример 2.
Была изготовлена амортизирующая подрельсовая прокладка, представляющая собой прямоугольную пластину шириной 180 мм и длиной 170 мм из материала Wanthane wht-8190rv. Пластина содержит верхнюю и нижнюю поверхности, на каждой из которых выполнено семь технологических выступов и шесть технологических выемок, ориентированных вдоль продольной оси симметрии прокладки, при этом ширина технологической выемки в центральной части пластины составляет 8 мм, ширина технологической выемки с между крайним выступом и предпоследним выступом составляет 4 мм, ширина технологического выступа в центральной части пластины составляет 6 мм, а ширина технологического выступа в крайней части пластины составляет 15 мм. Высота технологических выступов составляет 3 мм.
В угловых зонах двух противоположных сторон пластины, параллельных продольной оси симметрии прокладки расположено по два выступающих ребра прямоугольной формы высотой 15 мм и шириной 40 мм со скругленными углами, радиус скругления составляет 7 мм.
В угловых зонах противоположных сторон, перпендикулярных продольной оси симметрии прокладки, также выполнено по два выступающих ребра прямоугольной формы высотой 8 мм и шириной 13 мм, со скругленными углами, радиус скругления составляет 5 мм.
На нижней и верхней сторонах пластины в центральной части расположен буртик, связывающий все технологические выступы пластины, высотой 0,8 мм. В продолжение буртика заподлицо с нижней поверхностью с обеих сторон пластины расположены прямоугольные центральные выступы, высота каждого из которых составляет 8 мм, а толщина составляет 3 мм.