ПРОКЛАДКА-АМОРТИЗАТОР ДЛЯ РЕЛЬСОВОГО СКРЕПЛЕНИЯ

Полезная модель относится к конструкции верхнего строения железнодорожного пути, к элементам рельсового скрепления, а именно к прокладкам, укладываемым под подошву рельса, например Р65 в рельсовых скреплениях.
Известна подрельсовая прокладки из упругого материала в виде прямоугольной пластины с двумя ребрами снизу на торцах вдоль шпалы (патент DE №19605791 С2, МПК Е01В 9/68, F16F 3/00, E01В 9/62). Подрельсовая прокладка на верхней и нижней опорных поверхностях имеет рифление в виде канавок в поперечном сечении треугольной формы и равных по глубине. Канавки равномерно расположены на верхней и нижней опорных поверхностях. Вершины канавок на одной поверхности расположены между вершинами канавок на другой поверхности. Канавки ориентированы параллельно длине прокладки и оси рельса. В зависимости от использования подрельсовой прокладки глубина канавок составляет не менее половины толщины прокладки, и угол в месте стыка граней прокладки, обращенный внутрь прокладки и являющийся вершиной равнобедренного треугольника, выполняется разной величины - от 60 до 140 градусов в зависимости от предполагаемых нагрузок на прокладку. Недостатком известной конструкции является малое значение коэффициента запаса напряженно-деформированного состояния по конечно-элементной модели в месте стыка граней, так как при сжатии прокладки в месте стыка (особенно при выполнении угла в месте стыка граней меньшего или близкого к прямому углу) возникает концентрация напряжения, и возможно появление трещины и ее дальнейший рост до сквозного прорыва прокладки, когда эксплуатация прокладки будет невозможна.
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 (патент RU №35344, МПК Е01В 9/68). Канавки разной высоты равномерно с чередованием расположены на верхней опорной поверхности подрельсовой прокладки. В поперечном сечении канавки трапециевидной формы с большим основанием вверх. Канавки расположены вдоль длины прокладки и оси рельса. Известная конструкция увеличивает площадь опорной поверхности прокладки - площадь контакта прокладки со шпалой и рельсом, и, как следствие, снижаются сжимающие напряжения в прокладке, и увеличивается сцепление между прокладкой и шпалой. Таким образом, подрельсовая прокладка не смещается относительно нижней поверхности подошвы рельса и не выскальзывает из зазора между подошвой рельса и шпалой, что способствует защите эластичной подрельсовой прокладки от износа. Подрельсовую прокладку изготавливают из композиционного термоэластопласта "Технолой 2070", являющегося смесью двух термоэластопластов "Хайтрел" и поливинилхлорида пластиката. Благодаря динамическим характеристикам "Хайтрела" происходит повышение надежности работы рельсового скрепления, снижение угона рельсов, улучшение динамического режима работы упругого скрепления рельсов и уменьшение динамических нагрузок, передаваемых на балласт. Прокладка имеет больший ресурс в условиях циклических нагрузок (500 млн тонн брутто). Увеличение объема канавок при прохождении подвижного состава дополнительно обеспечивает необходимое значение упругости, проветривание и испарение влаги, попавшей под подошву рельса. Однако под глубокой канавкой остается мало материала для восприятия сдвиговых напряжений. Поэтому значение коэффициента запаса в глубоких канавках является наименьшим и составляет 0,9 при нагрузке более 10 тонн. Таким образом, при больших многократных нагрузках именно здесь начинается разрушение подрельсовой прокладки с образованием трещины и сквозного отверстия. В этом случае эксплуатация прокладки невозможна.
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 (патент RU №2288314, МПК Е01В 9/68). Подрельсовая прокладка, выполнена из композиционного термоэластопласта в виде прямоугольной пластины с двумя ребрами снизу на торцах вдоль шпалы и с равномерно расположенными канавками на верхней опорной поверхности в поперечном сечении трапециевидной формы с меньшим основанием внутрь, при этом подрельсовая прокладка дополнительно содержит на нижней опорной поверхности равномерно расположенные канавки в поперечном сечении трапециевидной формы с меньшим основанием внутрь и параллельно канавкам на верхней опорной поверхности, причем канавки на верхней и нижней опорных поверхностях выполнены равными по высоте и расположены таким образом, что канавки на одной опорной поверхности расположены между канавками по центру на другой опорной поверхности, причем величина промежутков между канавками одинаковая и составляет 1-3 толщины прокладки, а высота канавок составляет 0,1-0,3 толщины прокладки. Кроме этого подрельсовая прокладка в качестве упругого композиционного термоэластопласта используют термопластичный полиуретан "Эластолан" или полиэфирный блоксополимер "Беласт Б-6", "Хайтрел". Количество канавок на верхней опорной поверхности на одну канавку больше, чем на нижней опорной поверхности, и равно соответственно 7 и 6. Толщина прокладки равна 10 мм, глубина канавок 3 мм, меньшее основание канавки 3 мм с боковыми гранями под углом 105 градусов, расстояние между осями соседних канавок 20 мм.
К недостаткам данной подрельсовой прокладки следует отнести ее высокую динамическую жесткость. Такая прокладка не достаточно хорошо гасит вибрации, передаваемые от рельса на грунт и далее на расположенные поблизости здания и сооружения, в том числе, где работают и живут люди. Весь объем данной прокладки при движении состава находится в сжатом состоянии. Такое состояние прокладки практически не гасит высокочастотные составляющие вибрации в диапазоне 10-500 Гч. Для повышения эффективности подрельсовой прокладки необходимо снизить динамическую жесткость упругой прокладки, однако сделать это не позволяют возникающие отрицательные побочные эффекты, свойственные конструкциям прокладок с малой динамической жесткостью. Снижение жесткости существенно ухудшает работу шурупов и болтов, приводит к перемещениям рельса, рельс мажет «расконтоваться», что может привести к уширению колеи.
Известно техническое решение, которое направлено на разработку дешевой, технологичной и надежно работающей в условиях высоких статических и динамических нагрузок подрельсовой нашпальной прокладки-амортизатора (патент RU 2378439 C1).
Данная подрельсовая нашпальная прокладка-амортизатор содержит несколько горизонтально расположенных слоев, образованных из разных материалов, при этом основа прокладки-амортизатора выполнена из мягкой резины с твердостью по Шору "А" 45-50 ед., а верхняя часть прокладки-амортизатора и ее основание армированы прорезиненными тканевыми слоями. Два крайних, противоположно расположенных тканевых слоя по обе стороны прокладки дополнительно обрезинены резиновой смесью с добавкой 30% весовых порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена, имеющего молекулярную массу не более 8,0 миллионов г/моль.
Резина, как материал, в замкнутом объеме несжимаема, то есть является абсолютно жесткой. В данном случае, основа выполнена из мягкой резины, имеющая низкую динамическую жесткость, и должна обладать улучшенными характеристиками виброгашения. Но в готовом к эксплуатации рельсовом скреплении с затянутыми до существующих нормативов болтами резиновая прокладка, практически, находятся в условиях замкнутого объема, т.е. в сжатом состоянии. В таком состоянии динамическая жесткость данной прокладки возрастает и ее способность снижать вибрации уменьшается. При прохождении колеса по рельсу над прокладкой-амортизатором статическая нагрузка на подкладку может достигать 15 тонн. В таком состоянии мягкая резина будут испытывать статические напряжения, превосходящие допустимые для мягкой резины с твердостью по Шорру 40-45ед. Это снизит ее эксплуатационные свойства.
Известна прокладка-амортизатор упругая многослойная комбинированная, содержащая упругий элемент, выполнена в виде набора расположенных горизонтально один над другим и соединенных между собой двух и более упругих элементов, жесткость которых выбирают из условия обеспечения суммарной жесткости прокладки в диапазоне 50-150 т/см, опорная поверхность нижнего элемента выполнена гладкой или профилированной с возможностью обеспечения постоянной площади контакта и жесткости, упругие элементы соединены между собой с возможностью обеспечения отсутствия взаимного продольного и поперечного смещения. Соединение упругих элементов может быть выполнено клеевым или посредством выступов и ответных соосных отверстий (простым наложением) (патент RU 2250380 C1). Прототип.
Однако использование в одном изделии полиамида и резины, имеющих различные физико-механические свойства, при длительном воздействие динамических эксплуатационных нагрузок приводит к интенсивному разрушению поверхности контакта пластин вследствие значительной величины поверхностного трения. Поверхностное разрушение сказывается в ухудшении их масло- и влагостойкости, а также характеристик виброгашения. Кроме того, имеющиеся упругие элементы не обеспечивают достаточной степени виброгашения в низкочастотной области вибраций.
Задачей изобретения является повышение вибропоглощающих характеристик прокладки-амортизатора для рельсовых скреплений в широком спектре вибрационных частот.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в снижение вибрации передаваемой от рельса на грунт, при скорости движения поездов от 30 до 220 км/час, что соответствует спектру вибрации в диапазоне 10-1000 Гц, в исключении смещения прокладки относительно подошвы рельса.
Поставленная задача достигается тем, что прокладка-амартизатор для рельсового скрепления, выполненная из упругого композиционного материала в виде прямоугольной пластины, содержит упругие элементы, суммарная жесткость которых 50-150 т/см, при этом, упругие элементы имеют различную жесткость и вертикальное расположение относительно опорной поверхности, а упругие элементы прокладки с меньшей жесткостью имеют большую высоту относительно элементов имеющих большую жесткость. Кроме этого упругие элементы прокладки с меньшей жесткостью имеют различную высоту относительно друг друга, различная жесткость упругого элемента обеспечивается за счет формы упругого элемента и материала упругого элемента упругие элементы образованы канавками, выполненными на нижней или верхней опорной поверхности прокладки, на опорной поверхности упругих элементов с меньшей жесткостью выполнены канавки, суммарная жесткость прокладки на 60-80% достигается упругими элементами, имеющими большую жесткость, канавки на верхней и нижней опорных поверхностях упругих элементов с большей жесткостью выполнены равными по глубине, канавки в поперечном сечении имеют трапециевидную форму с меньшим основанием внутрь, при этом большее основание составляет 0,3-3,0 толщины прокладки, а глубина канавок составляет 0,1-0,3 толщины прокладки, канавки выполненные на опорной поверхности упругих элементов с меньшей жесткостью имеют в поперечном сечении трапециевидную форму с меньшим основанием внутрь, при этом величина промежуточных канавок между упругими элементами составляет 0,1-0,3 толщины прокладки, а высота канавок составляет 0,1-0,3 толщины прокладки, высота упругого элемента с меньшей жесткостью, больше высоты упруго элемента с большей жесткость на величину 0,01-0,50 толщины прокладки, направления канавок на опорных поверхностях может быть различным.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг.1 представлено сечение А-А и вид сверху фиг.2 прокладки с упругими элементами выполненными на одной опорной поверхности; на фиг.3 представлено сечение А-А и вид сверху фиг.4 прокладки с упругими элементами выполненными на верхней и нижней опорной поверхности.
Прокладка-амортизатор для рельсового скрепления (исполнении упругих элементов на опорной поверхности находящейся в контакте с подошвой рельса) выполнена в виде прямоугольной пластины с двумя ребрами на торцах снизу для фиксации прокладки на основании (на фиг. ребра для фиксации прокладки не показаны). На опорной поверхности 3 выполнены канавки 1 образующие упругие элементов имеющие большую жесткость и канавки 2 образующие упругие элементы 4, 5 имеющие меньшую жесткость. Элементы 5 имеющие меньшую жесткость на контактной поверхности 6 имеют канавки 8 образующие элементы с еще меньшей жесткостью 7. Прокладку-амортизатор изготавливают формовым способом из резины (ТУ 2539-161-01124323-2003). Прокладка - амортизатор для рельсового скрепления (исполнении упругих элементов на верхней опорной поверхности находящейся в контакте с подошвой рельса и нижней опорной поверхность находящейся в контакте металлической накладкой) выполнена в виде прямоугольной пластины с двумя ребрами на торцах снизу для фиксации прокладки на основании (на фиг. ребра для фиксации прокладки не показаны). На опорных поверхностях 3 и 3.1 выполнены канавки 1 образующие упругие элементов имеющие большую жесткость и канавки 2 образующие упругие элементы 4, 5 имеющие меньшую жесткость. Контактные поверхности 6 и 7 элементов 4 и 5 имеющих меньшую жесткость выступают над контактной поверхностью 3. Прокладку -амортизатор для рельсового скрепления изготавливают из композиционных термоэластопласта: "Технолой 2070" (ТУ 2224-034-11517367-01).
Прокладка-амортизатор для рельсового скрепления работает следующим образом. При прохождении подвижного состава эластичная подрельсовая прокладка сжимается. При этом гасятся удары и низкочастотные вибрации генерируемые рельсами. При этом хватает объема и расположения канавок для перемещения материала внутри прокладки. Большая опорная поверхность снижает сжимающие и сдвиговые напряжения в прокладке. Упругие свойства используемых материалов позволяют работать материалу в области линейной деформации, что способствует лучшему поглощению вибрации и ударов и снижению шума. Упругие элементы, имеющие меньшую жесткость, и выступающие на опорной поверхностью находятся в постоянном контакте с подошвой рельса и гасят высокочастотные составляющие вибрации 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.