Подрельсовая прокладка

Полезная модель относится к конструкции верхнего строения железнодорожного пути в части элементов рельсового скрепления, а именно к конструкции подрельсовых прокладок и может найти применение, например, в рельсовых скреплениях КБ-65, ЖБР, АРС и др. Техническим результатом предложенной подрельсовой прокладки является устранение указанных недостатков известных технических решений, повышение ресурса и надежной работы рельсового скрепления за счет одновременного повышения прочностных и амортизационных характеристик прокладки в указанных условиях эксплуатации. Использование для прокладки материала с более высокими значениями модуля упругости и твердости по Шору в характерном интервале относительных удлинений и динамических нагрузок обеспечивает ее работу в допустимом интервале сдвиговых напряжений в центральной и периферийной зонах конструкции изделия.

Указанный технический результат достигается тем, что в подрельсовой прокладке из композиционного материала в виде прямоугольной пластины с плоским нижним основанием и расположенными на верхнем основании равными по высоте выступами трапециевидной формы с канавками между ними, параллельнными длине прокладки и оси рельса, согласно полезной модели, указанные выступы распределены по сечению прокладки симметрично ее оси, крайние выступы вдоль длинных сторон прокладки выполнены в виде профилированных ребер жесткости, между которыми в средней части прокладки расположены разделенные основными канавками четыре выступа равной ширины меньшего сечения, а ребра жесткости ближе к краю прокладки дополнительно снабжены профилирующими канавками, причем в качестве композиционного материала используется темопластичный полиуретан.

Кроме того, основные и профилирующие канавки прокладки в поперечном сечении имеют форму равнобочной трапеции с углом наклона боковой стороны 15°, а концы выступов имеют скругления углов, причем отношение глубины основных и профилирующих канавок находится в диапазоне 2-2,6 при толщине прокладки 10 мм.

Кроме того, качестве композиционного материала используется темопластичный полиуретан с модулем упругости в диапазоне 20-2000 МПа в интервале относительного удлинения 0,05-0,25% при твердости от 55 ед. по Шору А до 74 ед. по Шору D согласно ДИН 53505.

Описание на 5 л., ф-ла 3 пп., илл. 1 л.

Полезная модель относится к конструкции верхнего строения железнодорожного пути в части элементов рельсового скрепления, а именно к конструкции подрельсовых прокладок и может найти применение, например, в рельсовых скреплениях КБ-65, ЖБР, АРС и др.

Известна подрельсовая прокладка, представляющая собой рельефную прямоугольную пластину с чередующимися выступами и впадинами на верхней и нижней поверхностях, расположенных в узлах периодической решетки с квадратной ячейкой, и с четырьмя позиционирующими выступами, попарно расположенными на нижней поверхности пластины с противоположных ее сторон параллельно друг другу (см. патент РФ 103111,МПК Е01В 9/68,опублик.27.03.2011. Бюл. 9).

Особенностью известной прокладки является то, что рельефная прямоугольная пластина снабжена ребрами жесткости преимущественно прямоугольного сечения, расположенными по краям длинных сторон указанной пластины, причем верхняя и нижняя поверхности ребер жесткости находятся в одной плоскости с вершинами указанных выступов соответственно на верхней и нижней поверхностях рельефной прямоугольной пластины, а чередующиеся выступы и впадины на ее верхней и нижней поверхностях расположены в узлах периодической решетки с квадратной ячейкой со стороной 8-12 мм.

К недостаткам известной подрельсовой прокладки следует отнести сравнительно сложную форму несущей поверхности, состоящую из одинаковых выпуклостей синусоидальной формы, расположенных в узлах периодической решетки, образованной в результате сложения двух взаимно перпендикулярных синусоидальных волн с одинаковыми амплитудами и периодами. При изготовлении такой прокладки из термоэластопласта литьем под давлением возможны локальные нарушения плавного течения расплавленного полимера во время инжекции, что может привести к неравномерности заполнения отдельных участков прокладки и возникновению в ней местных дефектов, снижающих эксплуатационную надежность изделия.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является подрельсовая прокладка, выполненная из композиционного материала в виде прямоугольной пластины с плоским нижним основанием и расположенными на верхнем основании равными по высоте выступами трапециевидной формы с канавками между ними, параллельнными длине прокладки и оси рельса (см. патент РФ 35344, МГТК Е01В 9/68, опублик. 10.01.2004 - прототип).

Особенностью известной подрельсовой прокладки является то, что прямоугольная пластина с ребрами, имеет равные по высоте выступы, равномерно расположенные на верхней опорной поверхности подрельсовой прокладки с промежутками в рядах, и параллельнные длине прокладки и оси рельса, в поперечном сечении трапециевидной формы с большим основанием снизу и содержащие на верхнем основании по центру вдоль всей длины канавки трапециевидной формы с большим основанием вверх, при этом нижняя поверхность подрельсовой прокладки плоская, причем по противоположным краям прямоугольной пластины параллельно друг другу расположены два выступа, а в качестве композиционного материала используется термоэластопласт "Технолой", являющийся смесью двух материалов "Хайтрела" и поливинилхлорида пластиката, с содержанием материала "Хайтрел" от 20 до 90%

Такая конструкция прокладки имеет сравнительно большую площадь опорной поверхности со шпалой и рельсом, что увеличивает сцепление между ними и снижает напряжения сжатия в прокладке, способствует ее защите от износа. Известная прокладка имеет сравнительно больший ресурс в условиях типичных циклических нагрузок, однако она недостаточно эффективно гасит повышенные сдвиговые напряжения из-за сравнитеьно низких значений модуля упругости в рабочем интервае относитеьных удлинений. Кроме того используемый в известной подрельсовой прокладке композиционный материал не обеспечивает необходимых значений стойкости к истиранию и прочности при растяжении, в том числе, в тяжелых климатических условиях при увеличенной динамической нагрузке, испытываемой элементами верхнего строения пути при движении тяжело нагруженных и высокоскоростных составов.

Решаемой задачей полезной модели является повышение эксплуатационных характеристик подрельсовой прокладки в тяжелых условиях эксплуатации рельсового скрепления верхнего строения пути.

Техническим результатом предложенной подрельсовой прокладки является устранение указанных недостатков известных технических решений, увеличения ресурса и надежности работы рельсового скрепления за счет повышения прочностных, а также амортизационных характеристик прокладки в указанных условиях эксплуатации. Использование для прокладки материала с более высокими значениями модуля упругости и твердости по Шору в характерной области относительных удлинений и динамических нагрузок обеспечивает ее работу в допустимом интервале сдвиговых напряжений в центральной и периферийной частях изделия.

Указанный технический результат достигается тем, что в подрельсовой прокладке, выполненной из композиционного материала в виде прямоугольной пластины с плоским нижним основанием и расположенными на верхнем основании равными по высоте выступами трапециевидной формы с канавками между ними, параллельнными длине прокладки и оси рельса, согласно полезной модели, указанные выступы распределены по сечению прокладки симметрично ее оси, крайние выступы вдоль длинных сторон прокладки выполнены в виде профилированных ребер жесткости, между которыми в средней части прокладки расположены разделенные основными канавками четыре выступа равной ширины меньшего сечения, а ребра жесткости ближе к краю прокладки дополнительно снабжены профилирующими канавками, причем в качестве композиционного материала используется темопластичный полиуретан.

Кроме того, основные и профилирующие канавки прокладки в поперечном сечении имеют форму равнобочной трапеции с углом наклона боковой стороны 15°, а концы выступов имеют округления углов, причем отношение глубины основных и профилирующих канавок находится в диапазоне 2-2,6 при толщине прокладки 10 мм.

Кроме того, качестве композиционного материала используется темопластичный полиуретан с модулем упругости в диапазоне 20 - 2000 МПа в интервале относительного удлинения 0,05-0,25% при твердости от 55 ед. по Шору А до 74 ед. по Шору D согласно ДИН 53505.

Такое выполнение полезной модели обеспечивает достижение технического результата в части повышения ресурса и надежности работы рельсового скрепления в упомянутых условиях эксплуатации подрельсовой прокладки за счет повышения прочностных и амортизационных характеристик предложенной конструкции прокладки, выполненной из темопластичного полиуретана с указанными физико-механическими характеристиками. Использование для прокладки материала с указанными значениями модуля упругости и твердости по Шору в интервале относительных удлинений и динамических нагрузок обеспечивает ее работоспособность в характерном интервале сдвиговых напряжений как в менее нагруженной центральной, так и в более напряженных периферийных зонах конструкции изделия с профилированными ребрами жесткости.

На основании теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в разное время авторами на технологической базе ООО «ЭЛАСТОИМПЭКС», были определены необходимые и достаточные условия обеспечения оптимальных условий для надежного и эффективного функционирования предложенной подрельсовой прокладки в упомянутых условиях эксплуатации. При этом выполнение основных и профилирующих канавок прокладки в поперечном сечении в форме равнобочной трапеции с углом наклона боковой стороны 15° и округлениями углов по концам периферийных и центральных выступов, для указанного отношения глубины основных и профилирующих канавок в диапазоне 2-2,5 при толщине прокладки 10 мм, обеспечивает необходимые условия для работы рельсового скрепления. Применение в качестве композиционного материала термопластичного полиуретана с указанными модулем упругости и твердости в широком диапазоне характерных значений обеспечивает более эффективную и надежную эксплуатацию подрельсовых прокладок в упомянутых условиях по сравнению с известными техническими решениями.

На фиг.1 показаны общий вид на подрельсовую прокладку и ее торцевую часть.

Подрельсовая прокладка выполнена в виде прямоугольной пластины 1 с плоским нижним основанием и расположенными на верхнем основании равными по высоте выступами 2, 3 трапециевидной формы с канавками между ними, параллельнными длине прокладки. Выступы 2, 3 распределены по сечению прокладки симметрично ее оси, крайние выступы 2 вдоль длинных сторон прокладки выполнены в виде профилированных ребер жесткости, между которыми в средней части прокладки расположены разделенные основными канавками 4 четыре выступа 3 равной ширины меньшего сечения, а выступы 2 в виде ребер жесткости ближе к краю прокладки дополнительно снабжены профилирующими канавками 5.

На фиг.1 верхние площадки выступов 2 в виде профилированных ребер жесткости обозначены а1 и а2, между ними расположены профилирующие канавки 5, дно которых обозначено в1. Верхние площадки выступов 3 в средней части прокладки обозначены а3, а дно основных канавок обозначено в2 и в3. Глубина указанных канавок обозначена с1 и с2, соответственно, общая высота прокладки обозначена с3, а высота выступов 6 обозначена с4. Рабочая толщина прокладки от нижнего плоского основания до верхних площадок выступов 2, 3 составляет 10 мм, а ее габарит по высоте, т.е. с3, равен 16 мм. Габариты прокладки в плане могут соответствовать значениям В=150 мм и Н=196 мм.

Основные и профилирующие канавки 4, 5 прокладки в поперечном сечении имеют форму равнобочной трапеции с углом наклона боковой стороны 15°. Концы выступов 2, 3 также имеют конусовидные округления углов. Отношение глубины основных 4 и профилирующих 5 канавок составляет 2,5 при указанной толщине прокладки. По противоположным краям на коротких сторонах прямоугольной пластины 1 параллельно друг другу расположены два выступа 6 для фиксации подрельсовой прокладки в рельсовых скреплениях.

В качестве композиционного материала для предложенной конструкции подрельсовой прокладки используется темопластичный полиуретан с модулем упругости в диапазоне 550-1100 МПа при твердости от 60 ед. по Шору А до 70 ед. по Шору D согласно ДИН 53505.

Подрельсовая прокладка функционирует следующим образом.

Подрельсовая прокладка расположена между двумя металлическими деталями рельсового скрепления (не показаны) и воспринимает значительные нагрузки при движении поездов как на низких скоростях, так и при движении высокоскоростных поездов. Два выступа 6, расположенные по противоположным краям на коротких сторонах прямоугольной пластины 1 параллельно друг другу, фиксируют и удерживают прокладку в рельсовых скреплениях при движении составов. Подрельсовая прокладка предложенной конструкции из темопластичного полиуретана с указанными соотношениями размеров прокладки, выступов 2, 3 и канавок 4, 5 позволяет повысить ее эксплуатационные качества. Благодаря изготовлению прокладки из полиуретана с плоской нижней поверхностью при данной форме верхней опорной поверхности подрельсовой прокладки с площадками а1, а2, а3 с глубиной канавок в1, в2, в3 внутреннее напряжение в указанных элементах прокладки распределяется пропорционально суммарному сечению выступов 2 и 3 симметрично относительно оси прокладки. Это обеспечивает увеличение ресурса подрельсовой прокладки в условиях предельных циклических нагрузок от подвижного состава.

При этом более эффективно используются упругие свойств материала, поскольку указанная симметричная форма выступов 2, 3 и канавок 4, 5 обеспечивает возможность восприятия нагрузки не только за счет упругой деформации всестороннего сжатия материала, но и за счет упругой деформации изгиба, поскольку в данном случае выступы 2, 3 представляют собой пружинящие элементы. Кроме того, использование литьевых уклонов на боковых сторонах ребер жесткости выступов 2 и выступов 3 обеспечивает упрощение технологии изготовления предложенной подрельсовой прокладки по сравнению с известной, что в конечном итоге приводит к повышению качества и уменьшению себестоимости конечного изделия.

Технический результат настоящей полезной модели заключается в повышении эксплуатационных качеств и увеличении срока службы подрельсовых прокладок и достигается за счет указанного оптимального конструктивного выполнения элементов прокладки при использовании в тяжелых и особо тяжелых условиях эксплуатации при грузонапряженности участков магистральных железнодорожных линий 25-50 млн. ткм и выше, например, для рельсового скрепления КБ-65 на железобетонных шпалах с рельсами типа Р-65 или Р-75.

1. Подрельсовая прокладка, выполненая из композиционного материала в виде прямоугольной пластины с плоским нижним основанием и расположенными на верхнем основании равными по высоте выступами трапециевидной формы с канавками между ними, параллельнными длине прокладки и оси рельса, отличающаяся тем, что указанные выступы распределены по сечению прокладки симметрично ее оси, крайние выступы вдоль длинных сторон прокладки выполнены в виде профилированных ребер жесткости, между которыми в средней части прокладки расположены разделенные основными канавками четыре выступа равной ширины меньшего сечения, а ребра жесткости ближе к краю прокладки дополнительно снабжены профилирующими канавками, причем в качестве композиционного материала используется темопластичный полиуретан.

2. Подрельсовая прокладка по п.1, отличающаяся тем, что основные и профилирующие канавки прокладки в поперечном сечении имеют форму равнобочной трапеции с углом наклона боковой стороны 15°, а концы выступов имеют округления углов, причем отношение глубины основных и профилирующих канавок находится в диапазоне 2-2,6 при толщине прокладки 10 мм.

3. Подрельсовая прокладка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве композиционного материала используется темопластичный полиуретан с модулем упругости в диапазоне 20-2000 МПа в интервале относительного удлинения 0,05-0,25% при твердости от 55 ед. по Шору А до 74 ед. по Шору D согласно ДИН 53505.