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 в отечественных рельсовых скреплениях на железобетонных шпалах и современных видах рельсовых скреплений европейского класса.

Решаемой задачей полезной модели является создание сравнительно недорогой подрельсовой прокладки с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Техническим результатом предложенной полезной модели является устранение недостатков известных технических решений, повышение износостойкости, амортизационных и прочностных характеристик подрельсовых прокладок при эксплуатации в современных и новых типах рельсовых скреплений.

Указанный технический результат достигается тем, что в подрельсовой прокладке, выполненной в виде плоской прямоугольной пластины с гладкой верхней поверхностью, снабженной со стороны нижней поверхности глухими отверстиями и выступающими буртиками, расположенными вдоль малых сторон пластины, согласно полезной модели, прямоугольная пластина снабжена четырьмя позиционирующими выступами прямоугольного сечения, расположенными вдоль ее больших сторон для поперечной фиксации прокладки относительно элементов рельсового скрепления и четырьмя выступающими буртиками, расположенными ортогонально к позиционирующим выступам вдоль малых сторон прямоугольной пластины для продольной фиксации прокладки, центральная часть прямоугольной пластины со стороны нижней поверхности содержит, по крайней мере, один ряд выемок, по обе стороны от которых вдоль больших сторон прямоугольной пластины размещены участки с гладкой опорной поверхностью, образующие боковые ребра жесткости прокладки, причем прямоугольная пластина выполнена из эластомерного материала.

Кроме того, центральная часть прямоугольной пластины со стороны нижней поверхности может содержать от одного до четырех рядов выемок, расположенных вдоль длинной оси пластины в схеме плотной упаковки и выполненных в виде глухих отверстий, преимущественно, круглой формы глубиной 0,5-0,7 от толщины прокладки, причем отношение площадей центральной части прямоугольной пластины с выемками и каждого из участков с гладкой опорной поверхностью, образующих боковые ребра жесткости, находится в диапазоне 2-4.

Кроме того, в качестве материала прокладки может использоваться полиуретановый эластомер 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 8 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 в отечественных рельсовых скреплениях на железобетонных шпалах и современных видах рельсовых скреплений европейского класса.

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, опублик. 27.03.2011).

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.

Известна 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, опублик. 10.01.2004).

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 подрельсовой прокладки имеет сравнительно большую площадь опорной поверхности с рельсом, что увеличивает сцепление между ними и снижает напряжения сжатия в прокладке, способствует ее защите от износа. Известная прокладка имеет больший ресурс в условиях типичных циклических нагрузок, однако, по сравнению с предыдущим аналогом, она недостаточно эффективно гасит повышенные сдвиговые напряжения из-за сравнитеьно низких значений модуля упругости в рабочем интервале относительных удлинений.

Известна подрельсовая прокладка, выполненная в виде плоского прямоугольного элемента с гладкими поверхностями, снабженного со стороны нижней поверхности выступающими буртиками, расположенными вдоль малых сторон прямоугольного элемента (см. патент РФ 42804, опублик 20.12.2004).

Особенностью известной подрельсовой прокладки ЦП 137.003 является то, что прямоугольный элемент выполнен из полимерного композита на основе резины толщиной 5 мм, а высота двух буртиков со стороны нижней поверхности составляет 1,4-1,5 от толщины прямоугольного элемента, что обеспечивает его продольную фиксацию в рельсовом скреплении. Гладкие части верхней и нижней поверхностей прямоугольного элемента прокладки вплотную прилегают к подошве рельса и деталям рельсового скрепления.

Известная подрельсовая прокладка, изготовленная из материала на основе резиновых смесей, не обеспечивает необходимых значений стойкости к истиранию и прочности в тяжелых условиях объемно-нагруженного состояния при увеличенной динамической нагрузке.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является подрельсовая прокладка, выполненная в виде плоской прямоугольной пластины с гладкой верхней поверхностью, снабженной со стороны нижней поверхности глухими отверстиями и выступающими буртиками, расположенными вдоль малых сторон пластины (см. Прокладка-амортизатор подрельсовая ЦП 356 II категория, исполнение Б. Продукция ЗАО «Ярославский завод полимерных материалов», РФ, г.Ярославль, пр-т Октября, д. 85 http://www.yazpm.ru/index.php - прототип).

Известная подрельсовая прокладка также изготавливается из резиновой смеси и используется в качестве амортизатора для элементов скрепления КБ на железнодорожные шпалы под подошву рельсов Р65 и Р75. Материал, используемый для изготовления известной подрельсовой прокладки, не обеспечивает необходимых значений длительной стойкости к истиранию и прочности прокладки в тяжелых условиях эксплуатации. Кроме того, конструктивные особенности известной подрельсовой прокладки - амортизатора не позволяют ее использовать для современных отечественных типов скреплений и рельсовых скреплений европейского класса, в частности, SRS-11 и некоторых других перспективных типов скреплений.

Решаемой задачей полезной модели является создание сравнительно недорогой подрельсовой прокладки с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Техническим результатом предложенной полезной модели является устранение недостатков известных технических решений, повышение износостойкости, амортизационных и прочностных характеристик подрельсовых прокладок при эксплуатации в современных и новых типах рельсового скрепления.

Указанный технический результат достигается тем, что в подрельсовой прокладке, выполненной в виде плоской прямоугольной пластины с гладкой верхней поверхностью, снабженной со стороны нижней поверхности глухими отверстиями и выступающими буртиками, расположенными вдоль малых сторон пластины, согласно полезной модели, прямоугольная пластина снабжена четырьмя позиционирующими выступами прямоугольного сечения, расположенными вдоль ее больших сторон для поперечной фиксации прокладки относительно элементов рельсового скрепления и четырьмя выступающими буртиками, расположенными ортогонально к позиционирующим выступам вдоль малых сторон прямоугольной пластины для продольной фиксации прокладки, центральная часть прямоугольной пластины со стороны нижней поверхности содержит, по крайней мере, один ряд выемок, по обе стороны от которых вдоль больших сторон прямоугольной пластины размещены участки с гладкой опорной поверхностью, образующие боковые ребра жесткости прокладки, причем прямоугольная пластина выполнена из эластомерного материала.

Кроме того, центральная часть прямоугольной пластины со стороны нижней поверхности может содержать от одного до четырех рядов выемок, расположенных вдоль длинной оси пластины в схеме плотной упаковки и выполненных в виде глухих отверстий, преимущественно, круглой формы глубиной 0,5-0,7 от толщины прокладки, причем отношение площадей центральной части прямоугольной пластины с выемками и каждого из участков с гладкой опорной поверхностью, образующих боковые ребра жесткости, находится в диапазоне 2-4.

Кроме того, в качестве материала прокладки может использоваться полиуретановый эластомер 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 подрельсовой прокладки позволяет повысить ее эксплуатационные характеристики и надежность работы рельсового скрепления за счет указанного конструктивного выполнения прокладки и использования эластомерного материала с более высокими значениями модуля упругости и твердости в характерной области относительных удлинений и динамических нагрузок. Увеличение сопротивления изгибающим усилиям и сдвиговым напряжениям в предложенной подрельсовой прокладке обеспечивается за счет выемок в виде глухих отверстий, расположенных по схеме плотной упаковки и наличия по краям длинных сторон прокладки ребер жесткости сравнительно большого сечения. Возможность эксплуатации предложенной прокладки на новых типах рельсового скрепления обеспечивается за счет наличия четырех позиционирующих выступов прямоугольного сечения, расположенных вдоль больших сторон прокладки, между которыми расположен необходимый технологический промежуток или зазор для размещения в нем соответствующих элементов рельсового скрепления.

На основании теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в разное время на технологической базе ООО «Магистральпром» и ООО «ЭЛАСТОИМПЭКС», были определены необходимые и достаточные условия для надежного и эффективного функционирования предложенной подрельсовой прокладки при эксплуатации в рельсовых скреплениях различного типа. Форма указанных выемок в центральной части прямоугольной пластины со стороны нижней поверхности прокладки может варьроваться в плане от круговой до эллиптической или прямоугольной, а количество рядов выемок, расположенных вдоль длинной оси пластины, в пределах от одного до четырех при наличии боковых ребер жесткости.

При отношении площадей центральной части прямоугольной пластины с выемками и каждого из участков с гладкой опорной поверхностью, образующих боковые ребра жесткости, менее 2-х жесткость прокладки значительно возрастает, что снижает ее амортизирующие свойства в указанных рельсовых скреплениях, а при превышении указанного отношения более 4-х - снижается роль ребер жесткости. Предпочтительная форма выемок - круговая в виде глухих отверстий глубиной 0,5-0,7 от толщины прокладки, при этом рекомендуемое количество рядов выемок равно трем, при котором упомянутое отношение площадей находится в указанном диапазоне. В качестве эластомерного материала для предложенной подрельсовой прокладки может использоваться полиуретановый эластомер с характерными значениями модуля упругости и твердости.

Особенности конструкции предложенной подрельсовой прокладки способствуют увеличению средней площади контакта элементами рельсового скрепления и более эффективному использованию упругих свойств эластомерного материала, поскольку указанная конфигурация плоских ребер жесткости и размещение указанных выемок в центральной части прокладки обеспечивают возможность восприятия нагрузки не только за счет упругой деформации всестороннего сжатия материала, но и за счет упругой деформации изгиба, поскольку в данном случае стенки глухих отверстий или выемок представляют собой пружинящие элементы, снижающие в них контактные напряжения, что увеличивает эксплуатационный ресурс подрельсовой прокладки при циклических нагрузках.

Такое выполнение полезной модели обеспечивает также достижение технического результата в части улучшения шумопоглощения, повышения ресурса и надежности работы при использовании прокладки в новых типах рельсового скрепления при упомянутых условиях эксплуатации, в том числе, за счет повышения прочностных и амортизационных характеристик предложенной конструкции прокладки, выполненной из эластомера, например, термопластичного полиуретана. Использование для прокладки материала с повышенными значениями модуля упругости и твердости в интервале относительных удлинений и динамических нагрузок обеспечивает ее работоспособность в условиях сдвиговых напряжений как в центральной части прокладки с профилированными выемками, так и в ребрах жесткости на ее боковых частях.

Указанные особенности выполнения конструктивных элементов прокладки являются необходимыми и достаточными для решения поставленной задачи по повышению основных эксплуатационных характеристик подрельсовой прокладки при функционировании в составе отечественных рельсовых скреплений и скреплений европейского класса.

На фиг.1 показан вид в, плане на подрельсовую прокладку, на фиг.2 представлено ее сечение.

В конкретном примере выполнения предложенная подрельсовая прокладка изготовлена из эластомера на основе полиуретана в виде плоской прямоугольной пластины 1 с гладкой верхней поверхностью, снабженной со стороны нижней поверхности глухими отверстиями 2, преимущественно, равного диаметра Д1. Прямоугольная пластина 1 снабжена четырьмя выступающими буртиками 3, расположенными параллельно друг другу вдоль малых сторон Н прямоугольной пластины 1 для продольной фиксации прокладки в рельсовых скреплениях. Вдоль больших сторон В прямоугольной пластины 1 параллельно друг другу расположены попарно четыре боковых позиционирующих выступа 4 прямоугольного сечения для поперечной фиксации подрельсовой прокладки в рельсовых скреплениях. При этом четыре буртика 3 расположенными ортогонально к четырем близлежащим позиционирующим выступам 4.

Центральная часть прямоугольной пластины 1 со стороны нижней поверхности содержит три ряда выемок, выполненных в виде глухих отверстий 2, преимущественно, круглой формы глубиной 5 мм при толщине прокладки 8 мм (их отношение составляет около 0,62). Область пластины 1, ограничивающая зону расположения глухих отверстий 2 обозначена поз.5. По обе стороны от отверстий 2 вдоль больших сторон В прямоугольной пластины 1 размещены два участка, обозначенные поз.6, с гладкой опорной поверхностью, которые образуют боковые ребра жесткости прокладки. Со стороны плоского верхнего основания прямоугольной пластины 1 на верхней свободной поверхности четырех боковых выступов 4 поз.7 отмечены места для рельефной маркировки характеристик и типа подрельсовой прокладки.

Глухие отверстия 2 в количестве 13 шт расположены вдоль длинной оси пластины 1 в три ряда по 4, 5, и 4 отверстия в каждом ряду по схеме плотной упаковки, то есть каждое из четырех боковых отверстий размещены между ближайшими отверстиями центрального ряда. Отношение упомянутых площадей центральной части 5 пластины 1 с глухими отверстиями 2 и каждого из участков 6 с гладкой опорной поверхностью, образующих боковые ребра жесткости, составляет около 3,6. В качестве композиционного материала для предложенной конструкции прокладки, в частности, может использоваться полиуретановый эластомер 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.

Оптимальные значения толщины предложенной подрельсовой прокладки, ширины ребер жесткости и размеров выемок определены по результатам лабораторных и технологических испытаний. Характерные значения размеров предложенной прокладки в плане, величины размеров буртиков, выступов и глухих отверстий задаются в соответствии с нормативными параметрами прокладки и размерами элементов рельсового скрепления. Предложенная подрельсовая прокладка должна изготавливаться в соответствии с техническими требованиями, предъявляемыми ОАО «РЖД» к прокладкам-амортизаторам с учетом установленных показателей качества и норм безопасности для указанных изделий.

На фиг.1 приведены буквенные обозначения характерных размеров элементов прокладки в плане: размеры прокладки - Н и В, диаметры глухих отверстий - Д1 и Д2, размеры буртиков - а1, размеры позиционирующих выступов - е1 и а2, технологический зазор или паз между ними - Е, габаритные межцентровые расстояния между отверстиями - а3 и а4. В сечении А-А прокладки на фиг.2 расстояние между буртиками обозначено - Б, толщина прокладки - н1, высота буртиков - н2. глубина глухих отверстий - н3.

Подрельсовая прокладка функционирует следующим образом.

Подрельсовую прокладку располагают между металлическими деталями рельсового скрепления (не показаны), при этом рабочая часть прямоугольной пластины 1 подрельсовой прокладки воспринимает значительные продольные и поперечные нагрузки при движении поездов как на низких скоростях, так и при движении высокоскоростных поездов. Четыре буртика 3, расположенные попарно и параллельно друг другу по противоположным краям на коротких сторонах прямоугольной пластины 1, фиксируют и удерживают прокладку в рельсовых скреплениях при движении составов. Четыре позиционирующих выступа 4 с пазом Е между ними обеспечивают размещение в непосредственной близости от прокладки соответствующих элементов рельсового скрепления (элементов накладок, упоров, шурупов, клемм и др.), которые фиксируют и удерживают прокладку в рельсовых скреплениях, в том числе, от боковых смещений при движении составов.

Подрельсовая прокладка предложенной конструкции с указанными соотношениями размеров ее элементов позволяет повысить основные эксплуатационные качества прокладки в рельсовых скреплениях. При данной конфигурации нижней опорной поверхности подрельсовой прокладки, изготовленной из эластомеров, например, на основе полиуретана, внутренние напряжения в ней распределяются в соответствии с суммарным сечением выступов в виде стенок между глухими отверстиями 2 в центральной части прямоугольной пластины 1 с учетом сечения ее боковых участков в виде ребер жесткости. При этом более эффективно используются упругие свойства эластомерного материала, поскольку указанная симметричная форма упругих и жестких частей подрельсовой прокладки, как было указано, обеспечивает возможность восприятия нагрузки от движения составов не только за счет упругой деформации всестороннего сжатия материала, но и за счет упругой деформации изгиба стенок глухих отверстий 2 в центральной части прокладки.

Предложенное техническое решение обеспечивает повышение эксплуатационных качеств подрельсовых прокладок данной конструкции, увеличение срока службы, уменьшение шумности и себестоимости конечного изделия, что позволяет их использовать в тяжелых и особо тяжелых условиях эксплуатации для участков магистральных железнодорожных линий с грузонапряженностью 50-80 млн. ткм и выше как для отечественных рельсовых скреплений на железобетонных шпалах, так и в перспективных типах рельсовых скреплений европейского класса.

1. Подрельсовая прокладка, выполненная в виде плоской прямоугольной пластины с гладкой верхней поверхностью, снабженной со стороны нижней поверхности выемками в виде глухих отверстий и выступающими буртиками, расположенными вдоль малых сторон пластины, отличающаяся тем, что прямоугольная пластина снабжена четырьмя позиционирующими выступами прямоугольного сечения, расположенными вдоль ее больших сторон для поперечной фиксации прокладки относительно элементов рельсового скрепления, и четырьмя выступающими буртиками, расположенными ортогонально к позиционирующим выступам вдоль малых сторон прямоугольной пластины для продольной фиксации прокладки, центральная часть прямоугольной пластины со стороны нижней поверхности содержит, по крайней мере, один ряд выемок, по обе стороны от которых вдоль больших сторон прямоугольной пластины размещены участки с гладкой опорной поверхностью, образующие боковые ребра жесткости прокладки, причем прямоугольная пластина выполнена из эластомерного материала.

2. Подрельсовая прокладка по п.1, отличающаяся тем, что центральная часть прямоугольной пластины со стороны нижней поверхности содержит от одного до четырех рядов выемок, расположенных вдоль длинной оси пластины в схеме плотной упаковки и выполненных в виде глухих отверстий преимущественно круглой формы глубиной 0,5-0,7 от толщины прокладки, причем отношение площадей центральной части прямоугольной пластины с выемками и каждого из участков с гладкой опорной поверхностью, образующих боковые ребра жесткости, находится в диапазоне 2-4.

3. Подрельсовая прокладка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве материала прокладки используется полиуретановый эластомер 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.