бетонная шпала-демпфер

Классы МПК:E01B3/28 из бетона, естественного или искусственного камня
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-04-02
публикация патента:

Изобретение относится к конструкции верхнего строения пути и предназначено для восприятия нагрузки от подвижного состава. Может быть использовано на грузонапряженных линиях железнодорожного пути в местах с продольной негомогенностью пути, в частности с меняющейся по длине жесткостью нижнего строения пути, зоной стыкования различных конструкций верхнего строения пути и др. Бетонная шпала-демпфер имеет не менее двух канавок на разных уровнях. В канавки уложены квазинепрерывные упругие тросовые кольца, сложенные в две нити и сжатые до соприкосновения. Концевые участки колец выходят из бетонного тела, охватывают основания рельсовых плетей и прижаты к ним закладными болтами. Техническим результатом является снижение динамических нагрузок на рельсы и колесные пары и снижение вибрационных нагрузок. 3 ил.

бетонная шпала-демпфер, патент № 2486305 бетонная шпала-демпфер, патент № 2486305 бетонная шпала-демпфер, патент № 2486305

Формула изобретения

Бетонная шпала-демпфер для железнодорожного пути, состоящая из бетонного тела с продольной канавкой вдоль бетонного тела и закладных болтов, отличающаяся тем, что в бетонном теле выполнены не менее двух канавок на разных уровнях, в канавки уложены квазинепрерывные упругие тросовые кольца, сложенные в две нити и сжатые до соприкосновения, концевые участки колец выходят из бетонного тела, охватывают основания рельсовых плетей и прижаты к ним закладными болтами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к конструкции верхнего строения пути, предназначено для восприятия нагрузки от подвижного состава и может быть использовано на грузонапряженных линиях железнодорожного пути в местах с продольной негомогенностью пути, в частности с меняющейся по длине жесткостью нижнего строения пути, зоной стыкования различных конструкций верхнего строения пути и др.

Известна бетонная шпала, выполненная переменного по длине сечения с деревянными вкладышами и металлическими подрельсовыми подкладками, содержащая вкладыши, установленные в продольных пазах шпалы и выполненные многослойными из слоев разноплотной древесины, разделенных эластичными упругими прокладками. Эксплуатационный ресурс данной шпалы увеличен в два раза по сравнению, например, со шпалами с короткими сменными деревянными вкладышами, так как в данной конструкции предусмотрена переустановка вкладыша путем разворота в горизонтальной плоскости на 180° и повторного использования в качестве опоры другой его части [патент РФ № 2042758, МПК E01B 3/44, «Бетонная шпала», авторы Самодуров И.С. и др., опубл. 27.08.95 г., бюл. № 24].

Недостатками данной конструкции являются необходимость регламентных работ по переустановке вкладышей, периодическая замена вкладышей и прокладок из-за значительной разницы в ресурсах самой шпалы и вкладышей, низкая эффективность снижения динамических нагрузок на рельсы и колесные пары (малое демпфирование в опорных узлах), недостаточный срок их службы, малое сопротивление сдвигу рельса относительно шпалы и, как следствие из этого, высокие динамические нагрузки на рельсы и колесные пары.

Известна бетонная шпала-демпфер, содержащая тело бетонной шпалы, упругие нашпальные прокладки и металлические подкладки, в теле шпалы выполнен карман, в кторый установлены подрельсовые подкладки и вкладыши в виде горизонтальных упругих пластин [Патент РФ № 533340, МПК E01B 3/32, опубл. 25.10.76 г., бюл. № 39].

Недостатками данной конструкции являются низкая упругость подрельсовых зон и низкая эффективность снижения динамической нагрузки на рельсы и колесные пары из-за малого демпфирования в опорных подрельсовых узлах и в теле шпалы.

Данное техническое решение авторами выбрано в качестве прототипа.

Техническим результатом является снижение динамических нагрузок на рельсы и колесные пары и снижение вибрационных нагрузок.

Технический результат достигается тем, что в бетонном теле шпалы-демпфера выполнено не менее двух канавок на разных уровнях, в канавки уложены квазинепрерывные упругие тросовые кольца, сложенные в две нити и сжатые до соприкосновения, концевые участки колец выходят из бетонного тела, охватывают основания рельсовых плетей и прижаты к ним закладными болтами.

Бетонная шпала-демпфер изображена на фиг.1 (продольный разрез) и фиг.2 (разрез по А-А). Бетонная шпала-демпфер состоит из бетонного тела 1 с продольными прямоугольными отверстиями 2 и 3, в которых уложены в сжатом до соприкасания виде квазинепрерывные тросовые кольца 4 и 5, концы которых прижаты закладными болтами 6 с гайками 7 и шайбами 8 к рельсам 9 через подрельсовые прокладки 10, подкладки 11 и прокладки 12 к шпале 1. Вместо прямоугольных отверстий 2 и 3 в теле шпалы 1 могут быть выполнены продольные пазы 13 и 14 (см. фиг.3).

Бетонную шпалу-демпфер собирают следующим образом: вначале изготавливают квазинепрерывные тросовые кольца, заневоливают эти кольца в специальных кондукторах и устанавливают их в прмоугольные отверстия 2 и 3 бетонной шпалы 1. Затем устанавливают на шпалу через подкладку 11 и прокладки 10 и 12 рельсы 9, используя прижимной элемент в виде петель из концов квазинепрерывных тросовых колец.

Рельсовое скрепление работает следующим образом.

Заданное усилие прижатия рельса (20 кН) обеспечивают тарированной затяжкой крепежного болта 6 за счет суммарной жесткости на изгиб пружинных клемм 4 и 5, выполненных из изогнутых в кондукторах квазинепрерывных тросовых колец. При затяжке клемм болтом 6 тросовые кольца упруго изгибаются из-за разности высот основания рельса 4 и верхней поверхности подкладки 11, что обеспечивает постоянное осевое усилие в болтовом соединении, препятствующее отворачиванию болта 6 при эксплуатации рельсового скрепления. Это мероприятие предотвращает также сползание клеммы 4 и 5 по подошве рельса 9 в сторону закладного болта, так как уже при незначительном сползании клеммы осевое усилие в болтовом соединении возрастает, что усиливает поджатие клеммы к рельсу и еще более интенсивно препятствует дальнейшему сползанию клеммы.

При движении по рельсу состава рельс 9 давит на прижимные элементы 4 и 5, увеличивая их прогиб и, тем самым, осевое усилие в крепежном болте 6, что приводит к увеличению усилия зажима основания рельса 9 и его заклиниванию.

Главным преимуществом заявленного изобретения является его высокая демпфирующая способность. Это подтверждает анализ упругофрикционных характеристик рельсовых скреплений, представленный, в частности, в работе [Радыгин Ю.Н., Стойда Ю.М. Лабораторные испытания рельсовых скреплений. - Путь и путевое хозяйство. - № 12, 2005, с.8-12]. По данным этой работы большинство эксплуатируемых в настоящее время рельсовых скреплений имеет относительный коэффициент рассеивания энергии бетонная шпала-демпфер, патент № 2486305 бетонная шпала-демпфер, патент № 2486305 0,1 (бетонная шпала-демпфер, патент № 2486305 - это отношение площади петли гистерезиса к площади прямоугольного треугольника, ограниченного сверху (гипотенуза) верхней нагрузочной характеристикой скрепления, а снизу - осью абсцисс). Выполнение пружинной клеммы из многожильного стального каната по данным работы [Антипов В.А. и др. Расчет и конструирование средств виброзащиты сухого трения. - Самара: СамГУПС, 2005. - 207 с.] дает возможность увеличить коэффициент расеивания до величин бетонная шпала-демпфер, патент № 2486305 =2бетонная шпала-демпфер, патент № 2486305 3. Это происходит за счет работы сил трения при проскальзывании стальных нитей тросовых прядей друг относительно друга из-за его изгиба. При этом энергия вибрации переходит в тепло и рассеивается в окружающее пространство. Армирование тела шпалы тросовыми прядями еще более увеличивает количество рассеиваемой энергии вследствие работы сил трения при проскальзывании проволочек друг относительно друга из-за упругой деформации тела шпалы. При этом коэффициент рассеивания энергии может достигнуть величин бетонная шпала-демпфер, патент № 2486305 =3бетонная шпала-демпфер, патент № 2486305 4, что значительно увеличивает эффективность подавления вибрации.

В результате оснащения железнодорожного пути предлагаемыми шпалами-демпферами значительно улучшены вибрационные характеристики рельсошпальной решетки, буксовых и опорных узлов подвижного состава, что приводит к значительному увеличению ресурса и надежности этих узлов, увеличена надежность работы самого рельсового скрепления из-за эффекта заклинивания-расклинивания основания рельса при прохождении над скреплением колеса вагона (чем больше вес вагона, тем надежнее скрепление) и, наконец, существенно улучшены упругие и диссипативные свойства шпалы из-за ее армирования тросовыми упругими элементами.

При воздействии вибрации или ударной нагрузки со стороны подвижного состава упругие тросовые элементы в опорных узлах и в теле шпалы изгибаются, проволочки тросов проскальзывают с трением друг относительно друга, энергия вибрации переходит в тепло и рассеивается в окружающее пространство.

Класс E01B3/28 из бетона, естественного или искусственного камня

железобетонная шпала -  патент 2504611 (20.01.2014)
железнодорожная шпала -  патент 2487207 (10.07.2013)
шпала на основе пространственного ячеистого каркаса -  патент 2434982 (27.11.2011)
железобетонная шпала -  патент 2433218 (10.11.2011)
шпала на основе ячеистого каркаса -  патент 2427679 (27.08.2011)
способ изготовления устойчивой железнодорожной шпалы с использованием отходов горно-металлургического производства -  патент 2335590 (10.10.2008)
закладной узел железобетонной шпалы -  патент 2264495 (20.11.2005)
закладной узел железобетонной шпалы -  патент 2204635 (20.05.2003)
закладной узел железобетонной шпалы (варианты) -  патент 2169226 (20.06.2001)
железобетонная шпала -  патент 2155836 (10.09.2000)
Наверх