Прокладка подрельсовая для рельсовых скреплений

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПРОКЛАДКА ПОДРЕЛЬСОВАЯ ДЛЯ РЕЛЬСОВЫХ СКРЕПЛЕНИЙ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук БеларусиОткрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт железнодорожного транспортаОбщество с ограниченной ответственностью ТрансЭлКон(72) Авторы Песецкий Степан СтепановичКочергин Виктор ВасильевичГерасименко Сергей АлександровичМаксимов Игорь НиколаевичДубровский Владислав ВикторовичПевзнер Виктор ОшеровичКоваль Василий НиколаевичАлешин Сергей Васильевич(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук БеларусиОткрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт железнодорожного транспортаОбщество с ограниченной ответственностью ТрансЭлКон(56) Альбом чертежей верхнего строения железнодорожного пути. - М. Транспорт, 1969. - С. 127.2230147 2, 2004.323496, 1972.2121029 1, 1998.6872 , 2010.2287038 2, 2006.2288314 1, 2006.66633, 1946.1234495 1, 1986.(57) 1. Прокладка подрельсовая для рельсовых скреплений, содержащая основание с плоской опорной поверхностью, контактирующей с основанием рельса, рельефную внутреннюю опорную поверхность, контактирующую со шпалой, отличающаяся тем, что на 17262 1 2013.06.30 внутренней опорной поверхности выполнено углубление, в котором расположены выступы цилиндрической и прямоугольной с закругленными торцами форм, причем выступы цилиндрической формы расположены на периферии углубления, а выступы прямоугольной формы - равномерно по площади углубления. 2. Прокладка по п. 1, отличающаяся тем, что высота выступов равна глубине углубления. 3. Прокладка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что расстояние между выступами, а также между выступами и буртами углубления не менее высоты выступов. 4. Прокладка по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена из термоэластопласта. 5. Прокладка по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена из материала, имеющего температуру стеклования не выше -60 С, а его твердость по Шору А при температуре от-60 до 60 С составляет 80-93 у.е. 6. Прокладка по п. 1, отличающаяся тем, что изготовлена методом литья под давлением. 7. Прокладка по п. 1, отличающаяся тем, что изготовлена из композиционного материала на основе полиэфирного термоэластопласта. Изобретение относится к элементам конструкций верхнего строения пути железной дороги. Служебные характеристики и надежная работа рельсовых скреплений на железобетонном подрельсовом основании в значительной степени зависят от применяемых в их конструкции прокладок-амортизаторов (подрельсовых и нашпальных прокладок). В отдельных типах скреплений используются одновременно подрельсовая и нашпальная прокладки(например, скрепление КБ), но все большее распространение получают скрепления, в которых применяется только подрельсовая прокладка (далее прокладка). К числу подобных скреплений относятся, например, скрепления ЖБР, АРС, ЖБ-65, -30, СБ-3. Независимо от типа скрепления роль прокладок чрезвычайно высока в обеспечении работоспособности скреплений. Их главное функциональное назначение - обеспечение стабильности характеристик рельсовой колеи между плановыми ремонтами. Кроме того,прокладки на железнодорожных шпалах создают сопротивление смещению рельса, обеспечивают электроизоляцию и снижают динамические нагрузки. Работоспособность прокладок должна обеспечиваться в интервале температур от -60 до 60 С. Большинство эластомерных полимерных материалов в этом диапазоне температур претерпевает структурные (релаксационные) изменения, отражающиеся на работоспособности материала и прокладки в целом. Поэтому для обеспечения функциональной пригодности прокладок требуется тщательно подходить к выбору материала, из которого они изготавливаются, и их конструкции. Особое значение это имеет при переходе от обычных к нагруженным скоростным железнодорожным трассам (скорость движения поездов не менее 160 км/ч),на которых динамические нагрузки при движении поезда существенно возрастают. Известные конструкции прокладок разработаны для применения преимущественно на низко- и среднескоростных путях и не учитывают специфику работы сопряжения рельсшпала для нагруженных высокоскоростных трасс 1. Согласно 2 прокладка подрельсовая изготавливается из упругого материала и снабжена выступами, уменьшающимися по высоте от периметра к центру рабочей поверхности в продольном и поперечном направлениях. В данной конструкции не учтена специфика упруго-деформационных свойств материала при изготовлении прокладки из термоэластопласта. Неравномерность распределения выступов по рабочей поверхности, а также наличие острых углов в зонах сопряжения выступ-плоскость предопределяют низкую долговечность прокладок в условиях скоростного и тяжеловесного движений. 2 17262 1 2013.06.30 Согласно 3 подрельсовая прокладка выполнена из резины и имеет сборную конструкцию, что предопределяет ее непригодность для скоростных трасс из-за недостаточной механической прочности материала и, кроме того, усложненная конструкция малопригодна для массового производства подобных изделий. В патенте 4 описана многослойная прокладка, состоящая из отдельных слоев резины и обрезиненного корда, на рабочих поверхностях которой нанесены рифления в виде продольных и поперечных канавок. Очевидно, что слоевая конструкция прокладки не обеспечивает ее устойчивость к многоцикловым нагрузкам в условиях высокоскоростного движения. Известна также 5 конструкция многослойной подрельсовой прокладки с твердым наружным боковым слоем, на котором выполнены неровности, преимущественно в виде выступов и впадин. Данная конструкция не учитывает специфики динамического нагружения в условиях скоростного движения и не гарантирует требуемый ресурс, а также эксплуатационную надежность в интервале температур от -60 до 60 С. Конструкция комбинированной прокладки описана в патенте 6. Из твердой пластмассы выполнена жесткая основа прокладки, а хотя бы одна из внешних контактных сторон выполняется из упругого материала. Очевидно, что при высокоскоростном движении,а также в условиях тяжеловесного движения применение слоистых конструкций прокладок не эффективно из-за разрушения межслоевого контакта и недостаточного ресурса вследствие этого. Кроме того, производительность производства слоистой конструкции существенно ниже по сравнению с производством монолитных прокладок. На фиг. 1 приведена конструкция прокладки амортизирующей, описанной в 7, 8. Отличительной особенностью ее конструкции является наличие продольных рифлей, выполненных на обеих опорных поверхностях. Недостатки данной конструкции заключаются в следующем. Конструкция рифлей не способствует упругому восстановлению выступов при их деформировании. Кроме того, при деформировании прокладки по толщине на 1,5-2 мм стенки рифлей соприкасаются (схлопываются), что приводит к резкому повышению ее жесткости. Выполнение рифлей сквозными предопределяет возможность попадания воды в зону контакта прокладка-основание рельса, что негативно сказывается на величине коэффициента трения прокладки о рельс при замерзании воды изменяется упругость прокладки и может произойти ее разрушение. В технических решениях 9, 10 описана конструкция подрельсовой прокладки, на опорных поверхностях которых выполнены рифления в виде треугольников, образующие которых в поперечном сечении имеют форму гладкой зигзагообразной кривой в виде синусоиды. Недостатком данной конструкции является высокий уровень механических напряжений в вершинах выступов, что при многоцикловых нагрузках и тяжеловесном движении приводит к их деформированию, расплющиванию и потере упругих свойств прокладки в целом. На фиг. 2 и 3 показаны прокладки с двумя плоскими поверхностями 11. Конструкция прокладки на фиг. 2 разработана специально для установки под подошву рельса Р 50. Ее отличительной особенностью является наличие периферийных буртов. На фиг. 3 приведена конструкция прокладки под рельсовое скрепление СБ-3, отличающаяся наличием на противоположных торцах технологических углублений 12. Главный недостаток обеих прокладок - постоянная жесткость независимо от величины прилагаемой нагрузки. Прокладки обладают недостаточной упругостью (демпфирующей способностью) и не способны существенно снижать воздействие динамических нагрузок при скоростном движении(особенно при низкой температуре эксплуатации, когда жесткость материала прокладки возрастает). Наиболее близким аналогом предполагаемого изобретения (прототипом) является конструкция прокладки под подошву рельса Р 65, представленная на фиг. 4 13. Прокладка содержит основание с плоской опорной поверхностью, контактирующее с основанием 3 17262 1 2013.06.30 рельса, рельефную внутреннюю поверхность, контактирующую со шпалой, два бурта для охватывания металлической нашпальной прокладки, причем внутренняя рельефная поверхность образуется за счет цилиндрических углублений, расположенных симметрично относительно осей прокладки. Недостатком данной конструкции является различие в напряженном состоянии материала прокладки в разных точках ее сечения и по площади опорной части при циклическом деформировании. Это является причиной зарождения и развития дефектов в объеме материала прокладки и ее преждевременному выходу из строя. Кроме того, данная конструкция не обеспечивает плавное возрастание сопротивления деформированию прокладки при повышении уровня ее механического нагружения. Конструкция перемычек углублений не способствует упругому восстановлению материала при циклическом деформировании (не обеспечивается стабильность размера прокладки по толщине). Сказанное предопределяет низкую эксплуатационную надежность данной конструкции при ее применении на скоростных железнодорожных трассах. Задача предлагаемого изобретения - повышение эксплуатационной надежности подрельсовой прокладки при ее работе в конструкциях скреплений как на линиях со смешанным движением, включая тяжеловесное, так и на высокоскоростных и скоростных трассах. Решение поставленной задачи достигается тем, что в подрельсовой прокладке, содержащей основание с плоской опорной поверхностью, контактирующей с основанием рельса, рельефную внутреннюю опорную поверхность, контактирующую со шпалой, согласно изобретению, на внутренней опорной поверхности выполнено углубление, в котором расположены выступы цилиндрической и прямоугольной с закругленными торцами форм,причем выступы цилиндрической формы расположены на периферии углубления, а выступы прямоугольной формы - равномерно по площади углубления. Дополнительное улучшение показателей эксплуатационной надежности подрельсовой прокладки достигается тем, что высоту выступов принимают равной глубине углубления расстояние между выступами, а также между выступами и буртами углубления не менее высоты выступов прокладку изготавливают из термоэластопласта прокладка выполнена из материала, имеющего температуру стеклования не выше-60 С, а его твердость по Шору А при температуре от -60 до 60 С составляет 80-93 у.е. прокладку изготавливают методом литья под давлением прокладку изготавливают из композиционного материала на основе полиэфирного термоэластопласта. Примеры вариантов конструкции прокладки приведены на фиг. 5-9 фиг. 5 и 6 - по п. 1 формулы изобретения фиг. 7 и 8 - по п. 2 формулы изобретения фиг. 9 - по п. 3 формулы изобретения. Особенностью конструкции, представленной на фиг. 5, 6 (по п. 1 формулы изобретения) является то, что цилиндрические 1 и прямоугольные выступы 2 выполнены выступающими относительно внутренней опорной поверхности 3 прокладки. При этом выступы могут иметь неодинаковую высотуи 1 (1). Подобное исполнение выступов позволяет плавно наращивать сопротивление их деформированию по мере повышения уровня динамической механической нагрузки, действующей на них, до момента, когда высота выступов станет равной глубине углубления на внутренней опорной поверхности прокладки. После этого произойдет резкое снижение деформационной способности прокладки из-за существенного увеличения площади опорной поверхности. На фиг. 5 представлен вариант конструкции прокладки с двумя периферийными буртами 4, а на фиг. 6 - без буртов с технологическими углублениями 5 на противоположных торцах. 17262 1 2013.06.30 При исполнении прокладки согласно п. 2 формулы изобретения (фиг. 7, 8) ее упругодеформационные свойства в отличие от прокладок, представленных на фиг. 5 и 6, не имеют резких изменений при колебаниях динамической механической нагрузки, действующей на прокладку. В варианте подрельсовой прокладки, описанной в п. 3 формулы изобретения (фиг. 9),регламентируется расстояниемежду выступами, а также между выступами и буртами углубления . Если эти расстояния не менее высотывыступов , то исключается вероятность соприкосновения боковых поверхностей выступов между собой, а также буртами углубления при деформировании прокладки при движении поезда. При этом гарантируется плавное изменение упруго-деформационных свойств прокладки при возрастании динамической нагрузки. Выполнение подрельсовой прокладки из термоэластопласта (п. 4 формулы изобретения) способствует снижению энергозатрат при ее производстве и обеспечивает широкий выбор базовых материалов для получения деталей. Согласно п. 5 формулы изобретения для изготовления прокладки используется материал, имеющий температуру механического стеклования не выше -60 С, а изменение ее твердости в интервале температур от -60 до 60 С составляет 80-93 у.е. по Шору (шкала А). При соблюдении данных условий прокладка обеспечивает требуемую жесткость скрепления и комплекс других эксплуатационных требований в области как предельно низкой (-60 С), так и высокой (60 С) температур. Применение термоэластопласта для изготовления подрельсовой прокладки (п. 4 формулы изобретения) предопределяет необходимость использования для ее изготовления метода литья под давлением (п. 6 формулы изобретения). При этом обеспечивается высокая производительность процесса изготовления прокладки, что способствует снижению ее стоимости. В соответствии с п. 7 формулы изобретения прокладка изготавливается из композита на основе полиэфирного термоэластопласта. Полиэфирные термоэластопласты представляют собой блок-сополимеры полибутилентерефталата (жесткий блок) и политетраметиленоксида (гибкий блок). Важным преимуществом термоэластопластов данного типа является возможность управления их структурой, механическими и упруго-эластическими характеристиками за счет изменения соотношения в структуре макромолекул гибких и жестких блоков, а также их молекулярной массы. Эти материалы атмосферостойки, стойки к действию нефтепродуктов и вибростойки. Совокупность отличительных признаков, указанных в формуле изобретения, позволяет реализовать ранее неизвестный технический эффект, заключающийся в обеспечении требуемых упруго-деформационных характеристик прокладок в зависимости от степени воздействия на них динамических нагрузок. Предложенное техническое решение обеспечивает не только улучшение упруго-деформационных свойств прокладок за счет их оригинальной конструкции, но также гарантирует быстрое упругое восстановление элементов опорной поверхности при циклическом деформировании в широком интервале температур. Заявленное техническое решение ново и не является прямым следствием известных технических решений в области конструкций скреплений верхнего строения железнодорожного пути. Таким образом, изобретение технически легко осуществимо, а его практическое применение позволяет решить задачи, связанные с повышением эксплуатационной надежности рельсовых скреплений при их использовании как при высокоскоростном и скоростном движении, так и на линиях со смешанным движением, включая тяжеловесное. Изобретение рекомендуется использовать прежде всего для изготовления подрельсовых прокладок рельсовых скреплений типа КБ-65, АРС-4, ЖБР-65, СБ-3. 17262 1 2013.06.30 Источники информации 1. Леткова А.А. Прокладки для скреплений // Путь и путевое хозяйство. - 2007. -5. С. 15-18. 2. А.с. СССР 323496, 1972. 3. А.с. СССР 1234495 1, 1986. 4. Патент 2121029 1, 1998. 5. Патент 2230147 2, 2004. 6. Патент 2287038 2, 2006. 7. Патент 2288314 1, 2006. 8. Альбом чертежей верхнего строения железнодорожного пути. - М. Транспорт,1990, чертеж 105. 9. Патент 2280726, 2006. 10. Патент 6872, 2010. 11. Альбом чертежей верхнего строения железнодорожного пути. - М. Транспорт,1990, чертеж 94. 12. ТУ Прокладка рельсового скрепления СБ-3 ТУ 400022824.001-2006. 13. Альбом чертежей верхнего строения железнодорожного пути. - М. Транспорт,1990, чертеж 99 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8