EA046401B1

EA046401B1 - UNDER RAIL SHOCK ABSORBING PADS

Info

Publication number: EA046401B1
Application number: EA202391934
Authority: EA
Inventors: Сергей Владимирович Белов; Дмитрий Владимирович Бузлаев; Кирилл Андреевич Дорошенко; Андрей Александрович Ефимов; Эльдар Данилович Загитов; Валерий Александрович Тарасов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги"
Filing date: 2023-07-31
Publication date: 2024-03-08

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к конструкции верхнего строения железнодорожного пути, а именно к подрельсовой амортизирующей прокладке, укладываемой между подошвой рельса и подкладкой или шпалой, обеспечивающей снижение ударных нагрузок, передаваемых на подрельсовое основание.The invention relates to the design of the upper structure of a railway track, namely to an under-rail shock-absorbing pad placed between the base of the rail and a lining or sleeper, which reduces shock loads transmitted to the under-rail base.

Кроме того, прокладка должна обеспечивать достаточную силу трения между рельсом и подрельсовым основанием для минимизации угона рельса.In addition, the spacer must provide sufficient friction force between the rail and the under-rail base to minimize rail slippage.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известен источник информации RU 193955 U1, 21.11.2019 (аналог), в котором раскрыта конструкция подрельсовой амортизирующей прокладки, выполненной из эластичного материала и содержащей на верхней поверхности рифления в виде канавок, при этом канавки имеют U-образную форму и расположены с двух сторон симметрично.From the prior art there is a known source of information RU 193955 U1, 11/21/2019 (analogue), which discloses the design of an under-rail shock-absorbing pad made of elastic material and containing grooves on the upper surface, wherein the grooves are U-shaped and located with two sides symmetrically.

Известное техническое решение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и срока службы прокладки и всего рельсового скрепления в целом за счет конструктивного исполнения.The known technical solution is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the reliability and service life of the gasket and the entire rail fastening as a whole due to the design.

К недостаткам данного технического решения следует отнести повышенную материалоемкость изделия, связанную с конструктивным исполнением буртика в виде непрерывного элемента, расположенного вдоль поперечного торца прокладки, в результате чего часть поверхности прокладки над буртиком не принимает участия в ее работе.The disadvantages of this technical solution include the increased material consumption of the product associated with the design of the bead in the form of a continuous element located along the transverse end of the gasket, as a result of which part of the surface of the gasket above the bead does not take part in its operation.

Кроме того, для конструкции известного технического решения характерно распределение высоких контактных напряжений на краю подрельсовой площадки шпалы - опасной с точки зрения выкрашивания железобетонных шпал зоне, возможность смещения которой отсутствует.In addition, the design of the known technical solution is characterized by the distribution of high contact stresses on the edge of the under-rail sleeper area - a dangerous zone from the point of view of spalling of reinforced concrete sleepers, the possibility of displacement of which is absent.

Основным конструктивным недостатком данного технического решения является ослабленная открытыми концами канавок на торцах прокладки боковая зона, воспринимающая наибольшие усилия, передаваемые со стороны рельса на подрельсовое основание, что приводит к растрескиванию канавок и дальнейшему разрыву прокладки.The main design disadvantage of this technical solution is the side zone weakened by the open ends of the grooves at the ends of the gasket, which absorbs the greatest forces transmitted from the rail to the under-rail base, which leads to cracking of the grooves and further rupture of the gasket.

Наличие канавок на верхней поверхности прокладки также приводит к возникновению повышенных контактных напряжений по их краям, что, в свою очередь, повышает локальные напряжения от силы трения между рельсом и прокладкой и ввиду значительно большей жесткости рельса по отношению к прокладке приводит к истиранию последней под многократной циклической нагрузкой от подвижного состава.The presence of grooves on the upper surface of the gasket also leads to increased contact stresses along their edges, which, in turn, increases local stresses from the friction force between the rail and the gasket and, due to the significantly greater rigidity of the rail in relation to the gasket, leads to abrasion of the latter under repeated cyclic load from rolling stock.

Из уровня техники известен источник информации RU 199173 U1, 19.08.2020 (аналог), в котором раскрыта конструкция подрельсовой амортизирующей прокладки, выполненной из эластичного упругого материала и содержащей рифления в виде круглых выступов и прямоугольных выступов, расположенных под углом к оси прокладки в продольном направлении, и четыре выступающих ребра, расположенных по торцам прокладки заподлицо с верхней поверхностью, каждое из которых выполнено в виде прямоугольного треугольника со скошенным наружным углом.From the prior art there is a known source of information RU 199173 U1, 08/19/2020 (analogue), which discloses the design of an under-rail shock-absorbing pad made of an elastic elastic material and containing corrugations in the form of round protrusions and rectangular protrusions located at an angle to the axis of the pad in the longitudinal direction , and four protruding ribs located at the ends of the gasket flush with the top surface, each of which is made in the form of a right triangle with a beveled outer corner.

Недостатками известного технического решения являются аналогичные недостатки, присущие техническому решению, известному из источника информации RU 193955 U1, 21.11.2019, к которым относится конструкция поперечного торца прокладки, при которой характерно распределение высоких контактных напряжений на краю подрельсовой площадки шпалы - опасной с точки зрения выкрашивания железобетонных шпал зоне, а также повышенная материалоемкость изделия, связанная с конструктивным исполнением буртика в виде непрерывного элемента, расположенного вдоль поперечного торца прокладки, в результате чего часть поверхности прокладки над буртиком не принимает участия в ее работе.The disadvantages of the known technical solution are similar disadvantages inherent in the technical solution known from the information source RU 193955 U1, 11/21/2019, which include the design of the transverse end of the gasket, which is characterized by the distribution of high contact stresses on the edge of the under-rail area of the sleeper - dangerous from the point of view of chipping reinforced concrete sleepers in the zone, as well as the increased material consumption of the product associated with the design of the shoulder in the form of a continuous element located along the transverse end of the gasket, as a result of which part of the surface of the gasket above the shoulder does not take part in its operation.

Кроме того, данному техническому решению также присуща сложность конструкции, обусловленная наличием мелких геометрических выступов различной формы на нижней поверхности прокладки.In addition, this technical solution is also characterized by design complexity due to the presence of small geometric protrusions of various shapes on the lower surface of the gasket.

Также каналы, расположенные на торцах прокладки, в процессе эксплуатации позволяют влаге и загрязнениям проникать под нее (прокладку), что в случае их засорения приводит к их накоплению. Наличие загрязнений под прокладкой, попавших под нее через вышеуказанные каналы, приводит к истиранию бетона шпалы абразивными материалами, содержащимися в загрязнителях.Also, the channels located at the ends of the gasket, during operation, allow moisture and contaminants to penetrate under it (the gasket), which, if they become clogged, leads to their accumulation. The presence of contaminants under the gasket, which have entered under it through the above channels, leads to abrasion of the sleeper concrete by abrasive materials contained in the contaminants.

Из уровня техники известен источник информации RU 112206 U1, 10.01.2012 (прототип), в котором раскрыта конструкция подрельсовой прокладки, которая выполнена 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, при этом 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, при этом 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.The source of information RU 112206 U1, 01/10/2012 (prototype) is known from the prior art, which discloses the design of the rail pad, which is made in the form of a flat rectangular plate with a smooth upper surface, equipped with recesses in the form of blind holes and protruding shoulders on the lower surface side, located along the small sides of the plate, while the rectangular plate is equipped with four positioning protrusions of a rectangular cross-section located along its large sides for transverse fixation of the gasket relative to the rail fastening elements, and four protruding shoulders located orthogonal to the positioning protrusions along the small sides of the rectangular plate for longitudinal fixation of the gasket , wherein the central part of the rectangular plate on the side of the lower surface contains at least one row of recesses, on both sides of which along the large sides of the rectangular plate there are sections with a smooth supporting surface forming the side stiffeners of the gasket, and the rectangular plate is made of an elastomeric material.

К недостаткам указанного технического решения можно отнести повышенную материалоемкость, связанную с наличием мало вовлеченного в процесс демпфирования ударных нагрузок материала в зонеThe disadvantages of this technical solution include increased material consumption associated with the presence of material in the zone that is little involved in the process of damping shock loads

- 1 046401 между буртиками на поперечном торце прокладки.- 1 046401 between the beads on the transverse end of the gasket.

Таким образом, с учетом известного уровня техники к основным недостаткам уровня техники следует отнести конструктивное исполнение прокладок с прямолинейным поперечным торцом, приводящее к увеличению давления на край подрельсовой площадки железобетонной шпалы, что приводит к его выкрашиванию и растрескиванию, наличие каналов на верхней поверхности подрельсовых прокладок, приводящих к увеличению контактных напряжений между рельсом и прокладкой, что приводит к истиранию последней, наличие зон ослабления прокладок в виде выходящих на торцы канавок, наличие сообщающихся с внешней средой полостей на нижней поверхности прокладок приводящих к абразивному износу бетона шпалы при их засорении, также повышенную материалоемкость существующих технических решений, что в совокупности ведет к снижению долговечности изделия, а также снижению его экономической эффективности.Thus, taking into account the known level of technology, the main disadvantages of the state of the art include the design of the spacers with a straight transverse end, which leads to an increase in pressure on the edge of the under-rail platform of the reinforced concrete sleeper, which leads to its spalling and cracking, the presence of channels on the upper surface of the under-rail spacers, leading to an increase in contact stresses between the rail and the gasket, which leads to abrasion of the latter, the presence of weakening zones of the gaskets in the form of grooves extending to the ends, the presence of cavities communicating with the external environment on the lower surface of the gaskets leading to abrasive wear of the sleeper concrete when they become clogged, as well as increased material consumption existing technical solutions, which together leads to a decrease in the durability of the product, as well as a decrease in its economic efficiency.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение недостатков известного уровня техники.The problem to be solved by the claimed invention is to eliminate the shortcomings of the known level of technology.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в улучшении демпфирующих свойств прокладки с одновременным снижением воздействия на края подрельсовых площадок шпал.The technical result achieved by implementing the claimed invention is to improve the damping properties of the gasket while simultaneously reducing the impact on the edges of the under-rail sleeper areas.

Кроме того, заявляемое изобретение дополнительно позволяет организовать эффективный теплообмен между прокладкой и рельсом, что в конечном итоге уменьшает вероятность перегрева прокладки, эффективно отводя в рельс тепло, возникающее в силу диссипации энергии упругой деформации прокладки от поездной нагрузки, что, в свою очередь, продлевает ее (прокладки) ресурс.In addition, the claimed invention additionally makes it possible to organize effective heat exchange between the gasket and the rail, which ultimately reduces the likelihood of overheating of the gasket, effectively removing heat into the rail that occurs due to the dissipation of the elastic deformation energy of the gasket from the train load, which, in turn, prolongs it (gaskets) resource.

Сущность технического решения заявляемого изобретения заключается в том, что подрельсовая амортизирующая прокладка выполнена из эластомерного материала в виде прямоугольной пластины с гладкой верхней поверхностью с четырьмя прямоугольными позиционирующими выступами, расположенными по краям продольных торцов, четырьмя буртиками, расположенными по краям поперечных торцов, и углублениями, расположенными на нижней поверхности пластины, при этом поперечные торцы пластины в проекции на горизонтальную плоскость между буртиками имеют форму вогнутых дуг окружности, продольные торцы имеют ступенчатую форму с двумя ступенями, при этом проекции нижних ступеней продольных торцов на горизонтальную плоскость имеют форму прямых, расположенных между позиционирующими выступами, а проекции верхних ступеней продольных торцов на горизонтальную плоскость имеют форму вогнутых дуг окружности, расположенных между позиционирующими выступами, а углубления на нижней поверхности выполнены в виде глухой центральной выемки эллиптической формы с эллиптическим выступом в ее центре и расположенных вдоль продольных торцов прокладки в шахматном порядке эллиптических выемок, таких, что большая ось центральной эллиптической выемки совпадает с продольной осью симметрии прокладки, а малая ось центральной эллиптической выемки совпадает с поперечной осью симметрии прокладки, при этом большая ось эллиптического выступа в ее центре в проекции на горизонтальную плоскость расположена под углом к продольной оси симметрии прокладки, а центр эллиптического выступа совпадает с центром прямоугольной пластины, а эллиптические выемки, расположенные в шахматном порядке вдоль продольных торцов прокладки, расположены симметрично относительно поперечной и продольной осей симметрии прокладки так, что большие оси эллиптических выемок параллельны продольной оси симметрии прокладки.The essence of the technical solution of the claimed invention is that the under-rail shock-absorbing pad is made of elastomeric material in the form of a rectangular plate with a smooth top surface with four rectangular positioning protrusions located at the edges of the longitudinal ends, four shoulders located at the edges of the transverse ends, and recesses located on the lower surface of the plate, while the transverse ends of the plate in the projection onto the horizontal plane between the shoulders have the shape of concave circular arcs, the longitudinal ends have a stepped shape with two steps, while the projections of the lower steps of the longitudinal ends on the horizontal plane have the shape of straight lines located between the positioning protrusions , and the projections of the upper steps of the longitudinal ends onto the horizontal plane have the form of concave circular arcs located between the positioning protrusions, and the recesses on the lower surface are made in the form of a blind central recess of an elliptical shape with an elliptical protrusion in its center and elliptical staggered ones located along the longitudinal ends of the gasket recesses such that the major axis of the central elliptical recess coincides with the longitudinal axis of symmetry of the gasket, and the minor axis of the central elliptical recess coincides with the transverse axis of symmetry of the gasket, while the major axis of the elliptical protrusion in its center in projection onto the horizontal plane is located at an angle to the longitudinal axis symmetry of the gasket, and the center of the elliptical protrusion coincides with the center of the rectangular plate, and the elliptical recesses, located in a checkerboard pattern along the longitudinal ends of the gasket, are located symmetrically relative to the transverse and longitudinal axes of symmetry of the gasket so that the major axes of the elliptical recesses are parallel to the longitudinal axis of symmetry of the gasket.

Заявляемый технический результат достигается за счет конструкции подрельсовой амортизирующей прокладки, имеющей поперечные торцы, которые выполнены так, что их проекции на горизонтальную плоскость между буртиками представляют собой вогнутые дуги окружностей, что обеспечивает смещение опасной зоны повышенных контактных напряжений между прокладкой и железобетонной шпалой от края подрельсовой площадки шпалы в направлении оси пути, что снижает риск выкрашивания указанного края и дальнейшего возникновения трещин, начинающихся от него и идущих по подрельсовой площадке шпалы в направлении оси рельсового пути.The claimed technical result is achieved due to the design of an under-rail shock-absorbing pad having transverse ends, which are designed so that their projections on the horizontal plane between the beads are concave circular arcs, which ensures the displacement of the dangerous zone of increased contact stresses between the pad and the reinforced concrete sleeper from the edge of the under-rail area sleepers in the direction of the track axis, which reduces the risk of chipping of the specified edge and the further occurrence of cracks starting from it and running along the under-rail area of the sleeper in the direction of the rail track axis.

Принцип работы конструктивного выполнения заявляемого изобретения, обеспечивающего указанные выше положительные свойства, основан на том, что при прохождении колеса подвижного состава между двух соседних шпал равнодействующая вертикальных сил, приходящих на подрельсовую прокладку со стороны рельса, смещается от центра прокладки параллельно оси пути в направлении вышеуказанного колеса, в результате чего боковые участки расположенного ближе к колесу подвижного состава поперечного торца, который в проекции на горизонтальную плоскость между буртиками имеет форму вогнутой дуги окружности, деформируются больше, чем центральный участок, вынуждая его (центральный участок) включиться в работу, тем самым перераспределяя нагрузки по торцу прокладки и смещая их равнодействующую от края подрельсовой площадки железобетонной шпалы, что предотвращает возникновение трещин в ее (подрельсовой площадке) центральной части.The operating principle of the constructive implementation of the claimed invention, which provides the above-mentioned positive properties, is based on the fact that when a rolling stock wheel passes between two adjacent sleepers, the resultant of the vertical forces arriving at the under-rail pad from the rail side is displaced from the center of the pad parallel to the axis of the track in the direction of the above wheel , as a result of which the side sections of the transverse end located closer to the wheel of the rolling stock, which in projection onto the horizontal plane between the shoulders has the shape of a concave arc of a circle, are deformed more than the central section, forcing it (the central section) to engage in work, thereby redistributing the loads along the end of the gasket and displacing their resultant from the edge of the under-rail platform of the reinforced concrete sleeper, which prevents the occurrence of cracks in its (under-rail platform) central part.

В то же время указанная форма поперечных торцов заявляемого изобретения позволяет ему эффекAt the same time, the specified shape of the transverse ends of the claimed invention allows it to be effective

- 2 046401 тивно воспринимать боковые силы, приходящие с подошвы рельса в основном на боковые зоны прокладки.- 2 046401 effectively perceive lateral forces coming from the base of the rail mainly to the side zones of the laying.

Аналогичный принцип действия прокладки заложен симметричным выполнением противоположного торца.A similar principle of operation of the gasket is based on the symmetrical design of the opposite end.

Вместе с тем форма поперечного торца, который в проекции на горизонтальную плоскость между буртиками имеет форму вогнутой дуги окружности, несущественно уменьшает площадь контакта между пером подошвы рельса и прокладкой, однако при этом позволяет эффективно воспринимать боковые силы, приходящие с подошвы рельса на боковые зоны прокладки, за счет увеличения длины кромки, имеющей форму вогнутой дуги окружности, что позволяет распределить нагрузку по большей поверхности.At the same time, the shape of the transverse end, which in projection onto the horizontal plane between the beads has the shape of a concave arc of a circle, does not significantly reduce the contact area between the rail base feather and the gasket, but at the same time makes it possible to effectively absorb lateral forces coming from the rail base to the side zones of the gasket, by increasing the length of the edge, which has the shape of a concave circular arc, which allows the load to be distributed over a larger surface.

Кроме того, конструктивное выполнение заявляемого изобретения, при котором поперечные торцы пластины в проекции на горизонтальную плоскость между буртиками выполнены в форме вогнутых дуг окружностей, обеспечивает снижение материалоемкости изделия.In addition, the design implementation of the claimed invention, in which the transverse ends of the plate in projection onto the horizontal plane between the beads are made in the form of concave circular arcs, ensures a reduction in the material consumption of the product.

Помимо этого, заявляемая подрельсовая амортизирующая прокладка выполнена в виде пластины с гладкой верхней поверхностью, что, в свою очередь, повышает равномерность распределения контактных давлений между прокладкой и рельсом, а также за счет максимально возможного пятна контакта между рельсом и прокладкой улучшает теплообмен между ними, что позволяет эффективно отводить от прокладки тепло, возникающее в силу диссипации энергии упругой деформации прокладки под поездной нагрузкой.In addition, the inventive under-rail shock-absorbing pad is made in the form of a plate with a smooth top surface, which, in turn, increases the uniformity of the distribution of contact pressures between the pad and the rail, and also, due to the maximum possible contact patch between the rail and the pad, improves the heat exchange between them, which allows you to effectively remove heat from the gasket due to the dissipation of the elastic deformation energy of the gasket under the train load.

Также в конструкции заявляемого изобретения предусмотрена глухая центральная выемка эллиптической формы с эллиптическим выступом в ее центре, большая ось которого расположена под углом к продольной оси симметрии прокладки, что позволяет регулировать жесткость прокладки за счет изменения размеров выемки и выступа в ее центре.Also, the design of the claimed invention provides for a blind central recess of an elliptical shape with an elliptical protrusion in its center, the major axis of which is located at an angle to the longitudinal axis of symmetry of the gasket, which allows you to adjust the rigidity of the gasket by changing the size of the recess and the protrusion in its center.

Эллиптическая форма выемки обусловлена вытянутой формой прокладки, вызванной адаптацией ее геометрии к шпалам повышенной ширины, обеспечивающим снижение давления на прокладку с целью минимизации ее неупругой осадки в процессе эксплуатации.The elliptical shape of the notch is due to the elongated shape of the gasket, caused by the adaptation of its geometry to sleepers of increased width, which reduces the pressure on the gasket in order to minimize its inelastic settlement during operation.

Также наличие эллиптических выемок на нижней поверхности прокладки позволяет эффективно рассеивать ударные нагрузки от подвижного состава, приходящие через рельс на прокладку, снижая их воздействие на железобетонную шпалу.Also, the presence of elliptical grooves on the lower surface of the gasket makes it possible to effectively dissipate shock loads from rolling stock coming through the rail onto the gasket, reducing their impact on the reinforced concrete sleeper.

При этом замкнутая эллиптическая форма выемок в нижней части предлагаемого изобретения снижает возможность проникновения в него влаги и загрязнителей извне, что снижает эффект истирания бетона шпалы абразивными материалами, содержащимися в загрязнителях.At the same time, the closed elliptical shape of the recesses in the lower part of the proposed invention reduces the possibility of penetration of moisture and pollutants from the outside into it, which reduces the effect of abrasion of the sleeper concrete by abrasive materials contained in the pollutants.

Вместе с тем формы кромок глухой эллиптической выемки с эллиптическим выступом в центре в целом не совпадают по направлению с наиболее вероятными направлениями микросмещений прокладки относительно шпалы, что снижает вероятность возникновения прямолинейных рисок износа на подрельсовой площадке шпалы, уменьшая риск зарождения трещин в указанной зоне.At the same time, the shapes of the edges of a blind elliptical recess with an elliptical protrusion in the center generally do not coincide in direction with the most probable directions of microdisplacements of the gasket relative to the sleeper, which reduces the likelihood of straight-line wear risks on the under-rail area of the sleeper, reducing the risk of crack initiation in this area.

Кроме того, наличие в конструкции заявляемого технического решения элемента, выполненного в виде эллиптического выступа, расположенного внутри центральной эллиптической выемки так, что его большая ось расположена под углом к продольной оси симметрии прокладки, позволяет сократить неравномерный износ кромок указанного выступа, возникающих вследствие направленных вдоль оси рельса микросмещений прокладки. Указанный эффект достигается благодаря распределению давлений по большей длине кромки за счет увеличения проекции выступа на перпендикулярную к направлению микросмещений ось в результате его (эллиптического выступа) поворота.In addition, the presence in the design of the proposed technical solution of an element made in the form of an elliptical protrusion, located inside the central elliptical recess so that its major axis is located at an angle to the longitudinal axis of symmetry of the gasket, makes it possible to reduce uneven wear of the edges of the said protrusion, which arise due to directions along the axis rail micro-displacement gaskets. This effect is achieved due to the distribution of pressure along a larger length of the edge due to an increase in the projection of the protrusion onto the axis perpendicular to the direction of microdisplacements as a result of its (elliptical protrusion) rotation.

Помимо этого, в конструкции заявляемого изобретения предусмотрены расположенные вдоль обоих продольных торцов прокладки позиционированные в шахматном порядке глухих эллиптических выемок, большие оси которых параллельны продольной оси симметрии прокладки, позволяющие за счет изменения их размеров и количества изменять жесткость наиболее нагруженных боковых участков прокладки.In addition, the design of the claimed invention provides for spacers located along both longitudinal ends of the gasket, positioned in a checkerboard pattern of blind elliptical recesses, the major axes of which are parallel to the longitudinal axis of symmetry of the gasket, allowing, by changing their size and quantity, to change the rigidity of the most loaded side sections of the gasket.

Еще одним положительным свойством заявляемого изобретения является выполнение продольных торцов прокладки ступенчатой формы, что позволяет под поездной нагрузкой свободно расширяться материалу прокладки в ее верхней части, тем самым компенсируя эффект несжимаемости эластомерного материала в зоне продольных торцов, исключая выдавливание материала прокладки под действием комбинации вертикальной и боковой нагрузки от пера подошвы рельса между регулировочной скобой промежуточного рельсового скрепления и пером подошвы рельса с последующим износом верхней кромки продольного торца прокладки.Another positive property of the claimed invention is the execution of the longitudinal ends of the gasket in a stepped shape, which allows the gasket material in its upper part to freely expand under train load, thereby compensating for the effect of incompressibility of the elastomeric material in the area of the longitudinal ends, eliminating extrusion of the gasket material under the influence of a combination of vertical and lateral loads from the rail foot feather between the adjusting bracket of the intermediate rail fastening and the rail foot feather with subsequent wear of the upper edge of the longitudinal end of the spacer.

При этом отсутствие зазора в нижней части продольных торцов прокладки предотвращает ее избыточное смещение в поперечном направлении за счет контакта с регулировочной скобой промежуточного рельсового скрепления.In this case, the absence of a gap in the lower part of the longitudinal ends of the gasket prevents its excessive displacement in the transverse direction due to contact with the adjusting bracket of the intermediate rail fastening.

Также в конструкции заявляемого изобретения предусмотрены позиционирующие буртики, расположенные по краям поперечных торцов прокладки и обеспечивающие ее легкое позиционирование на шпале, облегчая процесс сборки.Also, the design of the claimed invention provides positioning collars located at the edges of the transverse ends of the gasket and ensuring its easy positioning on the sleeper, facilitating the assembly process.

Кроме того, конструкция прокладки предусматривает наличие прямоугольных выступов, расположенных по краям ее продольных торцов, обеспечивающих ее позиционирование в составе существуюIn addition, the gasket design provides for the presence of rectangular protrusions located along the edges of its longitudinal ends, ensuring its positioning as part of existing gaskets.

- 3 046401 щих и перспективных узлов промежуточных рельсовых скреплений за счет наличия технологического зазора между ними (выступами) для размещения в нем элементов рельсового скрепления.- 3 046401 current and promising units of intermediate rail fastenings due to the presence of a technological gap between them (protrusions) for placing rail fastening elements in it.

При этом вышеуказанные элементы заявляемого технического решения, а именно позиционирующие буртики и выступы исключают возможность смещения прокладки в продольном направлении при транспортировке и монтаже предварительно собранных рельсовых скреплений, а также создают дополнительное сопротивление сдвигу прокладки при ее эксплуатации.At the same time, the above elements of the proposed technical solution, namely positioning shoulders and protrusions, eliminate the possibility of displacement of the gasket in the longitudinal direction during transportation and installation of pre-assembled rail fastenings, and also create additional resistance to shear of the gasket during its operation.

В результате осуществления вышеописанных конструктивных преобразований технического решения прототипа создана конструкция подрельсовой амортизирующей прокладки, обладающая повышенными эксплуатационными характеристиками, обеспечивающими снижение динамической нагрузки передаваемой со стороны рельса на подрельсовое основание, повышение износостойкости и долговечности прокладки, а также снижение ее материалоемкости и увеличение экономической эффективности.As a result of the implementation of the above-described constructive transformations of the technical solution of the prototype, a design of an under-rail shock-absorbing pad was created, which has improved performance characteristics, ensuring a reduction in the dynamic load transmitted from the rail to the under-rail base, increasing the wear resistance and durability of the pad, as well as reducing its material consumption and increasing economic efficiency.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми иллюстрациями, на которых показано следующее.The essence of the invention is illustrated by the following description and accompanying illustrations, which show the following.

На фиг. 1 представлена заявляемая подрельсовая амортизирующая прокладка, общий вид сверху (изометрия).In fig. Figure 1 shows the inventive under-rail shock-absorbing pad, general top view (isometric).

На фиг. 2 представлена заявляемая подрельсовая амортизирующая прокладка, общий вид снизу (изометрия).In fig. Figure 2 shows the inventive under-rail shock-absorbing pad, general view from below (isometry).

На фиг. 3.1, 3.2 представлены результаты расчета распределения эквивалентных напряжений (по Мизесу) в заявляемой прокладке в момент нахождения колеса подвижного состава между шпалами, проведенные с использованием программного комплекса ABAQUS, вид на прокладку сверху и снизу соответственно.In fig. 3.1, 3.2 present the results of calculating the distribution of equivalent stresses (according to Mises) in the inventive gasket at the moment the rolling stock wheel is between the sleepers, carried out using the ABAQUS software package, top and bottom views of the gasket, respectively.

На фиг. 4.1, 4.2 представлен график (качественный) зависимости жесткости заявляемой прокладки в продольном и поперечном направлениях соответственно.In fig. 4.1, 4.2 shows a graph (qualitative) of the dependence of the stiffness of the proposed gasket in the longitudinal and transverse directions, respectively.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

На фиг. 1 и 2 представлена заявляемая подрельсовая амортизирующая прокладка (1) (далее прокладка), применяющаяся в составе узла рельсового скрепления (не показан на фигурах), за счет которой обеспечивается снижение динамической нагрузки передаваемой на подрельсовое основание, а также обеспечивается достаточная сила трения в парах трения рельс-прокладка и прокладка-подрельсовое основание, предотвращающая угон пути при его эксплуатации.In fig. 1 and 2 show the inventive under-rail shock-absorbing pad (1) (hereinafter referred to as the pad), used as part of a rail fastening unit (not shown in the figures), due to which the dynamic load transmitted to the under-rail base is reduced, and also ensures sufficient friction force in the friction pairs rail-spacer and spacer-under-rail base, preventing track theft during its operation.

В процессе эксплуатации подрельсовые амортизирующие прокладки известного уровня техники, обладающие известными недостатками уровня техники, находятся под действием меняющихся во времени сжимающих и сдвиговых нагрузок, приходящих на них со стороны рельса; как итог прокладки получают износ, характеризующийся изменением их толщины в результате истирания, а также увеличением их жесткости.During operation, under-rail shock-absorbing pads of the prior art, which have known disadvantages of the prior art, are under the influence of time-varying compressive and shear loads coming on them from the rail; As a result, the gaskets experience wear, characterized by a change in their thickness as a result of abrasion, as well as an increase in their rigidity.

Уменьшение толщины подрельсовой прокладки в процессе эксплуатации приводит к снижению усилия прижатия рельса к ней со стороны крепежных элементов (клемм рельсовых скреплений), что значительно увеличивает вероятность раскантовки рельса под поездной нагрузкой в результате увеличения возможного угла поворота рельса вокруг продольной оси, в худшем случае приводя к сходу состава.Reducing the thickness of the under-rail gasket during operation leads to a decrease in the force of pressing the rail against it from the fastening elements (rail fastening terminals), which significantly increases the likelihood of the rail becoming uneven under the train load as a result of an increase in the possible angle of rotation of the rail around the longitudinal axis, in the worst case leading to immediately composition.

Помимо этого, в результате снижения усилия прижатия рельса к подрельсовой амортизирующей прокладке из-за ее утонения уменьшается величина силы трения между ней и рельсом, что приводит к угону пути с нарушением его стыковых зазоров и, в конечном итоге, негативно влияет на устойчивость рельсошпальной решетки, а в случае бесстыкового пути приводит к его выбросу.In addition, as a result of a decrease in the force of pressing the rail against the under-rail shock-absorbing pad due to its thinning, the magnitude of the friction force between it and the rail decreases, which leads to theft of the track with violation of its joint gaps and, ultimately, negatively affects the stability of the rail and sleeper grid, and in the case of a seamless path leads to its ejection.

Увеличение жесткости подрельсовых амортизирующих прокладок в результате их износа влияет на величину передаваемых на подрельсовое основание динамических нагрузок, что снижает его (подрельсового основания) ресурс, а также приводит к разрушению балластной призмы и основной площадки земляного полотна.An increase in the rigidity of under-rail shock-absorbing pads as a result of their wear affects the magnitude of dynamic loads transmitted to the under-rail base, which reduces its (under-rail base) resource, and also leads to the destruction of the ballast prism and the main platform of the roadbed.

Заявляемая прокладка (1) выполнена в виде пластины (2) с гладкой верхней поверхностью, обеспечивающей максимально возможное пятно контакта между ней и рельсом, что, в свою очередь, улучшает теплообмен между ними, а также повышает равномерность распределения контактных давлений.The inventive gasket (1) is made in the form of a plate (2) with a smooth top surface, providing the maximum possible contact patch between it and the rail, which, in turn, improves the heat exchange between them, and also increases the uniformity of the distribution of contact pressures.

Пластина (2) дополнена четырьмя буртиками (5), расположенными по краям поперечных торцов (3), и четырьмя прямоугольными позиционирующими выступами (6), расположенными по краям продольных торцов (4). Указанные элементы (5, 6) обеспечивают позиционирование заявляемого изобретения в составе узла скрепления во время монтажа и транспортировки, а также в силу своего конструктивного исполнения создают дополнительное сопротивление смещению подрельсовой амортизирующей прокладки в направлении оси рельса при ее эксплуатации.The plate (2) is supplemented with four collars (5) located at the edges of the transverse ends (3) and four rectangular positioning protrusions (6) located at the edges of the longitudinal ends (4). These elements (5, 6) ensure the positioning of the claimed invention as part of the fastening unit during installation and transportation, and also, due to their design, create additional resistance to the displacement of the under-rail shock-absorbing pad in the direction of the rail axis during its operation.

Поперечные торцы (3) пластины в проекции на горизонтальную плоскость между буртиками (5) имеют форму вогнутых дуг окружности.The transverse ends (3) of the plate in projection onto the horizontal plane between the shoulders (5) have the shape of concave circular arcs.

Известно, что жесткость упругого элемента с конечной толщиной и площадью сечения, может быть определена по следующей формулеIt is known that the rigidity of an elastic element with a finite thickness and cross-sectional area can be determined by the following formula

ЕАEA

- 4 046401 где l - толщина элемента,- 4 046401 where l is the thickness of the element,

Е - модуль упругости элемента,E - elastic modulus of the element,

А - площадь (Сопротивление материалов: учебник для вузов / В.И. Феодосьев. - 18-е изд. - Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021).A - area (Strength of materials: textbook for universities / V.I. Feodosev. - 18th edition - Moscow: Publishing House of MSTU named after N.E. Bauman, 2021).

Указанная формула приближенно описывает поведение подрельсовой прокладки (1) под поездной нагрузкой.This formula approximately describes the behavior of the rail pad (1) under train load.

Таким образом, за счет изменения площади включенного в работу материала можно добиться заданной жесткости заявляемого изобретения.Thus, by changing the area of the material included in the work, it is possible to achieve the specified rigidity of the claimed invention.

В заявляемой прокладке (1) для достижения указанной цели были выбраны длины полуосей центральной эллиптической выемки (7) и выступа (8), а также количество расположенных вдоль обоих продольных торцов прокладки позиционированных в шахматном порядке глухих эллиптических выемок (9) и длины полуосей эллипсов их образующих (размеры).In the claimed gasket (1), to achieve this goal, the lengths of the semi-axes of the central elliptical recess (7) and the protrusion (8), as well as the number of blind elliptical recesses (9) positioned in a checkerboard pattern located along both longitudinal ends of the gasket and the lengths of the semi-axes of their ellipses were selected forming (dimensions).

Кроме того, при выполнении поперечных торцов (3) прокладки (1) в виде вогнутых дуг окружности, их (торцов) боковые участки выступают из пластины (2), ввиду чего жесткость поперечных торцов (3) в вертикальном направлении увеличивается по мере движения в направлении продольной оси симметрии прокладки от ее краев к центру, в результате чего большее нагружение от рельса воспринимают более жесткие участки прокладки (1), уменьшая контактные напряжения на краю подрельсовой площадки шпалы, опасной с точки зрения образования трещин зоне.In addition, when the transverse ends (3) of the gasket (1) are made in the form of concave circular arcs, their (ends) lateral sections protrude from the plate (2), due to which the rigidity of the transverse ends (3) in the vertical direction increases as they move in the direction the longitudinal axis of symmetry of the gasket from its edges to the center, as a result of which more rigid sections of the gasket (1) absorb more load from the rail, reducing contact stresses at the edge of the under-rail sleeper area, a dangerous zone from the point of view of crack formation.

При этом указанная форма поперечных торцов (3) пластины (2) позволяет снизить общую материалоемкость заявляемой прокладки.In this case, the specified shape of the transverse ends (3) of the plate (2) makes it possible to reduce the overall material consumption of the inventive gasket.

В процессе эксплуатации на подрельсовую амортизирующую прокладку (1) со стороны рельса приходит неравномерное нагружение, связанное с эксцентриситетом приложения вертикальной нагрузки в направлении оси пути и действующими на рельс боковыми нагрузками, в результате чего на участки заявляемого изобретения вблизи поперечных торцов (3) и внешнего продольного торца (4) действуют большие давления в сравнении с его (изобретения) центральной зоной.During operation, the under-rail shock-absorbing pad (1) from the rail receives an uneven load associated with the eccentricity of the application of the vertical load in the direction of the track axis and the lateral loads acting on the rail, resulting in areas of the claimed invention near the transverse ends (3) and the outer longitudinal the end (4) exerts greater pressures in comparison with its (invention) central zone.

Указанный факт позволяет выполнить центральную зону прокладки (I) с уменьшенной величиной жесткости, обеспечиваемой центральной эллиптической выемкой (7) с подкреплением, предотвращающим провисание центральной зоны прокладки (1), в виде выступа (8), без снижения эксплуатационных характеристик заявляемого изобретения, что в конечном итоге снижает его материалоемкость.This fact makes it possible to make the central zone of the gasket (I) with a reduced amount of rigidity provided by the central elliptical recess (7) with reinforcement that prevents sagging of the central zone of the gasket (1), in the form of a protrusion (8), without reducing the performance characteristics of the claimed invention, which in ultimately reduces its material consumption.

Эллиптическая форма центральной выемки (7) и выступа в ее центре (8) оптимальным образом распределяет давление, приходящееся на подрельсовую амортизирующую прокладку (1) преимущественно прямоугольной формы.The elliptical shape of the central recess (7) and the protrusion in its center (8) optimally distributes the pressure on the predominantly rectangular under-rail shock-absorbing pad (1).

В подтверждение вышеуказанных сведений были проведены расчеты на электронно-вычислительной машине (далее ЭВМ) с использованием программного комплекса ABAQUS (далее ПК ABAQUS).To confirm the above information, calculations were carried out on an electronic computer (hereinafter referred to as the computer) using the ABAQUS software package (hereinafter referred to as the ABAQUS PC).

Результаты расчетов для заявляемой прокладки (1) представлены на фиг. 3.1 и 3.2, вид на прокладку (1) сверху и снизу соответственно.The calculation results for the inventive gasket (1) are presented in Fig. 3.1 and 3.2, top and bottom views of the gasket (1), respectively.

Поскольку заявляемая прокладка (1) имеет симметричную форму, для упрощения восприятия информации, а также расчетов, произведенных на ЭВМ при помощи ПК ABAQUS, достаточно рассмотреть только одну ее симметричную половину.Since the claimed gasket (1) has a symmetrical shape, to simplify the perception of information, as well as calculations made on a computer using the ABAQUS PC, it is enough to consider only one of its symmetrical half.

Картина распределения эквивалентных напряжений имеет качественный характер (результаты расчета содержат графическую информацию об областях прокладки с разным уровнем эквивалентных напряжений без указания числовых значений этих напряжений).The distribution picture of equivalent stresses is of a qualitative nature (calculation results contain graphical information about laying areas with different levels of equivalent stresses without indicating the numerical values of these stresses).

Области с наименьшими значениями напряжений имеют светло серый цвет близкий к белому, области со средними значениями напряжений имеют разные оттенки серого цвета с изменяющимся уровнем яркости от высокого до низкого по возрастанию напряжений соответственно, и области с наибольшими значениями напряжений имеют темно-серый цвет.Areas with the lowest voltage values have a light gray color close to white, areas with average voltage values have different shades of gray with varying brightness levels from high to low as voltages increase respectively, and areas with the highest voltage values have a dark gray color.

На фиг. 4.1 и 4.2 приведены качественные графики изменения жесткости заявляемой подрельсовой амортизирующей прокладки (1) в продольном и поперечном направлениях соответственно, на которых видно, что жесткость по направлению от поперечных торцов (3) прокладки (1) в вертикальном направлении постепенно возрастает по мере удаления от них, после чего снижается по мере приближения к центральной зоне, а также снижается по мере продвижения в поперечном направлении от продольных торцов (4) прокладки (1) к ее центральной зоне.In fig. 4.1 and 4.2 show qualitative graphs of changes in the rigidity of the inventive under-rail shock-absorbing pad (1) in the longitudinal and transverse directions, respectively, which show that the rigidity in the direction from the transverse ends (3) of the pad (1) in the vertical direction gradually increases with distance from them , after which it decreases as it approaches the central zone, and also decreases as it moves in the transverse direction from the longitudinal ends (4) of the gasket (1) to its central zone.

Вместе с тем элементы прокладки (1), такие как центральная эллиптическая выемка (7) с выступом (8), эллиптические выемки (9) расположенные на нижней поверхности пластины (2) вдоль продольных торцов (4) в шахматном порядке, а также продольные торцы (4) прокладки (1) ступенчатой формы предоставляют дополнительное пространство для деформации материала прокладки (1), что позволяет компенсировать эффект несжимаемости эластомерных материалов, предоставляя дополнительные возможности по регулировке жесткости подрельсовой амортизирующей прокладки (1), а также предотвращая выдавливание материала подкладки в зазоры скрепления с последующим его истиранием в них.At the same time, gasket elements (1), such as a central elliptical recess (7) with a protrusion (8), elliptical recesses (9) located on the lower surface of the plate (2) along the longitudinal ends (4) in a checkerboard pattern, as well as longitudinal ends (4) step-shaped spacers (1) provide additional space for deformation of the spacer material (1), which allows to compensate for the effect of incompressibility of elastomeric materials, providing additional opportunities for adjusting the rigidity of the under-rail shock-absorbing spacer (1), as well as preventing the lining material from being squeezed into the fastening gaps followed by its abrasion in them.

Стоит отметить, что предпочтительным вариантом конструктивного выполнения заявляемого изобретения, является использование в качестве материала для его изготовления термопластичного полиуретана (ТПУ).It is worth noting that the preferred design option for the claimed invention is to use thermoplastic polyurethane (TPU) as the material for its manufacture.

- 5 046401- 5 046401

Однако такой выбор предпочтительного материала не ограничивает использование в качестве материала изготовления заявляемого изобретения и других эластомерных материалов.However, this choice of preferred material does not limit the use of other elastomeric materials as the material for manufacturing the claimed invention.

Таким образом, заявленное изобретение за счет своих геометрических параметров обеспечивает улучшение амортизационных свойств прокладки, снижение динамического воздействия на подрельсовое основание (шпалу), а также уменьшает материалоемкость и улучшает теплообмен прокладки с рельсом, вследствие чего повышается ее долговечность в условиях интенсивной эксплуатации.Thus, the claimed invention, due to its geometric parameters, improves the shock-absorbing properties of the gasket, reduces the dynamic impact on the under-rail base (sleeper), and also reduces the material consumption and improves the heat exchange of the gasket with the rail, thereby increasing its durability under conditions of intensive use.

Claims

Under-rail shock-absorbing pad made of elastomeric material in the form of a rectangular plate with a smooth upper surface with four rectangular positioning protrusions located at the edges of the longitudinal ends, four shoulders located at the edges of the transverse ends, and recesses located on the lower surface of the plate, characterized in that The transverse ends of the plate in the projection onto the horizontal plane between the beads have the shape of concave arcs of a circle, the longitudinal ends have a stepped shape with two steps, while the projections of the lower steps of the longitudinal ends on the horizontal plane have the shape of straight lines located between the positioning protrusions, and the projections of the upper steps of the longitudinal ends on the horizontal plane have the form of concave circular arcs located between the positioning protrusions, and the recesses on the lower surface are made in the form of a blind central recess of an elliptical shape with an elliptical protrusion in its center and elliptical recesses located along the longitudinal ends of the gasket in a checkerboard pattern, such that the major axis the central elliptical recess coincides with the longitudinal axis of symmetry of the gasket, and the minor axis of the central elliptical recess coincides with the transverse axis of symmetry of the gasket, while the major axis of the elliptical protrusion in its center in projection onto the horizontal plane is located at an angle to the longitudinal axis of symmetry of the gasket, and the center of the elliptical protrusion coincides with the center of the rectangular plate, and the elliptical recesses, located in a checkerboard pattern along the longitudinal ends of the gasket, are located symmetrically relative to the transverse and longitudinal axes of symmetry of the gasket so that the major axes of the elliptical recesses are parallel to the longitudinal axis of symmetry of the gasket.