【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平行な２本のレールと直交して路盤に配置される鉄道用弾性枕木に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
古くから軌道の振動対策として、列車走行時の荷重を軌道の上下振動によって分散させることが行われており、枕木に関しては、枕木と路盤との間にゴムやウレタンエラストマー等からなる弾性材を配置する防振方法が知られている。そのような弾性材としては、例えば、断面内に中空孔を形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この従来の方法の場合には、弾性材の耐久性が十分でないので、一定年数を経過した時点で弾性材を取り変える必要があった。弾性材の交換作業は、少なくともレールと枕木を持ち上げる必要があり、軌道保守の省力化という観点から好ましくない。現在、上記文献に記載のように、弾性材の耐久性の改良が検討されているが、十分な改良には至っていない。なぜなら、圧縮変形する材料は、荷重が大きくなるにつれてばね定数が上昇してしまうため、十分な上下振幅を得るには柔らかい材料を用いなければならず、耐久性の高い硬質材料の採用が困難だからである。
ここに、ばね定数とは、弾性材の特性値としての、列車の荷重を分散させるため弾性材を配置する場合、その弾性材に載荷された荷重を変位で割ったものをいう。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−７３３０３号公報（第２−第３頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような従来の問題点を解消し、列車走行時の荷重を上下振動によりよく分散させることができ、しかも耐久性が飛躍的に向上した鉄道用弾性枕木を提供することを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に記載の発明は、平行な２本のレールと直交して路盤に配置される鉄道用弾性枕木であって、路盤上にて列車荷重を支持する枕木本体の上部に、レールと直交する方向に張り出すレール締結板が設けられ、該レール締結板が、列車荷重が作用しないときにはレール締結部周辺の下面が路盤に接することがなく、列車通過時に前記枕木本体の端部を支点として曲げ弾性変形可能とされている鉄道用弾性枕木である。
【０００７】
本願の請求項２に記載の発明は、さらに、前記レール締結板を構成する材料が、曲げ弾性率５０００ＭＰａ以上、且つ曲げ強度３０ＭＰａ以上である鉄道用弾性枕木である。
【０００８】
本願の請求項３に記載の発明は、さらに、前記レール締結板の少なくともレール締結部分の下面に弾性材が取着されている鉄道用弾性枕木である。
【０００９】
本願の請求項４に記載の発明は、さらに、前記枕木本体の下部に、前記レール締結板と平行に路盤敷設板が設けられ、前記レール締結板のレール締結部分の下面に、列車荷重が作用しないときにはその下面が前記路盤敷設板に接することがない厚材が取着され、該厚材と前記路盤敷設板との間に弾性材が取着されており、列車通過時に前記レール締結板が、前記枕木本体の端部を支点として、前記弾性材を圧縮するように曲げ弾性変形可能とされている鉄道用弾性枕木である。
【００１０】
本発明において、枕木本体の材料としては、鉄、木、ＦＲＰ、コンクリート等が挙げられる。ＰＣ枕木、木枕木、合成枕木として市販されている既存の枕木素材を用いることができる。合成枕木としては、例えば、硬質ウレタン樹脂をガラス長繊維で補強した発泡体（積水化学工業社製 商品名「エスロンネオランバーＦＦＵ」等）の単層品、或いは積層品等が、軽量で、丈夫で、且つ耐久性に優れているので好ましい。
枕木本体を構成するガラス繊維は、短繊維でも差し支えないが、長繊維の方が好適である。また、発泡樹脂としては、ウレタン樹脂のほか、エポキシ樹脂やポリエステル樹脂などを使用することもできる。
【００１１】
枕木本体のレールと直交する方向の長さは、３００〜１２００ｍｍが好ましい。レールと直交する方向の長さが短かすぎると、カーブや風圧等によりレール締結板１２の両端に係る列車荷重が片方に偏ったときに、片方が浮いて片方が沈むという現象が発生し易く、車両の脱線、軌道の破壊につながるおそれがあり、長すぎると、変形時の傾きが顕著となり、車両の脱線、軌道の破壊につながるおそれがある。
枕木本体の幅（レール方向の長さ）は、通常合成枕木として市販されているものと同様とされる。
【００１２】
本発明において、レール締結板は、両端部に直接、またはタイプレートを介して、レールを固定するレール締結部を有する長尺板状体からなり、枕木本体の上にその中央部が固定されるものであってもよいし、枕木本体と同一の材料からなり一体化されたものであってもよい。
【００１３】
枕木締結板の列車の荷重を分散させる特性値としてのばね定数（載荷された荷重を変位で割ったもの）は、レールＲの重心を通る鉛直線と、枕木締結板Ｍの枕木本体Ｈの端部からのレールと直交する方向への張り出し長さ（以下、張り出し長さという）（ｄ）を長くすることで、小さくすることができる〔第１６図（ａ）参照〕。また、枕木締結板Ｍの枕木本体Ｈの端部からの張り出し部の肉厚を中央に向かうにつれて次第に厚くするようになすことにより、その断面２次モーメント（Ｉ）を端部に向かうにつれて段階的ないし連続的に小さくすることでも、小さくすることができる〔図１６（ｂ）参照〕。
【００１４】
また、枕木締結板Ｍに列車荷重が作用したときに、枕木本体Ｈの端部を支点として曲げ変形するが、その変形のし易さは、材料の曲げ弾性率と剪断弾性率が関与する。しかしながら、これらの物性値が高くても、張り出し長さ（ｄ）、断面２次モーメント（Ｉ）を調整することで、現実的に十分に低いばね定数の弾性枕木を設計することができる。
【００１５】
例えば、曲げ弾性率８０００ＭＰａ、剪断弾性率２００ＭＰａの硬質材料を用いて設計する場合、第１６図（ａ）に示す状態の、枕木締結板Ｍの張り出し長さ（ｄ）を３０ｃｍ、断面２次モーメント（Ｉ）を２２００ｃｍ４ にすると、ばね定数７トン／ｃｍの枕木締結板Ｍが得られる。一般に、弾性枕木をコンクリート路盤に直接固定する直結軌道の場合、軌道防振化には、５〜１０トン／ｃｍのばね定数が必要とされるが、上記枕木締結板Ｍはこの範囲内に収まっている。
【００１６】
以上から明らかなように、枕木締結板は、耐久性の観点から熱劣化が少なく硬質な材料を用いるのが好ましく、また、材料の上面及び下面に圧縮応力が集中するので、これらの応力レベルを下げる観点から、十分な高弾性率と高強度を有する材料を用いるのが好ましい。具体的には、枕木締結板は、曲げ弾性率５０００ＭＰａ以上、且つ曲げ強度３０ＭＰａ以上である材料を用いるのが好ましい。
【００１７】
このような特性を有する材料であれば、鉄、木、ＦＲＰ、コンクリート等からなるものを使用することができ、ＰＣ枕木、木枕木、合成枕木として市販されている既存の枕木素材を用いることができる。
【００１８】
枕木締結板Ｍの張り出し長さ（ｄ）は、レール締結板Ｍの偏荷重によって変形したときのレール締結面の傾きに注意しなければならないので、１５０〜６００ｍｍが好ましい。長さが短すぎると、変形時の傾きが顕著となり、車両の脱線、軌道の破壊につながるおそれがあり、長すぎると、カーブや風圧等によりレール締結板の両端に係る列車荷重が片方に偏ったときに、片方が浮いて片方が沈むという現象が発生し易く、車両の脱線、軌道の破壊につながるおそれがある。
【００１９】
尚、枕木締結板の幅（レール方向の長さ）は、通常合成枕木として市販されているものと同様とされる。
【００２０】
さらに、上記の範囲内であっても、偏荷重に対する安全を見越すことが重要である。すなわち、防振化に必要な許容変位を決めておき、この変位量まではばね定数は低いが、この値を超えるとばね定数が増大するような非線形をもつ弾性材（図１６参照）を、レール締結板１２の少なくともレール締結部分の下面に弾性材が取着しておくことで、不慮の偏荷重がおきた場合でもレールの極端な変位を抑えるようにすることができる。
【００２１】
非線性をもつ弾性材は、レール締結板の列車通過時の枕木本体の端部を支点とした曲げ弾性変形の挙動を阻害しないように用いるべきである。従って、低荷重時のばね定数と高荷重時のばね定数の差が歴然としているものがより好ましい。そのような弾性材の具体例としては、図１８（ａ）に示すように、ばね定数の異なる複数の弾性材を組み合わせて用いたものや、図１８（ｂ）に示すように、発泡倍率を傾斜的に変化させた発泡素材を用いたものや、図１８（ｃ）に示すように、ばね定数の低い弾性材中にばね定数の高い弾性材を分散させたもの等が挙げられる。
【００２２】
【作用】
本発明の鉄道用弾性枕木は、路盤上にて列車荷重を支持する枕木本体の上部に、レールと直交する方向に張り出すレール締結板が設けられ、該レール締結板が、列車荷重が作用しないときにはレール締結部周辺の下面が路盤に接することがなく、列車通過時に前記枕木本体の端部を支点として曲げ弾性変形可能とされていることにより、列車走行時の荷重をレール締結板の曲げ弾性力に基づく上下振動によりよく分散させることができる。
【００２３】
前記レール締結板を構成する材料が、曲げ弾性率５０００ＭＰａ以上、且つ曲げ強度３０ＭＰａ以上であると、従来の弾性枕木に比べて弾性材の耐久性が飛躍的に向上しているので、従来品のように頻繁に取り変える必要がない。
【００２４】
前記レール締結板の少なくともレール締結部分の下面に弾性材が取着されていると、不慮の偏荷重がおきた場合でもレールの極端な変位を抑えるようにすることができ、また、列車走行時の荷重は主としてレール締結板の曲げ弾性力に基づく上下振動により分散させるので、弾性材の耐久性は大きく損なわれことがない。
【００２５】
前記枕木本体の下部に、前記レール締結板と平行に路盤敷設板が設けられ、前記レール締結板のレール締結部分の下面に、列車荷重が作用しないときにはその下面が前記路盤敷設板に接することがない厚材が取着され、該厚材と前記路盤敷設板との間に弾性材が取着されており、列車通過時に前記レール締結板が、前記枕木本体の端部を支点として、前記弾性材を圧縮するように曲げ弾性変形可能とされておれば、列車通過時にレール締結板が枕木本体の端部を支点として曲げ弾性変形したときに弾性材が圧縮されることで、レール締結板の振動が減衰される。
【００２６】
また、例えば、弾性材が劣化等で交換しなければならなくなった場合、従来の枕木の下に弾性材を敷く場合には、レールと枕木の両方を持ち上げて交換する必要があったが、本発明の枕木の場合は、レールや枕木を持ち上げることなく弾性材を交換できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の鉄道用弾性枕木の一例を示す正面図である。
図１に示すように、１はレールと直交して路盤に配置される鉄道用弾性枕木であって、枕木本体１１とレール締結板１２とからなる。
【００２８】
枕木本体１１は、路盤上にて列車荷重を支持する部材である。
枕木本体１１は、路盤上にその下面が接するように敷設される。
枕木本体１１の上部には、その両端部からそれぞれレールと直交する方向に両端部が張り出すように、レール締結板１２の中央部が載置され、両者間が固定されている。固定方法としては、締結具を用いる方法であってもよいし、接着剤を用いる方法であってもよいし、両者間を嵌合する方法であってもよいし、これらの方法を組み合わせる方法であってもよい。
【００２９】
このレール締結板１２はレールと直交する方向に均一な肉厚を有するものからなる。
レール締結板１２は、両端部の上面にレール締結部を有しており、列車荷重が作用しないときにレール締結部周辺の下面が路盤に接することなく、列車通過時に、前記枕木本体を支点として曲げ弾性変形可能とされている。
【００３０】
図２は、本発明の鉄道用弾性枕木の別の例を示す正面図である。
図２に示すように、この鉄道用弾性枕木２は、枕木本体２１とレール締結板２２とが同一の材料からなる一体物であること以外は、図１に示す鉄道用弾性枕木１と同じである。
この鉄道用弾性枕木２は、枕木本体２１とレール締結板２２とが同一の材料からなる一体物からなることにより、別体ものからなるもののように接合面を有しない点においてその強度に優れており、木材のように１つの原材から切り出したり、コンクリート材のように型を用いて一体成形することにより製造することができる。
【００３１】
図３は、本発明の鉄道用弾性枕木の更に別の例を示す正面図である。
図３に示すように、この鉄道用弾性枕木３は、枕木本体３１とレール締結板３２と路盤敷設板３３とからなる。
この鉄道用弾性枕木３は、枕木本体３１の下面に、レール締結板３２と平行に路盤敷設板３３が固定されていること以外は、図１に示す鉄道用弾性枕木１と同じである。この鉄道用弾性枕木３では路盤敷設板３３が路盤上にその下面が接するように敷設される。
この鉄道用弾性枕木３は、路盤敷設板３３を有することにより、路盤に対する路盤敷設板３３によるレールと直交する方向への接触面積が増加することになるので、路盤のレールと直交する方向への列車走行時の荷重分散性が優れたものとなる。
【００３２】
図４は、本発明の鉄道用弾性枕木の更に別の例を示す正面図である。
図４に示すように、この鉄道用弾性枕木４は、枕木本体４１とレール締結板４２と補助板４３とからなる。
この鉄道用弾性枕木４は、レール締結板４２の下面の中央部に、枕木本体４１の幅（レール方向の長さ）よりもレール方向の長さが長い補助板４３が固定され、その補助板４３の中央部が枕木本体４１の上面に固定されていて、レール締結板４２の断面曲げモーメント（Ｉ）が小さくなるようにされていること以外は、図１に示す鉄道用弾性枕木１と同じである。
【００３３】
図５は、本発明の鉄道用弾性枕木の更に別の例を示す正面図である。
図５に示すように、この鉄道用弾性枕木５は、枕木本体５１とレール締結板５２とからなる。
この鉄道用弾性枕木５は、レール締結板５２の張り出し部分が中央部に向かうにつれて次第が肉厚が厚くなるようにされいて、レール締結板５２の断面曲げモーメント（Ｉ）が小さくなっていること以外は、図１に示す鉄道用弾性枕木１と同じである。
このレール締結板５２の張り出し部分の肉厚は、その平均肉厚が、均一な肉厚を有するものと同じとされているのが好ましい。
【００３４】
図６は、本発明の鉄道用弾性枕木の更に別の例を示す正面図である。
この鉄道用弾性枕木６は、枕木本体６１の下面に、レール締結板６２と平行に路盤敷設板６４が固定されていて、路盤のレールと直交する方向への列車走行時の荷重分散性が優れたものとなっていること以外は、図４に示す鉄道用弾性枕木４と同じである。
【００３５】
図７は、本発明の鉄道用弾性枕木の更に別の例を示す正面図である。
この鉄道用弾性枕木７は、枕木本体７１の下面に、レール締結板７２と平行に路盤敷設板７３が固定されていて、路盤のレールと直交する方向への列車走行時の荷重分散性が優れたものとなっていること以外は、図５に示す鉄道用弾性枕木５と同じである。
【００３６】
図８は、本発明の鉄道用弾性枕木の更に別の例を示す正面図である。
この鉄道用弾性枕木１′は、レール締結板１２′の下面に弾性材１３′，１３′が取着されていること以外は、図１に示す鉄道用弾性枕木１と同じである。
この鉄道用弾性枕木１′は、レール締結板１２′の下面に弾性材１３′，１３′が、カーブや風圧等によりレール締結板１２′の両端に係る列車荷重が片方に偏った際の、片方が浮いて片方が沈むという現象の発生を抑制する働きをする。尚、弾性材は、レール締結板１２′の下面に列車荷重が作用しないときに、路盤との間を埋めつくすよう取着されていてもよいし、部分的に取着されていてもよい。
【００３７】
図９は、本発明の鉄道用弾性枕木の更に別の例を示す正面図である。
この鉄道用弾性枕木６′は、レール締結板６２′のレール締結部の下面に厚材６５′，６５′が列車荷重が作用しないときに路盤との間に隙間を残すように取着されていること以外は、図６に示す鉄道用弾性枕木６と同じである。
この鉄道用弾性枕木６′は、例えば、木やＦＲＰのからなるレール締結板６２′に直接、またはタイプレートを介して、レールを固定する場合、ボルト、釘等をレール締結板６２′に埋め込んで固定するが、この厚材６５′，６５′は、弾性設計によりレール締結板６２′の厚みがボルト、釘等を埋め込む厚さを確保する役割を果たす。
【００３８】
図１０は、本発明の鉄道用弾性枕木の更に別の例を示す正面図である。
この鉄道用弾性枕木３′は、レール締結板３２′のレール締結部の下面に厚材３４′，３４′が列車荷重が作用しないときに路盤との間に隙間を残すように取着されており、厚材３４′，３４′と路盤敷設板３４′との間に弾性材３５′，３５′が取着されていること以外は、図３に示す鉄道用弾性枕木６と同じである。
【００３９】
この鉄道用弾性枕木３′は、例えば、木やＦＲＰのからなるレール締結板３２′に直接、またはタイプレートを介して、レールを固定する場合、ボルト、釘等をレール締結板３２′に埋め込んで固定するが、この厚材３４′，３４′は、弾性設計によりレール締結板３２′の厚みがボルト、釘等を埋め込む厚さを確保する役割を果たし、弾性材３５′，３５′は、列車通過時にレール締結板３２′が枕木本体３１′の端部を支点として曲げ弾性変形したときに、圧縮されることで、振動を減衰する役割を果たす。
【００４０】
図１１は、本発明の鉄道用弾性枕木の更に別の例を示す正面図である。
この鉄道用弾性枕木７′は、レール締結板７２′のレール締結部の下面に、列車荷重が作用しないときにはその下面が路盤敷設板７３′の上面との間に隙間を残すように厚材７４′，７４′が取着されている。厚材７４′，７４′と路盤敷設板７３′との間にその隙間を埋めるように弾性材７５′，７５′が取着されている。そして、列車通過時にレール締結板７２′が、枕木本体７１′の端部を支点として、弾性材７５′，７５′を圧縮するように曲げ弾性変形可能とされている。それ以外は、図７に示す鉄道用弾性枕木７と同じである。
【００４１】
この鉄道用弾性枕木７′は、例えば、木やＦＲＰのからなるレール締結板７２′に直接、またはタイプレートを介して、レールを固定する場合、ボルト、釘等をレール締結板７２′に埋め込んで固定するが、この厚材７４′は、弾性設計によりレール締結板７２′の厚みがボルト、釘等を埋め込む厚さを確保する役割を果たし、弾性材７５′，７５′は、列車通過時にレール締結板７２′が枕木本体７１′の端部を支点として曲げ弾性変形したときに、圧縮されることで、振動を減衰する役割を果たす。
【００４２】
図１２は、本発明の鉄道用弾性枕木の更に別の例を示す正面図である。
この鉄道用弾性枕木６′′は、レール締結板６２′′のレール締結部の下面に厚材６５′′，６５′′が列車荷重が作用しないときに路盤との間に若干の隙間を残すように取着されており、厚材６５′′，６５′′と路盤敷設板６４′′との間に弾性材６６′′，６６′′が取着されていること以外は、図６に示す鉄道用弾性枕木６と同じである。
【００４３】
この鉄道用弾性枕木６′′は、例えば、木やＦＲＰのからなるレール締結板６２′に直接、またはタイプレートを介して、レールを固定する場合、ボルト、釘等をレール締結板６２′′に埋め込んで固定するが、この厚材６５′′，６５′′は、弾性設計によりレール締結板６２′の厚みがボルト、釘等を埋め込む厚さを確保する役割を果たし、弾性材６６′′，６６′′は、列車通過時にレール締結板６２′′が枕木本体６１′′の端部を支点として曲げ弾性変形したときに、圧縮されることで、振動を減衰する役割を果たす。
【００４４】
図１３は、本発明の鉄道用弾性枕木の更に別の例を示す正面図である。
この鉄道用弾性枕木３′′では、弾性材３５′′，３５′′が、それぞれ、厚材３４′，３４′側と路盤敷設板３４′側とに上下に２分割され、上下間に隙間を有するように取着されていること以外は、図１０に示す鉄道用弾性枕木６′と同じである。
【００４５】
この鉄道用弾性枕木３′′は、例えば、木やＦＲＰのからなるレール締結板３２′′に直接、またはタイプレートを介して、レールを固定する場合、ボルト、釘等をレール締結板３２′′に埋め込んで固定するが、この厚材３４′′，３４′′は、弾性設計によりレール締結板３２′′の厚みがボルト、釘等を埋め込む厚さを確保する役割を果たし、それぞれ、上下に２分割された弾性材３５′′，３５′′は、列車通過時にレール締結板３２′′が枕木本体３１′′の端部を支点として曲げ弾性変形したときに、上下間の隙間が埋められて圧縮されることで、振動を減衰する役割を果たす。
【００４６】
（実施例）
以下、本発明を実施例により説明する。
図１４に示すように、素材が共に、積水化学工業社製、商品名「エスロンネオランバーＦＦＵ」（比重０．７４）であって、図中に示す寸法を有する枕木本体８１とレール締結板８２とからなる鉄道用弾性枕木８を作成した。
この鉄道用弾性枕木８は、レール締結板８２の張り出し部がレールの重心を通る鉛直線から中央部に向かうにつれて次第が肉厚が厚くなるようにされいて、レール締結板８２の断面曲げモーメント（Ｉ）が小さくなっていること以外は、図１に示す鉄道用弾性枕木１と同じものである。
【００４７】
この鉄道用弾性枕木８について、列車走行時のレール荷重（１締結当たりの荷重）を４トンと想定し、ＦＥＭ解析を行ったところ、列車走行時の発生応力は、形状全域で破壊応力の１／３未満に抑えられていることを確認した。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の鉄道用枕木は、上記のとおりの構成とされているので、列車走行時の荷重を上下振動によりよく分散させることができ、しかも耐久性が飛躍的に向上している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鉄道用弾性枕木の一例を示す正面図である。
【図２】本発明の鉄道用弾性枕木の別の例を示す正面図である。
【図３】本発明の鉄道用弾性枕木の別の例を示す正面図である。
【図４】本発明の鉄道用弾性枕木の別の例を示す正面図である。
【図５】本発明の鉄道用弾性枕木の別の例を示す正面図である。
【図６】本発明の鉄道用弾性枕木の別の例を示す正面図である。
【図７】本発明の鉄道用弾性枕木の別の例を示す正面図である。
【図８】本発明の鉄道用弾性枕木の別の例を示す正面図である。
【図９】本発明の鉄道用弾性枕木の別の例を示す正面図である。
【図１０】本発明の鉄道用弾性枕木の別の例を示す正面図である。
【図１１】本発明の鉄道用弾性枕木の別の例を示す正面図である。
【図１２】本発明の鉄道用弾性枕木の別の例を示す正面図である。
【図１３】本発明の鉄道用弾性枕木の別の例を示す正面図である。
【図１４】本発明の鉄道用弾性枕木の別の例を示す説明図であり、（ａ ）はその平面図、（ｂ）はその正面図である。
【図１５】本発明の鉄道用弾性枕木におけるレール締結板の張り出し長さ
【図１６】本発明に使用される非線形の弾性材の例を説明するグラフである。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明に使用される弾性材の例を説明する模式図である。
【符号の説明】
１，１′，２，３，３′，３′′，４，５，６，６′，６′′，７，７′，８鉄道用弾性枕木
１１，２１，３１，３１′，３１′′，４１，５１，６１，６１′，６１′′，７１，７１′，８１ 枕木本体
１２，２２，３２，３２′，３２′′，４２，５２，６２，６２′，６２′′，７２，７２′，８２ レール締結板
３３，３３′，３３′′，６４，６４′，６４′′路盤敷設板
１３′ 弾性材
３４′，３４′′，６５′，６５′′ 厚材
３５′，３５′′，６６′′，７５′ 弾性材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an elastic railroad sleeper that is arranged on a roadbed orthogonally to two parallel rails.
[0002]
[Prior art]
As a measure against track vibration, it has long been practiced to disperse the load during train travel by vertical vibration of the track.For sleepers, elastic materials such as rubber and urethane elastomer are placed between the sleepers and the roadbed. There are known vibration isolation methods. As such an elastic material, for example, a material in which a hollow hole is formed in a cross section has been proposed (for example, see Patent Document 1).
[0003]
However, in the case of this conventional method, since the durability of the elastic material is not sufficient, it is necessary to replace the elastic material after a certain number of years. It is necessary to lift at least the rail and the sleeper to replace the elastic material, which is not preferable from the viewpoint of labor saving of track maintenance. At present, as described in the above literature, improvement of the durability of the elastic material is being studied, but it has not been sufficiently improved. Because, as for the material that compresses and deforms, the spring constant increases as the load increases, a soft material must be used to obtain a sufficient vertical amplitude, and it is difficult to use a highly durable hard material. It is.
Here, the spring constant refers to a value obtained by dividing the load applied to the elastic member by the displacement when the elastic member is arranged to disperse the load of the train, which is a characteristic value of the elastic member.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-73303 (pages 2-3, FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, and to provide an elastic sleeper for railways that can disperse a load during running of a train by vertical vibrations and that has significantly improved durability. It was done as.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An invention according to claim 1 of the present application is an elastic railroad sleeper that is arranged on a roadbed orthogonally to two parallel rails, and a rail is provided on an upper part of a sleeper body that supports a train load on the roadbed. A rail fastening plate that extends in a direction perpendicular to the rail is provided, and the rail fastening plate does not contact the roadbed with the lower surface around the rail fastening portion when no train load is applied. This is a railway elastic sleeper that can be flexibly elastically deformed as a fulcrum.
[0007]
The invention according to claim 2 of the present application is further an elastic railroad sleeper in which the material forming the rail fastening plate has a flexural modulus of 5000 MPa or more and a flexural strength of 30 MPa or more.
[0008]
The invention according to claim 3 of the present application is further an elastic railroad sleeper having an elastic material attached to at least a lower surface of a rail fastening portion of the rail fastening plate.
[0009]
In the invention according to claim 4 of the present application, a roadbed laying plate is further provided in a lower portion of the sleeper body in parallel with the rail fastening plate, and a train load acts on a lower surface of a rail fastening portion of the rail fastening plate. When not, a thick material whose lower surface does not contact the roadbed laying plate is attached, an elastic material is attached between the thick material and the roadbed laying plate, and the rail fastening plate is An elastic railroad sleeper which is capable of bending and elastically deforming to compress the elastic material with an end of the sleeper body as a fulcrum.
[0010]
In the present invention, examples of the material of the sleeper body include iron, wood, FRP, concrete and the like. Existing sleeper materials commercially available as PC sleepers, wooden sleepers, and synthetic sleepers can be used. As the synthetic sleeper, for example, a single-layered product or a laminated product of a foam (a product name “Eslon Neo Lumber FFU” manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) in which hard urethane resin is reinforced with long glass fiber is lightweight and durable. And excellent in durability.
The glass fibers constituting the sleeper body may be short fibers, but long fibers are preferred. Further, as the foamed resin, an epoxy resin, a polyester resin, or the like can be used in addition to the urethane resin.
[0011]
The length of the sleeper body in the direction orthogonal to the rail is preferably 300 to 1200 mm. If the length in the direction perpendicular to the rail is too short, when the train load on both ends of the rail fastening plate 12 is biased to one side due to a curve, wind pressure, or the like, a phenomenon that one side floats and one side sinks easily occurs. If it is too long, the inclination at the time of deformation becomes remarkable, which may lead to derailment of the vehicle and breakage of the track.
The width (length in the rail direction) of the sleeper body is generally the same as that commercially available as a synthetic sleeper.
[0012]
In the present invention, the rail fastening plate is made of a long plate-like body having a rail fastening portion for fixing the rail directly at both ends or via a tie plate, and a central portion thereof is fixed on the sleeper body. It may be one that is made of the same material as the sleeper body, and may be integrated.
[0013]
The spring constant (the value obtained by dividing the loaded load by the displacement) as a characteristic value for dispersing the train load of the sleeper fastening plate is defined by the vertical line passing through the center of gravity of the rail R and the end of the sleeper body H of the sleeper fastening plate M. By extending the overhang length (hereinafter referred to as the overhang length) (d) from the portion in the direction orthogonal to the rail, the length can be reduced (see FIG. 16 (a)). In addition, by increasing the thickness of the overhang portion of the sleeper fastening plate M from the end of the sleeper body H toward the center, the second moment of area (I) is gradually increased toward the end. Alternatively, the size can be reduced by continuously reducing the size (see FIG. 16B).
[0014]
When a train load is applied to the sleeper fastening plate M, the sleeper body H is bent and deformed with the end of the sleeper body H as a fulcrum. The bending elasticity and the shear elasticity of the material are involved in the ease of the deformation. However, even if these physical properties are high, an elastic sleeper having a sufficiently low spring constant can be designed by adjusting the overhang length (d) and the second moment of area (I).
[0015]
For example, when designing using a hard material having a flexural modulus of 8000 MPa and a shear modulus of 200 MPa, the overhang length (d) of the sleeper fastening plate M in the state shown in FIG. When (I) is set to 2200 cm 4 , a sleeper fastening plate M having a spring constant of 7 tons / cm is obtained. In general, in the case of a direct connection track in which an elastic sleeper is directly fixed to a concrete roadbed, a spring constant of 5 to 10 tons / cm is required for vibration isolation of the track, but the sleeper fastening plate M falls within this range. ing.
[0016]
As is evident from the above, the sleeper fastening plate is preferably made of a hard material that is less thermally degraded from the viewpoint of durability, and compressive stress is concentrated on the upper and lower surfaces of the material. From the viewpoint of lowering, it is preferable to use a material having a sufficiently high elastic modulus and high strength. Specifically, it is preferable to use a material having a flexural modulus of 5000 MPa or more and a bending strength of 30 MPa or more for the sleeper fastening plate.
[0017]
As long as the material has such characteristics, a material such as iron, wood, FRP, or concrete can be used, and existing sleeper materials commercially available as PC sleepers, wooden sleepers, and synthetic sleepers can be used. it can.
[0018]
The overhang length (d) of the sleeper fastening plate M is preferably 150 to 600 mm, because attention must be paid to the inclination of the rail fastening surface when the rail fastening plate M is deformed by an unbalanced load. If the length is too short, the inclination during deformation becomes remarkable, which may lead to derailment of the vehicle and breakage of the track.If the length is too long, the train load on both ends of the rail fastening plate is biased to one side due to curves, wind pressure, etc. In such a case, a phenomenon that one of the members floats and the other sinks easily occurs, which may lead to derailment of the vehicle and destruction of the track.
[0019]
The width (length in the rail direction) of the sleeper fastening plate is the same as that generally sold as a synthetic sleeper.
[0020]
Further, even within the above range, it is important to allow for safety against an eccentric load. That is, the allowable displacement required for the vibration isolation is determined, and a non-linear elastic material (see FIG. 16) is used in which the spring constant is low up to this displacement amount, but the spring constant increases when this value is exceeded. By attaching the elastic material to at least the lower surface of the rail fastening portion of the rail fastening plate 12, it is possible to suppress the extreme displacement of the rail even in the event of an unexpected uneven load.
[0021]
The elastic material having non-linearity should be used so as not to hinder the behavior of bending elastic deformation with the end of the sleeper body as a fulcrum when the rail fastening plate passes through the train. Therefore, it is more preferable that the difference between the spring constant under a low load and the spring constant under a high load is obvious. As a specific example of such an elastic material, as shown in FIG. 18A, a combination of a plurality of elastic materials having different spring constants is used, or as shown in FIG. Examples thereof include those using a foam material that is changed in an inclined manner, and those in which an elastic material having a high spring constant is dispersed in an elastic material having a low spring constant, as shown in FIG.
[0022]
[Action]
The railroad sleeper of the present invention is provided with a rail fastening plate projecting in a direction orthogonal to the rail on an upper part of a sleeper body supporting a train load on a roadbed, and the rail fastening plate does not act on the train load. Sometimes, the lower surface around the rail fastening portion does not contact the roadbed, and when passing through the train, the end of the sleeper body can be bent and elastically deformed, so that the load during train running can be reduced by the bending elasticity of the rail fastening plate. It can be dispersed well by vertical vibration based on force.
[0023]
When the material constituting the rail fastening plate has a flexural modulus of 5000 MPa or more and a flexural strength of 30 MPa or more, the durability of the elastic material is dramatically improved as compared with the conventional elastic sleepers. There is no need to change as often.
[0024]
When an elastic material is attached to at least the lower surface of the rail fastening portion of the rail fastening plate, it is possible to suppress extreme displacement of the rail even when an unexpected uneven load occurs, Is dispersed mainly by vertical vibration based on the bending elastic force of the rail fastening plate, so that the durability of the elastic material is not significantly impaired.
[0025]
At the lower part of the sleeper body, a roadbed laying plate is provided in parallel with the rail fastening plate, and the lower surface of the rail fastening portion of the rail fastening plate is in contact with the roadbed laying plate when no train load is applied. No thick material is attached, and an elastic material is attached between the thick material and the roadbed laying plate.When passing through the train, the rail fastening plate is attached to the end of the sleeper body as a fulcrum. When the rail fastening plate is bent and elastically deformed with the end of the sleeper body as a fulcrum when passing through the train, the elastic material is compressed, so that the elastic material is compressed. Vibration is damped.
[0026]
Also, for example, when the elastic material has to be replaced due to deterioration or the like, and when laying the elastic material under the conventional sleeper, it is necessary to lift and replace both the rail and the sleeper. In the case of sleepers, the elastics can be replaced without lifting the rails or the sleepers.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front view illustrating an example of the railway elastic sleeper of the present invention.
As shown in FIG. 1, reference numeral 1 denotes a railway elastic sleeper that is arranged on a roadbed orthogonally to a rail, and includes a sleeper body 11 and a rail fastening plate 12.
[0028]
The sleeper body 11 is a member that supports a train load on the roadbed.
The sleeper body 11 is laid on the roadbed such that the lower surface thereof is in contact with the base.
A center portion of the rail fastening plate 12 is placed on the upper part of the sleeper body 11 so that both end portions project from the both end portions in a direction orthogonal to the rail, and the both are fixed. As a fixing method, a method using a fastener may be used, a method using an adhesive may be used, a method of fitting the two may be used, or a method combining these methods may be used. There may be.
[0029]
The rail fastening plate 12 has a uniform thickness in a direction perpendicular to the rail.
The rail fastening plate 12 has a rail fastening portion on the upper surface of both ends, and the lower surface around the rail fastening portion does not contact the roadbed when a train load is not applied, and when the train passes, the sleeper body is used as a fulcrum. It is capable of bending elastic deformation.
[0030]
FIG. 2 is a front view showing another example of the elastic sleeper of the present invention.
As shown in FIG. 2, this elastic railroad tie 2 is the same as the railroad railroad tie 1 shown in FIG. 1 except that the sleeper main body 21 and the rail fastening plate 22 are made of the same material made of the same material. is there.
The railroad sleeper 2 has excellent strength in that the sleeper main body 21 and the rail fastening plate 22 are made of an integral body made of the same material and have no joint surface unlike a separate body. It can be manufactured by cutting out one raw material like wood, or by integrally molding using a mold like concrete material.
[0031]
FIG. 3 is a front view showing still another example of the railway elastic sleeper of the present invention.
As shown in FIG. 3, the railway elastic sleeper 3 includes a sleeper body 31, a rail fastening plate 32, and a roadbed laying plate 33.
The railroad sleeper 3 is the same as the railroad sleeper 1 shown in FIG. 1 except that a roadbed laying plate 33 is fixed to the lower surface of the sleeper body 31 in parallel with the rail fastening plate 32. In this elastic sleeper 3 for railroad, the roadbed laying plate 33 is laid on the roadbed so that the lower surface thereof is in contact.
Since the railroad sleeper 3 has the roadbed laying plate 33, the contact area of the roadbed laying plate 33 in the direction orthogonal to the rail with the roadbed laying plate 33 increases. The load dispersibility during train running is excellent.
[0032]
FIG. 4 is a front view showing still another example of the railroad elastic sleeper of the present invention.
As shown in FIG. 4, the railway elastic sleeper 4 includes a sleeper body 41, a rail fastening plate 42, and an auxiliary plate 43.
In this railroad sleeper 4, an auxiliary plate 43 having a length in the rail direction longer than the width (length in the rail direction) of the sleeper body 41 is fixed to the center of the lower surface of the rail fastening plate 42. 43 is the same as the railway elastic sleeper 1 shown in FIG. 1, except that the central portion of the rail 43 is fixed to the upper surface of the sleeper body 41 and the sectional bending moment (I) of the rail fastening plate 42 is reduced. It is.
[0033]
FIG. 5 is a front view showing still another example of the railway elastic sleeper of the present invention.
As shown in FIG. 5, the railroad elastic sleeper 5 includes a sleeper body 51 and a rail fastening plate 52.
The elastic railroad ties 5 for the railroad are such that the thickness of the rail fastening plate 52 gradually increases as the projecting portion of the rail fastening plate 52 approaches the center, and the sectional bending moment (I) of the rail fastening plate 52 decreases. Except for the above, it is the same as the railway elastic sleeper 1 shown in FIG.
It is preferable that the overhang portion of the rail fastening plate 52 has the same average thickness as that having a uniform thickness.
[0034]
FIG. 6 is a front view showing still another example of the railway crossties of the present invention.
The elastic railroad tie 6 for railroad has a subbase laying plate 64 fixed to the lower surface of the main tie body 61 in parallel with the rail fastening plate 62, and has excellent load dispersibility when the train travels in a direction orthogonal to the rail of the subbase. It is the same as the railway elastic sleeper 4 shown in FIG.
[0035]
FIG. 7 is a front view showing still another example of the railway crossties of the present invention.
In this elastic railroad sleeper 7, a roadbed laying plate 73 is fixed to the lower surface of the sleeper body 71 in parallel with the rail fastening plate 72, and has excellent load dispersibility when the train travels in a direction perpendicular to the rails of the roadbed. It is the same as the railroad crossties 5 shown in FIG.
[0036]
FIG. 8 is a front view showing still another example of the railway elastic sleeper of the present invention.
The railroad crossties 1 'are the same as the railroad crossties 1 shown in Fig. 1 except that elastic members 13' and 13 'are attached to the lower surface of the rail fastening plate 12'.
The railroad sleeper 1 'has elastic members 13' and 13 'on the lower surface of the rail fastening plate 12', and the train load on both ends of the rail fastening plate 12 'is biased to one side due to a curve or wind pressure. It works to suppress the phenomenon that one floats and the other sinks. The elastic material may be attached so as to fill the space between the elastic member and the roadbed when a train load does not act on the lower surface of the rail fastening plate 12 ', or may be partially attached.
[0037]
FIG. 9 is a front view showing still another example of the railroad sleeper of the present invention.
The railroad sleeper 6 'is attached to the lower surface of the rail fastening portion of the rail fastening plate 62' so that thick members 65 ', 65' leave a gap between the rail and the roadbed when no train load is applied. Other than that, it is the same as the railway elastic sleeper 6 shown in FIG.
The railroad elastic sleeper 6 ′ has bolts, nails, etc. embedded in the rail fastening plate 62 ′ when fixing the rail directly or via a tie plate to the rail fastening plate 62 ′ made of wood or FRP, for example. The thick members 65 ', 65' play a role of securing the thickness of the rail fastening plate 62 'for embedding bolts, nails and the like by elastic design.
[0038]
FIG. 10 is a front view showing still another example of the railroad elastic sleeper of the present invention.
This elastic railroad sleeper 3 'is attached to the lower surface of the rail fastening portion of the rail fastening plate 32' so that the thick members 34 ', 34' leave a gap between the rail fastening plate and the roadbed when no train load is applied. It is the same as the railroad sleeper 6 shown in FIG. 3 except that elastic members 35 ', 35' are attached between the thick members 34 ', 34' and the roadbed laying plate 34 '.
[0039]
For example, when fixing rails directly or via a tie plate, this railroad sleeper 3 'is embedded with bolts, nails, etc. in the rail fastening plate 32'. The thick members 34 ', 34' serve to ensure the thickness of the rail fastening plate 32 'to embed bolts, nails, etc. by elastic design, and the elastic members 35', 35 ' When the rail fastening plate 32 'is bent and elastically deformed with the end of the sleeper body 31' as a fulcrum when passing through the train, the rail fastening plate 32 'serves to attenuate vibration by being compressed.
[0040]
FIG. 11 is a front view showing still another example of the elastic sleeper of the present invention.
The elastic sleeper 7 'is made of a thick material 74 such that the lower surface of the rail fastening plate 72' leaves a gap between the lower surface and the upper surface of the roadbed laying plate 73 'when no train load is applied. ', 74' are attached. Elastic members 75 ', 75' are attached between the thick members 74 ', 74' and the roadbed laying plate 73 'so as to fill the gap. When passing through the train, the rail fastening plate 72 'can be bent and elastically deformed so as to compress the elastic members 75', 75 'with the end of the sleeper body 71' as a fulcrum. Otherwise, it is the same as the railway elastic sleeper 7 shown in FIG.
[0041]
For example, when fixing rails directly or via a tie plate, bolts, nails, etc., are embedded in the rail fastening plate 72 '. The thick member 74 'has a role of ensuring the thickness of the rail fastening plate 72' to embed bolts, nails, etc. by an elastic design, and the elastic members 75 ', 75' When the rail fastening plate 72 'is bent and elastically deformed with the end of the sleeper body 71' as a fulcrum, the rail fastening plate 72 'is compressed and plays a role of damping vibration.
[0042]
FIG. 12 is a front view showing still another example of the railway sleeper of the present invention.
The railroad sleeper 6 "has a slight gap between the thick members 65" and 65 "on the lower surface of the rail fastening portion of the rail fastening plate 62" when the train load is not applied. 6 except that elastic members 66 ", 66" are attached between the thick members 65 ", 65" and the roadbed laying plate 64 ". This is the same as the elastic railroad sleeper 6 shown.
[0043]
For example, when fixing rails directly or through a tie plate to the rail fastening plate 62 ′ made of wood or FRP, bolts, nails, etc. The thick members 65 ″ and 65 ″ have a role of ensuring the thickness of the rail fastening plate 62 ′ to embed bolts, nails and the like by elastic design, and the elastic members 66 ″ are fixed. , 66 ″ serve to attenuate vibration by being compressed when the rail fastening plate 62 ″ is bent and elastically deformed around the end of the sleeper body 61 ″ when passing through the train.
[0044]
FIG. 13 is a front view showing still another example of the railroad elastic sleeper of the present invention.
In this railway railroad sleeper 3 ", the elastic members 35" and 35 "are vertically divided into two parts, the thick members 34 'and 34' and the roadbed laying plate 34 ', respectively. It is the same as the railway elastic sleeper 6 'shown in FIG.
[0045]
For example, when fixing rails directly or via a tie plate to the rail fastening plate 32 ′ made of wood or FRP, the railroad sleeper 3 ″ may be connected to the rail fastening plate 32 ′ by bolts, nails and the like. The thick members 34 ″ and 34 ″ play a role of ensuring the thickness of the rail fastening plate 32 ″ by the elastic design to embed bolts, nails, etc. The elastic members 35 "and 35" which are divided into two parts fill the gap between the upper and lower parts when the rail fastening plate 32 "is bent and elastically deformed around the end of the sleeper body 31" as the train passes. When compressed and compressed, it plays a role in damping vibration.
[0046]
(Example)
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.
As shown in FIG. 14, both materials are trade name “Esrone Neo Lumber FFU” (specific gravity 0.74) manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., and a sleeper body 81 and a rail fastening plate 82 having dimensions shown in the figure. Thus, an elastic sleeper 8 for railways was prepared.
The railroad sleeper 8 has a configuration in which the overhang of the rail fastening plate 82 gradually increases in thickness from the vertical line passing through the center of gravity of the rail toward the center, and the section bending moment of the rail fastening plate 82 ( It is the same as the railway crossties 1 shown in FIG. 1 except that I) is reduced.
[0047]
FEM analysis was performed on this railroad sleeper 8 under the assumption that the rail load (load per fastening) during train running was 4 tons. As a result, the generated stress during train running was 1% of the breaking stress over the entire shape. It was confirmed that it was suppressed to less than / 3.
[0048]
【The invention's effect】
Since the railroad sleeper of the present invention is configured as described above, the load during train running can be better dispersed by vertical vibration, and the durability is dramatically improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an example of a railway elastic sleeper according to the present invention.
FIG. 2 is a front view showing another example of the railway crossties of the present invention.
FIG. 3 is a front view showing another example of the railway crossties of the present invention.
FIG. 4 is a front view showing another example of the railway crossties of the present invention.
FIG. 5 is a front view showing another example of the railway crossties of the present invention.
FIG. 6 is a front view showing another example of the elastic sleeper of the present invention.
FIG. 7 is a front view showing another example of the railway crossties of the present invention.
FIG. 8 is a front view showing another example of the railway crossties of the present invention.
FIG. 9 is a front view showing another example of the railway crossties of the present invention.
FIG. 10 is a front view showing another example of the railway crossties of the present invention.
FIG. 11 is a front view showing another example of the railway crossties of the present invention.
FIG. 12 is a front view showing another example of the railway crossties of the present invention.
FIG. 13 is a front view showing another example of the railway crossties of the present invention.
14A and 14B are explanatory views showing another example of the elastic sleeper of the present invention, wherein FIG. 14A is a plan view and FIG. 14B is a front view.
FIG. 15 is an overhang length of a rail fastening plate in a railway elastic sleeper of the present invention. FIG. 16 is a graph illustrating an example of a nonlinear elastic material used in the present invention.
FIGS. 17A to 17C are schematic diagrams illustrating examples of an elastic material used in the present invention.
[Explanation of symbols]
1,1 ', 2,3,3', 3 ", 4,5,6,6 ', 6", 7,7', 8 Elastic railroad sleepers 11,21,31,31 ', 31'', 41, 51, 61, 61', 61 ", 71, 71 ', 81 Sleeper bodies 12, 22, 32, 32', 32", 42, 52, 62, 62 ', 62 ", 72 , 72 ′, 82 rail fastening plates 33, 33 ′, 33 ″, 64, 64 ′, 64 ″ roadbed laying plate 13 ′ elastic members 34 ′, 34 ″, 65 ′, 65 ″ thick members 35 ′, 35 ", 66", 75 "elastic material
