RU2413047C1 - Sleeper - Google Patents
Sleeper Download PDFInfo
- Publication number
- RU2413047C1 RU2413047C1 RU2009137071/11A RU2009137071A RU2413047C1 RU 2413047 C1 RU2413047 C1 RU 2413047C1 RU 2009137071/11 A RU2009137071/11 A RU 2009137071/11A RU 2009137071 A RU2009137071 A RU 2009137071A RU 2413047 C1 RU2413047 C1 RU 2413047C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sleepers
- sleeper
- honeycomb structure
- polymer
- rail
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к линейным конструкциям верхнего строения рельсовых путей и может найти применение на магистральных железнодорожных линиях, в том числе высокоскоростных, на мостах, в тоннелях, метрополитенах, трамвайных путях и на подъездных железнодорожных путях промышленных предприятий.The invention relates to linear structures of the upper structure of rail tracks and can find application on main railway lines, including high-speed, on bridges, in tunnels, subways, tram tracks and on railway tracks of industrial enterprises.
Рельсовые опоры (шпалы) предназначены для восприятия вертикальных, боковых и продольных усилий, действующих со стороны колес подвижного состава, упругой передачи этих усилий через рельсы и скрепления на основание, и обеспечения постоянства ширины рельсовой колеи. Для этого рельсовые опоры должны быть достаточно прочными, износоустойчивыми и иметь хорошую упругость, обладать хорошими диэлектрическими свойствами, иметь больший срок службы, их форма должна быть простой для изготовления и последующей эксплуатации, должна обеспечивать устойчивость против перемещения вдоль и поперек пути. На срок службы шпалы и пути в целом, на сохранение геометрических характеристик пути большое влияние оказывают вибрации, возникающие при прохождении подвижного состава и передающиеся на все элементы железнодорожного пути. Интенсивность появления дефектов железнодорожного пути проявляется тем больше, чем выше вибрационная нагрузка на элементы железнодорожного пути.Rail supports (sleepers) are intended for the perception of vertical, lateral and longitudinal forces acting on the side of the wheels of the rolling stock, the elastic transmission of these forces through the rails and fastenings to the base, and to ensure the constancy of the rail gauge. To do this, rail supports should be strong enough, wear-resistant and have good elasticity, have good dielectric properties, have a longer service life, their shape should be simple for manufacture and subsequent operation, should provide stability against movement along and across the track. On the service life of the sleepers and the track as a whole, the preservation of the geometric characteristics of the track is greatly influenced by the vibrations that occur during the passage of rolling stock and transmitted to all elements of the railway track. The intensity of occurrence of defects of the railway track is manifested the more, the higher the vibration load on the elements of the railway track.
Известна шпала, в которой бетонное тело армировано пространственным ячеистым каркасом, выполненным из металла и расположенным по длине шпалы, при этом ячейки каркаса (в плане) расположены горизонтально (длина ячеек соизмерима с шириной шпалы), в средней части тела шпалы вдоль продольной оси симметрии выполнено сквозное отверстие, а в ячейках каркаса, расположенных в зонах подрельсовых участков (зонах воздействия динамических нагрузок), зафиксированы металлические трубки с деревянными пробками для костыльного крепления (см. патент РФ №43553 на полезную модель «Железобетонная шпала» с приоритетом от 2004.05.28, опубл. 2005.01.27).A sleeper is known in which a concrete body is reinforced with a spatial cellular frame made of metal and located along the length of the sleepers, while the frame cells (in plan) are horizontal (the length of the cells is comparable with the width of the sleepers), in the middle part of the sleepers body along the longitudinal axis of symmetry a through hole, and in the cells of the frame located in the areas of the rail sections (zones of dynamic loads), metal tubes with wooden corks for crutch fastening are fixed (see RF patent No. 435 53 to the utility model "Reinforced concrete sleepers" with priority from 2004.05.28, publ. 2005.01.27).
Шпала, тело которой армировано ячеистым каркасом, представляет собой конструкцию, которая при эксплуатации в условиях повышенных статических, циклических и динамических нагрузок распределяет действующие нагрузки на значительную площадь, за пределы зоны их воздействия, в результате чего снижается величина вертикального напряжения на основание рельсового пути и на земляное полотно, что обеспечивает их высокую несущую способность.The sleeper, whose body is reinforced with a cellular frame, is a structure that, when operated under conditions of increased static, cyclic and dynamic loads, distributes the effective loads over a considerable area, outside the zone of their influence, as a result of which the magnitude of the vertical stress on the rail base and on subgrade, which ensures their high bearing capacity.
Важным требованием для изготовления железобетонных шпал является высокая точность соблюдения геометрических параметров, что представляет большие трудности для изготовителей. К ним относятся, например, требования к допускам по длине и углу наклона отдельных элементов, особенно на подрельсовых участках. При изготовлении известной шпалы требуется точная установка готового пространственного каркаса в металлоформу и надежная фиксация его в заданном положении, что делает данную шпалу нетехнологичной в массовом производстве. Кроме того, зафиксированные в ячейках каркаса металлические трубки с деревянными пробками, предназначенные для костыльного крепления, одновременно служат и для упрочнения подрельсового участка шпалы, но при этом дополнительно повышается жесткость подрельсового участка шпалы.An important requirement for the manufacture of reinforced concrete sleepers is the high accuracy of compliance with geometric parameters, which presents great difficulties for manufacturers. These include, for example, requirements for tolerances along the length and angle of inclination of individual elements, especially in rail sections. In the manufacture of the known sleepers, accurate installation of the finished spatial frame into the metal mold and its reliable fixation in a given position is required, which makes this sleepers non-technological in mass production. In addition, metal tubes with wooden plugs fixed in the cells of the frame, designed for crutch fastening, also serve to strengthen the under-rail section of the sleepers, but the rigidity of the under-rail section of the sleepers is further increased.
Большая жесткость такой железобетонной шпалы способствует возникновению вибрации и сопутствующего ей шума. Данный недостаток несколько компенсируется установкой упругих подрельсовых прокладок: на границе раздела двух сред с различными свойствами (металл (рельс) - упругий материал (прокладка) - бетон (шпала)) происходит отражение и изменение направления распространения механической и акустической волн, и за счет этого вибрация частично ослабляется. Увеличение вибропоглощения при использовании данной шпалы возможно только при применении прокладок, выполненных из материала с большим внутренним трением (резины) и имеющих большую толщину. Однако толщина подрельсовой прокладки преимущественно равна 7-12 мм и ограничена конструкцией используемых рельсовых скреплений и упругим ходом клемм этих скреплений (4-5 мм). При этом для бесподкладочных рельсовых скреплений (типа КБ) общая толщина упругой прокладки и подошвы рельса не должна быть больше высоты углубления в подрельсовом участке шпалы, то есть не более 25 мм. Кроме того, для предотвращения смещения прокладки из-под подошвы рельса необходимо обеспечить ее надежную фиксацию с помощью дополнительных элементов, усложняющих конструкцию рельсового скрепления.The high rigidity of such reinforced concrete sleepers contributes to the occurrence of vibration and the accompanying noise. This disadvantage is somewhat compensated by the installation of elastic under-rail gaskets: at the interface between two media with different properties (metal (rail) - elastic material (gasket) - concrete (sleepers)), a reflection and a change in the direction of propagation of mechanical and acoustic waves occur, and due to this vibration partially weakened. The increase in vibration absorption when using this sleepers is possible only with the use of gaskets made of a material with large internal friction (rubber) and having a large thickness. However, the thickness of the rail track is predominantly equal to 7-12 mm and is limited by the design of the rail fasteners used and the elastic course of the terminals of these fasteners (4-5 mm). Moreover, for unlined rail fasteners (type KB), the total thickness of the elastic strip and the sole of the rail should not be greater than the height of the recess in the rail section of the sleepers, that is, not more than 25 mm. In addition, to prevent the displacement of the gasket from under the sole of the rail, it is necessary to ensure its reliable fixation with the help of additional elements that complicate the design of the rail fastening.
Шпалы из железобетона могут в течение срока службы испытывать значительное число циклов замерзания/оттаивания, что может привести бетон в экстремальное напряженное состояние - при неблагоприятном стечении обстоятельств такая цикличность может вызвать повреждение структуры бетона в результате расширения воды при замерзании в его капиллярных порах. Возникающие трещины в рассматриваемой шпале распространяются во всех направлениях в пределах каждой ячейки каркаса, не распространяясь на соседние ячейки. Но так как объем каждой ячейки достаточно большой, то и возникающие трещины будут иметь большую протяженность, что способствует коррозии армирующего металла и в итоге может привести к внезапному разрушению шпалы.Reinforced concrete sleepers can experience a significant number of freezing / thawing cycles during their service life, which can lead the concrete to extreme stress - in unfavorable circumstances, such a cycle can cause damage to the structure of concrete as a result of expansion of water during freezing in its capillary pores. Emerging cracks in the considered sleepers propagate in all directions within each cell of the frame, not spreading to neighboring cells. But since the volume of each cell is large enough, the resulting cracks will have a large extent, which contributes to the corrosion of the reinforcing metal and, as a result, can lead to the sudden destruction of the sleepers.
Для снижения электропроводности шпалы и для защиты арматуры от внешних воздействий, высокой температуры, агрессивной среды и т.п.при изготовлении шпалы со всех сторон от арматуры формируют защитный слой бетона, толщина которого назначается в зависимости от размеров арматуры, вида и класса бетона, условия работы шпалы и т.д. В среднем толщина защитного слоя бетона с каждой стороны шпалы должна быть равна не менее 25 мм (ГОСТ 21174-75), что увеличивает расход бетона, ее стоимость, вес шпалы (250-265 кг), требует мощного кранового оборудования для укладки звеньев рельсошпальной решетки. Хрупкость шпалы требует большой осторожности при одиночной замене шпал в пути, при их перевозке и подбивке балластом.To reduce the electrical conductivity of the sleepers and to protect the reinforcement from external influences, high temperature, aggressive environment, etc., in the manufacture of the sleepers, a protective layer of concrete is formed on all sides of the reinforcement, the thickness of which is assigned depending on the size of the reinforcement, type and class of concrete, conditions work sleepers, etc. On average, the thickness of the concrete protective layer on each side of the sleepers should be at least 25 mm (GOST 21174-75), which increases the consumption of concrete, its cost, the weight of the sleepers (250-265 kg), requires powerful crane equipment for laying links of the rail-sleeper grid . The fragility of sleepers requires great care when replacing sleepers in transit on a single trip, when transporting and tamping with ballast.
При эксплуатации, из-за малой опорной площади шпалы, не обеспечивается ее необходимое сопротивление перемещениям вдоль и поперек пути, что может привести к неравномерной осадке пути, выдавливанию балласта и к повороту шпалы в вертикальной плоскости, что снижает срок службы пути между очередными ремонтами.During operation, due to the small supporting area of the sleepers, its necessary resistance to movement along and across the track is not provided, which can lead to uneven settlement of the track, squeezing of the ballast and rotation of the sleepers in the vertical plane, which reduces the service life of the track between successive repairs.
Известна шпала, выбранная в качестве прототипа и описанная в патенте РФ №75857 на полезную модель «Шпала» с приоритетом от 2008.04.21, опублик. 2008.08.27.Known sleepers, selected as a prototype and described in the patent of the Russian Federation No. 75857 for the utility model "Sleepers" with priority from 2008.04.21, published. 08/08/27.
Полимерная шпала, в которой арматура выполнена в виде короба, расположенного по длине шпалы, а в зонах подрельсовых участков (в зонах воздействия динамических нагрузок) шпала содержит металлические плиты, жестко закрепленные на коробе и расположенные симметрично под углом друг к другу и под углом 15-25° к основанию шпалы. В качестве полимера используют ударопрочную полимерную композицию.Polymer sleepers, in which the reinforcement is made in the form of a box located along the length of the sleepers, and in the areas of under-rail sections (in areas affected by dynamic loads), the sleepers contain metal plates rigidly mounted on the box and located symmetrically at an angle to each other and at an angle of 15 25 ° to the base of the sleepers. As a polymer, an impact resistant polymer composition is used.
Данная шпала удовлетворяет требованиям прочности, износостойкости, долговечности и диэлектричности. Однако такая шпала достаточно дорога, что связано с высокой стоимостью ударопрочного полимера, используемого в большом количестве для изготовления шпалы. Необходимость точного расположения армирующего короба в специальной пресс-форме, фиксация его в заданном положении, а также закрепление на коробе металлических плит симметрично под углом друг к другу и под углом 15-25° к основанию шпалы делает данную шпалу нетехнологичной в массовом производстве.This sleeper meets the requirements of strength, wear resistance, durability and dielectricity. However, such sleepers are quite expensive, which is associated with the high cost of high-impact polymer used in large quantities for the manufacture of sleepers. The need for the exact location of the reinforcing box in a special mold, fixing it in a predetermined position, as well as fixing metal plates on the box symmetrically at an angle to each other and at an angle of 15-25 ° to the base of the sleepers makes this sleepers non-technological in mass production.
Хорошие упругие и вибропоглощающие свойства шпалы, выполненной из ударопрочного полимера, ухудшаются из-за использования в ней металлических конструкций, а это приводит к возникновению вибрации и сопутствующего ей шума, для уменьшения которых так же, как и в вышеописанном аналоге (патент РФ №43553) используют упругие подрельсовые прокладки, играющие роль амортизатора и вибропоглотителя.The good elastic and vibration-absorbing properties of the sleepers made of impact-resistant polymer are deteriorated due to the use of metal structures in it, and this leads to the occurrence of vibration and associated noise, to reduce which the same as in the above analogue (RF patent No. 43553) use elastic rail linings, which play the role of a shock absorber and a vibration absorber.
Малая площадь опорной поверхности известной шпалы не обеспечивает необходимое сопротивление ее перемещениям вдоль и поперек пути, что может привести к неравномерной осадке пути, выдавливанию балласта и к повороту шпалы в вертикальной плоскости, что снижает срок службы пути между очередными ремонтами.The small area of the supporting surface of the known sleepers does not provide the necessary resistance to its movements along and across the path, which can lead to uneven settlement of the track, squeezing the ballast and rotation of the sleepers in the vertical plane, which reduces the service life of the track between successive repairs.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое решение, является создание дешевой, конструктивно и технологически простой шпалы, эффективно гасящей вибрации и шум, возникающие при прохождении подвижного состава, высокой точностью геометрических параметров, высокой сопротивляемостью продольным и поперечным смещениям при эксплуатации и необходимыми показателями прочности, износостойкости, упругости и диэлектричности.The technical problem, the solution of which the claimed solution is directed, is to create a cheap, structurally and technologically simple sleepers, effectively damping the vibration and noise arising from the passage of rolling stock, high accuracy of geometric parameters, high resistance to longitudinal and transverse displacements during operation and the necessary strength indicators, wear resistance, elasticity and dielectricity.
Решением данной задачи является заявляемая шпала, новым в которой является то, что шпала выполнена в виде полимерной пространственной ячеистой сотовидной конструкции, в которой подрельсовый участок выполнен монолитным, по крайней мере, из одного полимерного материала.The solution to this problem is the claimed sleeper, which is new in that the sleeper is made in the form of a polymer spatial cellular honeycomb structure, in which the rail section is made monolithic of at least one polymer material.
Ячеистая сотовидная конструкция и, по крайней мере, часть подрельсового участка шпалы могут быть выполнены из одного полимерного материала.The honeycomb honeycomb structure and at least part of the rail section of the sleepers can be made of one polymer material.
Ячеистая сотовидная конструкция и подрельсовый участок шпалы могут быть выполнены из разных полимерных материалов.The honeycomb honeycomb structure and the under-rail section of the sleepers can be made of different polymeric materials.
В качестве полимерного материала, по крайней мере, для ячеистой сотовидной конструкции может быть использован сшитый полимер, например сшитый полиэтилен, или композиционный материал, например стеклопластик со связующим в виде термореактивной синтетической смолы.As a polymer material, at least for a honeycomb honeycomb structure, a crosslinked polymer, for example crosslinked polyethylene, or a composite material, for example fiberglass with a binder in the form of a thermosetting synthetic resin, can be used.
В качестве полимерного материала для подрельсового участка может быть использован полимерный материал из группы полиолефинов.As the polymeric material for the rail section, a polymeric material from the group of polyolefins can be used.
Подрельсовый участок шпалы может быть выполнен из полимерных материалов с разными показателями упругости, причем менее упругий нижний слой полимерного материала жестко связан с ячеистой сотовидной конструкцией, а более упругий верхний слой, выполненный хотя бы из одного полимерного материала, жестко связан только с нижним слоем.The under-rail section of the sleepers can be made of polymeric materials with different elasticity indices, the less elastic lower layer of the polymeric material being rigidly connected with the honeycomb honeycomb structure, and the more elastic upper layer made of at least one polymeric material, is rigidly connected only with the lower layer.
Внешняя поверхность подрельсового участка может быть выполнена рельефной.The outer surface of the rail section can be embossed.
Ячейки сотовидной конструкции могут быть заполнены полимером, грунтом или бетоном. Площадь каждой ячейки сотовидной конструкции может быть равна 9-16 см2.Cells of a honeycomb structure may be filled with polymer, soil or concrete. The area of each cell of a honeycomb structure may be equal to 9-16 cm 2 .
На боковых сторонах шпалы могут быть выполнены выступы, расположенные в зоне подрельсовых участков и/или в средней части шпалы.On the sides of the sleepers, protrusions located in the area of the rail sections and / or in the middle of the sleepers can be made.
Верхняя поверхность выступа может являться продолжением верхней поверхности шпалы или верхняя поверхность выступа может располагаться ниже верхней поверхности шпалы.The upper surface of the protrusion may be a continuation of the upper surface of the sleepers or the upper surface of the protrusion may be located below the upper surface of the sleepers.
Нижняя поверхность выступа может быть расположена ниже опорной поверхности шпалы. Выступы могут быть соединены между собой через основание шпалы с помощью перемычки.The lower surface of the protrusion may be located below the supporting surface of the sleepers. The protrusions can be interconnected through the base of the sleepers using a jumper.
Шпала выполнена в виде полимерной пространственной сотовидной конструкции, состоящей из связанных между собой ячеек, которые в плане расположены по вертикали и горизонтали. Опытным путем установлено, что оптимальная площадь каждой ячейки шпалы равна 9-16 см2 и определяется исходя из условий эксплуатации (грузонапряженности) пути. С повышением грузонапряженности пути в первую очередь увеличивается величина статических и динамических нагрузок, действующих на шпалу, прочность которой на таком пути должна быть повышенной. Повышение прочности заявляемой шпалы осуществляется за счет уменьшения площади ячеек - чем больше грузонапряженность пути, тем меньше площадь ячеек. Оптимальная толщина стенок ячеек шпалы равна 5-15 мм и выбирается исходя из конкретных условий эксплуатации (железнодорожный или трамвайный путь, грузонапряженность пути и т.д.). В качестве полимерного материала, по крайней мере, для ячеистой сотовидной конструкции может быть использован сшитый полимер, например сшитый полиэтилен, или композиционный материал, например стеклопластик со связующим в виде термореактивной синтетической смолы.The sleeper is made in the form of a polymer spatial honeycomb structure, consisting of interconnected cells, which are arranged vertically and horizontally in plan. It has been experimentally established that the optimal area of each sleepers cell is 9-16 cm 2 and is determined on the basis of the operating conditions (load intensity) of the track. With an increase in the load carrying capacity of a track, the magnitude of the static and dynamic loads acting on the sleeper increases in the first place, the strength of which on this track should be increased. Increasing the strength of the inventive sleepers is carried out by reducing the area of the cells - the greater the load path, the smaller the area of the cells. The optimal wall thickness of the cells of the sleepers is 5-15 mm and is selected on the basis of specific operating conditions (railway or tram track, track load, etc.). As a polymer material, at least for a honeycomb honeycomb structure, a crosslinked polymer, for example crosslinked polyethylene, or a composite material, for example fiberglass with a binder in the form of a thermosetting synthetic resin, can be used.
Сшитый полимер, в частности сшитый полиэтилен, обладает высокой усталостной прочностью, стабильностью формы, трещиностойкостью, высокой ударопрочностью и ударной вязкостью даже при низкой температуре, высокой износостойкостью на истирание, устойчивостью к коррозии. Композиционный материал, например стеклопластик со связующим в виде термореактивной синтетической смолы, (например, эпоксидной смолы) не подвержен коррозии и гниению, стоек к действию агрессивных сред, обладает прочностью на уровне высококачественных конструкционных сталей и высокой усталостной прочностью, имеет хорошие диэлектрические свойства. Использование перечисленных полимерных материалов позволяет создать шпалу, удовлетворяющую требованиям диэлектричности, прочности, износостойкости и долговечности в условиях переменных силовых и природно-климатических воздействий. Исходя из класса пути выбирается и материал: в пути с малой и средней грузонапряженностью шпала может быть выполнена из сшитого полиэтилена; в пути с высокой грузонапряженностью шпала может быть выполнена из полимерного композиционного материала.Crosslinked polymer, in particular crosslinked polyethylene, has high fatigue strength, shape stability, crack resistance, high impact strength and impact strength even at low temperature, high abrasion resistance, corrosion resistance. Composite material, for example fiberglass with a binder in the form of a thermosetting synthetic resin (for example, epoxy resin) is not subject to corrosion and decay, is resistant to aggressive environments, has strength at the level of high-quality structural steels and high fatigue resistance, has good dielectric properties. Using the listed polymeric materials allows you to create a sleeper that meets the requirements of dielectricity, strength, wear resistance and durability in conditions of variable power and natural-climatic influences. Based on the class of the path, the material is also selected: in a track with small and medium load stresses, the sleepers can be made of cross-linked polyethylene; in a way with a high load-carrying capacity, the sleepers can be made of a polymer composite material.
Отсутствие металлической арматуры и выполнение подрельсового участка шпалы монолитным позволяет улучшить упругие свойства шпалы, обеспечить надежное восприятие сил, действующих со стороны подошвы рельса, и равномерное их распределение по основанию пути, предохраняя его тем самым от преждевременного разрушения. Кроме того, монолитность подрельсового участка делает сотовидную конструкцию шпалы более жесткой и устойчивой к действующим нагрузкам, что позволяет использовать данную шпалу без заполнения ячеек конструкции, например, на мостах и эстакадах, то есть на сооружениях, для которых большое значение имеет вес устанавливаемых конструкций, в том числе и вес шпал. Монолитный подрельсовый участок шпалы может быть выполнен, из одного или нескольких полимерных материалов с разными показателями упругости:The absence of metal reinforcement and the monolithic construction of the rail section of the sleepers allows to improve the elastic properties of the sleepers, to ensure reliable perception of forces acting on the side of the rail sole, and their uniform distribution along the track base, thereby protecting it from premature destruction. In addition, the solidity of the rail section makes the honeycomb structure of the sleepers more rigid and resistant to current loads, which allows you to use this sleepers without filling the structural cells, for example, on bridges and overpasses, that is, on structures for which the weight of the installed structures is of great importance, in including the weight of the sleepers. A monolithic rail section of the sleepers can be made of one or more polymeric materials with different elasticity indices:
- подрельсовый участок может быть выполнен из того же полимерного материала, что и ячеистая сотовидная конструкция, например, из стеклопластика со связующим в виде термореактивной синтетической смолы, что делает данную конструкцию шпалы наиболее технологически простой;- the rail section can be made of the same polymer material as the honeycomb honeycomb structure, for example, fiberglass with a binder in the form of a thermosetting synthetic resin, which makes this construction of the sleepers the most technologically simple;
- подрельсовый участок может быть выполнен из полимерного материала из группы полиолефинов, в том числе из сшитого полимера, например из сшитого полиэтилена, что позволяет увеличить упругие свойства участка и при этом сохранить его прочностные свойства;- the rail section can be made of a polymer material from the group of polyolefins, including a cross-linked polymer, for example, cross-linked polyethylene, which allows to increase the elastic properties of the section and at the same time maintain its strength properties;
- подрельсовый участок может быть выполнен, по крайней мере, из двух горизонтальных слоев, выполненных из полимерных материалов с разными показателями упругости, причем менее упругий нижний слой полимерного материала (например, из стеклопластика), являющийся опорной частью подрельсового участка, жестко связан с ячеистой сотовидной конструкцией, что позволяет без разрушения воспринимать действующие со стороны подошвы рельса силы и равномерно распределять их на основание пути и земляное полотно, предохраняя их от преждевременного разрушения. При этом более упругий верхний слой подрельсового участка, толщина которого равна 7-25 мм, жестко связан только с нижним слоем (с опорной частью) и выполнен из одного или нескольких горизонтально расположенных слоев из одного или нескольких полимерных материалов, обладающих различными показателями упругости, в качестве которых могут быть использованы полимерные материалы из группы полиолефинов, например полиэтилен, полипропилен. Такое свободное положение упругого верхнего слоя, работающего как амортизатор, позволяет ему под действием подвижного состава деформироваться (сжиматься) без деформирования и искривления ячеистой конструкции.- the under-rail section can be made of at least two horizontal layers made of polymeric materials with different elasticities, the less elastic lower layer of the polymeric material (for example, fiberglass), which is the supporting part of the under-rail section, is rigidly connected with the cellular honeycomb construction, which allows without destruction to perceive the forces acting on the side of the sole of the rail and evenly distribute them to the base of the track and subgrade, protecting them from premature failure eniya. Moreover, the more elastic upper layer of the under-rail section, whose thickness is 7-25 mm, is rigidly connected only with the lower layer (with the supporting part) and is made of one or more horizontally arranged layers of one or more polymeric materials with different elasticity indices, in the quality of which can be used polymeric materials from the group of polyolefins, for example polyethylene, polypropylene. Such a free position of the elastic upper layer, which acts as a shock absorber, allows it to deform (compress) under the action of the rolling stock without deformation and curvature of the cellular structure.
Выполнение в подрельсовом участке верхнего упругого слоя по любому из перечисленных выше вариантов уменьшает жесткость пути и способствует гашению вибраций, возникающих в верхнем строении пути при прохождении подвижного состава, и сглаживанию пиков ударных нагрузок, что повышает срок службы всех элементов пути. При этом на малонагруженных путях используется однослойная конструкция подрельсового участка, в котором гашение вибрации происходит только за счет свойств используемого полимерного материала, имеющего повышенное внутреннее трение, и за счет большой толщины подрельсового участка. На средненагруженных участках пути используется двухслойная конструкция подрельсового участка, в котором за счет скачка механического сопротивления на границе раздела слоев, имеющих различные упругие свойства, происходит дополнительное гашение вибрации. На сильно нагруженных участках пути целесообразно использовать многослойную конструкцию упругого верхнего слоя подрельсового участка, в котором существует несколько границ раздела слоев, выполненных из материалов с различными упругими свойствами, что увеличивает возможности гашения вибрации и сопутствующего ей шума. При этом в многослойной конструкции целесообразно верхний слой, в состоянии окончательного монтажа контактирующий с подошвой рельса, выполнять из полимерного материала, наиболее устойчивого к истиранию, например из сшитого полиэтилена. Количество слоев и материалы, из которых выполнен упругий верхний слой подрельсового участка, выбираются исходя из того, что общая величина деформации должна сохранять постоянную заданную величину, равную величине упругого хода используемого рельсового скрепления, то есть 4-20 мм.The implementation in the under-rail section of the upper elastic layer according to any of the options listed above reduces the stiffness of the track and helps to damp the vibrations that occur in the upper structure of the track when passing the rolling stock, and smooth out the peaks of impact loads, which increases the service life of all elements of the track. At the same time, on single-track tracks, a single-layer construction of the rail section is used, in which vibration damping occurs only due to the properties of the polymer material used, which has increased internal friction, and due to the large thickness of the rail section. On medium-loaded sections of the track, a two-layer construction of the rail section is used, in which additional vibration damping occurs due to a jump in mechanical resistance at the interface between layers having different elastic properties. On heavily loaded sections of the track, it is advisable to use the multilayer design of the elastic upper layer of the rail section, in which there are several layer interfaces made of materials with different elastic properties, which increases the possibility of damping vibration and the accompanying noise. In this case, in a multilayer construction, it is advisable that the top layer, in the state of final installation, be in contact with the sole of the rail, be made of a polymer material that is most resistant to abrasion, for example, from cross-linked polyethylene. The number of layers and the materials from which the elastic upper layer of the rail section is made are selected on the basis that the total amount of deformation should maintain a constant predetermined value equal to the value of the elastic course of the rail fastening used, i.e. 4-20 mm.
Таким образом, используя правильный подход, может быть создан целый ряд конструкций подрельсового участка шпалы, каждая из которых будет обладать заранее заданными свойствами упругости и вибропоглощения в соответствии с конкретными условиями эксплуатации.Thus, using the right approach, a number of designs of the rail track section of the sleepers can be created, each of which will have predetermined elasticity and vibration absorption properties in accordance with specific operating conditions.
Наружная поверхность верхнего слоя подрельсового участка может быть выполнена рельефной, что увеличивает упругие свойства подрельсового участка шпалы и улучшает контакт с подошвой рельса.The outer surface of the upper layer of the rail section can be embossed, which increases the elastic properties of the rail section of the sleepers and improves contact with the bottom of the rail.
Ячейки сотовидной конструкции могут быть заполнены полимером (например, полиэтиленом), грунтом или любым бетоном, в том числе пескобетоном, грунтобетоном. Небольшой расход полимерного материала (по сравнению с прототипом) позволяет снизить стоимость шпалы. Благодаря небольшому размеру ячеек трещины (в бетоне), возникшие при неблагоприятных условиях, имеют малую протяженность, и разупрочнение бетона происходит на небольшом участке, соизмеримом с площадью ячейки, что практически не влияет на прочностные свойства шпалы в целом. Кроме того, наличие заполненных ячеек создает множество границ раздела сред (материал ячеистой конструкции - заполнитель ячеек), что усиливает гашение колебаний.Cells of a honeycomb structure can be filled with polymer (for example, polyethylene), soil or any concrete, including sand concrete, soil concrete. A small consumption of polymer material (compared with the prototype) can reduce the cost of sleepers. Due to the small size of the cells, cracks (in concrete) that arise under unfavorable conditions have a small length, and the softening of concrete occurs in a small area commensurate with the cell area, which practically does not affect the strength properties of the sleepers as a whole. In addition, the presence of filled cells creates many interfaces between the media (the material of the cellular structure is a placeholder), which enhances the damping of vibrations.
Боковые стороны шпалы могут быть выполнены ровными, а могут иметь выступы, выполненные за одно целое со шпалой и расположенные в зоне подрельсовых участков (в зоне воздействия динамических нагрузок) и/или в средней части шпалы (средняя часть шпалы - это участок шпалы, расположенный между подрельсовыми участками). Наличие выступов позволяет увеличить поверхность контакта шпалы с основанием пути, что повышает сопротивление поперечному сдвигу и уменьшает нагрузку на основание, то есть обеспечивается равномерное распределение усилий на основание и более равномерная осадка пути, что исключает возможный поворот шпалы в вертикальной плоскости и увеличивает срок службы пути между очередными ремонтами.The sides of the sleepers can be made even, but can have protrusions made in one piece with the sleepers and located in the area of the rail sections (in the zone of dynamic loads) and / or in the middle part of the sleepers (the middle part of the sleepers is a section of the sleepers located between rail sections). The presence of protrusions allows you to increase the contact surface of the sleepers with the base of the path, which increases the resistance to lateral shear and reduces the load on the base, that is, a uniform distribution of forces on the base and a more uniform settlement of the path is ensured, which eliminates the possible rotation of the sleepers in the vertical plane and increases the service life of the track between regular repairs.
Расположение выступов в центре средней части шпалы дополнительно увеличивает жесткость средней части шпалы, что позволяет уменьшить ее изгиб под действием поездной нагрузки, то есть увеличить несущую способность средней части шпалы.The location of the protrusions in the center of the middle part of the sleepers additionally increases the rigidity of the middle part of the sleepers, which reduces its bending under the influence of train load, that is, to increase the bearing capacity of the middle part of the sleepers.
В том случае, когда выступы расположены в зоне подрельсовых участков шпалы и верхняя поверхность каждого выступа является продолжением подрельсовой площадки шпалы, увеличивается площадь контакта рельса со шпалой, что уменьшает прогиб рельсов при движении транспорта, а следовательно, уменьшается и угон рельсов. При этом контактное давление рельса на шпалу уменьшается, снижается нагрузка на основание пути, благодаря чему увеличивается его несущая способность и повышается стабильность пути.In the case when the protrusions are located in the area of the under-rail sections of the sleepers and the upper surface of each protrusion is a continuation of the under-rail platform of the sleepers, the contact area of the rail with the sleepers increases, which reduces the deflection of the rails during traffic, and consequently, the theft of the rails also decreases. In this case, the contact pressure of the rail onto the railroad tie decreases, the load on the track base decreases, due to which its bearing capacity increases and the track stability increases.
В том случае, когда нижняя поверхность выступа расположена ниже опорной поверхности шпалы примерно на 5-10 см увеличивается площадь контакта шпалы с основанием пути, что, за счет повышения сопротивления шпалы продольному сдвигу, уменьшает угон пути, и, как следствие, защищает путь от разрушения. Изменяя высоту той части выступа, которая расположена ниже опорной поверхности шпалы, можно менять сопротивление шпалы продольному сдвигу.In the case when the lower surface of the protrusion is approximately 5-10 cm lower than the supporting surface of the sleepers, the contact area of the sleepers with the base of the path increases, which, by increasing the resistance of the sleepers to longitudinal shear, reduces the theft of the path and, as a result, protects the path from destruction . By changing the height of that part of the protrusion, which is located below the supporting surface of the sleepers, it is possible to change the resistance of the sleepers to longitudinal shear.
Соединение выступов между собой через основание шпалы с помощью перемычки обеспечивает дополнительное увеличение сопротивления поперечному сдвигу шпалы, а расположение перемычки в подрельсовой зоне дополнительно увеличивает ее прочность.The connection of the protrusions between each other through the base of the sleepers with the help of a jumper provides an additional increase in resistance to the transverse shear of the sleepers, and the location of the jumper in the under-rail zone further increases its strength.
Выбор конкретной конструкции шпалы и особенностей выполнения и расположения выступов на боковой поверхности шпалы осуществляется исходя из конкретных условий эксплуатации. Например, на тех участках пути, где больше проявляется угон (на спусках, на тормозных участках, на участках с большим грузопотоком), целесообразно использовать шпалу с выступами, нижняя поверхность которых расположена ниже опорной поверхности шпалы, в том числе и шпалу, в которой выступы соединены между собой через основание шпалы с помощью перемычки. На прямых и малонагруженных участках пути целесообразно использовать шпалу с ровными боковыми поверхностями, то есть без выступов.The choice of the concrete design of the sleepers and the features of the design and location of the protrusions on the side surface of the sleepers is carried out based on specific operating conditions. For example, in those sections of the road where theft is more pronounced (on descents, on brake sections, in areas with high cargo flow), it is advisable to use a tie with ledges, the lower surface of which is located below the supporting surface of the tie, including a tie, in which the ledges interconnected through the base of the sleepers with a jumper. On straight and lightly loaded sections of the track, it is advisable to use a sleeper with smooth lateral surfaces, that is, without protrusions.
При проведении поиска по источникам патентной и научно-технической литературы не обнаружено решений, содержащих совокупность предлагаемых признаков для решения поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».When conducting a search in the sources of patent and scientific and technical literature, no solutions were found containing the totality of the proposed features for solving the task, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the patentability criterion of "novelty" and "inventive step".
Заявляемое техническое решение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1-6 схематично изображены варианты выполнения заявляемой шпалы, на фиг.7 схематично изображена многослойная конструкция подрельсового участка шпалы.The claimed technical solution is illustrated by drawings, where Figs. 1-6 schematically depict embodiments of the inventive sleepers, Fig. 7 schematically depicts a multilayer construction of the rail section of the sleepers.
Шпала выполнена в виде полимерной пространственной ячеистой сотовидной конструкции 1, в которой подрельсовый участок 2 выполнен монолитным, по крайней мере, из одного полимерного материала.The sleeper is made in the form of a polymer spatial
Ниже приведены возможные варианты выполнения монолитного участка 2, реализованные с помощью предлагаемого изобретения:The following are possible embodiments of the
- подрельсовый участок 2 и ячеистая сотовидная конструкция 1 выполнены из одного полимерного материала, например из стеклопластика со связующим в виде термореактивной синтетической смолы;- the
- подрельсовый участок 2 выполнен из полимерного материала из группы полиолефинов, например из сшитого полиэтилена, а ячеистая сотовидная конструкция 1 выполнена из стеклопластика;- the
- подрельсовый участок 2 выполнен, по крайней мере, из двух горизонтальных слоев, выполненных из полимерных материалов с разными показателями упругости (фиг.7). Нижний слой 3 является опорной частью подрельсового участка 2 и обладает хорошими прочностными свойствами и умеренной упругостью. Слой 3 жестко связан с ячеистой сотовидной конструкцией 1 и, преимущественно, выполняется из того же полимерного материала, что и ячеистая конструкция 1. Более упругий верхний слой подрельсового участка 2 жестко связан только с нижним слоем 3 и выполнен из одного или нескольких горизонтально расположенных слоев 4 из одного (например, из газонаполненного полиэтилена с различной структурой и свойствами) или из нескольких полимерных материалов, обладающих различными показателями упругости (например, полиэтилен, полипропилен, газонаполненный полиэтилен). Слой 5 в состоянии окончательного монтажа контактирующий с подошвой рельса (на чертеже не показано) выполнен из полимерного материала, наиболее устойчивого к истиранию, например из сшитого полиэтилена. Общая толщина h слоев 4 и 5 равна 7-25 мм.-
Площадь каждой ячейки 6 ячеистой конструкции 1 равна 9-16 см2. Боковые стороны 7 шпалы могут быть выполнены ровными, а могут иметь выступы 8, выполненные за одно целое со шпалой и расположенные в зоне подрельсовых участков 2 (в зоне воздействия статических и динамических нагрузок) и/или в средней части 9 шпалы. Верхняя поверхность выступа 8 может являться продолжением верхней поверхности шпалы или может быть расположена ниже верхней поверхности шпалы на величину h1. Нижняя поверхность выступа 8 может быть расположена ниже опорной поверхности шпалы на величину h2. Выступы 8, расположенные на противоположных боковых сторонах 7 и соединенные между собой под опорной поверхностью шпалы, могут иметь 
Толщина стенок ячеек 6 выбирается исходя из конкретных условий эксплуатации (железнодорожный или трамвайный путь, грузонапряженность пути и т.д.) и может быть равна 5-15 мм.The wall thickness of
Заявляемую шпалу изготавливают литьем, в том числе и многокомпонентным литьем, или формовкой, или любым другим известным способом. Полученная таким образом шпала имеет заранее заданные форму и геометрические параметры и не требует дополнительной обработки. В заранее определенные места 10 или ячейки 6 шпалы устанавливают элементы, относящиеся к рельсовым скреплениям, например анкера, закладные детали и т.п. На верхней поверхности слоя 6 выполнены рельефные выступы 11: прямоугольные, квадратные, круглые, трапецеидальные, усеченно-конические.The inventive sleepers are made by casting, including multi-component casting, or molding, or by any other known method. The sleeper thus obtained has a predetermined shape and geometric parameters and does not require additional processing. In
Предлагаемая конструкция шпалы предназначена для использования на рельсовых путях с балластным и с безбалластным основанием, в том числе на искусственных сооружениях (тоннелях, мостах). При установке шпалы непосредственно на балластное основание частицы балласта вдавливаются в полимерный материал подрельсового участка 2 шпалы на глубину не более 2 мм и, таким образом, положение верхнего слоя балласта оказывается зафиксированным, а нежелательное перемещение частиц балласта может иметь место только в нижних его слоях. При использовании на безбалластном рельсовом пути, в том числе в тоннелях, шпалы могут быть установлены в углублениях, выполненных в плите, являющейся основанием пути (на чертеже не показано). Для работы в тоннеле шпалы укладывают на любое подготовленное основание, разрешенное к использованию в тоннелях, и закрепляют на нем любым приемлемым способом (анкерами и/или клеящими мастиками и т.д.). На мостах используют шпалы с незаполненными ячейками 6 конструкции 1, что делает шпалу предельно легкой. При этом известно, что на мостах и в тоннелях за счет существующих ограничений скоростей движения подвижного состава динамические нагрузки на путь ниже, чем на основном пути.The proposed design of the sleepers is intended for use on rail tracks with ballast and ballastless foundation, including on artificial structures (tunnels, bridges). When the sleepers are installed directly on the ballast base, the ballast particles are pressed into the polymeric material of the
Сразу после окончания монтажных работ путь считается готовым к эксплуатации.Immediately after completion of installation work, the path is considered ready for operation.
При эксплуатации в условиях статических и динамических нагрузок со стороны подвижного состава шпала в зоне подрельсовых участков 2 принимает на себя эти нагрузки. Ячейки 6 шпалы, связанные между собой в пространственной структуре, распределяют нагрузку на всю поверхность основания (на чертеже не показано), в результате чего снижается величина вертикального напряжения на него, то есть снижается вероятность разрушения и увеличивается несущая способность. При этом происходит гашение вибрации как в подрельсовом участке 2, так и в заполненных ячейках 6 конструкции 1, и одновременно снижается шум, обычно сопутствующий вибрации. Благодаря тому, что между упругим слоем (слои 4 и 6) подрельсового участка 2 и ячеистой конструкцией 1 существует зазор «с», величина которого равна 1-2 мм, данный слой, работающий и как амортизатор, при восприятии нагрузок со стороны подвижного состава деформируется (сжимается) без вовлечения в данную деформацию ячеистой конструкции 1.When operating in conditions of static and dynamic loads from the rolling stock, the sleeper in the area of the
Благодаря выступам 8 увеличивается поверхность контакта шпалы с основанием (балластом), что повышает сопротивление поперечному и продольному сдвигу, более равномерно распределяются усилия на основание, уменьшается изгиб средней части 9 шпалы, уменьшается угон пути. Возникающие при движении поезда горизонтально направленные воздействия как по оси пути (силы торможения и ускорения), так и перпендикулярно оси пути (центробежные и секущие силы) эффективно компенсируются за счет относительно большой опорной площади шпалы.Due to the
Заявляемая шпала недорога, конструктивно и технологически проста, обладает высокой точностью геометрических параметров, высокой сопротивляемостью продольным и поперечным смещениям при эксплуатации и необходимыми показателями прочности, износостойкости, упругости и диэлектричности. Шпала имеет хорошее сцепление со щебеночным балластом и малую чувствительность к колебаниям температуры, обладает хорошей упругостью и виброгашением, что позволяет эксплуатировать путь на таких шпалах без использования прокладок-амортизаторов.The inventive sleepers are inexpensive, structurally and technologically simple, have high accuracy of geometric parameters, high resistance to longitudinal and transverse displacements during operation and the necessary indicators of strength, wear resistance, elasticity and dielectricity. The sleeper has good adhesion to ballast ballast and low sensitivity to temperature fluctuations, has good elasticity and vibration damping, which allows the track to be operated on such sleepers without the use of shock absorbers.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009137071/11A RU2413047C1 (en) | 2009-10-08 | 2009-10-08 | Sleeper |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009137071/11A RU2413047C1 (en) | 2009-10-08 | 2009-10-08 | Sleeper |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2413047C1 true RU2413047C1 (en) | 2011-02-27 |
Family
ID=46310626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009137071/11A RU2413047C1 (en) | 2009-10-08 | 2009-10-08 | Sleeper |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2413047C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2499860C2 (en) * | 2012-01-10 | 2013-11-27 | Геннадий Геннадьевич Лосев | Sleeper |
-
2009
- 2009-10-08 RU RU2009137071/11A patent/RU2413047C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2499860C2 (en) * | 2012-01-10 | 2013-11-27 | Геннадий Геннадьевич Лосев | Sleeper |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102240472B1 (en) | Composite railway sleeper | |
| CN106368115B (en) | A kind of shock isolation system suitable for medium and small span beam bridge | |
| JP2008520867A (en) | Bridge reinforcement method | |
| Kaewunruen | Effectiveness of using elastomeric pads to mitigate impact vibration at an urban turnout crossing | |
| Montalbán Domingo et al. | Analysis of the influence of cracked sleepers under static loading on ballasted railway tracks | |
| AU2001284159B2 (en) | Method of stabilizing particulates | |
| AU2001284159A1 (en) | Method of stabilizing particulates | |
| CN205012159U (en) | Embedded track system | |
| CN201103082Y (en) | Embedded load-bearing rail | |
| KR20080103664A (en) | Fill up type rail structure having good vibration isolation efficiency | |
| CN204343108U (en) | A kind of split type continuous support ballast bed system | |
| RU2413047C1 (en) | Sleeper | |
| KR101272472B1 (en) | Low-vibration Railroad Bridge of Elastic Resin Fixing Method | |
| CN105113340A (en) | Composite sleeper device based on waste steel rail framework and strength detecting method thereof | |
| CN107805977A (en) | Elastic shoe and resilient sleeper-bearing component and non-fragment orbit for non-fragment orbit | |
| CN105256668A (en) | Embedded track system | |
| US20040245353A1 (en) | Rail arrangement | |
| CN207176403U (en) | Elastic shoe and resilient sleeper-bearing component and non-fragment orbit for non-fragment orbit | |
| RU2425920C2 (en) | Stable ballast-free rail track | |
| Tzanakakis et al. | The effect of track stiffness on track performance | |
| RU2412298C1 (en) | Polymer sleeper | |
| RU2434982C2 (en) | Sleeper based on spatial cellular frame | |
| RU2425188C2 (en) | Ballast-free track | |
| Khalilovich et al. | Construction of reinforced concrete sleepers on the railway at high-speed train traffic | |
| RU2427679C2 (en) | Sleeper based on cellular frame |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131009 |