ЭЛАСТИЧНАЯ ПОДКЛАДКА, В ЧАСТНОСТИ, РЕЛЬСОВАЯ ПОДКЛАДКА Российский патент 2001 года по МПК E01B9/68 

Изобретение относится к эластичной подкладке, в частности рельсовой подкладке, изготовленной из эластичной пластмассы или резины и используемой, главным образом, в верхних строениях железнодорожных путей в качестве элемента, ослабляющего вибрации и поглощающего динамические нагрузки, передаваемые на рельсы транспортом.

Известно множество конструкций эластичных плоских подкладок, как правило, прямоугольной формы, из пластмассы или резины, применяемых в верхних строениях железнодорожных путей в качестве элемента, ослабляющего вибрации и поглощающего динамические нагрузки. Любая пластмассовая рельсовая подкладка имеет две противоположные стороны, одна из которых лежит на верхней поверхности элемента рельсового фундамента или на верхней поверхности металлической опорной плиты, а другая лежит под нижней поверхностью подошвы рельса или под нижней поверхностью металлической прокладки. Одна или обе противоположные стороны подкладки имеют профили различного типа, т.е. на них выполнены канавки, столбики и другие выступы для улучшения динамических свойств рельсовых подкладок и уменьшения динамических нагрузок, передаваемых на рельсовый фундамент.

Из патента Германии N 865147 известна эластичная рельсовая подкладка, состоящая из тонкой средней пластины с выступами, выполненными на обеих ее сторонах напротив друг друга. Выступы расположены на одинаковых расстояниях друг от друга и имеют круглое или подобное сечение.

Из патента Франции N 1211567 известна эластичная рельсовая подкладка, имеющая на обеих основных сторонах множество цилиндрических выступов или выступов в форме усеченного конуса, выполненных на равных расстояниях друг от друга так, что выступы на одной стороне находятся непосредственно напротив выступов на другой стороне подкладки.

Из патента Великобритании N 946936 известна эластичная рельсовая подкладка, имеющая несколько отдельных, несущих нагрузку участков в виде выступов в форме шестигранной усеченной пирамиды, расположенных на обеих сторонах подкладки и отделенных один от другого V-образными канавками. Шестигранные выступы на противоположных сторонах находятся непосредственно один напротив другого. В отдельных вариантах выполнения подкладки выступы на одной стороне могут быть круглыми, коническими или плоскими.

Из европейского патента N 169685 известна эластичная рельсовая подкладка, состоящая из мембраны, изготовленной из эластичного материала, например натурального каучука, и стержнеобразных выступов на обеих противоположных сторонах подкладки. Стержнеобразные выступы, обычно цилиндрической формы, имеют одинаковый размер и равномерно размещены на обеих сторонах подкладки.

Из патента США N 4648554 и европейского патента N 279094 известна эластичная рельсовая подкладка, содержащая множество выполненных на ее противоположных сторонах лунок, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга. Центры лунок, выполненных на одной стороне подкладки, смещены параллельно в горизонтальном направлении относительно центров лунок на другой стороне так, что, если смотреть в разрезе, подкладка состоит из соединенных между собой дугообразных участков. Каждая лунка на одной стороне подкладки расположена между четырьмя лунками на противоположной стороне подкладки.

Из патента США N 4971247 известна эластичная рельсовая подкладка, имеющая выступы в виде отдельных островков на одной или обеих противоположных сторонах, например, в форме уголков.

Из патента США N 5195679 известна эластичная рельсовая подкладка, в которой выступы на одной ее стороне смещены относительно выступов на другой стороне так, что при горизонтальном положении подкладки вертикальную линию можно провести не более чем через один выступ. Каждый выступ представляет собой отдельный островок с торцом круглой или прямоугольной формы. Выступы имеют вид коротких цилиндров или вытянутых прямоугольных призм.

Из патента США N 5335850 известна эластичная рельсовая подкладка, состоящая из центральной сердцевины и множества стержней, расположенных на равных расстояниях друг от друга и выступающих от обеих противоположных сторон сердцевины. Высота стержней имеет два разных значения, причем стержни смещены друг от друга так, что более высокие стержни на одной стороне подкладки находятся напротив более низких стержней на ее другой стороне. Стержни не связаны между собой и имеют криволинейные боковые стенки, обращенные выпуклостью наружу.

Эластичная подкладка согласно изобретению, выполненная из эластичной пластмассы или резины, имеющая две противоположные стороны, отличается тем, что по меньшей мере одна из противоположных сторон имеет поверхность, которая по меньшей мере частично определяется, по меньшей мере приблизительно, простой и/или составной тригонометрической синусоидальной и/или косинусоидальной функцией так, что по меньшей мере на части одной из двух противоположных сторон эластичной подкладки выполнены выступы и впадины, расположенные поочередно и плавно переходящие друг в друга.

Целесообразно, чтобы по меньшей мере на одной из противоположных сторон эластичной подкладки по меньшей мере часть всех выступов была выполнена в виде валиков, а часть всех впадин была выполнена в виде канавок, причем валики и канавки чередуются, образуя волнистую поверхность. Валики и канавки проходят рядом вдоль прямых и/или кривых линий.

Также представляется выгодным, чтобы по меньшей мере на одной из противоположных сторон эластичной подкладки согласно изобретению по меньшей мере часть всех выступов была выполнена в виде куполов, по меньшей мере часть всех впадин была выполнена в виде чаш, и каждый купол был окружен четырьмя соседними чашами и четырьмя соседними седлообразными участками поверхности, при этом четыре чаши и четыре седлообразных участка поверхности расположены поочередно, и чтобы аналогично каждая чаша была окружена четырьмя соседними куполами и четырьмя соседними седлообразными участками поверхности, причем четыре купола и четыре седлообразных участка поверхности расположены поочередно.

Изобретение обеспечивает получение очень эффективных эластичных подкладок, в частности рельсовых подкладок. При прохождении железнодорожного транспорта эластичная подкладка согласно изобретению деформируется легко и мягко и поэтому хорошо ослабляет вибрации и поглощает удары, возникающие при прохождении колес железнодорожного транспорта по участку рельса, лежащему непосредственно на этой подкладке. Предлагаемая эластичная подкладка не смещается относительно нижней поверхности подошвы рельса и/или верхней поверхности шпалы и, таким образом, не выскальзывает из зазора между подошвой рельса и шпалой, что предотвращает абразивный износ шпалы в ее части, находящейся под рельсом, и защищает эластичную подкладку от износа. При сжатии предлагаемой эластичной подкладки ни в одной из ее точек не возникает концентрации напряжений, а материал выступов легко и свободно перемещается, постепенно заполняя впадины.

Далее изобретение будет описано на примерах со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет собой первый вариант выполнения эластичной рельсовой подкладки согласно изобретению, вид сверху;
фиг. 2 - тот же первый вариант выполнения подкладки, разрез по линии А-А на фиг. 1;
фиг. 3 - первый вариант выполнения подкладки в аксонометрии;
фиг. 4 - второй вариант выполнения эластичной рельсовой подкладки, вид частично сверху и частично в разрезе по линии D-D на фиг. 6;
фиг. 5 - тот же второй вариант выполнения подкладки, разрез по линии B-B на фиг. 4;
фиг. 6 - второй вариант выполнения подкладки, разрез по линии C-C на фиг. 4;
фиг. 7 - второй вариант выполнения подкладки в аксонометрии;
фиг. 8 - третий вариант выполнения эластичной рельсовой подкладки согласно изобретению, вид сверху с использованием геодезических линий, иллюстрирующих часть верхней поверхности эластичной подкладки, которая определяется составной тригонометрической синусоидальной функцией;
фиг. 9 - тот же третий вариант выполнения подкладки, разрез по линии E-E на фиг. 8; и
фиг. 10 - третий вариант выполнения подкладки в аксонометрии.

В первом варианте выполнения эластичной рельсовой подкладки согласно изобретению, изготовленной из эластичной пластмассы, одна из двух противоположных сторон, верхняя, предназначенная для контакта с нижней поверхностью подошвы рельса, имеет поверхность, определяемую простой тригонометрической синусоидальной функцией, которая в прямоугольных (Декартовых) координатах описывается уравнением: z = a sin x, у = b, где а и b - числовые коэффициенты, коэффициент "а" не равен нулю, а x, у, z - координаты в Декартовой системе координат, построенной таким образом, что координатные оси x и у параллельны нижней поверхности подошвы рельса, а координатная ось z перпендикулярна к этой поверхности. На верхней стороне подкладки поверхности подушки согласно изобретению выполнены выступы в виде валиков 1 и впадины в виде канавок 2. Валики 1 и канавки 2 чередуются между собой и плавно переходят друг в друга, образуя волнистую цилиндрическую поверхность. Валики 1 и канавки 2 проходят рядом вдоль прямых параллельных линий, так что расстояние между ними постоянно. Другая, нижняя сторона эластичной рельсовой подкладки, предназначенная для контакта с верхней поверхностью рельсового фундамента, выполнена плоской.

Во время прохождения железнодорожного транспорта эластичная подкладка, выполненная согласно изобретению, деформируется легко и мягко и поэтому хорошо ослабляет вибрации и поглощает удары, возникающие при качении колес железнодорожного транспорта по участку рельса, лежащему непосредственно на этой подкладке. В начальной фазе деформации валики 1, выполненные на верхней стороне предлагаемой эластичной рельсовой подкладки, мнутся и уплотняются таким образом, что материал, который их образует, легко и свободно перемещается, постепенно заполняя канавки 2, выполненные на той же стороне подкладки. Благодаря синусоидальной форме валиков 1 и канавок 2, при смятии валиков 1 под действием циклических динамических нагрузок и вибраций, возникающих во время прохождения железнодорожного транспорта, отсутствует проскальзывание между поверхностью валиков 1 и нижней поверхностью подошвы рельса, что ограничивает износ эластичной подкладки, вызываемый истиранием.

По мере того как деформация, вызванная смятием и уплотнением предлагаемой эластичной рельсовой подкладки, возрастает, валики 1 сдавливаются так, что полностью заполняют канавки 2. С этого момента предлагаемая эластичная рельсовая подкладка становится полностью плоской и поэтому намного жестче, и дальнейшая ее деформация может происходить только при значительном увеличении нагрузки. Изменение жесткости эластичной рельсовой подкладки ограничивает поворот рельсов на криволинейном участке рельсового пути под действием поперечных усилий.

Второй вариант выполнения предлагаемой эластичной рельсовой подкладки отличается от первого варианта выполнения тем, что валики 1a и канавки 2a проходят рядом вдоль кривых, представляющих собой концентричные эллипсы, большие оси которых лежат на одной из двух осей симметрии эластичной подкладки, а малые оси лежат на другой ее оси симметрии. В начальной фазе деформации валики 1a, выполненные на верхней стороне эластичной рельсовой подкладки, мнутся и уплотняются так, что образующий их материал легко и свободно перемещается, постепенно заполняя канавки 2a, выполненные на той же стороне подкладки. Благодаря синусоидальной форме валиков 1a и канавок 2a, при смятии валиков 1a отсутствует смещение верхней поверхности эластичной рельсовой подкладки относительно нижней поверхности подошвы рельса. Поскольку валики 1a и канавки 2a проходят рядом по концентричным эллиптическим линиям, в начальной фазе деформации жесткость предлагаемой эластичной рельсовой подкладки различна на различных участках ее верхней поверхности.

Возможны также такие варианты выполнения эластичной подкладки, которые имеют все конструктивные признаки первого или второго варианта, кроме одного. А именно, валики и канавки в таких вариантах выполнения проходят рядом с постоянным расстоянием между ними частично вдоль прямых линий и частично вдоль кривых. В еще одном варианте выполнения валики и канавки проходят рядом, приближаясь друг к другу и/или удаляясь друг от друга.

В третьем варианте выполнения эластичной рельсовой подкладки, выполненной из эластичной пластмассы, одна из двух противоположных сторон, верхняя, предназначенная для контакта с нижней поверхностью подошвы рельса, имеет поверхность, определяемую составной тригонометрической синусоидальной функцией, которая в прямоугольных (Декартовых) координатах описывается уравнением: z = a sin x + b sin у, где а и b - числовые коэффициенты, не равные нулю, а x, у, z - координаты в Декартовой системе, построенной таким образом, что координатные оси x и у параллельны нижней поверхности подошвы рельса, а координатная ось z перпендикулярна к этой поверхности. На верхней стороне эластичной рельсовой подкладки согласно изобретению выполнены выступы в виде куполов 3 и впадины в виде чаш 4. Куполы 3 и чаши 4 расположены поочередно. Каждый купол 3 окружен четырьмя соседними чашами 4 и четырьмя соседними седлообразными участками 5 поверхности, при этом четыре чаши 4 и четыре седлообразных участка 5 поверхности расположены поочередно. Аналогично, каждая чаша 4 окружена четырьмя соседними куполами 3 и четырьмя соседними седлообразными участками 5 поверхности, при этом четыре купола 3 и четыре седлообразных участка 5 поверхности расположены поочередно. Другая, нижняя поверхность эластичной рельсовой подкладки согласно изобретению, предназначенная для контакта с верхней поверхностью рельсового фундамента, выполнена плоской.

При прохождении железнодорожного транспорта эластичная рельсовая подкладка деформируется так, что куполы 3, выполненные на верхней стороне подкладки, мнутся и уплотняются и образующий куполы материал легко и свободно перемещается, постепенно заполняя чаши 4, выполненные на той же стороне подкладки. Благодаря синусоидальной форме куполов 3 и чаш 4, при смятии куполов 3 под действием циклических динамических нагрузок и вибраций, возникающих во время прохождения железнодорожного транспорта, отсутствует проскальзывание между поверхностью куполов 3 и нижней поверхностью подошвы рельса, что ограничивает износ эластичной подкладки, вызываемый истиранием.

По мере того как деформация, вызванная смятием и уплотнением эластичной рельсовой подкладки, возрастает, куполы 3 сдавливаются так, что полностью заполняют чаши 4. С этого момента эластичная рельсовая подкладка становится полностью плоской и поэтому намного жестче, и дальнейшая ее деформация может иметь место только при значительном увеличении нагрузки. Изменение жесткости эластичной рельсовой подкладки ограничивает поворот рельса на криволинейных участках рельсового пути под действием поперечных сил.

Возможны варианты выполнения предлагаемой эластичной подкладки, в которых поверхность на одной и той же стороне определяется обеими, простой и составной, тригонометрическими синусоидальной и/или косинусоидальной функциями.

Возможны также варианты выполнения эластичной прокладки, выполненной предпочтительно из эластичной пластмасссы или резины, где поверхности обеих противоположных сторон определяются простыми и/или составными тригонометрическими синусоидальными и/или косинусоидальными функциями, имеющими одинаковые параметры или отличающиеся периодом и/или амплитудой и/или фазовым сдвигом, в то же время выгодно, если синусоидальная или косинусоидальная функция, определяющая поверхность верхней стороны предлагаемой эластичной подкладки, имеет меньший период и меньшую амплитуду, чем синусоидальная или косинусоидальная функция, определяющая поверхность нижней стороны подкладки. При этом по меньшей мере часть всех выступов выполнена в виде валиков и по меньшей мере часть всех впадин выполнена в виде канавок, причем валики и канавки расположены поочередно и образуют волнистую поверхность.

Возможны и такие варианты выполнения предлагаемой эластичной подкладки, где поверхность одной стороны или поверхности обеих противоположных сторон подкладки определяется приблизительно простыми и/или составными тригонометрическими синусоидальными и/или косинусоидальными функциями.

Изобретение относится к строительству железных дорог касается эластичной подкладки, в частности рельсовой подкладки, выполненной предпочтительно из эластичной пластмассы или резины, имеющей две противоположные стороны, и по меньшей мере одна из противоположных сторон имеет поверхность, которая по меньшей мере частично определяется, по меньшей мере приблизительно, простой и/или составной тригонометрической синусоидальной и/или косинусоидальной функцией так, что по меньшей мере на части одной из двух противоположных сторон эластичной подкладки выполнены выступы и впадины, расположенные поочередно и плавно переходящие друг в друга. Данная прокладка имеет повышенные характеристики поглощения вибраций. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Эластичная подкладка, в частности рельсовая подкладка, выполненная предпочтительно из эластичной пластмассы или резины, имеющая две противоположные стороны, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из противоположных сторон имеет поверхность, которая по меньшей мере частично определяется, по меньшей мере приблизительно, простой и/или составной тригонометрической синусоидальной и/или косинусоидальной функцией так, что по меньшей мере на части одной из двух противоположных сторон эластичной подкладки выполнены выступы и впадины, расположенные поочередно и плавно переходящие друг в друга. 2. Эластичная подкладка по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере на одной из противоположных сторон по меньшей мере часть всех выступов выполнена в виде валиков (1,1а) и по меньшей мере часть всех впадин выполнена в виде канавок (2,2а), причем валики (1,1а) и канавки (2,2а) расположены поочередно и образуют волнистую поверхность. 3. Эластичная подкладка по п.2, отличающаяся тем, что валики (1,1а) и канавки (2,2а) проходят рядом вдоль прямых и/или кривых линий. 4. Эластичная подкладка по п.1, отличающаяся тем, что на одной из противоположных сторон по меньшей мере часть всех выступов выполнена в виде куполов (3) и по меньшей мере часть всех впадин выполнена в виде чаш (4), каждый купол (3) окружен четырьмя соседними чашами (4) и четырьмя соседними седлообразными участками (5) поверхности, причем четыре чаши (4) и четыре седлообразные участка (5) поверхности расположены поочередно и, аналогично, каждая чаша (4) окружена четырьмя соседними куполами (3) и четырьмя соседними седлообразными участками (5) поверхности, причем четыре купола (3) и четыре седлообразные участка (5) поверхности расположены поочередно.