УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ВИБРАЦИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ Российский патент 2004 года по МПК E01B1/00 E01B2/00 

Изобретение относится к строительству железнодорожного пути метрополитена мелкого заложения и железнодорожных вводов и касается проблемы снижения уровня возбуждаемой движением поездов вибрации в конструкциях тоннеля и наземных сооружениях.

Из анализа уровня техники в данной области известно несколько технических решений, направленных на снижение уровня вибрации, передаваемой на конструкции тоннеля и наземных сооружений.

Известно устройство для снижения уровня вибрации железнодорожного пути, выполненное из резиновой прокладки, установленной под металлическую подкладку, на которую опирается рельс.

Прокладка выполнена в виде пластины прямоугольной формы, имеющей выступы (ребра), расположенные поперечно длине прокладки. По углам прокладка имеет отверстия для прохода путевых шурупов, прикрепляющих через металлическую подкладку рельс к шпале (см. В.Ф. Барабошин и др. Виброзащита верхнего строения пути. Ж. "Метрострой", 1980, 3, с. 19-21).

Недостатком этой конструкции является низкая эффективность виброзащиты на максимальных по энергии частотах (25-40 Гц) из-за высокой динамической жесткости прокладки и, кроме того, из-за передачи вибрации от металлической подкладки на шпалу через путевой шуруп.

Известна конструкция верхнего строения пути, содержащая железобетонные рамы, размещенные в углублениях бетонного основания с зазором относительно его боковых поверхностей; указанный зазор заполнен сыпучим материалом, а в углублении бетонного основания выполнены поперечные пазы для виброизоляторов. Кроме того, виброизолятор содержит два клинообразных элемента из упругого материала, соприкасающихся между собой наклонными поверхностями, на которых выполнены рифления, а на боковых поверхностях каждого из элементов имеются выступы, охватывающие парный ему элемент.

На подрельсовых железобетонных рамах выполнены выемки прямоугольной формы в плане, для размещения вкладышей, а подрельсовые железобетонные рамы скреплены с монолитным бетонным основанием с помощью крепежных элементов (Авторское свидетельство СССР 1019041, Е 01 В 9/66, 1981).

Недостатком этого технического решения является высокая материалоемкость и трудоемкость; кроме того, заполнение, например щебнем, бокового пространства между боковыми поверхностями рамы и углублений бетонного основания вызывает передачу вибрации горизонтального направления на бетонное основание, что существенно снижает эффективность виброзащиты. Таким же "мостиком" передачи вибрации являются входящие в конструкцию тяги, соединенные с анкерами, находящимися в бетонном основании (путевом бетоне).

Наиболее близким техническим решением является устройство для снижения вибрации, состоящее из нижнего, двух боковых и торцевого элементов. Нижний элемент выполнен из верхней и нижней половин. Каждая их указанных половин выполнена с обращенными к другой половине первыми выступами разной высоты - по ее периметру, вторыми выступами, расположенными на поперечной оси пластины, и третьими выступами, расположенными симметрично относительно поперечной оси, причем первые выступы верхней и нижней половин прокладки расположены с возможностью взаимодействия и зацепления своими боковыми поверхностями, вторые выступы расположены с возможностью взаимодействия их нижними поверхностями, при этом боковые упругие прокладки связаны со шпалами штифтовым соединением (Авторское свидетельство СССР 1684389, Е 01 В 1/00, 1989).

Недостатком этого устройства являются: наличие вставленных одна в другую половин нижнего опорного элемента, что приводит к излишней материалоемкости, не связанной с эффективностью виброзащиты, и необходимость двухстадийного монтажа для предотвращения попадания во внутреннюю полость элемента путевого бетона при его укладке; жесткая связь с путевым бетоном ребристых снаружи боковых и торцевых элементов при их плотном прилегании внутренней стороной к шпале, что приводит к передаче горизонтальной вибрации на тоннель вследствие несжимаемости резины в замкнутом объеме; сплошное примыкание боковых и торцевых элементов к шпале, что приводит к дополнительному ужесточению устройства за счет трения при перемещениях шпалы и снижает, тем самым, эффективность защиты от вертикальной вибрации.

Техническое решение направлено на снижение уровня вибрации железнодорожного пути, кроме того, одновременно достигается снижение материалоемкости и упрощение монтажа.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для снижения уровня вибрации железнодорожного пути, установленном на шпале-коротыше, состоящем из вмещающего упругие элементы жесткого короба, нижнего упругого опорного элемента, боковых и торцевых упругих элементов, вмещающий короб выполняется с боковыми стенками, образующими замкнутый контур, и днищем, из которого внутрь выступает по периметру фиксирующая рамка, опорный упругий элемент, имеющий в плане форму прямоугольника, располагается на днище короба внутри фиксирующей рамки и включает отстоящие с зазором от краев и друг друга вертикальные выступы разной высоты, боковые и торцевой элементы выполнены в виде пластин Г-образной формы, на внутренней стороне стенки Г-образного элемента расположены трапецеидального сечения горизонтальные ребра, на внешней стороне стенки расположены выступы в виде трапеций, большие основания которых оперты на верхнюю кромку стенок вмещающего короба, а полка Г-образного элемента заходит на верхнюю грань шпалы-коротыша. Для увеличения статической жесткости разновысокие выступы опорного упругого элемента могут включать расположенные под верхней гранью металлические пластины, не выходящие торцами на боковую поверхность.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен общий вид железнодорожного пути с устройством для снижения уровня вибрации; на фиг. 2 - нижний опорный элемент в плане; на фиг. 3 - разрез А-А; на фиг. 4 - внутренняя сторона бокового элемента; на фиг. 5 - разрез Б-Б; на фиг. 6 - внешняя сторона бокового элемента.

Устройство состоит из вмещающего короба 1, нижнего опорного элемента 2, двух боковых 3 и торцевых (не показаны) элементов. Торцевые элементы по конструкции идентичны боковым элементам 3.

Вмещающий короб имеет днище 4 с выступающей по периметру фиксирующей рамкой 5 и образующие замкнутый контур стенки 6 с верхними кромками 7. Нижний опорный элемент 2, имеющий в плане форму прямоугольника, включает отстоящие с зазором от краев и друг друга вертикальные выступы 8 большей высоты, а между ними выступ 9 меньшей высоты. Боковые 3 и торцевые (не показаны) элементы выполнены в виде пластин Г-образной формы с вертикальной стенкой 10 и полкой 11. На внутренней стороне стенки 10 выполнены трапецеидального сечения горизонтальные ребра 12, а на внешней стороне стенки 10 выполнены в виде трапеций выступы 13, большие основания 14 которых оперты на верхние кромки 7 стенок 6 вмещающего короба 1. Полка 11 Г-образного элемента заходит на верхнюю грань шпалы-коротыша.

Монтаж железнодорожного пути и устройства для снижения уровня вибрации осуществляется следующим образом. В короб 1 на днище 4 между выступами-фиксаторами 5 укладывается нижний опорный элемент 2, на выступы которого 8 укладывается шпала-коротыш 15. В зазор между шпалой-коротышом 15 и стенками 6 вмещающего короба устанавливают боковые и торцевые элементы 3 так, чтобы нижние части стенок 10 вошли в зазор между стенками короба 6 и фиксирующей рамкой 5, горизонтальные ребра 12 стенок 10 плотно примыкали к боковым граням шпалы-коротыша 15, большие основания 14 выступов 13 оперлись на верхние кромки 7 стенок 6 вмещающего короба 1, а полка 11 легла на верхнюю поверхность шпалы-коротыша 15. Устройство фиксируют в сборе на шпале-коротыше с помощью, например, клейкой ленты и устанавливают вместе с рельсо-шпальной решеткой для укладки путевого бетона или, при индивидуальной укладке каждого устройства, устанавливают в лоток путевого бетона 16, после чего пустоты между путевым бетоном и устройством заполняют высокопрочным раствором. Возможны другие варианты монтажа железнодорожного пути и устройства для снижения уровня вибрации, например, заводская сборка.

Работает устройство следующим образом.

При прохождении малонагруженного поезда в упругом опорном элементе 2 с разновысокими выступами происходит неполная упругая осадка выступов одинаковой большей высоты 8, которая не превосходит разности высот между выступами 8 и 9, обеспечивая тем самым минимальную динамическую жесткость и, соответственно, минимальную частоту собственных колебаний верхнего строения пути. Эффективность виброзащиты при этом будет максимальной, что и требуется для условий ночного времени суток.

При увеличении статической нагрузки, вызванной прохождением полностью нагруженного поезда, произойдет повышение жесткости опорного элемента вследствие превышения осадкой выступов 8 опорного элемента 2 разности высот между выступами 8 и 9, что приведет к деформации выступов 9. Динамическая жесткость всех выступов при этом возрастет, а полная упругая осадка в обоих вариантах конструкции опорного элемента 2 не превысит предельно допустимой по условиям безопасности движения осадки пути.

За счет повышения жесткости опорного упругого элемента 2 эффективность виброзащиты понижается, но такое снижение происходит во время прохождения полнонагруженных составов в дневное время, когда требования санитарных норм ниже, чем для ночного времени суток. Для повышения статической жесткости, определяющей осадку верхнего строения пути, выступы 8 и 9 опорного элемента 2 могут армироваться металлической пластиной, расположенной под верхней гранью выступов. Динамическая жесткость при этом остается прежней, так как вследствие малости сдвиговых динамических напряжений на контакте резины и полушпалка проскальзыванию верхней грани неармированных выступов под опорной поверхностью полушпалков препятствуют силы трения, а при армировании верхней грани выступов резина упругого элемента жестко заделана в арматуру, и проскальзывание отсутствует.

Наличие горизонтальных ребер 12 на внутренней стороне стенки 10 боковых и торцевых элементов не вносит дополнительную жесткость в работу опорного элемента 2, так как ребра либо проскальзывают по боковой поверхности шпалы-коротыша 15, либо работают на сдвиг, при котором дополнительная жесткость ребер 12 невелика.

При воздействии горизонтальных динамических нагрузок (например, раскачивание поезда) горизонтальные ребра работают на сжатие, обеспечивая как эффективную защиту от вибраций горизонтального направления, так и защиту от увода пути при колебаниях.

Выступы 13 в виде трапеций на наружной стороне стенки 10 боковых и торцевых элементов 3 упираются своими наклонными гранями в бетон, который препятствует выталкиванию боковых элементов 3 под действием вертикальных колебаний шпалы-коротыша 15, обеспечивая безопасность движения и надежность эксплуатации верхнего строения пути.

Предложенное устройство для снижения уровня вибрации железнодорожного пути можно применять в тоннелях любого очертания, городских эстакадах, мостах и на других транспортных участках, содержащих железнодорожный путь с применением шпал-коротышей. В случае применения сплошных шпал или выхода полушпалков на грани водосборного лотка обращенные к оси пути внутренние торцевые элементы не устанавливают, а остальная конструкция полностью сохраняется.

Изобретение относится к конструкции верхнего строения железнодорожных путей, точнее к устройствам, снижающим уровень вибрации железнодорожного пути. Устройство для снижения уровня вибрации железнодорожного пути состоит из жесткого вмещающего короба, нижнего упругого опорного элемента 2, боковых и торцевых упругих элементов 3. Вмещающий короб включает стенки 6, образующие замкнутый контур, днище 4, из которого внутрь выступает по периметру фиксирующая рамка 5. Нижний упругий опорный элемент 2, имеющий в плане форму прямоугольника, располагается внутри фиксирующей рамки 5 и включает отстоящие с зазором от краев и друг от друга вертикальные прямоугольные в плане выступы разной высоты. Боковые и торцевые упругие элементы 3 имеют Г-образную форму. На внутренней стороне Г-образного элемента расположены трапецеидального сечения горизонтальные ребра 12, а на внешней стороне стойки расположены выступы в виде трапеций, большие основания которых оперты на верхнюю кромку 7 стенок вмещающего короба. Полка 11 Г-образного элемента заходит на верхнюю грань шпалы-коротыша 15. Технический результат заключается в снижении уровня вибрации железнодорожного пути, металлоемкости и упрощении монтажа. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для снижения уровня вибрации железнодорожного пути, состоящее из вмещающего упругие элементы жесткого короба, нижнего упругого опорного элемента, боковых и торцевых упругих элементов, отличающееся тем, что вмещающий короб выполнен с образующими замкнутый контур боковыми стенками и днищем, из которого внутрь выступает по периметру фиксирующая рамка, нижний упругий опорный элемент, имеющий в плане форму прямоугольника, располагается на днище короба внутри фиксирующей рамки и включает отстоящие с зазором от краев и друг от друга вертикальные прямоугольные в плане выступы разной высоты, боковые и торцевые упругие элементы выполнены в виде пластин Г-образной формы, на внутренней стороне стенки каждой Г-образной пластины расположены трапецеидального сечения горизонтальные ребра, а на внешней стороне стенки расположены выступы в виде трапеций, большие основания которых оперты на верхнюю кромку стенок вмещающего короба, а полка Г-образной пластины заходит на верхнюю грань шпалы-коротыша.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что разновысокие выступы нижнего упругого опорного элемента включают расположенные под верхней гранью металлические пластины, не выходящие торцами на их боковую поверхность.