ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕЕ ОСНОВАНИЕ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ МЕТРОПОЛИТЕНА Российский патент 2024 года по МПК E01B1/00 E01B2/00 E01B3/40 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к устройствам верхнего строения пути метрополитена, в частности к виброизолирующему основанию верхнего строения пути метрополитена [E01B1/00, F16F7/00, E02D31/08].

Уровень техники.

Верхнее строение пути — это часть железнодорожного пути, которая включает в себя рельсы, скрепления, подрельсовые опоры (например, шпалы) и другие элементы, например, виброизоляторы, предназначенная для принятия нагрузок от колёс подвижного состава и передачи их на нижнее строение пути, а также для направления движения колёс по рельсовой колее.

ДЕМПФИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПУТЕЙ МЕТРО С ФУНКЦИЕЙ ПОПЕРЕЧНОГО ДЕМПФИРОВАНИЯ [CN218561958U, опубл. 03.03.2023], содержащее множество поперечных опорных плит, на которых размещены подрельсовые опоры и которые установлены на множестве виброизоляторов, при этом каждая поперечная опорная плита имеет прямоугольную форму, поперечные опорные плиты соединены между собой, при этом виброизоляторы расположены на двух параллельных продольных линиях на одинаковом расстоянии друг от друга в продольной оси по два виброизолятора под одним рельсом.

БЕЗБАЛЛАСТНЫЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПУТЬ Для ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ГРУЗОВОГО И ПАССАЖИРСКОГО ДВИЖЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО СТРОИТЕЛЬСТВА [RU2755804C1, опубл. 21.09.2021], содержащее множество поперечных опорных плит, на которых размещены подрельсовые опоры и которые установлены на множестве виброизоляторов в виде полимерных плит, по размеру соответствующие размерам поперечных опорных плит, при этом каждая поперечная опорная плита имеет прямоугольную форму.

РЕМОНТИРУЕМАЯ СИСТЕМА ДЕМПФИРОВАНИЯ ИЗ СБОРНЫХ СТАЛЬНЫХ ПРУЖИННЫХ ПЛАВАЮЩИХ ПЛИТ [CN203475236U, опубл. 12.03.2014], содержащее множество поперечных опорных плит, на которых размещены подрельсовые опоры и которые установлены на множестве виброизоляторов, при этом каждая поперечная опорная плита имеет прямоугольную форму, при этом виброизоляторы расположены на двух параллельных продольных линиях на одинаковом расстоянии друг от друга в продольной оси по два или по три виброизолятора под одним рельсом.

Недостатком аналогов и прототипа является высокий уровень вибрации из-за распределения горизонтальных поперечных сил на одну поперечную опорную плиту, за счет использования прямоугольной формы плиты, что не позволяет распределять нагрузки от подвижного состава на соседние плиты, обеспечивая равномерность распределения и снижение амплитуды колебания плит в ответ на приложения нагрузок от подвижного состава.

Раскрытие сущности изобретения

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в создании виброизолирующего основания верхнего строения пути метрополитена со сниженным уровнем вибрации.

Техническим результатом является повышение виброизолирующих свойств основания и снижение интенсивности вибрации при прохождении подвижного состава по верхнему строению пути.

Указанный технический результат объективно проявляется в снижении уровня вибрации, возникающего при прохождении подвижного состава по верхнему строению пути.

Указанный технический результат обеспечивает виброизолирующее основание верхнего строения пути метрополитена, содержащее множество поперечных опорных плит, на которых размещены подрельсовые опоры и которые установлены на множестве виброизоляторов, при этом каждая поперечная опорная плита содержит прямоугольную узкую часть, соединенную с расширяющейся трапецеидальной частью, соединенной с прямоугольной широкой частью, причем поперечные опорные плиты соединены так, что прямоугольная узкая часть одной опорной плиты соприкасается с двумя прямоугольными широкими частями соседних поперечных опорных плит, при этом под прямоугольной узкой частью на продольной оси размещен один виброизолятор, а под прямоугольной широкой частью на равном расстоянии в продольной оси размещено два виброизолятора так, что виброизоляторы в виброизолирующем основании верхнего строения пути метрополитена расположены на двух параллельных продольных линиях на одинаковом расстоянии друг от друга в продольной оси.

В частности, поперечная опорная плита выполнена из железобетона.

В частности, длина и ширина прямоугольной узкой части пропорционально равны длине и ширине прямоугольной широкой части.

В частности, длина прямоугольной узкой части поперечной опорной плиты равна длине прямоугольной широкой части поперечной опорной плиты, а ширина прямоугольной узкой части поперечной опорной плиты равна половине ширины прямоугольной широкой части поперечной опорной плиты.

В частности, виброизоляторы выполнены в виде пружин или пластин.

В частности, поперечная опорная плита опирается на виброизоляторы посредством установочных винтов.

В частности, поперечные опорные плиты жестко прикреплены к виброизоляторам подливочным составом, например безусадочной быстротвердеющей смесью.

В частности, между плитами и виброизоляторами установлена упругая опалубка.

В частности, плиты соединены креплениями.

В частности, каждая четвертая поперечная опорная плита имеет отверстие в центре.

В частности, на плите размещено шесть подрельсовых опор, четыре опоры находятся на прямоугольной широкой части и две опоры - на прямоугольной узкой части.

В частности, подрельсовые опоры находятся на одинаковом расстоянии друг от друга в продольной оси.

В частности, между поперечными опорными плитами расположены упругие уплотнители.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан вид поперечной опорной плиты заявленного виброизолирующего основания верхнего строения пути метрополитена сверху.

На фиг. 2 показано поперечное сечение плиты с фиг.1 по плоскости А-А с установленными на виброизолирующем основании верхнего строения пути метрополитена рельсами.

На фиг. 3 показан общий вид виброизолирующего основания верхнего строения пути метрополитена.

На фиг. 4 схематично показаны возникающие в одной из поперечных опорных плит горизонтальные поперечные силы от подвижного состава.

На фиг. 5 показан общий вид виброизолирующего основания верхнего строения пути метрополитена, известного из уровня техники.

На фигурах обозначено: 1 – поперечная опорная плита, 2 – виброизолятор, 3 – нижнее строение пути, 4 – прямоугольная узкая часть, 5 – расширяющаяся трапецеидальная часть, 6 – прямоугольная широкая часть, 7 - подрельсовая опора, 8 - путевой рельс, 9 – крепление кронштейна контактного рельса, 10 – кронштейн контактного рельса, 11 – контактный рельс, 12 – узел крепления, 13 - установочный винт, 14 – монтажное отверстие, 15 – упругая опалубка, 16 - отверстие.

Осуществление изобретения.

В настоящей заявке под нижним строением пути подразумевается монолитное или сборное плоское жесткое основание в лотке тоннеля.

Под продольной осью пути понимается линия, проходящая через центр пути и направленная вдоль его длины.

Под продольным направлением плиты понимается направление, которое проходит вдоль длины поперечной опорной плиты.

Под поперечным направлением понимается направление, перпендикулярное продольному направлению.

Под вертикальными силами от подвижного состава понимаются силы, которые возникают от веса подвижного состава, веса экипажа (эти силы постоянны), а также от колебаний на рессорах, от неровности пути и неровности на колесах.

Под продольными силами от подвижного состава понимаются силы, которые действуют вдоль направления движения поезда, возникающие из-за взаимодействия колес с рельсами, ускорения и торможения подвижного состава, неровностей на рельсах или колесах.

Под горизонтальными поперечными силами от подвижного состава понимаются силы, которые действуют перпендикулярно движению поезда. Горизонтальные поперечные силы возрастают при движении состава в кривых участках пути из-за центробежных сил и направляющего усилия, действующего на первые оси тележек состава, которые стремятся продолжить прямолинейное движение, но рельс, уложенный по кривой, заставляет колесную пару повернуть.

Виброизолирующее основание верхнего строения пути содержит сборные поперечные опорные плиты 1, каждая из которых имеет виброизоляторы, опирающиеся на нижнее строение пути 3.

Поперечная опорная плита 1 выполнена из железобетона. Поперечная опорная плита 1 содержит три последовательные части: прямоугольную узкую часть 4, расширяющуюся трапецеидальную часть 5, прямоугольную широкую часть 6. Расширяющаяся трапецеидальная часть 5 на виде сверху имеет форму трапеции, а прямоугольные части 4 и 6 имеет форму прямоугольника на виде сверху, как показано на фиг. 1 и 3.

Применяемые в настоящем описании признаки узкий/широкий имеют относительный, а не абсолютный характер, и трактуются только по отношению друг к другу, так узкая часть имеет меньшую ширину, чем широкая часть, и наоборот. Под шириной части понимается размер части в поперечном направлении опорной плиты, под длиной части понимается размер части в продольном направлении опорной плиты.

Предпочтительно, длина прямоугольной узкой части 4 равна длине прямоугольной широкой части 6, а ширина прямоугольной узкой части 4 равна половине ширины прямоугольной широкой части 6.

Поперечные опорные плиты 1 в собранном виде расположены таким образом, что одна поперечная опорная плита 1 прямоугольной узкой частью 4 примыкает к прямоугольной широкой части 6, широкой частью 6 - к прямоугольной узкой части 4 соседней поперечной опорной плиты 1, как показано на фиг.3.

Форма поперечной опорной плиты 1 обеспечивает равномерность распределения горизонтальных поперечных сил на несколько плит от подвижного состава, за счет наличия прямоугольной узкой части 4 и прямоугольной широкой части 6 и их чередования в собранном виде. Каждая поперечная опорная плита 1 опирается на виброизоляторы 2, представляющие собой, например пружины из металла или пластины, выполненные, например, из полимерных материалов. Каждая поперечная опорная плита 1 предпочтительно опирается на три виброизолятора 2, предпочтительно один в центре прямоугольной узкой части 4 и два под прямоугольной широкой частью 6. При этом расстояние между виброизоляторами 2 рассчитано таким образом, что виброизоляторы в продольной оси расположены на одинаковых расстояниях друг от друга. В частности, виброизолятор 2 под прямоугольной узкой частью 4 расположен на центральной оси поперечной опорной плиты 1, а два виброизолятора 2 под прямоугольной широкой частью 6 удалены в продольной оси на расстояние равное длине прямоугольной узкой части 4.

Для применения в метрополитене на верхней поверхности поперечной опорной плиты 1 выполнены крепления 9 для закрепления кронштейнов контактного рельса 10 с возможностью установки контактного рельса 11 с помощью узла крепления 12. При этом крепления 9 расположены таким образом, что два расположены вдоль прямоугольной широкой части 6 и один расположен в середине прямоугольной узкой части 4.

Поперечная опорная плита 1 посредством, например установочных винтов 13, имеет возможность регулировки положения для установки в проектное положение, а также жестко фиксироваться к виброизоляторам 2 посредством заполнения подливочным составом, например безусадочной быстротвердеющей смесью, монтажных отверстий 14.

Между поперечной опорной плитой 1 и виброизолятором 2 установлена упругая опалубка 15, предотвращающая вытекание подливочного состава и обеспечивающая постоянную герметизацию зазора между плитой 1 и виброизолятором 2 в процессе регулировки положения поперечной опорной плиты 1 на проектные отметки.

Между собой поперечные опорные плиты 1 соединены креплениями, которые могут быть предустановленными или установленными в момент монтажа. Между поперечными опорными плитами 1 предпочтительно расположены упругие уплотнители, представляющие собой резиновые или силиконовые ленты. Каждая четвертая поперечная опорная плита 1 имеет отверстие 16 в центре с предпочтительным размером не менее 400×600 мм для возможности очистки и ревизии водоотводного лотка.

Габаритные размеры поперечной опорной плиты 1 составляют предпочтительно 2170 мм вдоль оси пути на 3400 мм поперек оси пути. Толщина поперечной опорной плиты 1 в подрельсовом сечении составляет предпочтительно 350 мм.

Виброизоляторы 2 опираются на нижнее основание 3 пути, расположенное под уклоном, предпочтительно, в 3 ‰ к продольной оси, независимо от кривизны участка пути. В нижнем строении пути 3 сформирован продольный водоотводной лоток.

На плите 1 размещены подрельсовые опоры 7, предпочтительно шесть подрельсовых опор, таким образом, что четыре опоры 7 находятся на прямоугольной широкой части 6 на одинаковом расстоянии друг от друга и две опоры 7 - на прямоугольной узкой части 4, также на одинаковом расстоянии друг от друга. Подрельсовые опоры 7 выполнены с возможностью обеспечения опоры для путевых рельсов 8.

Виброизолирующее основание верхнего строения пути используется следующим образом.

При прохождении подвижного состава по верхнему строению пути возникают вертикальные, продольные и поперечные силы из-за взаимодействия колёс с рельсами, появляющиеся от колебания кузова на рессорах, неровностей на пути, виляния состава, ускорений и торможений. Возникновение этих сил приводит к появлению вибрационных колебаний. При эксплуатации виброизоляторы, например стальные пружины или полимерные пластины, гасят вибрационные колебания, передающиеся от верхнего строения пути к нижнему через заявленное устройство, за счет сжатия и растяжения виброизоляторов.

Обоснование технического результата.

Технический результат - снижение уровня вибрации при прохождении подвижного состава по верхнему строению пути достигается за счет уменьшения вибрационных колебаний. Уменьшение вибрационных колебаний можно разделить на гашение вертикальных, продольных сил и горизонтальных поперечных сил, передающихся от подвижного состава и верхнего строения пути к нижнему строению пути.

Так как указанные силы связаны с взаимодействием колес с рельсами, ускорением и торможением подвижного состава, неровностями на рельсах или колесах, их поглощение достигается, за счет поглощения вибрационной энергии виброизоляторами и преобразования этой энергии в тепловую.

Гашение поперечных сил также происходит за счет поглощения вибрационной энергии виброизоляторами и преобразования этой энергии в тепловую.

Поперечные опорные плиты имеют форму в виде прямоугольной узкой части, расширяющейся трапецеидальной части, прямоугольной широкой части. У плит длина прямоугольной узкой части равна длине прямоугольной широкой части, а ширина прямоугольной узкой части равна половине ширины прямоугольной широкой части, что позволяет скреплять плиты в продольной оси, с чередованием ориентации плит так, что одна плита прямоугольной узкой частью примыкает к прямоугольным широким частям соседних плит, а прямоугольной широкой частью примыкает к прямоугольным узким частя соседних плит.

В результате заявленное виброизолирующее основание верхнего строения пути имеет участки, на которых на одной поперечной прямой имеются две прямоугольные широкие части двух соседних плит, что обеспечивает возможность передачи поперечных сил от одной плиты к двум соседним через соприкасающиеся расширяющиеся трапецеидальные части (см. фиг. 3).

Кроме того, в результате каждая плита сопряжена с двумя другими плитами в поперечном направлении, что позволяет совместно работать трем соседним плитам (как показано на фиг. 4), распределяя нагрузки от подвижного состава на три соседние плиты, обеспечивая равномерность распределения и снижение амплитуды колебания плит в ответ на приложения нагрузок от подвижного состава. Тогда как при прямоугольной форме плит, известных из уровня техники, горизонтальные поперечные силы распределяются только на одну плиту (см. фиг. 5).

Под каждой опорной плитой находится по три виброизолятора. Несмотря на нечетное количество, за счет их расположения: под прямоугольной узкой частью на центральной оси плиты, а под прямоугольной широкой частью два виброизолятора удалены в продольной оси на расстояние длины прямоугольной узкой части, в продольном оси и на параллельных линиях обеспечивается равноудаленность виброизоляторов, что приводит к равномерному распределению и гашению вертикальных, продольных и поперечных сил. Виброизоляторы находятся в вершинах равнобедренного треугольника, обеспечивающие полное покрытие в горизонтальной плоскости для гашения горизонтальных поперечных сил.

Расстояние между виброизоляторами равномерно по длине и минимально по расстоянию, поскольку это снижает изгибающие моменты в плите. При предложенных размерах максимальные изгибающие моменты возникают при монтаже плиты, а не под подвижным составом. При этом высота (толщина) плиты получается минимальной, что обеспечивает её компактное размещение в поперечном сечении тоннеля.

Был рассмотрен вариант трапецеидальных плит, но при этом углы боковых граней относительно малые, что приводит к увеличению сил, действующих на уплотнители между стыками плит от продольных и горизонтальных поперечных сил.

Расположенные между поперечными опорными плитами упругие уплотнители дополнительно поглощают и рассеивают энергию вибрации, тем самым повышая виброизолирующие свойства основания и снижая уровень вибрации при прохождении подвижного состава.

Примеры.

Для количественной оценки повышения виброизолирующих свойств предлагаемой конструкции при прохождении подвижного состава был проведен эксперимент по измерению уровня виброускорений, возникающих при прохождении подвижного состава по верхнему строению пути. В качестве прибора для измерения виброускорений был использован виброметр с трехосевыми акселерометрами. Для эксперимента запустили подвижный состав со скоростью 70 км/ч по верхнему строению пути с испытуемыми виброизолирующими основаниями верхнего строения пути метрополитена и в одинаковых точках (на подрельсовой опоре и на тоннельной обделке на уровне 1,2 м от уровня головок рельсов), измерили с помощью виброметра уровни виброускорений для типового и виброизолирующего основания верхнего строения пути метрополитена. Полученные результаты приведены в таблице 1.

В качестве испытуемого виброизолирующего основания верхнего строения пути метрополитена были использованы:

- виброизолирующее основание верхнего строения пути метрополитена, содержащее множество поперечных опорных блоков, на которых размещены одиночные подрельсовые опоры и которые установлены на одиночных виброизоляторах под каждым блоком (А);

- виброизолирующее основание верхнего строения пути метрополитена, содержащее монолитную опорную плиту прямоугольной формы, на которой размещены подрельсовые опоры и которая установлена на множестве виброизоляторов, размещенных в две линии попарно, симметрично относительно оси пути (Б);

- верхнее строение пути метрополитена без виброизолирующего основания (В);

- виброизолирующее основание верхнего строения пути метрополитена, содержащее множество поперечных опорных плит, на которых размещены подрельсовые опоры и которые установлены на множестве виброизоляторов, при этом каждая поперечная опорная плита содержит прямоугольную узкую часть, соединенную с расширяющейся трапецеидальной частью, соединенной с прямоугольной широкой частью, причем поперечные опорные плиты соединены так, что прямоугольная узкая часть одной опорной плиты соприкасается с двумя прямоугольными широкими частями соседних поперечных опорных плит, при этом под прямоугольной узкой частью на продольной оси размещен один виброизолятор, а под прямоугольной широкой частью на равном расстоянии от оси симметрии опорной плиты размещено два виброизолятора так, что виброизоляторы в виброизоляционном основании верхнего строения пути метрополитена расположены на двух параллельных продольных линиях на одинаковом расстоянии друг от друга в продольной оси (Г);

- виброизолирующее основание верхнего строения пути метрополитена, отличающееся от основания Г тем, что дополнительно имеет упругие уплотнители в виде лент (Д).

Таблица 1 - Полученные значения снижения на обделке эквивалентного уровня виброускорений при прохождении подвижного состава по верхнему строению, измеренные виброметром, по сравнению с типовой конструкцией без виброизоляторов, дБа

Параметр Основание А Б В Г Д Снижение эквивалентного уровня вертикальных виброускорений на обделке тоннеля, по сравнению с типовой конструкцией верхнего строения пути (В) 9,8 19,2 0,0 15,6 16,1 Снижение эквивалентного уровня горизонтальных виброускорений на обделке тоннеля, по сравнению с типовой конструкцией верхнего строения пути (В) -6,2 -1,5 0,0 10,2 10,3 Примечание: знак «-» означает отрицательную эффективность в передаче вибраций по сравнению с типовой конструкцией метрополитена (В)

Полученные данные свидетельствуют о том, что содержание у поперечной опорной плиты прямоугольной узкой части, соединенной с расширяющейся трапецеидальной частью, соединенной с прямоугольной широкой частью, причем поперечные опорные плиты соединены так, что прямоугольная узкая часть одной опорной плиты соприкасается с двумя прямоугольными широкими частями соседних поперечных опорных плит, обеспечивает равномерное распределение горизонтальных поперечных, вертикальных и продольных сил. Размещение виброизоляторов на двух параллельных продольных линиях на одинаковом расстоянии друг от друга в продольной оси так, что под прямоугольной узкой частью на продольной оси один виброизолятор, а под прямоугольной широкой частью на равном расстоянии в продольной оси два виброизолятора, обеспечивают полное покрытие в горизонтальной плоскости для гашения горизонтальных поперечных сил.

Изобретение относится к области строения железнодорожного пути в тоннелях, в частности к виброизолирующим основаниям верхнего строения пути метрополитена. Основание содержит множество поперечных опорных плит с подрельсовыми опорами. Плиты установлены на виброизоляторах. Каждая поперечная опорная плита содержит прямоугольную узкую часть, соединенную с расширяющейся трапецеидальной частью, соединенной с прямоугольной широкой частью. Прямоугольная узкая часть каждой опорной плиты установлена так, что соприкасается с двумя прямоугольными широкими частями соседних поперечных опорных плит. Под прямоугольной узкой частью на продольной оси размещен один виброизолятор, а под прямоугольной широкой частью на равном расстоянии в продольной оси размещено два виброизолятора. Виброизоляторы расположены на двух параллельных продольных линиях на одинаковом продольном расстоянии друг от друга. Снижается интенсивность вибрации от проходящего подвижного состава. 12 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Виброизолирующее основание верхнего строения пути метрополитена, содержащее множество поперечных опорных плит, на которых размещены подрельсовые опоры и которые установлены на множестве виброизоляторов, при этом каждая поперечная опорная плита содержит прямоугольную узкую часть, соединенную с расширяющейся трапецеидальной частью, соединенной с прямоугольной широкой частью, причем поперечные опорные плиты соединены так, что прямоугольная узкая часть одной опорной плиты соприкасается с двумя прямоугольными широкими частями соседних поперечных опорных плит, при этом под прямоугольной узкой частью на продольной оси размещен один виброизолятор, а под прямоугольной широкой частью на равном расстоянии в продольной оси размещено два виброизолятора так, что виброизоляторы в виброизолирующем основании верхнего строения пути метрополитена расположены на двух параллельных продольных линиях на одинаковом расстоянии друг от друга в продольной оси.

2. Основание по п.1, у которого поперечная опорная плита выполнена из железобетона.

3. Основание по п.1, у которого длина и ширина прямоугольной узкой части пропорционально равны длине и ширине прямоугольной широкой части.

4. Основание по п.1, у которого длина прямоугольной узкой части поперечной опорной плиты равна длине прямоугольной широкой части поперечной опорной плиты, а ширина прямоугольной узкой части поперечной опорной плиты равна половине ширины прямоугольной широкой части поперечной опорной плиты.

5. Основание по п.1, у которого виброизоляторы выполнены в виде пружин или пластин.

6. Основание по п.1, у которого поперечная опорная плита опирается на виброизоляторы посредством установочных винтов.

7. Основание по п.1, у которого поперечные опорные плиты жестко прикреплены к виброизоляторам подливочным составом, например, безусадочной быстротвердеющей смесью.

8. Основание по п.1, у которого между плитами и виброизоляторами установлена упругая опалубка.

9. Основание по п.1, в котором плиты соединены креплениями.

10. Основание по п.1, у которого каждая четвертая поперечная опорная плита имеет отверстие в центре.

11. Основание по п.1, у которого на плите размещено шесть подрельсовых опор, четыре опоры находятся на прямоугольной широкой части и две опоры - на прямоугольной узкой части.

12. Основание по п.1, у которого подрельсовые опоры находятся на одинаковом расстоянии друг от друга в продольной оси.

13. Основание по п.1, у которого между поперечными опорными плитами расположены упругие уплотнители.