Конструкция однопутного участка трамвайного пути Российский патент 2025 года по МПК E01B2/00 

Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано при строительстве, реконструкции и эксплуатации трамвайных путей, расположенных на одном уровне с проезжей частью, а также может быть использовано для путей на железных дорогах, метрополитене.

При прохождении подвижного состава по рельсовому пути, уложенному на шпалах по балластному основанию, рельс подвергается воздействию системы сил (имеющих как статическую, так и динамическую природу), которые вызывают сложные колебания железнодорожного рельса, имеющие как минимум изгибные, поперечные, продольные составляющие, а также деформации кручения. Колебания рельса передаются на все элементы трамвайного пути и приводят к интенсивному расстройству геометрических характеристик пути, износу и (частично) усталостному разрушению рельсов, промежуточных скреплений, шпал и щебеночного балласта, что снижает продолжительность и увеличивает стоимость жизненного цикла верхнего строения пути в целом. Кроме этого, колебания рельса вызывают интенсивную эмиссию звуковых волн протяженными поверхностями рельса. Основным источником шума рельсового пути являются соударения колес и рельсов вследствие отклонений как колес, так и рельсов от идеальной геометрической формы. Проходящий по рельсам состав является линейным источником шума, потому уровень шума снижается медленно по мере роста расстояния до рельсовой магистрали, что создает значительные неудобства для населения, проживающего даже на существенном удалении от действующих трамвайных путей. Поглощение определенного спектра частот колебаний верхнего строения пути (особенно близких к резонансным), демпфирование ударных нагрузок являются чрезвычайно актуальными задачами, которые способны одновременно решить вопросы о продлении срока службы рельсового пути, его надежности и вопросы улучшения экологической обстановки с точки зрения уменьшения вредного воздействия шумов на человека.

Известен рельсовый путь, включающий рельсы, соединенные со шпалами скреплениями в виде клемм и прижимных гаек, и имеющий специальные элементы, позволяющие снижать уровень излучаемого рельсами шума (DE 3824577 [1]). Для подавления возникающих при прохождении составов шумов на шейке рельса в продольном направлении формируются шумогасящие элементы, выполненные в виде утолщенного слоя упругой полиуретановой пены. Шумогасящие элементы могут быть также изготовлены в виде удлиненного резинового профиля с продольными внутренними полостями, который упирается в нижнюю часть головки рельса и в верхнюю часть основания рельса, закрывая шейку рельса. В частных случаях реализации резиновый профиль прикрепляется и к шейке рельса. При этом между шейкой рельса (один из источников шумоизлучения рельса) и наружной поверхностью накладки на рельс имеются полости (продольные или пузырьковые), что способствует уменьшению распространения шума в окружающую среду.

Недостатком данного устройства пути является то, что излучение звуковых волн от шейки рельса в окружающее пространство заметно снижается, однако вибрации, возникающие в рельсе при прохождении железнодорожных составов, гасятся незначительно или остаются практически неизменными, что не позволяет уменьшить интенсивность появления дефектов элементов верхнего строения железнодорожного пути.

Известен железнодорожный путь, включающий рельсы, соединенные со шпалами скреплениями в виде клемм и прижимных гаек, имеющий специальный вибродемпфер для рельсов, уложенных на периодически расположенных шпалах (ЕР 1197598). К железнодорожному рельсу в промежутке между двумя соседними шпалами прикрепляется так называемый антивибратор в виде массивной балки из вязкоупругого или комбинированного материала, которая имеет специальную форму и консольно прикрепляется к рельсу с одной или двух сторон. Вертикальные колебания железнодорожного рельса вызывают изгибные колебания прикрепленной к нему балки, однако колебания балки отличаются по фазе от колебаний рельса. Масса колеблющейся вместе с рельсом балки, ее упругость и место прикрепления рассчитываются таким образом, чтобы погасить резонансные колебания рельса на основной резонансной частоте и на ее первой гармонике. По утверждению авторов, известная конструкция обеспечивает не только гашение вибраций, но и некоторое снижение шумов.

Недостатками данного устройства являются низкая эффективность работы на частотах, существенно отличающихся от резонансных, низкая эффективность при возникновении колебаний, развивающихся в направлениях, отличающихся от вертикального.

Известна конструкция железнодорожного пути, содержащая земляное полотно, кюветы, балластную призму и расположенный ниже рельсошпальной решетки теплоизоляционный слой (RU № 14436, опубл. 27.07.2000).

Недостатком данной конструкции железнодорожного пути является низкая надежность железнодорожного пути из-за слабой армирующей способности теплоизоляционного слоя.

Наиболее близким к заявляемому по достигаемому результату является железнодорожный путь, известный из описания к патенту РФ № 92867, согласно которому рельсовый путь, содержащий земляное полотно, балластную призму, рельсошпальную решетку, отличается тем, что между земляным полотном и балластной призмой расположена пластиковая сетка из ориентированных полосок, образующих треугольные ячейки с местом соединения в каждом углу.

Недостатками данной конструкции рельсового пути является низкая надежность рельсового пути за счет слабой демпфирующей способности пути в целом, низкая надежность из-за разрушающего воздействия системы сил (имеющих как статическую, так и динамическую природу), которые вызывают сложные колебания рельса, имеющие изгибные, поперечные, продольные составляющие, а также деформации кручения. Колебания рельса передаются на все элементы трамвайного пути и приводят к интенсивному расстройству геометрических характеристик пути, износу и (частично) усталостному разрушению рельсов, промежуточных скреплений, шпал и щебеночного балласта, что снижает продолжительность и увеличивает стоимость жизненного цикла верхнего строения пути в целом.

Заявляемая в качестве изобретения конструкция трамвайного пути направлена на повышение демпфирующих свойств рельсового пути, снижения шумо- и вибронагрузок и, как следствие, повышение надежности пути в целом.

Указанный результат достигается тем, что конструкция трамвайного пути, расположенного на одном уровне с проезжей частью с верхним покрытием из асфальтобетона, содержит котлован шириной от 3 м, высотой от 0,65 м, слой из строительного песка толщиной не менее 0,1 м, уложенный на дно котлована, поверх которого уложен щебеночный балластный слой толщиной от 0,15 м, на который уложена рельсошпальная решетка с упругими промежуточными скреплениями, включающая предварительно напряженные железобетонные шпалы, нашпальные прокладки, подкладки, подрельсовые прокладки, упругие скрепления и рельсы, при этом железобетонная шпала выполнена в виде продольного железобетонного бруса переменного сечения, содержащего не менее 12 армирующих стальных холоднодеформированных проволок, расположенных в четыре вертикальных ряда, прирельсовые профили, установленные в пазухе рельсов, между рельсами укладывается щебень высотой от 0,08 м, поверх которого укладывается слой асфальтобетона крупнозернистого, поверх которого укладывается слой щебеночно-мастичного асфальтобетона высотой от 0,05 м.

Технический результат обеспечивается также тем, что армирующие стальные проволоки железнодорожной шпалы выполнены диаметром 5±1 мм и расположены симметрично по два ряда относительно вертикальной оси поперечного трапецеидального сечения шпалы.

Технический результат обеспечивается также тем что, между слоем песка и щебня размещен демпфирующий слой, выполненный в форме многослойной пластины, содержащей защитные и демпфирующие слой, при этом один слой многослойной пластины выполнен в виде элемента из защитного материала, а демпфирующая часть пластины выполнена в виде элемента из эластомера плотностью не менее 100 кг/м³ при толщине от 10 до 100 мм,

Технический результат обеспечивается также тем, что профили дополнительно присоединены к рельсу клеем.

Технический результат обеспечивается также тем, что в качестве клея для присоединения профилей к рельсу использован фенолформальдегидный клей.

Технический результат обеспечивается также тем, что стыки между профилями соединены пластичным монолитным составом для бескордового соединения каучуков.

Технический результат обеспечивается также тем, что конструкция содержит системы локального анализа нагрузок и геометрии твердых элементов конструкции.

Технический результат обеспечивается также тем, что морозостойкость демпфирующего слоя по эластическому восстановлению после сжатия при температуре минус 60°С составляет не более 30%, остаточная деформация при сжатии – не более 10%, а изменение статического модуля деформации – не более 10%.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение верхнего строения трамвайного пути, расположенного на одном уровне с проезжей частью, с верхним покрытием из асфальтобетона согласно заявленному изобретению, где условно обозначены следующие позиции:

1 – земля (котлован),

2 – песок,

3 – демпфирующий слой,

4 – щебень,

5 – шпалы,

6 – упругие скрепления,

7 – рельс РТ-62,

8 – щебень мелкой фракции,

9 – прирельсовые профили,

10 – асфальтобетон крупнозернистый,

11 – асфальтобетон ЩМА-20.

Для реализации конструкции трамвайного пути, расположенного на одном уровне с проезжей частью с верхним покрытием из асфальтобетона, сначала подготавливается котлован шириной 3,05 м, высотой 0,68 м.

Дно котлована по возможности выравнивается и уплотняется. Уплотнение основания котлована (1) производится виброплитой или дорожным катком. На земляное дно котлована (1) укладывается слой из строительного песка толщиной не менее 0,1 м, который также выравнивается и уплотняется. Наличие данного слоя (2) обеспечивает выравнивание грунта котлована и защиту от загрязнения укладываемого на песок щебеночного балластного слоя (4) толщиной от 0,15 м, выполненного из щебня гранитного (ГОСТ 7392-2014).

Попадание загрязнений от земли (1) со дна котлована снижает демпфирующие свойства щебеночного балластного слоя (4), что приводит к уплотнению и разрушению конструкции рельсошпальной решетки. Разрушение шпал (5) повышает нагрузку на рельсы (7), улучшая демпфирующие свойства и надежность рельсового пути, что в конечном итоге оказывает негативное воздействие на подвижной состав.

Для повышения демпфирующих свойств конструкции в целом на слой песка (2) может быть уложен демпфирующий слой (3), выполненный в форме многослойной пластины толщиной от 0,2 м, содержащей защитные и собственно демпфирующий слои, при этом один слой многослойной пластины выполнен в виде элемента из защитного материала, а демпфирующая часть пластины (3) выполнена в виде элемента из эластомера плотностью не менее 100 кг/м³ при толщине от 10 до 100 мм. Демпфирующий слой (3) может быть выполнен из гранулированного полимерно-композитного материала на основе каучуков СЕБС с полиуретановым связующим, а защитный слой – из синтетического материала, укрепленного методом поверхностного обжига. Морозостойкость демпфирующего слоя по эластическому восстановлению после сжатия при температуре минус 60°С, составляет не более 30%, остаточная деформация при сжатии – не более 10%, а изменение статического модуля деформации - не более 10%.

Применение демпфирующего слоя (3) существенно снижает ударные нагрузки на конструкцию и подвижной состав, а также препятствует загрязнению щебеночного слоя и повышает надежность рельсового пути, при этом снижая шумо- и виброзагрязнение.

На балластный щебеночный слой (4) уложены предварительно напряженные железобетонные шпалы (5), соединенные с рельсами упругими промежуточными скреплениями (7), образующими рельсошпальную решетку, размещенную поверх щебеночного слоя (4). Профили резиновые могут быть выполнены в виде длинномерного упругого элемента длинной 20000 мм соответствующей конфигурации и изготовлены методом экструзии из бутадиен-стирольных каучуков.

Рельсошпальная решётка укладывается на предварительно уплотненный балластный щебеночный слой (4). На предварительно уплотненный балластный щебеночный слой рельсошпальная решетка может укладываться не в виде заранее собранных и готовых к установке комплектов рельсов и шпал, соединенных между собой с помощью необходимых креплений, а из последовательно собираемых на пути элементов, в конечном итоге образующих рельсошпальную решетку.

Особенностью конструкции заявленного трамвайного пути является выполнение железобетонной шпалы (5) в виде продольного железобетонного бруса переменного сечения, содержащего не менее 12 армирующих стальных холоднодеформированных проволок, расположенных в четыре вертикальных ряда; их симметричное расположение по два ряда относительно вертикальной оси поперечного трапецеидального сечения шпалы диаметром 5±1 мм способствует упругости и сохранению шпал, обеспечивает восприятие ударных нагрузок, сохраняя демпфирующие свойства находящегося под ней демпфирующего слоя (3), что способствует повышению рабочих характеристик и надежности конструкции трамвайного пути в целом.

Прирельсовые профили (9) устанавливаются в пазухи рельсов (7), между рельсами (7) укладывается слой гранитного щебеня (8) мелкозернистой фракции высотой от 0,08 м, поверх которого укладывается слой асфальтобетона крупнозернистого (10) высотой 70 мм, поверх которого укладывается слой щебеночно-мастичного асфальтобетона (11) высотой от 0,05 м. Такое последовательное наложение слоев с постепенным уменьшением размера зерен фракций позволяет создать упругодемпфирующую систему, нивелирующую вибронагрузки и способствующую сохранению рабочих свойств пути.

Улучшению демпфирующих свойств пути способствует дополнительное присоединение прирельсовых профилей (9) к рельсу (7) клеем, в качестве которого может быть использован фенолформальдегидный клей. Улучшению демпфирующих свойств пути способствует соединение стыков между профилями пластичным монолитным составом для бескордового соединения каучуков, например раствором стирол-бутадиен-стирольного каучука в органических растворителях с добавлением наполнителей и целевых компонентов.

Обеспечивать контроль за состоянием пути, в частности его демпфирующих свойств, вибро- и шумонагрузки, возможно с включением в конструкцию пути системы локального анализа нагрузок и геометрии твердых элементов конструкции.

Заявленная конструкция была апробирована в реальных условиях и показала улучшение демпфирующих свойств рельсового пути, снижение шумо- и вибронагрузок благодаря комплексному воздействию выполненных в соответствии заявленному техническому решению конструктивных элементов, что ведет к повышению надежности пути в целом.

Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано при строительстве, реконструкции и эксплуатации трамвайных путей, расположенных на одном уровне с проезжей частью, для путей на железных дорогах и метрополитене. Конструкция строения однопутного участка трамвайного пути содержит котлован шириной от 3 м, высотой от 0,65 м, слой из строительного песка толщиной не менее 0,1 м, уложенный на дно котлована, поверх которого уложен щебеночный балластный слой толщиной от 0,15 м, на который уложены предварительно напряженные железобетонные шпалы, соединенные с рельсами упругими скреплениями. Шпалы выполнены в виде продольного железобетонного бруса переменного сечения, содержащего не менее 12 армирующих стальных холоднодеформированных проволок, расположенных в четыре вертикальных ряда. Прирельсовые профили установлены в пазухи рельсов, между рельсами укладывается щебень высотой от 0,08 м, поверх которого укладывается слой асфальтобетона крупнозернистого, поверх которого укладывается слой щебеночно-мастичного асфальтобетона высотой от 0,05 м. Изобретение повышает демпфирующие свойства рельсового пути, снижает шумо- и вибронагрузки и, как следствие, повышает надежность пути в целом. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Конструкция строения однопутного участка трамвайного пути, содержащая котлован шириной от 3 м, высотой от 0,65 м, слой из строительного песка толщиной не менее 0,1 м, уложенный на дно котлована, поверх которого уложен щебеночный балластный слой толщиной от 0,15 м, на который уложены предварительно напряженные железобетонные шпалы, соединенные с рельсами упругими скреплениями, при этом шпалы выполнены в виде продольного железобетонного бруса переменного сечения, содержащего не менее 12 армирующих стальных холоднодеформированных проволок, расположенных в четыре вертикальных ряда, прирельсовые профили установлены в пазухи рельсов, между рельсами укладывается щебень высотой от 0,08 м, поверх которого укладывается слой асфальтобетона крупнозернистого, поверх которого укладывается слой щебеночно-мастичного асфальтобетона высотой от 0,05 м.

2. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что армирующие стальные проволоки железнодорожной шпалы выполнены диаметром 5±1 мм и расположены симметрично по два ряда относительно вертикальной оси поперечного трапецеидального сечения шпалы.

3. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, между слоем песка и щебня размещен демпфирующий слой, выполненный в форме многослойной пластины, содержащей защитные и демпфирующие слои, при этом один слой многослойной пластины выполнен в виде элемента из защитного материала, а демпфирующая часть пластины выполнена в виде элемента из эластомера плотностью не менее 100 кг/м³ при толщине от 10 до 100 мм.

4. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что профили дополнительно присоединены к рельсу клеем.

5. Конструкция по п. 4, отличающаяся тем, что в качестве клея для присоединения профилей к рельсу использован фенолформальдегидный клей.

6. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что стыки между профилями соединены пластичным монолитным составом для бескордового соединения каучуков.

7. Конструкция по п. 3, отличающаяся тем, что морозостойкость демпфирующего слоя по эластическому восстановлению после сжатия при температуре минус 60°С составляет не более 30%, остаточная деформация при сжатии - не более 10%, а изменение статического модуля деформации - не более 10%.