Конструкция трамвайного пути с верхним покрытием из крупноразмерных плит Российский патент 2025 года по МПК E01B2/00 

Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано при строительстве, реконструкции и эксплуатации трамвайных путей.

При прохождении подвижного состава по рельсовому пути, уложенному на шпалах, рельс подвергается воздействию системы сил (имеющих как статическую, так и динамическую природу), которые вызывают сложные колебания 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, скреплений, шпал и щебеночного балласта, что снижает продолжительность и увеличивает стоимость жизненного цикла 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 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 сложность конструкции пластиковой сетки из ориентированных полосок, образующих треугольные ячейки с местом соединения в каждом углу, а главное – 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 с верхним покрытием из крупноразмерных плит направлена на повышение демпфирующих свойств рельсового пути, обеспечивающих снижение шумо- и вибронагрузок, с целью повышения надежности пути в целом.

Указанный результат достигается тем, что конструкция трамвайного пути, расположенного на одном уровне с проезжей частью с верхним покрытием из крупноразмерных плит, содержит котлован шириной 6,0–8,5 м, высотой 0,6–0,7 м, подстилающий слой из строительного песка толщиной не менее 0,1 м, уложенный на дно котлована, поверх которого уложен щебеночный балластный слой толщиной не менее 0,15 м, на который уложена рельсошпальная решетка с упругими 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 фиксаторы, установленные в пазухи рельсов, между рельсами укладываются железобетонные плиты толщиной от 0,17 м.

Заявленный технический результат достигается также тем, что армирующие шпалы стальные проволоки расположены симметрично по два ряда относительно вертикальной оси поперечного трапецеидального сечения шпалы диаметром 5±1мм.

Заявленный технический результат достигается также тем, что 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.

Заявленный технический результат достигается также тем, что на шпалы устанавливаются прокладки нашпальные колейные внутри колеи, междупутные – по бокам колеи.

Заявленный технический результат достигается также тем, что фиксаторы дополнительно присоединены к рельсу клеем.

Заявленный технический результат достигается также тем, что в качестве клея для присоединения фиксаторов к рельсу использован фенолформальдегидный клей.

Заявленный технический результат достигается также тем, что стыки между фиксаторами соединены пластичным монолитным составом для бескордового соединения каучуков, представляющим собой раствор стирол-бутадиен-стирольного каучука в органических растворителях с добавлением наполнителей и целевых компонентов.

Заявленный технический результат достигается также тем, что торцевые грани железобетонных плит выполнены в форме выступов и впадин и защищены резиновыми элементами.

В конструкции может быть применен как рельс Р65, так и РТ-62.

Устройство покрытия пути выполнено из крупноразмерных железобетонных плит длиной 3,0±0,1 м, толщиной от 0,17 м, установленных на фиксаторы и прокладки нашпальные.

Возможно исполнение с применением системы локального анализа нагрузок и геометрии твердых элементов конструкции.

Заявленный технический результат достигается 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%.

Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение конструкции трамвайного пути согласно заявленному изобретению, где условно обозначены следующие позиции:

1 – земля (котлован);

2 – песок;

3 – демпфирующий слой;

4 – щебень;

5 – шпалы;

6 – прокладки демпфирующие нашпальные;

7 – упругие скрепления;

8 – рельс;

9 – фиксаторы;

10 – плиты.

Трамвайный путь находится на одном уровне с проезжей частью с покрытием из крупноразмерных плит (10).

Для реализации конструкции сначала подготавливается котлован (1), при этом оптимальный результат достигается при ширине котлована, предназначенного для устройства двухпутного участка 6,0–8,5 м.

Дно котлована (1) выравнивается и уплотняется. На земляное дно котлована (1) укладывается слой строительного песка (2) повышенной или средней крупности, толщиной не менее 10 см, 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 15 см, выполненного из щебня плотных горных пород по ГОСТ 7392-2014.

Попадание загрязнений от земли (1) со дна котлована снижает демпфирующие свойства щебеночного балластного слоя (4), приводит к уплотнению и повышению вибро- и шумонагрузок и последующему разрушению конструкции рельсошпальной решетки. Разрушение шпал (5) повышает нагрузку на рельсы (8), снижая надежность рельсового пути, что в конечном итоге оказывает негативное воздействие на подвижной состав.

Для повышения демпфирующих свойств, обеспечивающих снижение шумо- и вибронагрузок конструкции в целом, на слой песка (2) может быть уложен демпфирующий слой (3), выполненный в форме многослойной пластины, содержащей защитную и собственно демпфирующую часть, 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. 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.

Применение демпфирующего слоя (3) существенно снижает ударные нагрузки на конструкцию и подвижной состав, повышает демпфирующие свойства, а также препятствует загрязнению щебеночного слоя (4) и повышает надежность рельсового пути, при этом снижая шумо- и виброзагрязнение.

Конструкция содержит рельсошпальную решетку, размещаемую на щебеночный балластный слой, с упругими промежуточными скреплениями (7), включающую предварительно напряженные железобетонные шпалы (5), нашпальные прокладки (6), подрельсовые прокладки, фиксаторы (9) и рельсы (8), которые могут укладываться непосредственно не рельсовом пути. Демпфирующая нашпальная прокладка (8) может быть выполнена из бутадиен-стирольных каучуков и имеет форму, повторяющую геометрию конструкции шпалы. Фиксаторы (9) могут быть выполнены в виде длинномерного упругого элемента, например резинового бруса длинной 1500 мм, соответствующей конфигурации с полой воздушной камерой. Фиксаторы (9) имеют с одной стороны криволинейную поверхность, повторяющую поверхности подошвы, шейки и головки рельса путей, а с другой стороны – опорную поверхность для плит сборного покрытия путей, образованную двумя сопрягающимися плоскими поверхностями, между рельсами укладываются железобетонные плиты толщиной от 0,17 м. Фиксаторы (9) могут быть изготовлены методом экструзии из бутадиен-стирольных каучуков.

На предварительно уплотненный балластный щебеночный слой рельсошпальная решетка может укладываться в виде заранее собранных и готовых к установке комплектов рельсов и шпал, соединенных между собой с помощью необходимых креплений, а также 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, что обеспечивает восприятие ударных нагрузок, сохраняя демпфирующие свойства находящихся под ней балластного слоя (4) и демпфирующего слоя (3), что способствует повышению рабочих характеристик и надежности конструкции трамвайного пути в целом.

На железобетонные шпалы (5) устанавливаются прокладки демпфирующие нашпальные (6). Прокладки могут быть выполнены в форме пластины прямоугольной формы, толщина которой увеличивается к центру пластины, с трапецеидальной выемкой в нижней части пластины, расположенной вдоль длинной стороны пластины, и выемкой сложной формы в верхней части пластины, выполненной в виде вытянутого вдоль пластины шестигранника, соединенного с боковыми сторонами канавками: тремя равноудаленными друг от друга канавками – с длинными сторонами пластины, одной канавкой – с короткими сторонами пластины, при этом длина верхней части длинной стороны пластины превышает длину нижней части длинной стороны пластины. Применение прокладок позволяет демпфировать ударные нагрузки от проезжающего транспорта, снижает вибро- и шумонагрузки, препятствует разрушению шпал и усиливает демпфирующие свойства трамвайного пути в целом.

Прирельсовые фиксаторы (9), установленные в пазухи рельсов, выполнены в виде резинового бруса, имеющего с одной стороны криволинейную поверхность, повторяющую поверхности подошвы, шейки и головки рельса путей, а с другой стороны – опорную поверхность для плиты (10) сборного покрытия путей, образованную двумя сопрягающимися плоскими поверхностями, длина которых кратна 1,5 м.

Для сохранения устойчивого положения фиксаторов (9) в шейке рельса может быть применен клей. Присоединение фиксаторов (9) к рельсу (8) клеем обеспечивает надежность и работоспособность покрытия трамвайного пути, что в конечном итоге улучшает его демпфирующие свойства, снижает вибрацию и шум.

Исследования показали, что для присоединения фиксаторов (9) к рельсу целесообразно использовать фенолформальдегидный клей, а для соединения стыков фиксаторов (9) хорошие результаты дает применение пластичного, монолитного состава, способствующего поглощению вибраций, обеспечивающего повышение герметичности соединений, при этом обеспечивающего устойчивость к температурным воздействиям и УФ-излучениям. В качестве такого состава может быть использован раствор стирол-бутадиен-стирольного каучука в органических растворителях с добавлением наполнителей и целевых компонентов, что в конечном итоге улучшает его демпфирующие свойства, снижает вибрацию и шум.

Устройство покрытия пути выполнено из крупноразмерных железобетонных плит (10) длиной 3,0 м, толщиной от 0,17 м. Уложенные между рельсами (8) железобетонные плиты опираются на фиксаторы (9), размещенные в пазухах рельсов. Для обеспечения монолитности системы, что ведет к улучшению демпфирующих свойств, снижению вибро- и шумонагрузок, торцевые грани уложенных между рельсами (8) плит (10) могут быть выполнены в форме выступов и впадин, защищённых резиновыми элементами. Резиновые элементы обеспечивают соединение плит (10) и снижают ударные и колебательные нагрузки, повышая демпфирующие свойства и надежность покрытия рельсового пути, снижая шумо- и вибронагрузки.

Предложенная конструкция трамвайного пути может быть выполнена с использованием рельсов Р65 или РТ-62.

Заявленная конструкция была апробирована в реальных условиях и показала улучшение демпфирующих свойств рельсового пути, снижение шумо- и вибронагрузок, что ведет к повышению надежности пути в целом.

Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано при строительстве, реконструкции и эксплуатации трамвайных путей. Конструкция трамвайного пути с верхним покрытием из крупноразмерных плит содержит котлован шириной 6,0-8,5 м, высотой 0,6-0,7 м, слой из строительного песка толщиной не менее 0,1 м, уложенный на дно котлована, поверх которого уложен щебеночный балластный слой толщиной не менее 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. Железобетонная шпала выполнена в виде продольного железобетонного бруса переменного сечения, содержащего не менее 12 армирующих стальных холоднодеформированных проволок, расположенных в четыре вертикальных ряда. Прирельсовые фиксаторы установлены в пазухи рельсов и выполнены в виде резинового бруса. Между рельсами укладываются железобетонные плиты толщиной от 0,17 м. Изобретение повышает демпфирующие свойства рельсового пути, обеспечивающие снижение шумо- и вибронагрузки и повышение надежности пути в целом. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Конструкция трамвайного пути с верхним покрытием из крупноразмерных плит, содержащая котлован шириной 6,0-8,5 м, высотой 0,6-0,7 м, слой из строительного песка толщиной не менее 0,1 м, уложенный на дно котлована, поверх которого уложен щебеночный балластный слой толщиной не менее 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 фиксаторы установлены в пазухи рельсов, прирельсовые фиксаторы выполнены в виде резинового бруса, между рельсами укладываются железобетонные плиты толщиной от 0,17 м.

2. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что армирующие шпалы стальные проволоки 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 на шпалы устанавливаются прокладки нашпальные колейные внутри колеи, междупутные - по бокам колеи.

5. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что фиксаторы дополнительно присоединены к рельсу клеем.

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

7. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что стыки между фиксаторами соединены пластичным монолитным составом для бескордового соединения каучуков, представляющим собой раствор стирол-бутадиен-стирольного каучука в органических растворителях с добавлением наполнителей и целевых компонентов.

8. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что торцевые грани плит выполнены в форме выступов и впадин и защищены резиновыми элементами.

9. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что железобетонные плиты выполнены длиной 3,0±0,1 м и установлены на фиксаторы и прокладки нашпальные.

10. 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%.