Деревянная шпала Советский патент 1941 года по МПК E01B3/02 

На железных дорогах Союза ССР в настоящее время применяется стандарт на деревянные шпалы (ОСТ 7157), характеризую1цийся тем, что шпалы изготовляются из цельной древесины, имеют Б основном вид пластин с широкой нижней постелью и несколько меньшей верхней гранью, по бокам ограничены или цилиндрической естественной поверхностью дерева или вертикальным обрезом, примерно, на две трети высоты шпалы.

Основное назначение шпалы заключается в том, чтобы; а) воспринимать давление от рельсов и передавать его на балластный слой и б) держать неизменной ширину колеи.

Для того, чтобы шпала могла хорошо выполнять свое первое назначение, она должна иметь такую форму, при которой наибольшие фактические напряжения как в самой шпале, так и в балластной постели, на которую опирается шпала, при действии внешней нагрузки не превосходили бы допускаемых, т. е. шпала и балласт действительно отвечали бы условиям прочности.

Между тем на практике, при существующих типах шпал, этого не наблюдается.

По существующим принципам расчета пути прочность шпал и балласта считаются обеспеченными в том случае, если при центральном вертикальном воздействии на шпалу внешних сил, в виде давления рельса, получаются под подкладкой напряжения в шпале и под нижней постелью шпалы напряжения в балласте, не превосходящие допускаемых. Из этого следует, что проверка прочности шпал и балласта основывается здесь на средних напряжениях.

Фактически же при существующих типах шпал и способе прикрепления к ним рельсов прочность шпал и балласта решают не средние напряжения, получаемые по расчету, а наибольшие, которые в действительности имеют место и которые в значительной мере превышают по своей величине средние расчетные напряжения.

Эти наибольшие отличные от средних напряжения в шпале под подкладкой и в балласте под шпалой являются результатом внецентренного воздействия сил на шпалу. Если при центральном давлении на шпалу под подкладкой возникает среднее напряжение р, то при крайнем внецентренном действии такого давления под подкладкой возникают подкромочные напряжения - с одной стороны 4/J, с другой - 2р.

Таким образом один край подкладки, вызывая в шпале напряжения на смятие в четыре раза больше допускаемого (если р считать равным допускаемому напряжению), в конце концов разрушает волокна шпалы, а второй край, стремясь оторваться от шпалы, действует на костыль и заставляет его выдергиваться. Так как давление на шпалу при динамике перемеш,ается от одного края к другому, подкладка начинает раскачиваться, разрабатывая постепенно костыльное гнездо и постоянно поддергивая костыли, что и наблюдается в действительности.

Аналогичное воздействие давления на шпалу наблюдается и в отношении балласта с той лишь разницей, что благодаря принятому в практике отношению ширины подкладки к ширине нижней постели шпалы, равному 0,6, подкромочные напряжения в балласте имеют minimum равным - 0,8 q и maximum равным-j-2,8 q, где q - среднее расчетное напряжение в балласте под шпалой.

Так как напряжения р в шпале под подкладкой и (7 в балласте под шпалой являются средними расчетными напряжениями, на которых базируется по теории расчета пути прочность элементов верхнего строения, то из приведенных соображений становится совершенно очевидным тот разрыв, который наблюдается в действительности между практикой и теорией.

Чтобы устранить этот разрыв, привести практику в полное соответствие с теорией и обеспечить действительную прочность элементов верхнего строения, автор предлагает изменить форму поперечного сечения шпалы и дать ей такое очертание, при котором наибольшие напряжения q лишь в очень незначительной мере, практически применяемой и неопасной,, отличались бы от средних расчетных напряжений.

На чертеже представлены тр;; контура поперечного сечения шпалы, наложенные один на другой. Контур 1 соответствует существуюш,ему стандарту шпалы. Контур 2 имеет такое криволинейное очертание нижней части шпалы, при котором в любой точке балластной постели под шпалой, при любом положении нагрузки на шпале напряжения не превышают допускаемых расчетных. Эта форма нижней части поверхности шпалы является теоретически наиболее рациональной, но так как ее осуществление вызывает большие трудности, то практически можно принять очертания по контуру 3 в виде ломаной линии, очень близко подходящему к контуру 2.

Боковые поверхности предлагаемой формы шпалы являются сопряжением верхней части шпалы с и имеют наклонное положение. Это дает возможность создать большее сопротивление выдергиванию и подъему шпалы из балласта.

Как видно из чертежа, высота 1г предлагаемого сечения больше высоты АО сечения шпалы существуюшего стандарта. Дополнительная площадь сечения, соответствующая разнице высот h-liQ, компенсируется экономией сечения в углах. Увеличение же высоты сечения повышает момент инерции и делает шпалу более прочной.

Полученный таким образом контур 3 поперечного сечения шпалы представляет собой вполне рациональное и практически приемлемое решение.

Предмет изобретения.

Деревянная щпала, отличающаяся тем, что, в целях устранения повышенных подкро.мочных напряжений в балласте под шпалой, нижняя часть поперечного сечения шпалы имеет ломаное

очертание, близко подходящее к кривой равного напряжения на балласт.