ПРИМЕНЕНИЕ УПРУГИХ ПОДШПАЛЬНЫХ ПРОКЛАДОК В ЗОНЕ СТЫКОВ

THE USE OF ELASTIC FOOT PADS IN THE JOINT AREA

Aleksandr Beloshapkin

student, Department of Construction of railways, bridges and transport tunnels. Management of the technical condition of the railway track, Krasnoyarsk Institute of Railway Transport Irkutsk State Transport University

Russia, Krasnoyarsk

Oleg Presnov

scientific supervisor, candidate of technical sciences, associate professor, Krasnoyarsk Institute of Railway Transport, Irkutsk State Transport University,

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

В данной статье описано применение в зоне рельсовых стыков упругих подшпальных прокладок. Рельсовый стык является самым слабым местом рельсового пути, так как именно в стыке нагрузка от колесных пар подвижного состава передаваемая на верхнее строение пути возрастает в несколько раз, что приводит к возникновению дефектов в рельсах, изломам шпал и возникновению просадок. Данная разработка позволяет гасить возрастающие нагрузки, тем самым сохраняя верхнее строение пути в нормативном состоянии.

ABSTRACT

This article describes the use of elastic foot pads in the area of rail joints. The rail joint is the weakest point of the rail track, since it is at the joint that the load from the wheel sets of rolling stock transmitted to the upper structure of the track increases several times, which leads to defects in the rails, fractures of sleepers and the occurrence of subsidence. This development makes it possible to extinguish increasing loads, thereby maintaining the upper structure of the track in a normative state.

Ключевые слова: шпала, транспорт, строение пути, упругие прокладки, надежность.

Keywords: sleeper, transport, track structure, elastic gaskets, reliability.

Возрастающие эксплуатационные нагрузки и скорости на современном железнодорожном транспорте ставят перед менеджерами, осуществляющими управление железными дорогами по всему миру, новые технические, а также экономические задачи.

Подшпальные прокладки дают возможность решить эти задачи: они защищают верхнее строение пути, улучшают качество позиции рельсового пути и сокращают вибрации как в рельсовом пути, так и в стрелочном переводе.

Подшпальные прокладки дают следующие преимущества: − сокращение эксплуатационных расходов − увеличение срока службы железнодорожного полотна − снижение вибраций Шпальные опоры позволяют эксплуатационным организациям значительно сократить ежегодные расходы на содержание рельсового полотна и стрелочных переводов [1].

Упругие подшпальные прокладки представляют собой модернизированное классическое верхнее строение пути. Эти изделия устанавливаются непосредственно под шпалой рельсового пути и повышают вертикальную упругость в верхнем строении пути. Благодаря подшпальным прокладкам нагрузка от движущегося рельсового транспорта равномерно перераспределяется в подстилающий грунт. Подшпальные прокладки с определенными упругими свойствами значительно сокращают износ железнодорожного пути. Обладающие высокими упругими свойствами подшпальные прокладки в качестве виброизоляции могут быть экономичной альтернативой матам под щебеночным балластом.

Hаиболее часто применяемой во всем мире формой верхнего строения пути является железнодорожной полотно с щебеночным балластом. Щебень как наиболее слабый компонент системы подвержен постоянному износу. Динамическая нагрузка приводит к его истиранию и дроблению. Эти эффекты приводят к изменению положения рельсового пути. Железнодорожное полотно приходится ремонтировать путем подбивки щебня под шпалами.

Целенаправленная установка подшпальных прокладок замедляет этот процесс благодаря следующим фактам:

- распределение осевого давления на большее количество шпал Упругие свойства подшпальных прокладок удлиняют линию прогиба рельса. Нагрузка от движущего поезда распределяется на большее количество шпал и, следовательно, на большую площадь. Это уменьшает нагрузку на щебень;

- увеличение площади контакта между шпалой и щебеночным балластом Уникальные свойства полиуретанового материала обусловливают идеальную заделку щебня в поверхность подшпальной прокладки [2]. Они стабилизируют самый верхний слой щебня. За счет этого достигается увеличение площади контакта между шпалой и щебнем с 8% (без подшпальной прокладки) до 35% (с применением подшпальной прокладки).

Их применение приводит к уменьшению нагрузки на щебеночный балласт. В результате этого снижается истирание и дробление щебня.

Благодаря пластическим свойствам подшпальной прокладки щебенки частично вдавливаются в прокладку. Как следствие, снижается удельное давление на щебень. Этот метод целенаправленно защищает щебеночный балласт и значительно замедляет осадку рельсового пути.

Опыт последних лет показал, что в результате применения этого метода продолжительность интервалов между подбивкой шпал увеличивается как минимум вдвое. В местах воздействия сильных нагрузок, таких как, например, стрелочные переводы, искусственные сооружения или крутые кривые положительный эффект применения подшпальных прокладок проявляется особенно быстро.

На участках рельсовых путей, подвергающихся повышенным нагрузкам – при нагрузке на ось до 37 тонн – преимущества применения подшпальных прокладок особенно убедительны.

B зависимости от максимально допустимого вертикального перемещения рельсов, шпалы, установленные на прокладки, обеспечивают затухание от 10 дБ [dB (v)] до 15 дБ [dB (v)] (при 63 Гц). До этого здесь не удалось обнаружить значимых изменений непосредственно отражаемого воздушного шума. Вторичный воздушный шум возникает вследствие отражения шума от конструкции, в которой, например, при движении проходящего поезда, возбуждаются вибрации. Это относится, в особенности, к металлическим конструкциям, таким как стальные мосты и виадуки. Применение упругих подшпальных прокладок с виброизолирующим действием является очень эффективным методом снижения вторичного воздушного шума [3].

При использовании подшпальных прокладок наблюдалось увеличение интервалов между проведением работ по подбивке шпал в 2-2,5 раза. Если учитывать, что интервал между подбивками шпал является показателем достижимой продолжительности службы рельсового пути, то более длительные промежутки времени между проведением работ по подбивке шпал приводят к значительному увеличению срока службы всего железнодорожного полотна [4]. Если далее учитывать затраты, возникающие при закрытии участков железной дороги во время проведения работ по техническому обслуживанию, то подшпальные прокладки являются чрезвычайно эффективной инвестицией, в особенности, на железнодорожных линиях, подвергающихся повышенным нагрузкам.

Проведенные исследования влияния упругих прокладок, уложенных под подошву шпалы, на интенсивность накопления деформации пути, позволили сделать следующие выводы:

1. Устранение просадок амплитудой до 14 мм, возникающих в стыках на железобетонных шпалах, с помощью упругих прокладок, укладываемых под подошву шпал в подрельсовых сечениях, является эффективным способом текущего содержания пути.

2. Результаты эксплуатационных наблюдений показали, что после укладки упругих подшпальных прокладок для устранения просадок глубиной до 14 мм дополнительная выправка не потребовалась до пропуска более 800 млн. т.

3. После пропуска 830 млн. тонн изъятые из пути упругие прокладки сохранили размеры по толщине и не имели повреждений поверхности.

4. Наилучшие результаты с точки зрения накопления остаточных деформаций имели прокладки жесткостью 40,29 кН/мм.

5. Результаты, полученные на основании проведенного в программном комплексе «Универсальный механизм» математического моделирования показывают, что при использовании упругих прокладок в стыковой зоне происходит снижение вертикальных сил, возникающих при взаимодействии пути и подвижного состава по сравнению с типовой конструкцией пути в 1,3 раза. Полученные результаты согласуются с проведенными ранее В. Ф. Барабошиным исследованиями в этой области.

Список литературы:

1. Певзнер, В.О. Повышение стабильности пути в зоне стыков за счет применения упругих подшпальных прокладок / В.О. Певзнер, М.М. Железнов, В.Н. Каплин, В.В. Третьяков, М.Н. Мысливец, А.С. Томиленко // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. – 2016. - No 3. – С.140-146.
2. Савин, А.В. Результаты испытаний безбалластных конструкций пути на Экспериментальном кольце АО «ВНИИЖТ» / А.В. Савин, В.В. Третьяков, В.Н. Каплин, А.В. Петров, К.И. Третьяков // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. – 2017. - Т. 76. - No4. - С. 195-201.
3. Каплин, В.Н. Повышение стабильности пути в стыках / В.Н. Каплин // Журнал «Путь и путевое хозяйство». - 2019. - No 4. – С. 29-31
4. Расчетно-экспериментальная оценка влияния использования подшпальных прокладок на показатели динамического воздействия подвижного состава на путь в стыковой зоне / В. Н. Каплин [и др.] // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. – 2019. – No 4. – С. 241–248.