Профіль залізничної шпали на полімерній основі, призначений для зменшення обмеження по центру

 

Даний винахід відноситься до залізничних шпал, а зокрема, до залізничних шпал, виконаним з композитного матеріалу, який профільований для зменшення обмеження по центру.

Типові залізничні шпали, виготовлені з деревини, вимагають проведення частої заміни внаслідок впливу умов навколишнього середовища, в тому числі погодних умов, комах і мікроорганізмів, які можуть скорочувати термін служби дерев'яної шпали. Дерев'яні шпали також можуть бути піддані хімічній обробці для продовження їх терміну служби, але така обробка може збільшити екологічні проблеми і підвищити вартість виготовлення шпали. Як відомо, шпали виготовляють з пластикового або композитного матеріалу, що послаблює проблеми, пов'язані з дерев'яними шпалами, але що також створює і проблеми, не пов'язані з дерев'яними шпалами.

Шпали, виготовлені з деревини, осідають на баласт, зазвичай з гірських порід, у протягом певного періоду часу і при постійних навантаженнях, і оскільки властивості деревини ортогонально поздовжньої осі дерева і шпали є набагато більш ослабленими у зіставленні з властивостями вздовж осі, шпали отримують естесѸческое взаємодія між дерев'яними шпалами і баластом має тенденцію до сприяння збереження фіксації шпали за місцем.

У США типова залізнична шпала є прямокутною за формою, маючи площу поперечного перерізу при 7 дюймах (178 мм) у висоту на 9 дюймів (229 мм) в ширину. Залізничні шпали, виготовлені з пластику або композитів, зазвичай мають ті ж самі розмір і форму, що і шпали, виготовлені з деревини, і повинні задовольняти тим же технічним вимогам до конструкції, що й дерев'яні шпали. Іншими словами, шпала не повинна допускати збільшення ширини колії більш ніж на 0,125 дюйма (3,2 мм) під дією бічної навантаження в 24000 фунтів (10900 кілограмів) і статичної вертикального навантаження в 39000 фунтів (17700 кілограмів). В додаток до цього шпала повинна бути здатною витримувати динамічне вертикальне навантаження в 140 000 фунтів (63500 кілограмів).

Механічні властивості пластикових і композитних шпал може запобігти виникненню в даних шпалах вм'ятин і вдавливаний під дією баласту з плином часу, як це відбувається для дерев'яних шпал. Для подолання цього шпали, виготовлені з пластику або композитів, іноді на нижній і бічних сторонах мають тиснений або впечатанний малюнок, що забезпечує підвищену механічну взаємодію з баластом, таким чином �ові і композитні шпали продемонстрували тенденцію до появи «обмеження по центру», що робить їх схильними до розтріскування в середині шпали. Шпалой з обмеженням по центру є та, яка має знизу опору при більш високого насипу баласту в центрі шпали в зіставленні з тим, що існує по кінцях шпал або під рейками. Це викликає згинання шпал уздовж поздовжньої осі і в дещо меншій мірі вздовж осі, ортогональній поздовжньої осі, кожен раз, коли шпала навантажується вагою поїзда, що рухається по залізничній колії. У кінцевому рахунку це викликає розтріскування шпали, і в результаті шпала стає неспроможною забезпечувати ширину колії для рейок. Тому було б вигідно мати шпалу, утворену з пластикового або композитного матеріалу, який профілюють для послаблення проблеми обмеження по центру.

Даний винахід відноситься до залізничної шпале, отриманої з композитного матеріалу, який профілюють для зменшення обмеження по центру. В одному варіанті виконання залізнична шпала містить блок прямокутної форми з композитного матеріалу, при цьому на кожному з кінців нижньої сторони шпали сформовані плоскі поверхні, а між плоскими поверхнями на нижній стороні шпали с�вигин має радіус, який варіюється уздовж поздовжньої осі шпали, причому радіус має мінімум в центрі шпали, тягнучись в нескінченність там, де середня частина зустрічається з плоскими поверхнями.

Винахід пояснюється кресленнями, на яких представлено наступне:

фіг.1 - вигляд знизу залізничної шпали згідно винаходу;

фіг.2 - вигляд збоку залізничної шпали по фіг.1;

фіг.3 - поперечний переріз B-B для залізничної шпали по фіг.2;

фіг.4 - поперечний переріз A-A для залізничної шпали по фіг.2.

Одне рішення проблеми обмеження по центру у відповідності з цим винаходом полягає у формуванні шпали з плоскими нижніми сторонами під подушками під рейки і на кінцях шпали, але і в формуванні сідловидна профілю на нижній стороні шпали між поверхнями подушок під рейки. Сідлоподібний профіль буде мати два радіуса кривизни, один уздовж поздовжньої осі шпали, а інший - ортогонально поздовжньої осі шпали.

У США типова ширина колії, що використовується на залізницях, становить 56,5 дюйма (1435 мм). Бажано, щоб як верхня, так і нижня поверхні шпали були б плоскими на поверхні, де розташовуються подушки під рейки, так щоб не створювати перешкод у зот поверхні шпали назовні до кінця шпали. Дана поверхня могла б доходити до 3 дюймів (76,2 мм) від внутрішньої крайки кожного, що залишає максимальна відстань, що становить приблизно 50,5 дюйма (1283 мм), на нижній стороні шпали, на якій отримують кривизну, паралельну поздовжньої осі шпали. Дана поверхня продемонстрована як позиція 4 на фіг.1.

Бажано також, щоб товщина шпали, яка зазвичай має 7 дюймів (178 мм) по висоті, не була б зменшена більш ніж на 1 дюйм (25,4 мм) внаслідок кривизни, паралельній поздовжній осі шпали, так щоб не ставити під питання структурну цілісність шпали. На максимальній відстані в 50,5 дюйма (1283 мм) до зменшення товщини шпали в 1 дюйм (25,4 мм) в результаті призводить радіус кривизни, паралельній поздовжній осі шпали, в 637 дюймів (16180 мм). У разі збільшення радіуса кривизни до 2500 дюймів (63500 мм) зменшення товщини в середині шпали зменшується до 1/4 дюйма (6,4 мм). Тому радіус кривизни, паралельній поздовжній осі шпали, не повинен бути меншим ніж 637 дюймів (16180 мм).

У другому варіанті виконання винаходу може і не бути реальної потреби у створенні будь-якої кривизни уздовж довжини шпали, оскільки призначення сідла полягає у видавлюванні гірської павления, ортогонального поздовжньої осі шпали, кривизна в даному напрямку є більш критичною, ніж кривизна уздовж поздовжньої осі, і в результаті в альтернативних варіантах виконання винаходу уздовж поздовжньої осі шпали кривизна може бути відсутнім. Зверніть увагу на те, що радіус кривизни, що становить нескінченність, в результаті призводить до отримання плоскої поверхні, паралельній поздовжній осі шпали. Тому радіус кривизни уздовж довжини шпали повинен знаходитися в діапазоні від 637 дюймів (16180 мм) до нескінченності.

Таким чином, кривизна, ортогональная поздовжньої осі шпали, є більш критичною. Ця кривизна може змінюватись вздовж поздовжньої осі шпали від максимуму в центрі шпали, що продемонстровано у поперечному перерізі на фіг.3, до нуля (відсутність кривизни) на поверхні шпали поза центральній частині у 50,5 дюймів (1283 мм), що продемонстровано у поперечному перерізі на фіг.4. Таким чином, радіус кривизни, ортогональній поздовжньої осі шпали, також буде змінюватись уздовж довжини шпали, маючи мінімум, який становить приблизно 4,5 дюйма (114 мм) в центрі шпали, при збереженні максимального зменшення товщини шпали в 1 дюйм (25,4 мм). Переважно цей радіус �1283 мм), що виключає гострі кромки, які могли б створювати точки слабких місць у конструкції шпали.

Мінімальний радіус кривизни в центрі шпали міг би бути збільшений до величини у діапазоні від 9 дюймів (229 мм) до 18 дюймів (457 мм), але це може в результаті призвести до меншої ефективності притискування баласту до бічних сторін шпали. Тому в кращих варіантах виконання винаходу критична кривизна повинна знаходитися в діапазоні від 4,5 дюйма (114 мм) до 14 дюймів (356 мм).

Сідлоподібна поверхня, отримана на нижній стороні шпали, буде використовуватися для програми певного компонента сили до баласту, який може збиратися під серединою шпали, відтісняючи баласт і дозволяючи шпале осідати при наявності плоскої опори під подушками під рейки. Додаткова перевага полягає у вірогідному збільшенні контрольного числа у випробуванні з виштовхування одиночної шпали у міру осідання шпали.

В одному альтернативному варіанті виконання сідлоподібна поверхня може бути отримана при наявності в ній вм'ятин для збільшеного механічного взаємодії з баластом, як це описується в патенті США 7011253 названому «Engineered Railroad Ties», який в якості посилання включно�(поліетилен високої щільності) і скловолокна, слюди, тальку або інших подібних матеріалів, добре відомих з рівня техніки, і дані композити також є придатними для використання при отриманні шпал, описаних у цьому описі.

Однак переважно шпали виконані з несмешиваемой полімерної суміші, що містить (1) поліетилен (ПЕ) і (2) полімер акрилонітрилу-бутадієну-стиролу (АБС), полікарбонат (ПК) або суміш з АБС і ПК. У кращому варіанті здійснення ПЕ являє собою ПЕ високої щільності (ПЕВЩ). Несмешиваемие полімерні суміші, утворені з ПЕ в комбінації з ПК та/або АБС або їх сумішшю, мають тенденцію до збільшення жорсткості виробу, виготовленого із суміші. У разі залізничних шпал, наприклад, модуль пружності композиції повинен становити, щонайменше, приблизно 170000 (1170000), а міцність повинна становити щонайменше 2500 фунт/дюйм (17200 кПа). Наприклад, суміш, що містить приблизно 10% АБС і приблизно 90% ПЕВЩ, буде характеризуватися модулем, що становить приблизно 175000 (1210000 кПа).

На додаток до цього для додаткового поліпшення властивостей несмешиваемой полімерної суміші, таких як межа міцності при розтягуванні, ударна в'язкість, твердість і деформаційна теп�бест, волластоном, ниткоподібні кристали, вуглецеві нитки, тальк, глини, слюду, карбонат кальцію, зольний пил і кераміку. Переважно будуть використовувати волокнисті наповнювачі, такі як скловолокно, оскільки вони будуть мати тенденцію до поліпшення жорсткості без значного зменшення ударних властивостей або збільшення щільності.

Винахід описувалося при вираженні через результати вимірювань на основі ширини колії залізниці, що використовується у Сполучених Штатах. Однак винахід також застосовується і до всіх частин світу, де використовують інші ширини колії і інші розміри залізничних шпал. Як було розглянуто в цьому документі, бажано, щоб для шпали, має висоту в 7 дюймів (178 мм), сукупна висота залізничної шпали не була б зменшена більш ніж на 1 дюйм (25,4 мм). Це перетворюється на максимальне зменшення розміру, що становить приблизно 15% від сукупної висоти шпали. Тому в разі отримання шпал мають змінні висоти, необхідно буде використовувати дане загальне керівництво.

Слід врахувати, що залізнична шпала відповідно до цього винаходу була описана при вираженні через конкретний розмір для використання в США, однак данно�т обмеження винаходу. Обсяг винаходу визначається наступною далі формулою винаходу.

1. Залізнична шпала, виконана з композитного матеріалу, містить: блок прямокутної форми з композитного матеріалу;
при цьому на кожному з кінців нижньої сторони шпали сформовані плоскі поверхні, причому
між плоскими поверхнями на нижній стороні шпали розташована середня частина, при цьому середня частина має першу кривизну, ортогональну поздовжньої осі шпали, при цьому радіус кривизни варіюється уздовж поздовжньої осі шпали, причому радіус має мінімум в центрі шпали, тягнучись в нескінченність там, де середня частина зустрічається з плоскими поверхнями.

2. Залізнична шпала за п. 1, в якому шпала має висоту 178 мм і ширину 229 мм, при цьому середня частина має максимальну довжину 1283 мм, причому мінімальний радіус першої кривизни знаходиться в діапазоні від 114 мм до 356 мм

3. Залізнична шпала за п. 2, в якій мінімальний радіус першої кривизни становить 114 мм

4. Залізнична шпала за п. 1, в якій середня частина має другу кривизну, паралельну поздовжньої осі шпали.

5. Залізнична шпала за п. 4, в якій перша кривизна і друга кривизна утворюють сідлоподібний пѵнтра середньої частини максимум на 15%.

7. Залізнична шпала за п. 2, в якій середня частина має другу кривизну, паралельну поздовжньої осі шпали.

8. Залізнична шпала за п. 2, в якій друга кривизна має радіус, який зменшує висоту центру середньої частини максимум на 25,4 мм

9. Залізнична шпала за п. 7, у якій радіус другої кривизни становить мінімум 16180 мм.

10. Залізнична шпала за п. 4, в якій друга кривизна простягається на всю довжину середньої частини.

11. Залізнична шпала за п. 1, в якій композитний матеріал являє собою поліетилен високої щільності, що містить наповнювач.

12. Залізнична шпала за п. 1, в якій композитний матеріал являє собою несмешиваемую полімерну суміш, що містить:
поліетилен високої щільності;
полімер акрилонітрилу-бутадієну-стиролу, полікарбонат або суміш з полімеру акрилонітрилу-бутадієну-стиролу і полікарбонату.

13. Залізнична шпала за п. 11, в якій несмешиваемая полімерна суміш додатково містить наповнювач.



 

Схожі патенти:

Композиція та спосіб для виробництва залізничних шпал

Винахід відноситься до нових композицій для залізничних шпал і способів їх виробництва. Спосіб виготовлення шпали, що включає першу частину, виготовлену з першої композиції, та другу частину, виготовлену з другої композиції, причому перша композиція включає 15-75 мас.% першого асфальтового компонента і 85-25 мас.% першого полімерного компонента, і друга композиція включає 20-85 мас.% другого асфальтового компонента і 80-15 мас.% другого полімерного компонента, і кожен з полімерних компонентів включає суміш придатною для переробки пластмаси та волокнистого армуючого матеріалу, що включає стадії: (i) окреме приготування та змішування вибраних кількостей асфальту і пластмаси для отримання першої і другої суміші; (ii) окреме плавлення і переробка зазначеної першої і другої суміші в процесорах, здатні нагрівати і подавати зазначені суміші окремо у вигляді складної асфальтно-пластмасовою композиції на насосні пристрої, пов'язані з соекструзионні фільєри; (а) перекачування першої композиції в першу секцію форми для утворення внутрішньої частини залізничної шпали і одночасне введення другої композиції у зовнішню частину форми для освіти внешненутренней частини залізничної шпали і одночасне введення першої композиції у зовнішню частину форми для утворення зовнішньої частини залізничної шпали. Отримана залізнична шпала володіє довговічністю, стійкістю до погодних умов і комах. 2 н. і 12 з.п. ф-ли, 1 іл.

Залізнична шпала

Винахід відноситься до шпал для шляху без застосування баластного шару або в тунелі/виадуке, де опорою для шпал служить підошва/плита

Шпала на основі просторового каркаса ніздрюватого

Винахід відноситься до конструкцій верхньої будови рейкових шляхів, зокрема до армованим шпалах

Шпала на основі пористого каркаса

Винахід відноситься до конструкцій верхньої будови рейкових шляхів, зокрема до армованим шпалах

Шпала

Шпала // 2413047
Винахід відноситься до конструкцій верхньої будови рейкових шляхів на магістральних залізничних лініях, у тому числі високошвидкісних, на мостах, у тунелях, метрополітенах, трамвайних коліях і на під'їзних залізничних коліях промислових підприємств

Полімерна шпала

Винахід відноситься до конструкцій верхньої будови рейкових шляхів і може знайти застосування на магістральних залізничних лініях, у тому числі високошвидкісних, у тунелях, метрополітенах, трамвайних коліях і на під'їзних залізничних коліях промислових підприємств

Шпала для швидкісного рейкового шляху

Винахід відноситься до транспортних конструкцій і призначена для швидкісного рейкового транспорту

Пристрій рейкової колії

Винахід відноситься до конструкцій верхньої будови колії, переважно залізничного, трамвайного або метрополітену

Бетонна шпала

Винахід відноситься до будівництва і може бути використано для спорудження залізничних шляхів
Up!