Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЩЕБЕНОК

Изобретение относится к изготовлению щебенок преимущественно для железобетонных зубатых шпал, применяемых в верхнем строении железнодорожного бесстыкового пути, требующего для обеспечения устойчивости и высоких скоростей движения применения рельсовых опор с увеличенным усилием сдвига.

Общеизвестна железобетонная шпала, представляющие собой балку переменного трапецеидального сечения (см. «Общий курс железных дорог», стр.56, под ред. Ю.И. Ефименко. - М., 2005 г.). Недостатком этих шпал является низкий коэффициент сцепления µж с балластом железнодорожного пути. Он составляет µж=1,2 и меньше, чем у деревянных, в 3,3…4,2 раза (см. «Новые путевые машины» под редакцией Ю.П. Сырейщикова, стр.192).

Это приводит к снижению скорости движения и слабой устойчивости железнодорожного пути, опирающегося на бетонные шпалы. Поэтому возможны выбросы рельсов в боковом направлении, возникновение нештатных и аварийных ситуаций. Известны также железобетонные рельсовые опоры по патенту RU 2 422 575 С1. В подошву этих шпал закреплены путем вбетонирования зерна щебня. Благодаря значительному увеличению коэффициента сцепления с балластной призмой данная конструкция обеспечивает гарантированную устойчивость пути. Шпала становится «зубатой». Усилие ее сдвига в щебеночном балласте верхнего строения пути увеличивается в 3…10 раз, потому что к трению по подошве рельсовой опоры добавляется сила прорезания зубъями верхнего слоя балластной призмы, уплотненного поездной нагрузкой до прочности асфальта.

Для изготовления «зубатой» шпалы требуются щебенки определенных размеров и формы. Целесообразно их получение преимущественно в виде заостренных цилиндрических или конических каменных зерен одинакового размера. Ориентировочная длина 50-100 мм, диаметр средней части 20-50 мм. Отклонения щебенок по размерам не позволяют механизировать процесс их установки в вертикальном положении с заданным зазором друг от друга при вбетонировании в подошву шпалы.

Известен способ изготовления щебенок измельчением обломков горных пород путем механического раскалывания, дробления каменных глыб в щековых, роторных и конических дробилках. После этого происходит процесс сортировки щебня по фракциям. Но значительные отступления от цилиндричности, отклонения по длине и максимальному диаметру не позволяют получить зерна одинаковых размеров. Это обстоятельство исключает возможность механизировать процесс вбетонирования щебенок в подошву шпалы с целью значительного увеличения ее усилия сдвига в верхнем слое балластной призмы железнодорожного пути.

Целью изобретения является получение зерна щебня, то есть щебенки, заданного определенного размера и формы. Это позволит механизировать и автоматизировать процесс вбетонирования щебенок в подошву шпалы.

Указанная цель достигается тем, что их получают путем нагрева крупных кусков камня до температуры плавления с последующей разливкой расплава в литейные формы, которые обеспечивают получение зерен щебня определенных размеров. В изобретении применен способ каменного литья. Он использован для изготовления отдельных одиночных щебенок, то есть для зерен щебня, путем заливки расплавом многочисленных литейных гнезд Внутренние размеры оболочек этих литейных форм одинаковы с наружными размерами зерен щебня.

Изготовление зерен щебня определенного заданного размера и заданной формы происходит, например, следующим образом. Кусок твердой горной породы, например базальт, диабаз, гранит, нагревают в газовой печи до расплавленного состояния. Затем пришедший в жидкое состояние камень выливают в литейные формы с нужными заданными строго определенными размерами. После остывания и затвердевания готовые зерна щебня, имеющие одинаковые размеры и конфигурацию, вынимают из разливочных гнезд и используют в производстве зубатых шпал.

Другой вариант изготовления щебенок для зубатых шпал происходит следующим образом. Заготовку из камня нагревают до пластичного состояния. После этого штамповкой (объемной или листовой) получают зерна щебня строго заданной формы и размеров.

Третий вариант заключается в выдавливании нагретого до текучего состояния камня через отверстие заданной формы с разрезкой выходящей пластичной заготовки на зерна щебня заданной длины.

Изобретение позволяет эффективное его использование не только при производстве новых, с повышенным усилием сдвига, шпал, зубья которых получены вбетонированием зерен щебня в их подошву в конце цикла, на финише изготовления, но, и это особенно важно, для модернизации демонтированных, бывших в эксплуатации.

Известно, что срок службы железобетонных рельсовых опор составляет 40-50 лет. Капитальный ремонт шпальной решетки производят через 18-25 лет. При этом одновременно с заменой рельсов приходится заменять и шпалы, которые выработали свой ресурс всего на 50%, но имеют трещины в подошве подрельсовой зоны. Изобретение позволяет модернизировать демонтированные при капитальном ремонте пути шпалы с целью придания им повышенной устойчивости за счет увеличения усилия сдвига в балласте в 3-5 раз и «залечивания» имеющихся дефектов в виде мелких трещин. Доработка заключается в вбетонировании в средней части подошвы зерен щебня и создании зубатых выступов в подрельсовой зоне опор железнодорожного пути, заделке трещин. Эти изменения конструкции шпалы позволяют увеличить ее устойчивость в щебне в несколько раз. Кроме того, зубатый выступ в подрельсовой зоне становится своеобразной опорой шпалы на балласт и выполняет функцию, аналогичную функции фундаментной сваи. Благодаря этому исчезают имевшиеся в стандартных конструкциях изгибные усилия по подошве, которые и приводили к возникновению трещин. Подрельсовая зона шпалы начинает работать только на сжатие, растягивающие напряжения в бетоне исчезают и поэтому появление новых дефектов рельсовой опоры исключается.

Предлагаемая конструкция обеспечивает эффективное противодействию сжимающим температурным силам в рельсах повышение скорости движения поездов, исключает возможность выброса и угона пути, повторное использовать прошедших доработку старогодных шпал не только на малодеятельных, но и на главных железнодорожных магистралях.

Применение изобретения позволяет не только изготовлять высокоэффективные железобетонные шпалы для бесстыкового пути, но и модернизировать демонтированные с приданием рельсовым опорам значительного увеличения их усилия сдвига в балластной призме, исключающего возникновение выброса при действии экстремальных температур и отклонение от норм содержания верхнего строения железнодорожного пути.