книги из ГПНТБ / Ситковский, И. П. Полимерные материалы на зарубежных железных дорогах

ностью. Поэтому при укладке их на участках, оборудованных авто­ блокировкой, с использованием рельсовых электрических цепей, воз­ никает необходимость создания достаточно надежной электрической изоляции рельсов от шпал. В связи с этим на зарубежных железных дорогах длительное время, практически с послевоенных лет, наряду с усовершенствованием конструкций рельсовых скреплений ведутся обширные исследования различных полимерных материалов с целью их применения для амортизационных и электроизоляционных про­ кладок и других деталей промежуточных рельсовых скреплений на железобетонном основании.

До последнего времени для подрельсовых прокладок наиболее широко использовалась пропитанная фенолоформальдегидными смола­ ми и опрессованная древесина различных пород (тополь, бук, сосна и др.), а также древеснослоистые пластики. Однако значительное уве­ личение веса и скорости движения поездов, приводящее к постоянному совершенствованию всей конструкции рельсовых скреплений и к поис­ ку лучших их вариантов, а также стремление к снижению коррозии подошвы рельсов и к улучшению амортизации и электрической изоля­ ции рельсов привели к использованию в узлах рельсовых скреплений более совершенных материалов.

Характерными примерами рельсовых скреплений различной кон­ струкции, применяемых на железобетонных шпалах, являются скреп­ ления типа В и К (рис. 115), применяемые на железных дорогах ФРГ, и скрепление типа RN на Французских железных дорогах [12]. Счи­ тается, что скрепления типа В экономичны только на прямых или кри-

Рис. 115. Промежуточные рельсовые скрепления на же­ лезобетонных шпалах типа К немецких железных дорог с прокладками из полиэтилена и полиэтиленовыми дюбе­ лями:

а — типа Sdü-9; б — типа Wdü-1

180

вых большого радиуса, но что замена буковых и тополевых прокладок пластмассовыми позволит значительно усовершенствовать такое скреп­ ление (рис. 116, 117, 118, 119, 120).

Скрепления типа К с пластмассовыми дюбелями и прокладками,

на дорогах ФРГ многочисленных их конструкций. Из их числа выде­ ляется скрепление типа RN, применяемое на Французских железных дорогах, стоимость которого составляет примерно 65% стоимости скрепления типа «К» (см. рис. 115). Одновременно, начиная с 1967 г., широко испытываются скрепления типа «НМ» с прокладками из гофри­ рованной резины или пластмассы толщиной 5 мм и полиэтиленовыми дюбелями (см. рис. 117, а, б, в). Площадь опоры амортизирующей про­ кладки на 30% больше, чем при скреплении типа «К», что снижает ди­ намическое воздействие на шпалу, а упругое сжатие прокладок состав­ ляет 0,3—0,5 мм. Между стальной подкладкой из прокатного профиля и телом шпалы помещается пластмассовая прокладка толщиной 2 мм

Рис. 117. Дюбели:

а — типа Wdü-1; б — типа Sdü-9; в — прокладка из полиэтилена

181

для электрической изоляции крепежных и амортизирующих элементов и рассредоточения давления от них на бетон (см. рис. 120). Полиэти­ леновые дюбели в этих скреплениях показали высокую надежность. Такие рельсовые скрепления были применены на участках МюнхенГлавный— Мюнхен-Южный, Кельн — Нидерланштейн и ряда других участков.

Большое внимание уделяется совершенствованию рельсовых скреп­ лений для железобетонных шпал в США. В скреплениях типа М-1, применяемых в США с 1960 г., под стальной подкладкой применяют прокладки из неопрена, полиэтилена или опрессованной древесины. В скреплениях типа MR-2 между подошвой рельса и шпалой заклады­ вается полиэтиленовая прокладка с отверстиями под болты.

Изготовляются скрепления типа Dy — Namic Action Clip двой­ ного действия, т. е. работающие в продольном и поперечном направле­ ниях (рис. 121), а также скрепления для железобетонных шпал костыльного типа, в которых прикрепление осуществляется с по­ мощью костылей, забиваемых во вставленные в отверстия шпал втулки из поливинилхлорида, а под подошву рельсов закладываются найлоновая прокладка на тканевой основе (рис. 122).

Рис. 119. Рельсовое скрепление раз­ дельного типа:

182

183

/

Рис. 123. Скрепление типа DE:

подкладки, осуществлялась полиэтиленовыми, помещавшимися под подошвой рельсов прокладками толщиной 5 мм, найлоновыми прок­ ладками под пружиной и найлоновыми втулками, изолирующими крепежный болт. Испытания проводились на пульсаторе с частотой нагружения 250 циклов/мин. Все варианты выдержали испытания при требуемых условиями AREA от 3,1 до 3,6 млн. циклов. Одновременно установлено, что наиболее надежным является покрытие дюбелей эпоксидными смолами.

В Японии на линии Новая Токайдо, уложенной на железобетонных шпалах, применяют промежуточное рельсовое скрепление с упругими резиновыми прокладками (рис. 125), закладываемыми под подошву рельса и под стальную упругую клемму.

Из числа многих конструкций рельсовых скреплений пути, уложен­ ного на железобетонных плитах, разрабатываемых в последнее вре­ мя, интересной представляется конструкция с резиновой прокладкой большой длины (рис. 126), уложенной в теле плиты под подошвой рель­ са с пластмассовыми листами и трубами, заполненными цементом [15].

f

Рис. 124. Опытные дюбе­ ли; а — из стальной раз­

резанной трубы, расши­ ряющейся на конце; б —

со стальной петлей для закрепления в шпале

1 О А

на железобетонных шпалах скоростной линии желез­ ных дорог Японии:

Рис. 126. Бетонная плита с использованием продоль­ ных пластмассовых, заполненных цементом труб:

ный стопор

185

Помимо резины для подрельсовых амортизационных и электроизо­ ляционных прокладок, используют и другие полимерные материалы, в том числе и обработанную полимерными материалами древесину толщиной до 40—50 мм [16].

ВАнглии, ГДР, Югославии и Франции в качестве прокладочного материала для подрельсовых и шпальных прокладок также применяет­ ся резина [17, 18]. Кроме того, в Англии в качестве электроизоля­ ционного и амортизационного материала для прокладок рекомендуют использовать найлон. Практикуется использование для этих целей также резины, смешанной с пробковой крошкой, а в Италии — нео­ прена, т. е. резины на основе хлоропренового каучука.

Всвязи с недостатками и малым сроком службы прокладок из пропитанной синтетической смолой и опрессованной древесины в ПНР проводились испытания прокладок из стеклопластика на основе поли­ эфирных смол. Прокладки изготовлялись из стеклянного волокна, пропитанного смолой холодного отверждения, полимеризующейся при 20° С. Физико-химические испытания прокладок показали их высокую стойкость к переменному воздействию тремператур в интер­ вале от —25° до +60° и к воздействию ультрафиолетовых лучей. Вес выдержанных в воде и высушенных при 50° С прокладок умень­ шался незначительно, всего на 0,1%. Кроме того, отмечается, что такие прокладки имеют преимущество перед деревянными вследствие высокого электросопротивления.

Во многих странах для создания пути на железобетонных шпалах, обладающего нужной упругостью, наиболее распространено исполь­ зование резиновых прокладок. Однако для обеспечения необходимой величины их деформации под нагрузкой резиновые прокладки применя­ ют не плоскими, а имеющими с одной или с обеих сторон различные по величине и форме пазы. Такие прокладки получили большое распро­ странение на железных дорогах ПНР при укладке пути на железобе­ тонном основании [19]. В Англии применяют упругие прокладки с не­ глубокими продольными, во Франции — с узкими волнообразными пазами.

Иногда эластичные прокладки из резины изготовляют с боковыми

направляющими бортами, между которыми располагается подошва рельса. Из-за недостаточной жесткости бортов в таких скреплениях создается возможность смещения рельса относительно прокладки. В связи с этим была разработана резиновая прокладка, направляющим бортам которой придается жесткость путем армирования их тросами, плетеными шнурами из различных материалов и металлическими пла­ стинами с отогнутыми вверх концами. Испытываются скрепления на стальных подкладках с резиновыми зажимными клиньями (рис. 127).

В результате большой работы, проведенной французскими специали­ стами, была разработана прокладка особой конструкции, изготовля­ емая из резины, пластмассы или иного эластичного материала, укла­ дываемая непосредственно на шпалу. Прокладка может обеспечивать большую угловую деформацию кручения рельса под воздействием на него вертикальных и горизонтальных сил. Нижняя сторона прокла­ док имеет рифленую поверхность. Пазы рифления могут быть прямоли-

186

Рис. 127. Опытное скрепление на стальной подкладке с зажимными клиньями из резины

нейными или волнистыми, но расположены всегда вдоль рельса. Для увеличения сил трения между шпалами и прокладками поверх­ ность шпалы под прокладкой тоже может быть рифленой. В тело про­ кладки заделывается упругая стальная пластина, выступающий конец которой загибается так, что захватывает подошву рельса. Пластина воспринимает горизонтальные усилия, возникающие между подошвой рельса и прокладкой. Загнутый конец пластины служит опорой для крепежного элемента скрепления на верхней части подошвы рельса. Отмечается, что применение таких прокладок позволяет уменьшить толщину шпал, увеличить поперечную упругость пути.

В последнее время хорошие результаты достигнуты при использо­ вании прокладок из специально разработанного прокладочного ма­ териала, состоящего из пробки, облицованной резиной [19]. Сердцевина прокладок, состоящая из целлюлозы, воска и смолы, при нагружении сжимается без бокового смещения. Эти прокладки обладают большой прочностью на сжатие и высоким коэффициентом трения даже в сырую погоду. За счет подбора соответствующего сорта пробки и состава ре­ зины на натуральном или синтетическом каучуке прокладки могут изготовляться с требуемой величиной их сопротивления сжатию. Это исключает необходимость устройства на работающих поверхностях прокладок пазов и рифления, обеспечивающих под нагрузкой нужную величину деформации сжатия резиновых прокладок. Резиновая обо­ лочка плотно охватывает пробковую сердцевину и предохраняет ее от попадания влаги. Благодаря тому, что на поверхности резино-пробко­ вых прокладок отсутствуют пазы рифления, уменьшается возможность попадания пыли, влаги и грязи под подошву рельса, а следова­ тельно, снижается износ прокладок и возможность коррозионных повреждений рельса.

Около 95% прокладок, получаемых Британскими железными доро­ гами, являются резино-пробковыми. Такие прокладки находят при­

187

менение и в ряде других стран — Швеции, Финляндии, Голландии, Бельгии. Используемая при изготовлении прокладок пробка обраба­ тывается путем размельчения пробковой коры в гранулы, отсеивания затем твердых компонентов и сортировки мелких фракций пробковой крошки по специфическим размерам гранул. Подбором наиболее целе­ сообразной дозировки эластомера и пробки можно получить требуемую упругость прокладок. В результате испытаний, проведенных Голланд­ скими железными дорогами, было установлено, кроме указанного выше, что резино-пробковые прокладки значительно снижают шум и вибрацию.

Во Франции применяют подрельсовые прокладки, изготовленные в виде подушки, выполненной из тонкого листа — синтетической рези­ ны с отверстиями для введения во внутреннюю полость жидкой син­ тетической резины и вулканизатора. Иногда в состав резины вводят наполнитель из синтетических волокон или другого аналогичного ма­ териала, позволяющего увеличить прочность и объем резины. Такие

На железных дорогах США между рельсом и его опорой — сталь­ ной подкладкой, железобетонной шпалой или железобетонной пли­ той — ставят резиновый башмак, который служит в качестве изоля­ тора электрического тока и амортизатора динамических нагрузок, воспринимаемых рельсами от колес подвижного состава. Форма баш­ мака повторяет контур подошвы рельса и позволяет установить в нем рельс.

В ФРГ и ряде других стран проводятся исследования по совершен­ ствованию конструкции верхнего строения пути с использованием для прокладок в рельсовых скреплениях материалов типа полиамида и полиэтилена. Отмечается, что прокладки из полиамида толщиной 2 мм могут с успехом применяться для электроизоляции рельсов от шпал. При этом, как показали результаты трехлетней эксплуатации, детали из полиамида не имеют механических повреждений или какихлибо признаков износа [20].

В ЧССР ведутся исследования прокладок из мягкого полиэтилена толщиной 1,5 мм., в ВНР применяют прокладки из этого же материала, но толщиной 5—6 мм. В ФРГ используют прокладки из твердого поли­ этилена толщиной 1,5 мм, которые выполняют роль электрических изоляторов и способствуют уменьшению механического износа на кон­ такте прокладок и шпал.

С 1967 г. в ПНР начат выпуск прокладок из твердого и мягкого по­ лиэтилена. В результате лабораторных испытаний толщина прокла­ док была принята 2—3 мм [21]. Одновременно в качестве электроизо­ ляционного и амортизационного материала для прокладок испытывался полипропилен. Отмечается, что по механическим свойствам он близок к полиэтилену. Однако малая морозостойкость не позволила применять его в условиях механических нагрузок при температуре ниже — 14° С. Вместе с тем добавление синтетического каучука в состав полипропи­ лена делает возможной эксплуатацию полипропиленовых прокладок в рельсовых скреплениях при температуре до —25° С.

188

Особый интерес представляют исследования, проводимые с целью выяснения возможности освобождения конструкции узла рельсового скрепления от металлической подкладки. Предпосылками этого служит способность бетона непосредственно воспринимать нагрузку от рельса при прохождении поездов. Однако при этом необходимо решение до­ статочно сложной задачи по подбору материала для амортизирующих прокладок, одновременно обладающих большой прочностью.

В скреплениях НМ (ФРГ), например, были использованы для этих целей резиновые прокладки седлообразной конструкции с двумя вали­ ками, ограничивающими возможность перемещения рельса по шпале. Однако в условиях эксплуатации такие прокладки быстро выходят из строя из-за повреждения и разрушения резины у кромок шпалы и изно­ са валиков. Новое решение состоит в оформлении на опорной поверх­ ности шпал при их изготовлении соответствующих гнезд в виде кассет для помещения в них прокладок [22]. При этом во время изготовления шпал прокладки заделываются в их кассеты путем приклеивания. В на­ стоящее время в заводских условиях на шпалах монтируются и скреп­ ления типа НМ. Это позволяет доставлять к месту строительства или ремонта пути шпалы в комплектном и готовом для укладки рельсов виде.

Для изготовления амортизирующих прокладок используют высо­ кокачественный хлоропрен (неопрен-колонит). Этот материал облада­ ет высокой стойкостью против старения в условиях циклического на­ гружения. В процессе проверки на Рейнских угольных предприятиях, где осевые нагрузки достигают 36 т, прокладки из такого материала показали хорошие амортизирующие и звукопоглощающие свойства. На железных дорогах ЮАР неопреновыми прокладками оснащено 400 км пути. В пути с очень интенсивным нагружением используют прокладки, изготовленные из вулколлана, являющегося гомогенным искусственным материалом и обладающим свойствами каучука [22].

Упругие прокладки для предотвращения их смещения крепятся к шпалам различными способами. В Англии, Нидерландах, Франции во многих случаях их приклеивают к шпалам [19, 31] (рис. 128). На железных дорогах ПНР поверхность шпал в местах установки скреп­ лений покрывают битумной массой или клеями на основе эпоксидной или полиэфирной смолы. В последнее время для этих целей применяют грунтовочную мастику на основе полистирола или его сополимеров. Битумные массы, имеющие температуру плавления не менее 75° С, применяются для приклеивания лигнофолевых (из древеснослоистых пластиков) и деревянных прокладок, а полимерные клеи и мастики используют для приклейки резиновых и полиэтиленовых прокла­ док [23].

В исследованиях с широким экспериментированием, проводимых

тенденция по использованию в качестве прокладочных материалов резин и полиэтилена.

189