Улучшение взаимодействия пути и состава - Разработка конструкции многофункциональной шпалы-демпфера

Рис. 6.3. Конструкция шпалы-демпфера:
1 — рельс; 2 — накладка КД-4; 3 — металлический хомут; 4 — болтовое крепление хомута; 5 — деревянные доски; 6 — демпфирующие слои; 7 — путевой шуруп; 8 — пластина-стабилизатор

С целью улучшения динамического воздействия подвижного состава на путь предлагается принципиально новая конструкция многофункциональной шпалы-демпфера. Шпала представляет собой многослойную конструкцию и отличается от своих прототипов следующим:

1. значительно выше демпфирующие свойства;
2. жесткость демпфирующего материала каждого пояса различна и подбирается в зависимости от частот спектра внешних возмущающих воздействий;
3. скрепляющие хомуты выполнены упругими и предварительно напряженными, т. е. хомуты вместе со шпалой участвуют в колебательных движениях под поездной нагрузкой.

На рис. 6.3 представлен один из вариантов конструкции шпалы-демпфера с широким диапазоном гашения частот колебаний.
Для исследования оптимального числа слоев шпалы-демпфера произведено моделирование верхнего строения железнодорожного пути метрополитена и динамического воздействия на него в виде падающего сверху металлического шара.

Рис. 6.5. Диаграмма потенциальной энергии шара после взаимодействия с образцами

Проводились испытания моделей шести вариантов многослойных шпал. Образец № 1 — монолитная шпала, № 2 — два слоя демпфирующего материала, №3 — три слоя, № 4 — четыре слоя, № 5 — два слоя с утолщенным демпфирующим материалом, № 6 — три слоя с утолщенным демпфирующим материалом.
При помощи установленной видеокамеры фиксировалась высота отскока шара после взаимодействия с образцами.
На рис. 6.4 изображен график значений высоты вертикального подъема (отскока) металлического шара.

Рис. 6.6. Диаграмма потерь энергии шара после удара

На рис. 6.5 представлена диаграмма потенциальной энергии Е металлического шара после взаимодействия с моделями шпал, а на рис. 6.6 график потерь потенциальной энергии относительно образца № 1 (монолитной шпалы).
Рассчитанный коэффициент эффективности представлен в табл. 6.2.

Таблица 6.2
Коэффициент эффективности К = E1/Ei

Исследования показали, что демпфирующие характеристики шпалы возрастают с увеличением слоев шпалы-демпфера. При одинаковом объеме образца № 4 и образца № 6 наблюдаем лучший результат образца № 4 (4 слоя) за счет  многослойности шпалы-демпфера.