4.1. Складові частини шляху

Залізничний шлях призначений для безпечного руху поїздів із заданими і перспективними навантаженнями від колісних пар рухомого складу на рейки і швидкостями руху.

Залізничний шлях складається з верхнього і нижнього будівель. Розрізняють кілька видів верхньої будови колії:

• лежаче на земляному полотні (далі, верхнє будова);

• вживане на мостах (мостове полотно);

• знаходиться у тунелях.

До верхньої будови відносяться наступні елементи:

• рейки,

• скріплення,

• шпали,

• баласт,

• конструкції для з'єднання і пересічення колій.

До нижньому будови відносяться:

• земляне полотно,

• мости,

• тунелі.

4.2. Призначення і класифікація рейок

Призначення рейок– направляти колеса рухомого складу, безпосередньо і пружно сприймати динамічну навантаження від коліс і рівномірно передавати її на подрельсовое підстава, виконувати роль електричних ланцюгів для сигнального струму на ділянках автоблокування, а також зворотного тягового струму на дільницях з електричною тягою.

Рейки повинні володіти наступними властивостями:

• зносостійкість;

• втомної міцність;

• високої опірністю крихкого зламу;

• хорошою зварюваністю;

• високої чистотою сталі;

• хорошою оброблюваністю;

• низькими температурними напруженнями;

• точної геометрією і прямолінійністю;

• великим терміном служби.

В відповідно до ГОСТ Р 51685-2000 залізничні рейки поділяються:

• за типами:

• • Р50,

  • Р65,

  • Р65К (для зовнішніх ниток кривих ділянок шляхи),

  • Р75;

• за категоріями якості:

• В – рейки термоупрочненные вищого якості,

• Т-1 і Т-2 – рейки термоупрочненные першої і другої категорії якості,

• Н – рейки нетермоупрочненные;

• за наявності болтових отворів:

• отвори на двох кінцях,

• без отворів;

• за способом плавки сталі:

• М- мартенівська сталь,

• До – конвертерная сталь,

• Е – електросталь;

• за увазі вихідних заготовок для прокату:

• з зливків,

• з безперервно литих заготовок (БЛЗ);

• за способом противофлокенной обробки:

• прокатні з вакуумованої сталі,

• пройшли контрольоване охолодження,

• пройшли ізотермічну витримку.

Рис. 4.1. Рейки типів Р50, Р75, Р65, Р65К

Профіль і розміри рейок обумовлені їх взаємодією з колесами рухомого складу. Тип рейок позначається буквою «Р» і цифрою. Цифра відповідає масі одного метра рейки даного типу. Основні характеристики рейок наведені в табл. 4.1.

Стандартна довжина рейок– 25,0 і 12,5 м, а вкорочених для укладання в кривих – 24, 92; 24,84; 12,46; 12,42; 12,38 м. Рейки довжиною 12,5 м укладаються, як правило, в зрівняльні прольоти безстикової колії і стрілочні переклади. Довжина рейкових плітейбезстикової колії встановлюється проектом залежно від місцевих умов.

Таблиця 4.1

Характеристики рейок

Дефекти рейок

За мірі напрацювання тоннажу в процесі експлуатації в рейках накопичуються різні пошкодження, деформації, втомні дефекти, внаслідок чого знижується їх надійність, частіше виникають відмови і виникає необхідність зниження швидкостей або припиненняруху поїздів.

Основними видами пошкоджень, деформацій і дефектів рейок є тріщини, відшарування, викрашування, зминання, стирання, напливи, корозія металу, механічні пошкодження рейок у вигляді вигинів, пробуксовин, выкола головки або підошви, внутрішнівтомні дефекти в металі рейки та ін.

Дефектний рейка– це рейок, у якого в процесі експлуатації сталося, як правило, поступове зниження службових властивостей нижче нормативного рівня, однак ще забезпечується безпечний пропуск поїздів, хоча в ряді випадків вже вимагається обмеження швидкості руху. Такі рейки замінюються в плановому порядку. Режим їх експлуатації до моменту усунення дефектів або плановоговилучення вирішується в залежності від конкретних умов.

Гостро дефектний рейок– це рейок, представляє пряму загрозу безпеці руху з-за можливого руйнування під поїздом або сходження коліс із рейок з-за його дефекту. Після виявлення гостро дефектний рейок замінюється негайно. До його заміни рухпоїздів припиняється.

За дефектності рейки поділяються на 9 груп:

• відшарування і викришування металу на поверхні катання;

• поперечні тріщини в головці рейки та злами;

• поздовжні тріщини в головці;

• зминання і нерівномірний знос головки;

• дефекти і ушкодження шийки;

• дефекти і пошкодження підошви;

• злами по всьому перерізу підошви;

• вигини рейок;

• інші дефекти.

Причини відмов рейок можна розділити на дві групи:

• експлуатаційні – від незадовільного утримання колії і стану рухомого составав;

• заводські – дефекти, що виникли при виготовленні рейок.

Всі дефекти мають відповідний код.

4.3. Рейкові скріплення

Скріплення діляться на дві групи – проміжні і стикові. Проміжні скріплення з'єднують рейки з їх опорами, а стикові – рейки один з одним.

Проміжні скріплення повинні:

• тривало забезпечувати незмінність ширини колії;

• допускати регулювання положення рейкових ниток по висоті і в плані;

• надійно закріплювати рейки від угону;

• повинні володіти пружними властивостями (пружинностью), забезпечуючи оптимальну просторову пружність колії та надійну пружний зв'язок з рейок опорами;

• мати мінімум деталей, бути простими, надійними і дешевими у виробництві, зручними при монтажі і експлуатації;

• бути економічними.

Стикові скріплення повинні забезпечити:

• надійність з'єднання рейок;

• на електрифікованих ділянках і ділянках, обладнаних автоблокуванням, - найменший опір проходженню електричного струму;

• на межах блок-ділянок перешкодити проходження сигнального струму.

Загальні вимоги до обом групам скріплень:

• бути малодетальными, простими і зручними в виготовленні, монтажі, утриманні;

• володіти великим терміном служби;

• забезпечити економічну ефективність конструкції верхньої будови колії.

Стикаминазивають місця з'єднання рейок один з одним. По конструкції розрізняють стики:

• болтові,

• електроізолюючі,

• зварні.

В болтових стикахміж кінцями рейок, прикритих накладками, залишають зазори для можливих змін довжин обох рейок при зміні їх температури. Максимально допустима величина зазору при рейках довжиною 25 м – 22 мм, при рейках довжиною 12,5 м – 18 мм.

Електроізолюючі стикиукладаються на кордонах блок-ділянок. Їх призначення не пропускати електричний струм (сигнальний і зворотний тяговий) з однієї рейкової ланцюга до іншої. Такі стики встановлюються в створі з вхідними, вихідними, прохідними іманевровими світлофорами, а також на стрілочних переводах. Сдвіжка ізолюючих стиків щодо світлофора допускається до 10,5 м по напрямку руху і до 2 м проти руху.

Зварні стикизазвичай утворюються електроконтактного або алюмотермитной зварюванням при виготовленні безстикових рейкових батогів з рейок стандартної довжини (25 м).
 

4.3.1. Проміжні скріплення для дерев'яних шпал

Проміжні кріплення для дерев'яних шпал діляться на:

• бесподкладочные – без металевих підкладок під рейками;

• підкладкові:

• нероздільні,

• змішані,

• полураздельные,

• роздільні.

При неподільних скрепленияхрейок через підкладку з'єднується безпосередньо з опорою. Нероздільні скріплення можуть бути костыльными і шурупными. Костыльные скріплення є найпростішими, зручними при складанні і розбиранні і застосовуються в основному на звеньевом шляху. Основний недолік – погана зв'язок рейки з підкладкою і підкладки з шпалой.

При змішаних скрепленияхрейок через підкладку з'єднується з опорою, і, крім того, підкладка самостійно прикріплюється до опори.

Полураздельные скріплення– з одного боку рейки скріплення здійснено, як нероздільне, а з іншого – як роздільне.

Роздільні скріплення– рейка скріплений тільки з підкладкою, а підкладка незалежно від рейки з'єднана з опорою.

В даний час в постійній експлуатації знаходяться в основному два типи скріплень – змішане скріплення ДО (рис. 4.2) і роздільне скріплення КД (рис. 4.3, а). Застосовується також скріплення Д4 (рис. 4.3, б).

Рис. 4.2. Змішане скріплення ДО:

1 – рейка; 2 – милиці; 3 – підкладка; 4 - шпала

Підкладку до шпале прийнято пришивати двома обшивальними милицями, а рейок до шпале на прямих ділянках шляху – милицями, розташовані діагонально. На кривих при необхідності рейки до шпал пришивають додатково милицями. основними недоліками скріплення ДО є: зминання деревини під підкладкою і розробка костыльных отворів, можливість напресовки снігу і засмічувачі під підошвою рейки, що є причиною уширення колії і сходу рухомого складу.

В роздільному скріпленні КД металева підкладка кріпиться до шпале чотирма шурупами, а рейок притискається до підкладцідвома жорсткими П-образними клемами і клемними болтами. Це скріплення в відміну від скріплення ДО забезпечує постійне прижате рейки до підкладці і дозволяє проводити регулювання рейки по висоті до 14 мм. При цьому забезпечується стабільність ширини колії і полегшується зміна рейок. Основний недолік скріплення КД – його многодетельность і велика матеріаломісткість.

Скріплення типу Д4сравнительно мало, вони відрізняються многодетальностью і металоємністю. Вони сильніше, ніж милиці, затискають рейки і таким чином перешкоджають викраденню шляху. Такі скріплення можуть використовуватися при укладанні безстикової колії. Між рейкою і підкладкою укладаються прокладки різної товщини, що дозволяє регулювати положення рейок повисоті.

Рис. 4.3. Роздільне для скріплення дерев'яних шпал:

а – типу КД; типу – Д4; 1 – двухвинтовая шайба; 2 – шуруп;

3 – підкладка; 4 – клемний болт; 5 – клема; 6 – подрельсовая майданчик; 7 – прокладка під підкладку

4.3.2. Проміжні скріплення для залізобетонних шпал

Скріплення для залізобетонних шпалможуть бути:

• підкладкової і бесподкладочными;

• жорсткими і пружними;

• роздільними і нероздільними.

В головному шляху РЖД експлуатуються такі проміжні рейкові скріплення:

• КБ-65 (88,8%),

• ЖБР-65 (7,9%),

• АРС(2,86%),

• ЖБР-65Ш (0,3%),

• КН-65 (0,12%),

• ЖБР-65П.

Найбільш поширеним проміжним скріпленням для залізобетонних шпал є роздільне скріплення КБ з жорсткими клемами. Типове роздільне клеммно-болтове скріплення працює у головному шляху більше 50 років. У такому скріплення рейок притискається до підкладці двома жорсткими клемами, а підкладка кріпиться до шпале двома заставними болтами. Основними недолікамискріплення КБ є його многодетальность (21 деталь), матеріаломісткість (41,6 т металу і 2,1 т полімерів на 1 км шляху) і великакількість болтів (16 тис. болтів на 1 км). Ступінь натягу болтів швидкослабшає, що вимагає регулярного і частої перевірки, змащення і підтяжки.

В колії із залізобетонними шпалами проходять перевірку нероздільні скріплення БЖ, які можуть бути підкладкової абобесподкладочными.

Бесподкладочные пружні нероздільні скріплення ЖБР з прутковой клемою володіють більшою, ніж у КБ, стабільністю натягу болтів. недолік таких скріплень – висока трудомісткість при складанні рельсошпальной решітки і недостатня стабільність ширини колії в кривих. Різновидами таких скріплень є скріплення ЖБР-65П і ЖБР-65Ш.

В модернізованому подкладочном скріпленні ЖБР-65П замість плоских клем застосовані пружинні пруткові і металева підкладка. Бесподкладочное шурупно-дюбельне скріплення ЖБР-65Ш має два шурупа, які вгвинчуються в дюбелі, закладені в шпалу, і притискають клеми до підошви рейки.

Нероздільне клеммно-болтове скріплення БП має два закладних болтів, якими за допомогою пружних клем рейок притискається до підкладці, а підкладка – до шпале. Перевагою даного скріплення перед скріпленням КБ є можливість регулювання положення рейки по висоті до 20 мм. Скріплення БП може бути підкладковим або беспідкладочній.

В Московському державному університеті шляхів сполучення (МІІТ) розроблено безболтовое анкерне рейкове скріплення АРС, який може працювати на магістральних лініях при будь-яких швидкостях руху і грузонапряженности. Його позитивні якості - висока надійність і забезпечення стабільності ширини колії і невелика матеріаломісткість (економія металу не менше 15 т на 1 км), простота зборки. Скріплення є нероздільним, основний елемент скріплення – замоноличенный в бетонну шпалу анкеррамноарочного типу. Скріплення модифікацій АРС-4 (рис. 4.4) дозволяє регулюватиположення рейки по висоті до 20-24 мм.

Основним недоліком скріплень ЖБР і АРС є недостатня забезпеченість стабільною ширини колії у кривих ділянках шляху,особливо у крутих кривих. Причиною цього є погана якість полімерних елементи скріплень.

Рис. 4.4. Нероздільне пружне анкерне скріплення АРС-4:

1 – пружна клема; 2, 3 – монорегулятор-фіксатор; 4 – подклеммник; 5 – фіксатор; 6 – ізолюючий куточок; 7 – гумова прокладка.

Терміни служби скріплень в даний час не дозволяють підвищити надійність роботи шляху. Призначений ресурс скріплень повинен складати не менш 1 млрд. т брутто. Для підвищення надійності скріплень допускається періодична заміна підрейкових прокладок при зміні рейок.

4.4. Подрельсовые опори: шпали і бруси

Призначення підрейкових опор:

• сприймати тиск від рейок і передавати його на баластну призму;

• пружно переробляти динамічний вплив на шлях;

• зберігати незмінність ширини колії;

• спільно з баластом забезпечувати стабільність шляху в горизонтальній і вертикальній площинах;

• забезпечити електричну ізоляцію рейкових ниток один від одного.

Подрельсовые опори повинні мати:

• міцність, стійкістю і довговічністю;

• надійною опірністю поздовжнім і поперечним переміщенням в баласті;

• пружністю і діелектричними властивостями;

• дешевизною, недефицитностью і технологічністю.

Дерев'яні шпали і бруси

Основними переваги дерев'яних шпал і брусів є:

• хороша пружність;

• простота форми, виготовлення та експлуатації (транспортування, зміна, прикріплення рейок, зміна ширини колії тощо);

• хороше зчеплення зі щебенем;

• порівняно невелика маса (близько 70 кг);

• велика електричний опір.

Недоліки дерев'яних шпал і брусів:

• малий термін служби через гниття, механічного зносу і розтріскування (близько 15 років);

• великий витрата дефецитной деревини (на 1 км шляхи близько 2 га лісу за деревами діаметром 26-28 см віку 80-100 років);

• неоднорідність пружності колії по довжині з-за різних розмірів шпал.

Основними породами для шпал і брусів можуть бути сосна, ялина, ялиця, модрина, кедр і береза. Н вітчизняних дорогах шпаливиготовляються в основному з хвойних порід.

За формою поперечного перерізу шпали поділяються на 3 групи (рис. 4.5 а):

• обрізні – пропилен чотири сторони;

• напівобрізні – пропилен три сторони;

• необрізні – пропилен дві протилежні сторони (пласти шпали).

Перевідні бруси виготовляються двох видів (рис. 4.5 б):

• обрізні – пропилен чотири сторони (на мостах використовуються тільки бруси обрізні);

• необрізні – пропилен дві протилежні сторони.

Рис. 4.5. Поперечний переріз дерев'яних шпал і перевідних брусів (б):

шпали: 1 – обрізні; 2 – напівобрізні; 3 – необрізні;

бруси: 4 – обрізні; 5 – необрізні

h – товщина; b, b' – ширина верхньої пласти; b₁, b₂– ширина нижньої пласті

Довжина дерев'яних шпал 275 див. За індивідуальним замовлення для ліній з високою грузонапряженнностью поставляються шпали довжиною 280 см, а на ділянках суміщеного руху з різною шириною колії (1520 мм та 1435 мм поблизу кордонів держав Західної Європи) укладають шпали завдовжки 300 див.

Кількість шпал на 1 км шляху називається епюрою шпал. Зазвичай епюра становить 1840 шпал/км. Посилена епюра – 2000 шпал/км; присутній в кривих ділянках, на мостах, тунелях, при використанні безстикової колії.

Довжина стрілочних брусів змінюється від 3 до 5,5 м (подвоєна довжина шпали) з кроком 0,25 м. Довжина мостових брусів звичайного перерізу – 3,25 м. Чим більше відстань між осями поздовжніх балок або ферм мосту, тим більше повинно бути поперечний перетин мостових брусів і їх довжина.

Області застосування дерев'яних шпал:

• ланковий шлях, особливо в кривих малих радіусів (менше 300 м), де необхідно розширення колії до 1530 і 1535 мм;

• новобудови з нестабілізованим земляним полотном, особливо на вічній і болотистих підставах;

• ділянки з пучинообразованием;

• засоряемые ділянки, де періодичність ремонтів шляхи, пов'язані з очищенням щебеневого баласту, всього 2-3 роки;

• высокогрузонапряженные ділянки (більше 80-100 млн. ткм брутто/км в рік), де застосування безстикової колії з залізобетонними шпалами малоефективно.

Залізобетонні шпали і бруси

Залізобетонні шпали є цельнобрусковыми, виготовляються з важкого бетону і армуються попередньо напруженою сталевою дротяною чи стрижневий арматурою періодичного профілю діаметром 3 мм На відміну від дерев'яної шпали, форма якої була зумовлена природою, при проектуванні залізобетонної шпали їй надали більш доцільну форму, поліпшуючу робочі параметри.

В зв'язку з тим, що найбільші прогини і тиск на баласт виникають у торців шпали, ширина її підошви зменшена в середньої частини до 250 мм і збільшена у до торців 300 мм. Товщина шпали мінлива по довжині – більше в перерізі подрельсовом (місце, де виникає найбільша тиск); в цьому ж місці зроблено поглиблення для установки рейки.

До переваг залізобетонних шпал належить:

• збільшення міжремонтного періоду завдяки довговічності шпал (до 30-50 років);

• підвищення стійкості безстикової колії проти викиду (на 15-20% в порівнянні з дерев'яними шпалами);

• підвищення стабільності ширини рейкової колії, а також поліпшення однорідності пружних властивостей по довжині шляху і плавності руху поїздів (особливо важливо на швидкісних лініях).

Недоліки залізобетонних шпал:

• підвищена (у 2-3 рази) поздовжня і поперечныя жорсткість колії, яку доводиться знижувати за допомогою гумових прокладок-амортизаторів;

• крихкість і чутливість до ударних впливів;

• підвищений тиск на баласт;

• недостатня працездатність під рейковими стиками (відмови в 2 рази частіше, ніж під середньою частиною рейки);

• необхідність укладання электроизолирующих елементів (мають малий термін служби);

• велика маса шпали (близько 265 кг) ускладнює одиночну зміну дефектних без шпал потужних кранів.

Області застосування залізобетонних шпал:

• в поєднанні з бесстыковым шляхом (ланковий шлях із залізобетонними шпалами – конструкція, не виправдана технічно і економічно);

• на лініях зі швидкостями руху пасажирських поїздів понад 140 км/год завдяки високій стабільності й равноупругости такогошляху.

4.5. Порядок виконання завдання

Завдання (для спеціальності «Логістика»). Накреслити поперечний переріз рейки заданого типу.

1. Креслення виконується на аркуші формату А4 в масштабі М 1:1. Назва креслення «Поперечний переріз рейки ...» (замість трикрапки вказується заданий тип рейки).

2. За центру аркуша провести вертикальну штрихпунктирную лінію (вісь рейки), від якої відміряють всі горизонтальні розміри.

3. Вертикальні розміри відміряють від підстави підошви рейки.

4. Криві зображуються від руки або за допомогою лекал.

5. Вказати всі вертикальні і горизонтальні розміри і радіуси всіх кривих.

4.6. Контрольні питання

1. Види верхньої будови колії.

2. Що відноситься до верхнього і нижнього будовою шляхи?

3. Призначення і властивості рейок.

4. Що таке дефектний і остродефектный рейок?

5. Що таке проміжні і рейкові стикові скріплення?

6. Що таке стик рейки? Які шви бувають по конструкції?

7. Класифікація проміжних рейкових скріплень.

8. Які типи проміжних рейкових скріплень відносяться до пружним, а які до жорстких?

9. На які групи поділяються дерев'яні шпали залежно від поперечного перерізу?

10. Області застосування залізобетонних шпал.