Конструкция железнодорожного пути
Составные части пути
Железнодорожный путь предназначен для безопасного движения поездов с заданными и перспективными нагрузками от колесных пар подвижного состава на рельсы и скоростями движения.
Железнодорожный путь состоит из верхнего и нижнего строений. Различают несколько видов верхнего строения пути:
- лежащее на земляном полотне (далее, верхнее строение);
- применяемое на мостах (мостовое полотно);
- находящееся в тоннелях.
К верхнему строению относятся следующие элементы:
- рельсы,
- скрепления,
- шпалы,
- балласт,
- конструкции для соединения и пересечения путей.
К нижнему строения относятся:
- земляное полотно,
- мосты,
- тоннели.
Назначение и классификация рельсов
Назначение рельсов – направлять колеса подвижного состава, непосредственно и упруго воспринимать динамическую нагрузку от колес и равномерно передавать ее на подрельсовое основание, выполнять роль электрических цепей для сигнального тока на участках автоблокировки, а также обратного тягового тока на участках с электрической тягой.
Рельсы должны обладать следующими свойствами:
- износостойкостью;
- усталостной прочностью;
- высокой сопротивляемостью хрупкому излому;
- хорошей свариваемостью;
- высокой чистотой стали;
- хорошей обрабатываемостью;
- низкими температурными напряжениями;
- точной геометрией и прямолинейностью;
- большим сроком службы.
В соответствии с ГОСТ Р 51685-2000 железнодорожные рельсы подразделяются:
- по типам:
. Р50,
. Р65,
. Р65К (для наружных нитей кривых участков пути),
. Р75;
- по категориям качества:
. В – рельсы термоупрочненные высшего качества,
. Т-1 и Т-2 – рельсы термоупрочненные первой и второй категории качества,
. Н – рельсы нетермоупрочненные;
- по наличию болтовых отверстий:
. отверстия на двух концах,
. без отверстий;
- по способу плавки стали:
. М- мартеновская сталь,
. К – конвертерная сталь,
. Э – электросталь;
- по виду исходных заготовок для проката:
. из слитков,
. из непрерывно литых заготовок (НЛЗ);
- по способу противофлокенной обработки:
. прокатные из вакуумированной стали,
. прошедшие контролируемое охлаждение,
. прошедшие изотермическую выдержку.
| Р50 | Р75 |
| 
|
| Р65 | Р65К |
| 
|
Рис. 4.1. Рельсы типов Р50, Р75, Р65, Р65К
Профиль и размеры рельсов обусловлены их взаимодействием с колесами подвижного состава. Тип рельсов обозначается буквой «Р» и цифрой. Цифра соответствует массе одного метра рельса данного типа. Основные характеристики рельсов приведены в табл. 4.1.
Стандартная длина рельсов – 25,0 и 12,5 м, а укороченных для укладки в кривых – 24, 92; 24,84; 12,46; 12,42; 12,38 м. Рельсы длиной 12,5 м укладываются, как правило, в уравнительные пролеты бесстыкового пути и в стрелочные переводы. Длина рельсовых плетей бесстыкового пути устанавливается проектом в зависимости от местных условий.
Таблица 4.1
Характеристики рельсов
| Показатели | Типы рельсов | ||
| Р75 | Р65 | Р50 | |
| Площадь поперечного сечения, см2 | 95,06 | 92,56 | 65,93 |
| Масса рельса длиной 1 м, кг | 74,41 | 64,72 | 51,67 |
| Высота, мм: | |||
| общая | |||
| головки | |||
| шейки | |||
| подошвы | |||
| Ширина головки поверху на уровне 15 мм от поверхности катания, мм | |||
| Ширина подошвы, мм |
Дефекты рельсов
По мере наработки тоннажа в процессе эксплуатации в рельсах накапливаются различные повреждения, деформации, усталостные дефекты, вследствие чего снижается их надежность, чаще возникают отказы и возникает необходимость снижения скоростей или прекращения движения поездов.
Основными видами повреждений, деформаций и дефектов рельсов являются трещины, отслоения, выкрашивания, смятия, истирания, наплывы, коррозия металла, механические повреждения рельсов в виде изгибов, пробуксовин, выкола головки или подошвы, внутренние усталостные дефекты в металле рельса и др.
Дефектный рельс – это рельс, у которого в процессе эксплуатации произошло, как правило, постепенное снижение служебных свойств ниже нормативного уровня, однако еще обеспечивается безопасный пропуск поездов, хотя в ряде случаев уже требуется ограничение скорости движения. Такие рельсы заменяются в плановом порядке. Режим их эксплуатации до момента устранения дефектов или планового изъятия решается в зависимости от конкретных условий.
Остро дефектный рельс – это рельс, представляющий прямую угрозу безопасности движения из-за возможного разрушения под поездом или схода колес с рельсов из-за его дефекта. После обнаружения остро дефектный рельс заменяется немедленно. До его замены движение поездов прекращается.
По дефектности рельсы подразделяются на 9 групп:
- отслоения и выкрашивания металла на поверхности катания;
- поперечные трещины в головке рельса и изломы;
- продольные трещины в головке;
- смятие и неравномерный износ головки;
- дефекты и повреждения шейки;
- дефекты и повреждения подошвы;
- изломы по всему сечению подошвы;
- изгибы рельсов;
- прочие дефекты.
Причины отказов рельсов можно разделить на две группы:
- эксплуатационные – от неудовлетворительного содержания пути и состояния подвижного составав;
- заводские – дефекты, возникшие при изготовлении рельсов.
Все дефекты имеют соответствующий код.
Рельсовые скрепления
Скрепления делятся на две группы – промежуточные и стыковые. Промежуточные скрепления соединяют рельсы с их опорами, а стыковые – рельсы друг с другом.
Промежуточные скрепления должны:
- длительно обеспечивать неизменность ширины колеи;
- допускать регулировку положения рельсовых нитей по высоте и в плане;
- надежно закреплять рельсы от угона;
- должны обладать пружинящими свойствами (пружинностью), обеспечивая оптимальную пространственную упругость пути и надежную упругую связь рельсов с опорами;
- иметь минимум деталей, быть простыми, надежными и недорогими в изготовлении, удобными при монтаже и эксплуатации;
- быть экономичными.
Стыковые скрепления должны обеспечить:
- надежность соединения рельсов;
- на электрифицированных участках и участках, оборудованных автоблокировкой, - наименьшее сопротивление прохождению электрического тока;
- на границах блок-участков воспрепятствовать прохождению сигнального тока.
Общие требования к обеим группам скреплений:
- быть малодетальными, простыми и удобными в изготовлении, монтаже, содержании;
- обладать большим сроком службы;
- обеспечить экономическую эффективность конструкции верхнего строения пути.
Стыками называют места соединения рельсов друг с другом. По конструкции различают стыки:
- болтовые,
- электроизолирующие,
- сварные.
В болтовых стыках между концами рельсов, прикрытых накладками, оставляют зазоры для возможных изменений длин обоих рельсов при изменении их температуры. Максимально допустимая величина зазора при рельсах длиной 25 м – 22 мм, при рельсах длиной 12,5 м – 18 мм.
Электроизолирующие стыки укладываются на границах блок-участков. Их назначение не пропускать электрический ток (сигнальный и обратный тяговый) с одной рельсовой цепи к другой. Такие стыки устанавливаются в створе с входными, выходными, проходными и маневровыми светофорами, а также на стрелочных переводах. Сдвижка изолирующих стыков относительно светофора допускается до 10,5 м по направлению движения и до 2 м против движения.
Сварные стыки обычно образуются электроконтактной или алюмотермитной сваркой при изготовлении бесстыковых рельсовых плетей из рельсов стандартной длины (25 м).
Промежуточные скрепления для деревянных шпал
Промежуточные скрепления для деревянных шпал делятся на:
- бесподкладочные – без металлических подкладок под рельсами;
- подкладочные:
. нераздельные,
. смешанные,
. полураздельные,
. раздельные.
При нераздельных скреплениях рельс через подкладку соединяется непосредственно с опорой. Нераздельные скрепления могут быть костыльными и шурупными. Костыльные скрепления являются самыми простыми, удобными при сборке и разборке и применяются в основном на звеньевом пути. Основной недостаток – плохая связь рельса с подкладкой и подкладки со шпалой.
При смешанных скреплениях рельс через подкладку соединяется с опорой, и, кроме того, подкладка самостоятельно прикрепляется к опоре.
Полураздельные скрепления – с одной стороны рельса скрепление осуществлено, как нераздельное, а с другой – как раздельное.
Раздельные скрепления – рельс скреплен только с подкладкой, а подкладка независимо от рельса соединена с опорой.
В настоящее время в постоянной эксплуатации находятся в основном два типа скреплений – смешанное скрепление ДО (рис. 4.2) и раздельное скрепление КД (рис. 4.3, а). Применяется также скрепление Д4 (рис. 4.3, б).
Рис. 4.2. Смешанное скрепление ДО:
1 – рельс; 2 – костыль; 3 – подкладка; 4 - шпала
Подкладку к шпале принято пришивать двумя обшивочными костылями, а рельс к шпале на прямых участках пути – костылями, расположенными диагонально. На кривых при необходимости рельсы к шпалам пришивают дополнительно костылями. основными недостатками скрепления ДО являются: смятие древесины под подкладкой и разработка костыльных отверстий, возможность напресовки снега и засорителей под подошвой рельса, что является причиной уширения колеи и схода подвижного состава.
В раздельном скреплении КД металлическая подкладка крепится к шпале четырьмя шурупами, а рельс прижимается к подкладке двумя жесткими П-образными клеммами и клеммными болтами. Это скрепление в отличие от скрепления ДО обеспечивает постоянное прижате рельса к подкладке и позволяет производить регулировку рельса по высоте до 14 мм. При этом обеспечивается стабильность ширины колеи и облегчается смена рельсов. Основной недостаток скрепления КД – его многодетельность и большая материалоемкость.
Скрепления типа Д4сравнительно мало, они отличаются многодетальностью и металлоемкостью. Они сильнее, чем костыли, зажимают рельсы и таким образом препятствуют угону пути. Такие скрепления могут использоваться при укладке бесстыкового пути. Между рельсом и подкладкой укладываются прокладки разной толщины, что позволяет регулировать положение рельсов по высоте.
Рис. 4.3. Раздельное скрепление для деревянных шпал:
а – типа КД; типа – Д4; 1 – двухвинтовая шайба; 2 – шуруп;
3 – подкладка; 4 – клеммный болт; 5 – клемма; 6 – подрельсовая площадка; 7 – прокладка под подкладку