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.

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).

Деревянные шпалы и брусья

Основными достоинствами деревянных шпал и брусьев являются:

- хорошая упругость;

- простота формы, изготовления и эксплуатации (транспортировка, смена, прикрепление рельсов, изменение ширины колеи и т.п.);

- хорошее сцепление со щебнем;

- сравнительно небольшая масса (около 70 кг);

- большое электрическое сопротивление.

Недостатки деревянных шпал и брусьев:

- малый срок службы из-за гниения, механического износа и растрескивания (около 15 лет);

- большой расход дефецитной древесины (на 1 км пути около 2 га леса с деревьями диаметром 26-28 см возраста 80-100 лет);

- неоднородность упругости пути по длине из-за разных размеров шпал.

Основными породами для шпал и брусьев могут быть сосна, ель, пихта, лиственница, кедр и береза. Н отечественных дорогах шпалы изготавливаются в основном из хвойных пород.

По форме поперечного сечения шпалы подразделяются на 3 группы (рис. 4.5а):

- обрезные – пропилены четыре стороны;

- полуобрезные – пропилены три стороны;

- необрезные – пропилены две противоположные стороны (пласти шпалы).

Переводные брусья изготавливаются двух видов (рис. 4.5б):

- обрезные – пропилены четыре стороны (на мостах используются только обрезные брусья);

- необрезные – пропилены две противоположные стороны.

а)
б)

Рис. 4.5. Поперечное сечение деревянных шпал (а) и переводных брусьев (б):

шпалы: 1 – обрезные; 2 – полуобрезные; 3 – необрезные;

брусья: 4 – обрезные; 5 – необрезные

h – толщина; b, b' – ширина верхней пласти; b₁, b₂ – ширина нижней пласти

Длина деревянных шпал 275 см. По индивидуальному заказу для линий с высокой грузонапряженнностью поставляются шпалы длиной 280 см, а на участках совмещенного движения с разной шириной колеи (1520 мм и 1435 мм вблизи границ государств Западной Европы) укладывают шпалы длиной 300 см.

Количество шпал на 1 км пути называется эпюрой шпал. Обычно эпюра составляет 1840 шпал/км. Усиленная эпюра – 2000 шпал/км; присутствует в кривых участках, на мостах, в тоннелях, при использовании бесстыкового пути.

Длина стрелочных брусьев изменяется от 3 до 5,5 м (удвоенная длина шпалы) с шагом 0,25 м. Длина мостовых брусьев обычного сечения – 3,25 м. Чем больше расстояние между осями продольных балок или ферм моста, тем больше должно быть поперечное сечение мостовых брусьев и их длина.

Области применения деревянных шпал:

- звеньевой путь, особенно в кривых малых радиусов (менее 300 м), где необходимо уширение колеи до 1530 и 1535 мм;

- новостройки с нестабилизированным земляным полотном, особенно на вечномерзлых и болотистых основаниях;

- участки с пучинообразованием;