Назначение и составные элементы верхнего строения пути

Верхнее строение пути — это верхняя, периодически заменяемая часть пути. Верхнее строение пути предназначено: для направления движения подвижного состава, восприятия нагрузки от колес движущегося поездов и передачи ее ниж­нему строению пути (земляному полотну и искусственным сооружениям).

Верхнее строение пути работает в сложных условиях.

Железнодорожный путь подвергается воздействию:

подвижного состава, при этом воздействие локомотивов определяет проч­ность пути, а вагонов, как массовых нагрузок, — остаточные деформации;

- природно-климатических факторов, из которых основные — темпера­
тура и атмосферные осадки;

- собственных напряжений, возникающих в элементах верхнего строе­
ния пути, главным образом в рельсах при их изготовлении, укладке и эксп­
луатации.

Верхнее строение пути должно удовлетворять следующим основным тре­бованиям:

- высокой надежности: обеспечивать безопасное и бесперебойное дви­
жение поездов;

- долговечности — сохранять работоспособность достаточно длитель­
ное время при установленной системе текущего содержания и ремонтов;

- ремонтопригодности — позволять обеспечивать ремонт элементов верх­
него строения пути и текущее содержание пути;

допускать массовое изготовление всех элементов, а также применение вы­сокопроизводительных средств механизации при сборке, замене и ремонте.

Верхнее строение пути (рис. 1.59) включает в себя:

- стальные высокопроч­
ные рельсы 5 и стрелочные
переводы, непосредственно
воспринимающие нагрузку
от колес подвижного состава;

- рельсовые опоры—желе­
зобетонные или деревянные
шпалы 3, а на мостах и стрелоч­
ных переводах — брусья мос­
товые и переводные, предназначенные для удержания рельсов на определенном
расстоянии друг от друга и передачи давления на ниже расположенную часть пути;

- металлические рельсовые скрепления 4 для соединения рельсов между
собой и прикрепления их к шпалам или брусьям;

балластный слой из щебня 2, гравия, песка, отходов асбестового про­изводства; он должен равномерно распределять нагрузку от подвижного состава на поверхность земляного полотна, не допускать продольное и по­перечное перемещение шпал и неравномерную вертикальную осадку рель-со-шпальной (путевой) решетки. На главных путях устраивается двухслой­ный балласт. На земляное полотно отсыпается песчаное основание (песчаная подушка) 1, а затем слой щебня.

Рельсы, соединенные со шпалами, образуют рельсо-шпальную решетку.

Рельсы

Рельсы являются основным несущим элементом верхнего строения пути и к ним предъявляются следующие требования:

- рельсы должны воспринимать без поломок и повреждений нагрузку от
колес подвижного состава;

- передавать нагрузку от подвижного состава на подрельсовое основание,
распределяя ее на достаточно большую поверхность;

- направлять движение колес подвижного состава.

На участках с автоблокировкой и электрической тягой рельсы, кроме того, должны быть проводниками электрического тока.

За историю существования железных дорог рельсы прошли долгую эволю­цию от чугунных до железных, а потом стальных. Форма рельсов также претер­пела изменения. В настоящее время на сети железных дорог мира применяют только широкоподошвенные рельсы.

Тип рельса определяется массой рельса длиной 1 м, значение которой ок­ругляется до целого и проставляется рядом с буквой Р. На железных дорогах России применяют рельсы Р75, Р65, Р50, имеющие массу 1 м рельса 74,4; 64,7; 51,7 кг. На главных путях эксплуатируются рельсы типов Р65 (87,7 % протя­жения путей), Р75 (2,9 %), Р50 (8,8 %), Р43 и легче (2,4 %). В настоящее время укладываются в основном рельсы Р65. При капитальных ремонтах и уклад­ке и удлинении путей применяют старогодные рельсы Р65.

Рельсы должны быть прочными, долговечными (рельсовая сталь долж­на быть твердой, износоустойчивой). Для того чтобы рельс под нагруз­кой не изменял форму и не ломался, ему придают очертание в соответ­ствии с рис. 1.60. За основу формы рельса принята двутавровая балка, так как она лучше всего работает на изгиб. Верхняя часть называется го­ловкой рельса, нижняя — подошвой, соединяет головку рельса с подо­швой — шейка рельса. Для цент­ральной передачи нагрузки от коле­са поверхность катания головки рельса имеет выпуклое криволиней­ное очертание. Средняя часть голов­ки рельсов выполняется радиусом 500 мм, затем 80 мм и для соедине­ния головки рельса с боковыми гра­нями применяется радиус 13—15 мм (близкий к выкружке гребней колес). Это обеспечивает плотное прилегание гребней колеса к рельсу. Боковые грани головок выполняют с уклоном 1:20. Сопряжение боковых граней головок рельсов с их нижними гранями и всех граней подошвы делают по кривым радиуса 2—4 мм.

Нижние грани головки рельса и верхние грани подошвы служат опорны­ми поверхностями для накладок, которые как клин входят между ними в пазуху рельсов, распирая головку и подошву рельса. Нижние грани голов­ки и верхние грани подошвы рельса имеют уклон 1:4.

Переход от головки и подошвы к шейке рельса делается возможно более плав­ным, и сама шейка имеет криволинейное очертание, для того, чтобы обеспечить наименьшую концентрацию напряжений.

Подошве рельса придают достаточную ширину, чтобы обеспечить боковую устойчивость рельса на опорах и достаточную площадь для опирания накладок. Стандартная длина рельсов на сети железных дорог России принята 25 м. Для укладки на внутренних нитях кривых изготавливают укороченные рель­сы длиной 24,92 и 24,84 м.

Рельсы изготавливаются из рельсовой стали. В химический состав стали входят следующие добавки: углерод С для повышения прочности при изгибе, марганец Мп для увеличения износоустойчивости, твердости и вязкости рель­совой стали, кремний Si для повышения твердости и износоустойчивости.

Для обеспечения большей износоустойчивости и долговечности рельсы Р75, Р65, Р50 подвергают термической обработке по всей длине путем объем­ной закалки в масле, с последующим печным отпуском. Объемнозакален-ные рельсы имеют срок службы в 1,3—1,5 раза выше, чем обычные.

Условия эксплуатации рельсов на дорогах Сибири и Дальнего Востока почти вдвое тяжелее, чем в Европейской части России. Поэтому в настоя­щее время созданы рельсы Р65 низкотемпературной надежности с добавка­ми ванадия, ниобия и бора. Для этих рельсов используется электросталь. При температуре ниже 60° рельсы из электростали выдерживают нагрузки вдвое большие, чем из мартеновской стали.

В настоящее время российские рельсы — одни из лучших в мире.

Маркировка рельсов производится для правильной укладки их в путь и определения места и времени изготовления. На шейке рельса через 2,5—3 м указывается марка завода, год и месяц изготовления, тип рельса.

Срок службы рельсов определяется количеством тонн груза, проследовав­шего по ним до их перекладки. После истечения срока службы, рельсы сни­мают, сортируют, ремонтируют и вновь укладывают в путь, но на менее на­пряженные участки пути. Таким образом срок службы рельсов продлевается.

Кроме того, для увеличения срока службы рельсов применяется шлифов­ка головки рельса рельсошлифовальными поездами для удаления неровно­стей на поверхности катания.