Принцип работы верхнего строения пути

Верхнее строение пути представляет собой комплексную конструкцию, служащую для направления движения подвижного состава, восприятия силовых воздействий от его колес и передачи их на нижнее строение.

Непосредственно направляют движение колесных пар подвижного состава и воспринимают нагрузку – рельсы. Рельсы с помощью промежуточных скреплений соединяются со шпалами, образуя рельсошпальную (путевую) решетку. Это обеспечивает неизменность взаимного положения рельсовых нитей, а также распределяет нагрузку от колес на большую площадь. Кроме этого, рельсы соединяют друг с другом при помощи стыковых скреплений или сварки, что позволяет сформировать непрерывную нить и обеспечить нахождение смежных рельсов в одной плоскости. Для предотвращения продольного смещения рельсов и шпал под действием движущихся поездов к нижней части рельса (подошве) крепятся противоугоны. Для перехода подвижного состава с одного пути на другой укладываются стрелочные переводы.

Шпалы, воспринимая давление от рельсов, передают его на балластный слой. При этом шпалы заглубляются в него, что повышает устойчивость рельсовой колеи, препятствуя продольному и поперечному перемещению шпал. На мостах при отсутствии балласта вместо шпал укладывают мостовые брусья, а под стрелочными переводами – переводные брусья. Брусья отличаются от шпал размерами поперечного сечения и длиной.

Балластный слой воспринимает давление от шпал и передает его на основную площадку земляного полотна, уменьшая неравномерность давления. Кроме того он отводит поверхностную воду от пути, амортизирует удары подвижного состава и создает возможность выправки пути в плане и профиле.

По мере удаления вниз от места непосредственного контакта пути с подвижным составом давление рассредоточивается на всё большую площадь и на земляное полотно передается почти равномерное давление. По сравнению с давлением на рельс, давление на земляное полотно уменьшается в тысячи раз, что обеспечивает его упругую осадку, исчезающую после снятия нагрузки.

Рельсы

Рельсы предназначены для направления движения колес подвижного состава, восприятия нагрузки от него и передачи ее на шпалы. Кроме того, рельсы выполняют функцию электрических цепей на участках автоблокировки и электротяги.

Для выдерживания значительных ударно-динамических нагрузок и обеспечения прочности на изгиб, твердости и износоустойчивости рельсы изготавливаются из стали, с добавлением углерода, кремния и марганца. Для повышения качества рельсов применяют также ряд технологических операций: вакуумирование, замедленное охлаждение, изотермическую выдержку, закалку, отпуск и др. Готовые рельсы проходят на заводе приёмку, сплошное дефектоскопирование и клеймение.

Наибольшее распространение на магистральных и промышленных железных дорогах получила двутавровая форма рельса, обеспечивающая надежное выдерживание вертикальной нагрузки при меньшем расходе металла (рис. 1.4). В рельсе данного профиля различают три основные части: головку, шейку и подошву. Поверхность катания головки рельса делается выпуклой для достижения лучшего центрирования нагрузок по вертикальной оси рельса. Высокая шейка рельса способствует хорошему сопротивлению изгибу под воздействием вертикальной нагрузки от подвижного состава. Широкая подошва рельса обеспечивает необходимую устойчивость на опрокидывание и возможность крепления рельса к подрельсовому основанию.

	1 – головка рельса; 2 – шейка; 3 – подошва; – высота рельса; – высота головки; – высота подошвы; – высота шейки; , – ширина верхней и нижний части головки соответственно; – ширина подошвы; – толщина шейки; – толщина подошвы у края
Рис. 1.4. Схема поперечного профиля рельса

В настоящее время данные рельсы классифицируются по следующим признакам:

1. По массе и поперечному профилю рельсы различают трех типов: Р50, Р65[1], Р75. Буква Р обозначает «рельс», а число – округленную массу (в килограммах) погонного метра. Основные размеры типовых рельсов представлены в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Основные размеры рельсов

2. По категории качества различают рельсы: В – термоупрочнённые высшего качества; Т1 и Т2 – термоупрочнённые; Н – нетермоупрочнённые.

3. По длине рельсы подразделяются на: стандартные – 25,0 м; укороченные – 24,92 и 24,84 м для укладки в кривых[2].

Выбор типа рельсов зависит от грузонапряженности линии (измеряемой в млн т^.км/км в год) и скоростей движения поездов (км/ч). В зависимости от грузонапряженности на магистральных железных дорогах установлены три типа верхнего строения пути: особо тяжелый, в котором используются рельсы типа Р75, тяжелый – Р65 и нормальный – Р50.