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.
