2.3.3. Рельсы и скрепления

Рельсы являются важнейшим элементом верхнего строения. Они непосредственно воспринимают нагрузку от подвижного состава, передают ее на лежащие ниже элементы и направляют движение колес. Рельсы изготовляют из особой стали, в состав которой входит железо, химически соединенное с углеродом, кремнием и марганцем.

Применение высокоуглеродистой стали обеспечивает прочность на изгиб, твердость и износоустойчивость рельсов. Марганец и кремний добавляют для повышения их твердости и износоустойчивости. Примеси фосфора и серы очень вредны.

Поперечный профиль рельса представлен на рис. 2.8. В рельсах различают три основные части: 1 – головку, 2 – шейку и 3 – подошву. Верхнюю поверхность головки рельса делают выпуклой, благодаря этому достигается лучшее центрирование нагрузок по вертикальной оси рельса. Головка рельса гладкая, поэтому сопротивление движению вагонов сравнительно невелико.

	б
Рис. 2.8. Поперечный профиль рельса: а – принципиальная схема; б – рельс Р65

Чтобы рельс хорошо сопротивлялся изгибу под воздействием вертикальной нагрузки подвижного состава, он имеет сравнительно высокую шейку. Широкая подошва рельса обеспечивает необходимую устойчивость на опрокидывание.

Основной характеристикой рельсов (табл. 2.2) служит вес 1 м рельса в килограммах. У нас применяют стандартные типы рельсов: Р43, Р50, Р65 и Р75.

Таблица 2.2

Характеристики рельсов

Тип рельсов	Масса, кг/м	Размеры, мм
		Высота рельса	Ширина подошвы	Ширина головки	Толщина шейки
Р-50	51,67	152	132	72	16
Р-65	64,72	180	150	75	18
Р-75	74,41	192	150	75	20

На некоторых дорогах еще имеются рельсы более легких типов. Стандартная длина рельсов типа Р50 и тяжелее установлена 25 м, для рельсов типа Р43 допускается длина 12,5 м. При укладке в кривых внутренняя рельсовая нить короче наружной. Если по внутренней нити кривой укладывать все рельсы такой же длины, как и по наружной, то стыки по внутренней нити станут забегать вперед относительно стыков на наружной нити и не получится расположения их по наугольнику, как это принято на нашей сети. Для устранения большого забега стыков в кривой по внутренней нити укладывают рельсы укороченной длины. Применяют три типа укорочения рельсов: на 40, 80 и 120 мм – для рельсов 12,5 м и на 80 и 160 мм – для рельсов 25 м. Большие укорочения применяются на крутых кривых. Укладку укороченных рельсов чередуют с рельсами нормальной длины таким образом, чтобы забег или недобег стыков не превышал половины стандартного укорочения, т. е. 20; 40; 60 и 80 мм соответственно. При эксплуатации пути забег или недобег стыков в кривых допускается в пределах 8 см плюс половина стандартного укорочения рельса в данной кривой.

Увеличение срока службы рельсов достигается усовершенствованием их профиля, улучшением условий их работы. Так, имеются рельсы низкотемпературной надежности, которые отличаются значительной хладостойкостью. При этом уменьшается вероятность хрупких разрушений при температуре до минус 60 ºС. Такие рельсы предназначены для укладки в районах с холодным климатом на дорогах Сибири.

Рельсовые скрепления подразделяют на стыковые и промежуточные. Стыковые скрепления прочно соединяют рельсы в непрерывную нить. Места соединения называют рельсовыми стыками. Концы рельсов перекрываются накладками, которые через имеющиеся отверстия стягивают болтами. Под гайки болтов ставят пружинные или тарельчатые шайбы (рис. 2.9) [7].

Стандартные двухголовые четырех- и шестидырочные накладки прочны, просты и не подвержены изломам. Болты применяют с круглой головкой и овальным подголовком, чтобы при завертывании гаек болт не проворачивался.  В стыках динамические нагрузки от проходящего подвижного состава достигают наибольшего значения, так как здесь нарушена непрерывность рельсовой нити. Уменьшить динамические нагрузки можно за счет сокращения числа стыков, увеличивая при этом длину рельсов.  С изменением температуры длина рельсов меняется, поэтому между торцами рельсов в стыках оставляют зазор. Величина зазора зависит от температуры рельса, его длины и климатической зоны.

а	б
Рис. 2.9. Рельсовый стык: а – общая схема; б – принципиальная схема: 1 – костыль; 2 – подкладка; 3 – болт; 4 – накладка; 5 – рельс; 6 – шайба; 7 – гайка

По расположению относительно стыковых шпал стандартным на дорогах РФ принят стык на весу. При таком стыке торцы рельсов соединены посередине между двумя стыковыми шпалами. Стыки обеих рельсовых нитей располагают один против другого — по наугольнику. Это создает условия смены рельсошпальной решетки путеукладчиками целыми звеньями, уменьшает количество ударов колес о рельсы.

Промежуточные рельсовые скрепления служат для прочного соединения рельсов со шпалами и брусьями, чтобы исключить поперечное и продольное перемещение и опрокидывание рельсовых нитей колесами подвижного состава. Эти скрепления подразделяются на костыльные и клеммные. Для пути на деревянных шпалах применяют оба вида скреплений. Типовым скреплением является костыльное (смешанное) скрепление с пятью костылями (рис. 2.10).

а		б
Рис. 2.10. Промежуточное смешанное скрепление для деревянных шпал: а – фотография; б – принципиальная схема: 1 – костыль основной; 2 – костыль обшивочный; 3 – прокладки а; 4 – противоугон пружинный

Для пути с железобетонными шпалами применяют клеммные скрепления типов (рис. 2.11).

а		б
Рис. 2.11. Раздельное клеммно-болтовое скрепление для железобетонных шпал: а – 3D модель; б – принципиальная схема: 1 –подкладка; 2 – клемма; 3 – гайка; 4 – прокладка под подкладку; 5 – прокладка под подошву рельса; 6, 8 – шайбы; 7 – закладной болт; 9 – втулка изоляционная

В массовом порядке применяют скрепление клеммно-болтовое, у которого плоская подкладка прикрепляется к шпале закладными болтами. Для уменьшения жесткости на подкладку и под нее кладут упругие прокладки из кордонита или резины. Эти прокладки вместе с втулкой из текстолита служат также электроизоляцией рельсов от шпал при электрической тяге и автоблокировке.