4. Верхня будова колії та її елементи.

4.1 Верхня будова колії та її елементи.

Верхня будова колії призначена для сприйняття навантажень від рухомого складу, передачі їх на земляне полотно та штучні споруди, а також для спрямування руху рухомого складу. Конструкція верхньої будови колії повинна бути міцною, стійкою, стабільною, зносостійкою та забезпечувати безпечний та плавний рух поїздів з встановленими швидкостями.

Рейкова колія характеризується шириною, взаємним розташуванням рейкових ниток за рівнем, нахилом рейок. Відстань між внутрішніми гранями головок рейок називається шириною рейкової колії. Ця відстань вимірюється нормально до повздовжньої осі колії на рівні перетину бокового закруглення головок рейок з боковою гранню головки рейки.

Ширина колії на дерев’яних шпалах між внутрішніми гранями головок рейок на прямих ділянках колії і на кривих радіусом 650 мм і більше – 1520 мм. Ширина колії на дерев’яних шпалах на більш крутих кривих повинна бути:

• при радіусі від 649 м до 450 м –1530 мм,

• при радіусі від 449 м і менше –1535 мм.

На існуючих лініях з раніше укладеною колією допускається норма ширини колії 1520 мм в кривих дільницях радіусом від 349 м до 650 м до виконання наступної модернізації колії. Відхилення від встановлених розмірів ширини колії на прямих та кривих дільницях колії на дерев’яних шпалах не повинні перевищувати по розширенню +8 мм і по звуженню – 4 мм. На дільницях, встановлені швидкості руху поїздів 50 км/ год і менше, відхилення не повинні перевищувати по розширенню +10 мм і по звуженню – 4мм.

Для колії на залізобетонних шпалах ширина колії на прямих і кривих при радіусі 300 м і більше – 1520 мм. Відхилення від встановлених розмірів ширини колії на залізобетонних шпалах не повинні перевищувати: по розширенню +8 мм і по звуженню – 4 мм.

На існуючих лініях з раніш укладеною колією допускається на прямих і кривих ділянках колії радіусом більше 650 м, розмір ширини колії – 1524 мм. При цьому на більш кривих ширина приймається:

• при радіусі від 650 м до 450 м –1530 мм,

• при радіусі від 449 м до 350 м –1535 мм,

• при радіусі від 349 м і менше –1540 мм.

Допуски по ширині на таких дільницях не повинні перевищувати по розширенню +8 мм і по звуженню – 4 мм.

Верх головок рейок обох ниток колії на прямих ділянках має бути на одному рівні. Дозволяється на прямих ділянках колії утримувати одну рейкову нитку на 6 мм вище другої згідно з нормами, встановленими відповідно з інструкцією Укрзалізниці.

Підвищення зовнішньої рейкової нитки на кривих ділянках колії в залежності від радіусу кривої та швидкостей руху по ній встановлюється наказом начальника залізниці у відповідності з інструкцією Укрзалізниці.

Підвищення зовнішньої рейкової нитки не має перевищувати 150 мм. У необхідних випадках на кривих ділянках головної колії максимальне підвищення зовнішньої рейкової нитки може допускатися з дозволу Укрзалізниці й більше 150 мм.

Величини допустимих відхилень у рівні розміщення рейкових ниток від встановлених норм на прямих та кривих ділянках колії встановлюються Укрзалізницею.

Рейки є найголовнішим елементом верхньої будови колії та призначені:

• для сприйняття навантаження від коліс рухомого складу та передачі його елементам верхньої та нижньої будови колії;

• для спрямування коліс рухомого складу при їх русі;

• на дільницях з автоблокуванням служать провідником сигнального струму, а при електротязі – провідником зворотного тягового струму.

Рейки за масою та обрисом поперечного перерізу підрозділяються на типи. Стандартними є рейки типів Р 50 ( 51,67 кг на 1 м довжини ), Р 43 ( 44, 65 кг на 1 м довжини ), Р 65 ( 64, 72 кг на 1 м довжини ) та Р 75 ( 74, 44 кг на 1 м довжини ) ( літера Р означає рейку, цифра – маса 1 м довжини рейки з закругленістю ).

Економічна ефективність застосування важких рейок міститься у збільшенні терміну служби, зниженні витрати металу, зменшенні опору руху поїзда та у скороченні витрат на поточне утримання колії. Особливо ефективно для підсилення колії та зниження експлуатаційних витрат збільшувати масу рейок при підвищенні навантаження на вісь і вантажонапруженості.

Довжина рейок може бути 25 м та 12,5 м, а у кривих дещо меншою. У ряді випадків, наприклад, у стрілочних переводах можуть укладатися рейки нестандартної довжини, при укладанні таких рейок вони повинні бути виготовлені обрізуванням верстатами із свердлінням отворів.

Рейки постачаються нетермообробленими і термообробленими. Термічна обробка при виготовленні рейок може бути виконана різними способами:

• об’ємним загартуванням в олії по всій довжині і всьому периметру;

• поверхневим загартуванням головки рейки по всій довжині водоповітряною сумішшю після нагрівання струмом високої частоти;

• поверхневим загартуванням головки рейки водою після пічного нагрівання.

Загартовані і незагартовані рейки, що постачаються залізницям, випускаються 1-го і 2-го сортів залежно від якості продукції, причому рейки першого сорту виготовляються І або ІІ групи, що залежить від технологічних особливостей виплавки сталі.

Рейки 1-го сорту цілком задовольняють вимогам стандарту. До 2-го сорту належать рейки, що мають відхилення за хімічним складом, геометричними розмірами, технологічними дефектами і знижені механічні властивості.

Рейки на головних і станційних коліях повинні відповідати умовам експлуатації. Відповідно до цього на магістральних коліях не дозволяється використання рейок усіх типів 2-го сорту. Необхідна потужність верхньої будови і відповідний тип рейок встановлюється при спорудженні нових ліній або реконструкції існуючих ліній і визначається за нормами СНіП ( Будівельні норми і правила ).

Загартовані по всій довжині рейки повинні використовуватися у першу чергу на основних напрямках залізничної мережі України, що має загальнодержавне значення, а також на дільницях зі складним планом і профілем колії та важкими умовами експлуатації.

Рейки одного і того ж типу та виду термообробки повинні вкладатися, як правило, на цілих напрямках чи, принаймні, на перегонах. Укладання рейок термооброблених із нетермообробленими і нових із старопридатними впереміжку не допускається.

Стики обох рейкових ниток повинні утримуватися по накутнику. Стандартні стики розміщуються між шпалами. Стикові скріплення складаються із накладок, стикових болтів із гайками і шайбами. Для легких типів рейок можуть застосовуватися фартушині накладки.

З рейками типів Р75 і Р65 можуть застосовуватись як шестиотвірні, так і чотириотвірні накладки, причому шестиотворні застосовуються в стиках зрівнювальних рейок безстикової колії, а також в стиках рейок на великих і середніх мостах та в тунелях.

Болти в стиках двоголових накладками розташовуються почергово гайками всередину і назовні колії. У стиках з фартушними накладками два середні болти ставляться гайками всередину колії, інші – гайками назовні. Встановлення у стики нетипових болтів не дозволяється.

Болти для двоголових накладок застосовують із круглою головкою і овальним підголівником, а для фартушних – із овальною (качиною) головкою. Гайки до стикових болтів застосовуються шестигранні. На кожний болт під гайку ставиться пружинна шайба, яка може бути у вигляді розрізаного кільця із прутка квадратного перетину пружинної сталі або комплексу із двох тарільчатих шайб із зовнішнім діаметром 60 або 70 мм.

Для з’єднання рейок різних типів застосовують перехідні накладки або перехідні рейки.

Проміжні скріплення застосовують трьох типів: нероздільні, роздільні та змішані.

При дерев’яних шпалах найбільш розповсюджене костильне скріплення змішаного типу, що застосовується до рейок Р43 і важчих. Нероздільне скріплення, у якого відсутні обшивні костилі, дозволяється застосовувати на дільницях, що експлуатуються, де раніше були укладені рейки більш легких типів ніж Р43.На залізобетонних шпалах почато використання безпідкладочного проміжного пружного скріплення типу КПП-5 з клемами типу КП-5.2 і КП-7.

Роздільне скріплення застосовується при дерев’яних шпалах і залізобетонних. При цьому виді скріплення рейка прикріплюється до підкладки на кожному кінці шпали двома жорсткими або пружними клемами і клемними болтами. Підкладка прикріплюється до дерев’яної шпали чотирма шурупами чи пружними костилями, до залізобетонної – двома шурупами або двома закладними болтами.

При нероздільних кріпленнях рейки прикріплюються до шпал пружними клемами і закладними болтами.

У тих випадках, коли конструкція проміжних скріплень не забезпечує надійного закріплення рейок від повздовжніх переміщень відносно шпал, використовуються протиугінні пристрої. На колії застосовуються пружинні і самозаклинні протиугони.

Шпали призначені для сприйняття тиску рейок та передачі його баластному шару, пругкої передачі динамічного впливу, забезпечення разом з баластом стійкого положення рейко-шпальної решітки у горизонтальній та вертикальній площинах.

Порядок розміщення шпал по довжині рейкової ланки або на 1 км колії називається епюрою шпал. Застосовується 4 типи епюр залежно від експлуатаційних умов: 1840 шт/км (найбільш поширена в головних коліях); 2000 шт/км (в кривих радіусом 2000 м і менше, в межах штучних споруд та на швидкісних дільницях); 1600 шт/км 1440 шт/км на станційних та інших коліях.

Дерев’яні шпали виготовляють із сосни, ялини, піхти, кедра, бука і берези. Їх виготовляють двох типів: А (обрізні), усі чотири сторони яких пропилені, та Б (необрізні), дві протилежні сторони (постелі) яких пропилені. Кожний вид шпал має три типи. Шпали І типу укладають в головні колії, ІІ типу – станційні і під’їзні. Шпали ІІІ А і ІІІ Б укладають у мало діяльні колії.

Довжина шпал всіх типів 2750 мм. За замовленням Головного управління колійного господарства для особливо вантажонапружених дільниць постачають шпали довжиною 2800 мм, а для дільниць, де укладається сумісна колія – довжиною 3000 мм.

Залізобетонні шпали виготовляють двох типів (для роздільних і нероздільних скріплень) і чотирьох різновидів (кожний тип нормальної і поліпшеної конструкції). Вони виготовляються трапецієвидного перерізу, що змінюється по довжині шпали і звуженням в середній частині. Шпали виготовляють довжиною 2700 мм та попередньо напруженими (вони армовані сталевим попередньо натягнутим дротом періодичного профілю діаметром 3 мм).

Для прикріплення підкладок до шпал (при скріпленнях роздільного типу) або прикріплення рейок через клеми до шпал (при нероздільному скріпленні) в шпалах передбачені отвори з гніздами і закладними шайбами для закріплення закладних болтів.

Баластовий шар розподіляє навантаження на основну площадку земляного полотна, визиває опір боковим та повздовжнім переміщенням шпал, відводить поверхневу воду від колії, амортизує удари рухомого складу та створю є можливість виправлення колії в плані та профілі.

Матеріал для баласту повинен бути міцним, пружним, не повинен пилитися, видуватися вітром, вимиватися водою. Найбільш для баласту підходить щебінь з твердих гірничих порід, з подрібнених валунів та гальки. Гарним баластом є також гравій та відходи азбесту. Найгіршим баластом є пісок – не створює стійкості колії та погано відводить воду.

Баластовий шар має відкоси – нахилені частини та верхню частину, ширина якої зверху встановлюється відповідними технічними умовами. Для залізничних колій встановлені типові поперечні профілі баластового шару, що обумовлюють його товщину, крутість відкосів, ширину верху.

Баластовий шар з щебеня насипають не на земляне полотно, а на шар піску, який має назву піщаної подушки. На земляне полотно із скельових та піщаних ґрунтів щебеневий баласт вкладається без подушки. Товщина баластового шару під шпалою повинна бути від 25 до 55 см в залежності від матеріалу баласту, ґрунту земляного полотна, шпал.

Безстикова колія забезпечує плавність руху поїздів, подовжує термін служби елементів верхньої будови колії, знижує витрати на утримання колії, ремонт рухомого складу та на тягу поїздів, підвищує надійність електричних рейкових кіл, знижує рівень шуму через відсутність ударів коліс у стиках.

На залізницях використовується безстикова колія двох конструкцій: температурно-напружена без розрядки та температурно-напружена з періодичною розрядкою температурних напружень. Обидві конструкції складаються з зварених рейкових ниток довжиною від 250 до 800 м та двох, трьох або чотирьох пар зрівнюючих рейок між ними. Періодична розрядка температурних напружень полягає в заміні зрівнювальних рейок між нитками однієї довжини на рейки другої довжини в залежності від пори року. Безстикова колія вкладається на щебеневому баласті та на шпалах з роздільним скріпленням.