В коротких, хорошо проветриваемых, сухих тоннелях условия работы пути мало чем отличаются от условий его работы на коротких участках, за исключением габаритных ограничений.
В тоннелях большой длины обычно имеют место дополнительные неблагоприятные факторы:
- повышенная влажность воздуха;
- повышенная запыленность воздуха;
- загазованность воздуха продуктами неполного сгорания топлива локомотивов и вагонных печей;
- перемерзание водоотводных лотков приводит к выходу воды на путь, переувлажнение балластной призмы и резкому ухудшению состояния пути - образованию пучин, деформациям тоннельной обделки.
Рельсы, скрепления и арматура железобетонных шпал подвергаются коррозионным повреждениям, которые вызываются химическими и электрохимическими воздействиями среды внутри тоннеля.
Деревянные шпалы быстрее изнашиваются в тоннелях в местах выхода воды летом, пучения и наледеобразования зимой.
Балластная призма в замкнутом пространстве в тоннелях интенсивно засоряется сыпучими газами с открытого ПС, пылью, щебнем.
Загрязнение балласта не только уменьшает упругость пути в тоннеле и увеличивает его расстройство, но и задерживает воду, что в зимний период к появлению пучин и наледей.
Необходимо выполнять работы при искусственном освещении, большой запыленности и загазованности. Нельзя достигнуть условий естественного, дневного освещения и желаемой степени равномерности и рассеяния. Для тоннелей типичны сквозняки, сырость и другие неблагоприятные факторы. Должны внедряться высокостабильные конструкции пути, сокращающие время пребывания в тоннеле обслуживающего персонала.
Ограниченное внутреннее очертание тоннелей не позволяет внедрять некоторые современные путевые машины. Очистка щебня в тоннелях выполняется вручную.
К числу особенностей работы пути в тоннелях по сравнению с открытыми участками относятся малое отличие температур рельсов и воздуха в тоннелях и одновременно существенная разница температур рельсов в тоннелях и на подходах к ним. Так как рельсы в тоннелях защищены от прямого солнечного воздействия, годовая амплитуда колебаний их температуры в тоннелях на 20-25ºС меньше, чем на подходах к ним. Это обстоятельство – благоприятный фактор, который способствует меньшему, чем на открытых участках, температурному воздействию на куб.
Деревянные шпалы изготовляют из сосны, ели, пихты, лиственницы, кедра и березы, причем лучшими являются сосновые шпалы. По форме поперечного сечения деревянные шпалы укладывают только после пропитки масляными антисептиками. Деревянные шпалы очень дефицитные и дорогие, срок службы небольшой, они выходят из строя из-за износа, трещин, гниения. Средний срок службы деревянной шпалы 15-17 лет.
Деревянные шпалы в пути находятся в условиях переменной влажности, что способствует развитию гнилостных грибков и быстрому загниванию шпал.
Основные дефекты:
- продольные трещины с обнаженной непропитанной древесиной, расколы на торцах;
- износ древесины под подкладками;
- выколы кусков древесины между трещинами;
- поперечные изломы;
- загнивание торцов.
Основная проблема деревянных шпал — тенденция их загнивания в местах крепления к ним рельсов, и проблема с дальнейшей их утилизацией.
Одиночные стрелочные переводы по геометрическим формам в плане разделяются на обыкновенные стрелочные переводы, симметричные, разносторонние несимметричные, симметричные односторонней кривизны. К основным частям одиночного обыкновенного стрелочного перевода относят: стрелку, соединительную часть, крестовинную часть и комплект переводных брусьев.
Стрелка современного стрелочного перевода состоит из двух рамных рельсов, двух остряков, переводного механизма на флюгарочных брусьях, комплекта переводных брусьев.
Крестовинная часть стрелочного перевода состоит из крестовины (сердечник и два усовика), двух стыковых устройств крестовины, двух контррельсов, опорных приспособлений, комплекта переводных брусьев.
Соединительная часть состоит из пары рамных рельсов, переводной кривой.
Переводные брусья – деревянные или железобетонные поперечины, на которых монтируются металлические части: стрелка, соединительные пути и комплект крестовиной части.
Тангенс угла α крестовины называется маркой крестовины и стрелочного перевода и обозначается 1/N, где N – число марки.
Математическим центром крестовины называется точка пересечения рабочих кантов сердечника крестовины. Горло крестовины – сечение, где расстояние между рабочими кантами усовиков минимально. Промежуток от горла до практического острия крестовины, на котором гребни колес не направляются рельсовыми нитями – вредное пространство.
Полная длина стрелочного перевода измеряется от переднего стыка рамного рельса до хвостового стыка крестовины.
Теоретическая длина стрелочного перевода измеряется от острия остряка до математического центра крестовины.
Передний вылет крестовины измеряется от переднего стыка рамного рельса до начала острия остряка.
Задний вылет крестовины измеряется от математического центра крестовины до хвостового стыка крестовины.
Передний вылет крестовины измеряется от прямой вставки до математического центра крестовины.
Переводная кривая измеряется от корня остряка до начала прямой вставки.
Шлифование рельсов является неотъемлемой частью работ по текущему содержанию пути практически на всех железных дорогах. Применение профильного шлифования с удалением поверхностных дефектов существенно продлевает срок службы рельсов и сокращает расходы на эксплуатацию рельсового хозяйства.
Шлифование позволяет устранить или замедлить развитие фрикционного и волнообразного износа рельсов, дефектов контактно-усталостного происхождения в виде выкрашивания и отслаивания металла на головке рельса.
Шлифовка рельсов может быть двух видов:
- профильная, при которой головка рельса шлифуется по всему ее периметру с целью удаления вертикальных и боковых неровностей с приданием головке очертаний ремонтного профиля;
- предназначенная для устранения волнообразного износа и коротких неровностей других видов на поверхности катания рельсов для уменьшения вибрационных воздействий подвижного состава на путь.
Новые рельсы после укладки в путь при усиленном капитальном ремонте пути и сплошной замене должны подвергаться шлифовке по поверхности катания головки рельса при наличии на них длинных неровностей и других заводских дефектов.
Периодическая шлифовка рельсов в процессе эксплуатации предусматривается при выполнении каждого вида ремонта пути и планово-предупредительных работ. При этом вид шлифовки рельсов (профильная или нет) устанавливается на основе результатов периодической проверки состояния головки для выявления наличия и величины коротких неровностей на верхней и боковой ее поверхностях.
Габариты приближения строений (Су) – предельные поперечные очертания, внутрь которых помимо подвижного состава не должны заходить никакие части сооружений и устройств, а также лежащие около пути материалы, запасные части и оборудование, за исключением частей устройств, предназначаемых для непосредственного взаимодействия с подвижным составом, при условии, что положение этих устройств во внутригабаритном пространстве увязано с частями подвижного состава, с которыми они могут соприкасаться, и что они не могут вызвать соприкосновения с другими элементами подвижного состава.
Габарит подвижного состава (Ту) – предельное поперечное очертание, в котором должен помещаться установленный на прямом горизонтальном пути как в порожнем, так и в нагруженном состоянии подвижной состав с учетом максимальных нормируемых допусков и износов, за исключением бокового наклонения на рессорах.
Пространство между габаритом приближения строений и габаритом подвижного состава установлено для перемещений подвижного состава и погруженных на нем грузов, которые вызываются возможными отклонениями в состоянии отдельных элементов пути, допускаемыми нормами их содержания, а также вертикальными колебаниями и боковыми наклонениями подвижного состава на рессорах. Это пространство в необходимых случаях должно устанавливаться с учетом обеспечения безопасности нахождения на нем служебного персонала.
На мостах с ездой на балласте целесообразно сохранять тот же шпал, что и на примыкающих подходах. При этом, если на подходах уложены железобетонные шпалы, то и на мосту укладывают то же железобетонные шпалы.
На линиях с интенсивной засоряемостью балласта на мостах и на подходах к ним рекомендуется укладывать асбестовый балласт на дренирующем слое из щебня независимо от вида балласта на участке. На участках сплошного применения асбестового балласта его нужно укладывать и в пределах мостов.
Путь на мостах укладывается на балласт, на деревянных или ж/б шпалах, деревянных поперечинах, на металлических поперечинах и безбалластных ж/б плитах. Конструкция мостового полотна должна соответствовать техническим нормам и требованиям, изложенным в Указаниях по устройству и конструкции мостового полотна на ж/д мостах.
В качестве балласта на мостах и подходах к ним применяется щебень из твердых пород. Путь на мостах и подходах, эксплуатируемый на асбестовом балласте, в плановом порядке переводится на щебеночный балласт. На подходах к мостам с безбалластной проезжей частью при необходимости следует устраивать участки переходного пути по проектам, согласованным с ЦП ОАО «РЖД».
Ширина плеча балластной призмы должна быть не менее 35 см. На путях 4-го и 5-го классов на прямых участках пути и в кривых радиусом 600 м. и более, допускаемая ширина балластной призмы – не менее 25 см.
Толщина слоя балласта под шпалой в подрельсовой зоне должна быть не менее 25 см. Максимальная толщина балластного слоя под шпалой не должна превышать 40 см., а на мостах с консолями – 35 см.
Для обеспечения плавного перехода подвижного состава из прямой в круговую кривую устраиваются переходные кривые. В пределах переходных кривых выполняется отвод кривизны, возвышения и уширения колеи, если это требуется (в зависимости от радиуса). Форма переходной кривой должна обеспечивать плавное изменение кривизны, возникающих инерционных сил и соответствующих им ускорений. Теоретически правильная переходная кривая, отвечающая всем условиям, имеет форму радиоидальной спирали (клотоиды), уравнение которой имеет вид
где lx – длина дуги переходной кривой от начала координат;
ρ – переменный радиус переходной кривой;
С – параметр переходной кривой, который равен:
С = l0·R
где l0 -полная длина переходной кривой.
Переходная кривая
При резком изменении кривизны пути поперечные силы, действующие на подвижной состав, изменяются скачкообразно, что приводит к повышенному динамическому воздействию на путь и экипажную часть, увеличивая их износ, повышает вероятность схода с рельсов или опрокидывания подвижного состава и вызывает дискомфорт у пассажиров.
Особенно важно устройство переходных кривых при высоких скоростях движения, применении путевых кривых малого радиуса, тяжёлом подвижном составе, пропуске длиннобазового подвижного состава.
В пределах переходных кривых также отводится (изменяется) возвышение наружной рельсовой нити в кривой.
14.
15. Балластная призма на эксплуатируемых и новых линиях мостового полотна может быть однослойной – из щебня и двуслойной – из асбестового балласта поверх дренирующего щебеночного слоя.
В зависимости от грузонапряженности железнодорожных линий со скоростями движения поездов до 90км/ч, а пассажирских до 140 км/ч применяются три типа ВСП, которые определяются типом рельсов и размерами балластной призмы.
Рельсовый путь на мостах может быть на щебеночном балласте с железобетонными или деревянными шпалами, на деревянных или металлических поперечинах, на безбалластных железобетонных плитах. Конструкция верхнего строения пути на мостах должна соответствовать Указаниям по устройству и конструкции мостового полотна на железнодорожных мостах.
Основные отличия ВСП на мостах с ездой на балласте от типовой конструкции на земляном полотне: наличие балластного корыта железобетонного пролетного строения и устоя; в связи с этим отпадает необходимость в укладке песчаной подушки под щебнем. Максимальная толщина балластного слоя ограничена и одинаковая для всех типов ВСП. Наименьшая толщина балласта под шпалой 25 см., а в особо трудных условиях – 15 см. Наибольшая толщина балласта на мосту не должна превышать 60 см. из-за опасности потери боковой устойчивости пути в случае, если уровень подошвы шпал окажется выше верха боковых стенок пролетных строений. В таких случаях прибегают к наращиванию консолей пролетных строений до 20 см. На мостах с откидными консолями толщина балластного слоя не должна превышать более 35 см. во избежание их перегруза.
В тех случаях, когда толщина балластного слоя на мосту в результате подъемок пути становится чрезмерной, необходимо при проектировании работ по капитальному ремонту пути предусмотреть либо подъемку пролетного строения со срезкой лишнего балласта и доведением его толщины до установленных размеров, либо подрезку балласта на подходах.
В мостах сопряжения мостов с насыпью необходимо предусматривать укладку сборных ж/б бордюрных стенок – панелей с отверстиями для вытекания воды.
16. Срок службы рельсов, измеряемый числом тонн брутто проследовавшего по ним груза до их перекладки, в среднем составляет для термически упрочненных рельсов Р65 500 млн т, а для Р50 — 350 млн т. Срок службы рельсов Р75 примерно на 30 % больше, чем у рельсов Р65.
Продление срока службы рельсов достигается комплексом взаимосвязанных мер: увеличением их массы, повышением качества рельсовой стали, ее термоупрочнением и легированием, совершенствованием поперечных профилей рельсов, улучшением условий их работы посредством создания бесстыковых путей, шлифования поверхности качения, нанесения смазки на боковую рабочую грань головки рельса в кривых и др.
Продление сроков службы рельсов в настоящее время производится путем применения ресурсосберегающих технологий, хорошим средством восстановления служебных свойств рельсов является их периодическая шлифовка в пути или острожка старогодных рельсов на рельсосварочных предприятиях. Для шлифовки рельсов применяются рельсошлифовальные механизмы и рельсошлифовальные поезда с абразивными кругами.
Повышение качества рельсов ведется по трем основным направлениям: повышение чистоты рельсовой стали; повышение твердости рельсового металла и улучшение его структуры; повышение прямолинейности рельсов при изготовлении.
17. Рельсовая колея – два рельса, расположенные на определённом расстоянии один от другого, прикрепленные к шпалам железнодорожного пути рельсовыми скреплениями. Для большинства железных дорог мира нормальная ширина рельсовой колеи на прямых участках 1435 мм, в России – 1520 мм. На прямых участках два рельса должны находиться на одном уровне. На кривых участках пути наружный рельс по отношению к внутреннему имеет возвышение для обеспечения одинаковой нагрузки на обе рельсовые нити, снижения боковых давлений колёс на наружный рельс, уменьшения воздействия на пассажиров чрезмерных непогашенных горизонтальных ускорений. Кроме железных дорог с нормальной рельсовой колеей, существуют участки с узкой колеей — 750 мм (стандартная) и реже 1000 мм (нестандартная). Такую колею обычно имеют подъездные пути промышленных предприятий, шахт, рудников и др.
Устройство рельсовой колеи тесно связано с конструкцией и размерами колесных пар подвижного состава. Колесная пара состоит из стальной оси, на которую наглухо насажены колеса, имеющие для предотвращения схода с рельсов направляющие гребни. Расстояние между внутренними гранями головок рельсов называется шириной колеи. Эта ширина складывается из расстояния между колесами, двух толщин гребней и зазоров между колесами и рельсами, необходимых для свободного прохождения колесных пар.
Конструктивное оформление рельсовой колеи и ее размеры обусловлены особенностями ходовых частей ПС. К ним относятся наличие гребней у колес, глухая насадка колес на оси; параллельность осей жесткой базы экипажа; коничность колес; поперечные разбеги осей; наличие у экипажей поворотных тележек или осей.
Реборды и гребни необходимы для того, чтобы колеса не могли сойти с рельсов и направлялись в своем движении рельсами. Глухая насадка колес необходима для того, чтобы колесо не могло принять наклонное и вертикальное положение. Расстояние между внутренними гранями колес называется насадкой. Расстояние между крайними осями ж/д экипажа, остающимися при движении параллельными между собой, называется жесткой базой экипажа.
Расстояние между рабочими гранями гребней колес называется шириной колесной колеи.
18.
19. При проектировании и выполнении ремонтно-путевых работ на мостах и в тоннелях должны обеспечиваться проектный профиль и план линии. Минимальная толщина балласта под шпалой в подрельсовой зоне должна быть не менее 25 см. Меньшая толщина балласта допускается в случаях, предусмотренных Инструкцией по содержанию искусственных сооружений. Толщина балласта более 40 см не допускается. Если толщина балластного слоя завышена, то работы по ремонту должны осуществляться с понижением отметок продольного профиля пути.
Ширина балластной призмы поверху на пролетных строениях должна быть такой же, как на подходах к мостам, и соответствовать размерам типовых поперечных профилей балластных призм на мостах.
На средних и больших мостах и в тоннелях уровень головок рельсов должен сохраняться без изменений, а необходимую толщину балластного слоя на подходах следует создавать за счет срезки излишнего балласта или подрезки земляного полотна. Если срезка земляного полотна вызывает приток воды к сооружению, то в проекте должны быть предусмотрены необходимые водоотводные и дренажные устройства.
В случае необходимости изменения отметок пути при ремонтах (в том числе и при замене рельсов) должны быть проверены габариты сооружений с учетом этих изменений.
При замене рельсов уложенные контррельсы и деревянные охранные брусья в обязательном порядке должны быть заменены соответственно контруголками и охранными уголками.
Путь на мосту должен иметь плавное очертание и при необходимости ему должен придаваться строительный подъем. Отклонение оси пути от оси пролетного строения с ездой на балласте не должно превышать 50 мм, а в кривых - 30 мм. На мостах с безбалластным мостовым полотном соответственно – 30 и 20 мм.
На малых мостах с железобетонными пролетными строениями допускается производить подъемку металлических и железобетонных пролетных строений с наращиванием и удлинением устоев. Установка пролетных строений на деревянные подферменные брусья запрещается.
20. Верхнее строение пути состоит из рельсов со скреплениями, опор, противоугонов и балластного слоя. Эта часть железнодорожного пути воспринимает нагрузку железнодорожного состава и передаёт её на нижнее строение. Исходя из показателей грузонапряженности участка железнодорожного пути, различают несколько типов: I — особо тяжёлый (грузонапряженность составляет в год на 1 км свыше 50 млн. ткм, вес 1 м рельса 75 кг); II — тяжёлый (грузонапряженность 25-50 млн. ткм, вес 1 м рельса 65 кг); III — нормальный (грузонапряженность менее 25 млн. ткм, вес 1 м рельса 50 кг).
20. Основным назначением балластного слоя является восприятие давления от шпал и равномерное распределение его на основную площадку земляного полотна, обеспечение устойчивости шпал под воздействием вертикальных и горизонтальных сил, обеспечение упругости подрельсового основания и возможности выправки рельсо-шпальной решетки в плане и профиле, отвод от нее поверхностных вод.
Балластный слой не должен задерживать на своей поверхности воду, предохранять основную площадку от переувлажнения. Материал для балласта должен быть прочным, упругим, устойчивым под нагрузкой и атмосферными воздействиями, дешевым. Кроме того, он не должен дробиться при уплотнении, пылить при проходе поездов, раздуваться ветром, размываться дождями, прорастать травой. В качестве балласта используют сыпучие, хорошо дренирующие упругие материалы: щебень, гравий, песок, отходы асбеста, ракушечник. Балластом на магистральных линиях обычно служит щебень фракции 25-60 мм, на менее деятельных линиях - гравий, доменные шлаки, песок. Лучшим материалом для балласта является щебень из естественного камня, валунов и гальки. Путевой щебень, применяемый на железных дорогах, выпускают двух основных фракций с размерами частиц от 25 до 60 и от 25 до 50 мм. Для балластировки станционных путей и строительных целей стандартом предусмотрен также выпуск мелкого щебня фракции от 5 до 25 мм. Щебень хорошо пускает воду, не смерзается в зимнее время, оказывает в 1,5 раза большее сопротивление продольному сдвигу и допускает в 2 раза большее вертикальное давление по сравнению с песчаным балластом, превышает срок службы балласта из любого другого материала. Однако щебень быстрее загрязняется различными сыпучими материалами (углем, торфом, рудой), просыпающимися на путь при перевозках. Для предохранения щебня от загрязнения грунтом при вдавливании в земляное полотно, а также для уменьшения расхода щебня его укладывают на песчаную подушку.
Гравийный и гравийно-песчаный балласт получают в результате разработки естественно образовавшихся отложений гравия и крупнозернистого песка. Такой балласт дешевле щебня, меньше загрязняется, но вместе с тем менее устойчив к нагрузкам, хуже пропускает воду и может смерзаться в зимнее время.
Асбестовый балласт представляет собой отходы асбестового производства в виде раздробленных горных пород с присутствием мелких свободных волокон асбеста. При достаточно высокой несущей способности, малой засоряемости, больших удобствах выправки пути асбестовый балласт имеет и недостатки — сильно пылит при высоких скоростях движения и недостаточно устойчив против размыва ливневыми дождями.
Ракушка, как балласт, имеет местное значение и применяется только на малодеятельных линиях. Песчаный балласт является наихудшим из балластов, поэтому его применяют только на малодеятельных линиях, станционных путях и в качестве подушки под щебеночный и асбестовый балласт.
Балластный слой укладывается в путь в виде призмы, которая имеет откосы крутизной, как правило, 1:1,5 и верхнюю часть, ширина которой устанавливается техническими условиями.
На линиях скоростного движения пассажирских поездов путь должен укладываться на щебеночный балласт с размерами призмы не менее установленных для тяжелого типа верхнего строения пути, а при грузонапряженности свыше 50 млн. т-км/км в год ширина балластной призмы дополнительно увеличивается еще на 20 см, а толщина—на 5 см. Наименьшая толщина балластного слоя под шпалами на приемо-отправочных путях станций принята 30 см, а на прочих станционных путях — 25 см. Все основные направления сети железных дорог России имеют на главных путях щебеночный балласт.
В процессе эксплуатации балласт загрязняется, что ухудшает его дренирующие свойства. В связи с этим щебеночный балласт периодически очищают, а гравийный и песчаный заменяют и пополняют. Для снижения затрат труда на устранение расстройств балластного слоя и повышения его стабильности применяют обработку щебня вяжущими полимерными материалами. Для уменьшения засорения балласта и снижения потерь грузов в пути запрещена погрузка сыпучих грузов в вагоны с неисправным полом и дверями, погрузка угля с «шапкой», которая сдувается ветром и осыпается на путь. Применяется обработка сыпучих грузов в вагонах после погрузки специальными растворами, образующими прочную пленку, препятствующую выдуванию груза.
21. Глухое пересечение – одноуровневое пересечение железнодорожных путей, устраиваемое без стрелок, что исключает переход подвижного состава с одного пути на другой. При этом образующие глухое пересечение пути могут иметь различную ширину колеи.
Глухие пересечение являются источником потенциальной опасности, так как на них возможно столкновение поездов, поэтому проезд через глухие пересечения регулируется железнодорожной сигнализацией. Также возможен сход поездов с рельсов.
Глухие пересечения довольно распространены в США. Связано это с тем, что при пересечении железных дорог, принадлежавших разным компаниям, не было необходимости в обеспечении возможности перехода поездов с одного пути на другой.
Встречаются глухие пересечения между железнодорожными и трамвайными путями, хотя современные регламентации запрещают их. На путях городских трамваев также встречаются глухие пересечения.
22.
Перемещение экипажа в кривой складывается из двух движений: поступательного и вращательного вокруг точки, расположенной на продольной оси экипажа, называемой центром поворота.
Непрерывное вращение экипажа относительно центра поворота происходит под действием направляющих сил, возникающих в точках соприкосновения гребней колес с боковой гранью головки.
При движении подвижного состава по кривой появляется центробежная сила. Она создает дополнительное давление колес на наружную рельсовую нить, в связи с чем рельсы на ней изнашиваются быстрее, возникают отбои рельсовых нитей, появляется непогашенное центробежное ускорение, при больших значениях которого пассажиры испытывают неприятное ощущение.
Чтобы компенсировать действие силы J и ограничить центробежное ускорение на кривых вводят возвышение наружного рельса h. В этом случае экипаж наклоняется к центру кривой, часть силы веса Н будет направлена внутрь кривой, т.е. в сторону, противоположную действию центробежной силы. Следовательно, наклон экипажа за счет устройства возвышения наружного рельса уравновешивает центробежную силу. Это выравнивает воздействие на оба рельса.
Величина возвышения определяется следующими тремя условиями:
- обеспечением равномерного вертикального износа обеих рельсовых нитей;
- обеспечением пассажиров от неприятных ощущений при воздействии поперечных ускорений;
- обеспечением устойчивости экипажа от опрокидывания.
При проектировании железнодорожных линий возвышение h определяется по формуле:
, мм.
где К – коэффициент увеличения возвышения наружного рельса, учитывающий смещение центра тяжести экипажа в наружную сторону по отношению к оси пути;
- средневзвешенная по тоннажу скорость, км/ч;
R – радиус кривой, м.
Согласно ПТЭ на отечественных железных дорогах максимальное возвышение принято ограничивать величиной hmax = 150 мм. Если по расчету окажется, что h > hmax = 150 мм, следует на вновь строящихся линиях увеличить радиус кривой, а на эксплуатируемых линиях ограничивают скорость движения пассажирских поездов из условия αнп= 0,7 м/с2 при h = 150 мм. по формуле
Vmax = 4,6* , км/ч
24. Поскольку наибольшее воздействие на рельс оказывает вертикальная нагрузка, стремящаяся изогнуть его, рациональной формой рельса считается двутавровая, одновременно обеспечивающая и меньший расход металла.
Срок службы рельсов, измеряемый числом тонн брутто проследовавшего по ним груза до их перекладки, в среднем составляет для термически упрочненных рельсов Р65 500 млн. т., а для Р50 — 350 млн. т. Срок службы рельсов Р75 примерно на 30 % больше, чем у рельсов Р65.
Продление срока службы рельсов достигается комплексом взаимосвязанных мер: увеличением их массы, повышением качества рельсовой стали, ее термоупрочнением и легированием, совершенствованием поперечных профилей рельсов, улучшением условий их работы посредством создания бесстыковых путей, шлифования поверхности качения, нанесения смазки на боковую рабочую грань головки рельса в кривых и др.
25.
26. Для обеспечения плавного перехода подвижного состава из прямой в круговую кривую устраиваются переходные кривые. В пределах переходных кривых выполняется отвод кривизны, возвышения и уширения колеи, если это требуется (в зависимости от радиуса). Форма переходной кривой должна обеспечивать плавное изменение кривизны, возникающих инерционных сил и соответствующих им ускорений. Теоретически правильная переходная кривая, отвечающая всем условиям, имеет форму радиоидальной спирали (клотоиды), уравнение которой имеет вид
где lx – длина дуги переходной кривой от начала координат;
ρ – переменный радиус переходной кривой;
С – параметр переходной кривой, который равен:
С = l0·R
где l0 -полная длина переходной кривой.
При резком изменении кривизны пути поперечные силы, действующие на подвижной состав, изменяются скачкообразно, что приводит к повышенному динамическому воздействию на путь и экипажную часть, увеличивая их износ, повышает вероятность схода с рельсов или опрокидывания подвижного состава и вызывает дискомфорт у пассажиров.
Особенно важно устройство переходных кривых при высоких скоростях движения, применении путевых кривых малого радиуса, тяжёлом подвижном составе, пропуске длиннобазового подвижного состава.
В пределах переходных кривых также отводится (изменяется) возвышение наружной рельсовой нити в кривой.
На железных дорогах Российской Федерации принята укладка рельсов по «наугольнику», то есть стыки по обеим рельсовым нитям должны находиться в одном створе. Допускается забег стыка одной рельсовой нити относительно стыка другой рельсовой нити не более половины стандартного укорочения рельса. Стыки рельсов должны располагаться в середине шпального ящика симметрично относительно стыковых шпал.
В кривых внутренняя рельсовая нить короче, чем наружная, так как имеет меньший радиус на величину расстояний между осями рельсовых нитей S1. Для выполнения требования ПТЭ относительно расположения стыков по внутренней нити кривой укладываются так называемые укороченные рельсы. С целью унификации типоразмеров для отечественных железных дорог принято четыре типа укороченных рельсов. Для рельсов с нормальной длиной 25,0 м. стандартное укорочение К принято равным 80 и 160 мм., т.е. укладываются укороченные рельсы по внутренней нити длиной 24,92 или 24,84 м. для рельсов с нормальной длиной 12,5 м. стандарт укорочения принят трех типов: 40, 80 и 120 мм.
В кривых несовпадение стыков допускается на величину не более половины стандартного укорочения К.
27. Рельсовые скрепления подразделяются на стыковые и промежуточные. Стыковые скрепления служат для соединения рельсов между собой. К ним относятся накладки, стыковые болты и пружинные шайбы, подкладываемые под гайки болтов.
Принцип распирающих накладок, положенный в основу работы стыковых скреплений, позволяет при износе накладок подтягиванием болтов постоянно обеспечивать нормальную работу стыка. Применяемые плоские, с незначительным утолщением верхнего и нижнего поясов накладки хорошо работают на восприятие вертикальных усилий.
В связи с увеличением скоростей движения и нагрузок на ось и в целях придания стыку большей жесткости против горизонтальных сил для рельсов типов Р18 и Р24 применяют угловые накладки.
Расчетные данные и размеры накладок, установленные ГОСТ 8141 — 56.
Для поддержания постоянного натяжения болтов и предотвращения саморазвинчивания гаек на путевые болты под гайки устанавливают специальные пружинные шайбы.
При стыковании рельсов разных типов устраивают переходные накладки, которые имеют переменное сечение, обеспечивающее совпадение поверхностей катания и боковых рабочих граней головок стыкуемых рельсов, или устанавливают переходные рельсы, состоящие из двух разных типов, соединенных сваркой.
28. Габаритом погрузки называется предельное (перпендикулярное оси пути) очертание, в котором полностью помещается погруженный на открытый подвижной состав груз (с учетом упаковки и крепления) при нахождении подвижного состава на прямом горизонтальном участке пути и совмещении в одной вертикальной плоскости продольных осей подвижного состава и пути.
В зависимости от высоты, на которой груз выходит за габарит погрузки, устанавливаются три основные зоны негабаритности груза: зона нижней негабаритности — на высоте от 380 до 1400 мм при расстоянии от оси пути 1626 — 1760 мм и на высоте от 1230 до 1400 мм при расстоянии от оси пути 1761 — 2240 мм; зона боковой негабаритности — на высоте от 1400 до 4000 мм; зона верхней негабаритности — на высоте от 4000 до 5300 мм. Кроме того, вводится условная зона совместной боковой и верхней негабаритности на высоте от 4000 до 4603 мм. В зависимости от выхода грузов за габарит погрузки в указанных зонах установлены следующие степени негабаритности грузов: нижняя негабаритность — шесть степеней, боковая негабаритность — шесть степеней, верхняя негабаритность — три степени. Степень негабаритности груза устанавливается не только с учетом его нахождения на прямом участке пути, но и с учетом прохода кривых участков пути. Грузы, превышающие установленные пределы негабаритности, называются сверхнегабаритными.
Для каждой степени негабаритности определены специальные условия, в соответствии с которыми грузы принимаются к перевозке по железным дорогам, а именно: усиленный контроль за следованием негабаритного груза, информация причастных работников об этих грузах, ограничение скорости движения, ограничение или запрещение движения по соседним путям на двухпутных участках, пропуск по заранее подготовленным маршрутам на станциях.
Перевозка сверхнегабаритных грузов, а также негабаритных грузов шестой степени боковой и нижней негабаритности осуществляется с применением контрольной рамы, которую ставит грузоотправитель на крытом вагоне или полувагоне. Вагон с контрольной рамой следует за локомотивом, а вагоны с негабаритными грузами — в середине поезда, но не ближе, чем за 20 осей от вагона с контрольной рамой и не менее, чем за четыре оси от хвоста поезда.
Размеры контрольной рамы должны соответствовать максимальным размерам груза с учетом его смещения в кривых. Поезд сопровождается опытным работником дистанции пути по квалификации не ниже дорожного мастера, который ведет наблюдение за прохождением контрольной рамы особенно внимательно при следовании мимо негабаритных сооружений.
Для проверки габаритности громоздких и легковесных грузов, погруженных на открытый подвижной состав, их пропускают через габаритные ворота, установленные на одном из путей станции. Габаритные ворота представляют собой раму, внутри которой по очертанию габарита погрузки шарнирно укреплены планки. Если открытый подвижной состав с грузом пройдет ворота, не зацепляя планок, то габарит не нарушен. Изменение положения планки укажет негабаритное место.
30. Щебень - неорганический зернистый сыпучий материал с зернами крупностью свыше 5 мм, получаемый дроблением горных пород, гравия и валунов, попутно добываемых вскрышных и вмещающих пород или некондиционных отходов горных предприятий по переработке руд (черных, цветных и редких металлов металлургической промышленности) и неметаллических ископаемых других отраслей промышленности и последующим рассевом продуктов дробления.
К щебню предъявляются следующие требования:
- по зерновому составу – щебень для балластного слоя железнодорожного пути выпускают в виде смеси фракций от 25 до 60 мм, качество должно соответствовать ГОСТ 7392-2002.
На железных дорогах общего пользования щебень фракций от 25 до 60 мм и от 25 до 70 мм предназначается для балластировки главных путей, щебень фракции от 5 до 25 мм — для балластировки станционных и подъездных путей.
На путях промышленного железнодорожного транспорта применение щебня различных фракций регламентируется отраслевыми правилами ремонта и содержания железнодорожных путей предприятий.
- по прочности – в качестве этого показателя принята истираемость или сопротивление удару. Для балластного слоя 1-3 классов должен применяться только щебень твердых пород марки И20 («И» - истираемость, 20% - потери по массе) или У75 («У» - удар, цифра – условные единицы по копровым испытаниям). На путях 4-5 классов может применяться щебень средней твердости марки И40 или У50;
- по содержанию зерен слабых пород – допускается не более 10% по массе зерен с пределом прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии менее 20 МПа;
- по содержанию примесей – не допускается содержание глины в комках, почвы растительного слоя и других органических примесей;
- по морозостойкости – в зависимости от количества циклов попеременного замораживания и оттаивания образов щебня без нарушения щебень подразделяют на марки Мрз50 или Мрз25.
Электроизоляционные свойства щебня характеризуются величиной электрической проводимости насыщенного раствора, образованного при растворении измельченного щебня в дистиллированной воде.
Асбестовый балласт имеет высокую несущую способность: его применяют наравне со щебеночным балластом при любой грузонапряженности как при деревянных, так и при железобетонных шпалах. Путь на асбестовом балласте более упруг, чем на щебеночном. На участках, где балласт интенсивно загрязняется сыпучими грузами, предпочтительнее применять асбестовый балласт, так как после увлажнения и уплотнения он хорошо сцепляется с боковыми поверхностями шпал, а на поверхности призмы образуется прочная корка толщиной 0,5—1 см, что препятствует проникновению засорителей вглубь балластного слоя. Асбестовый балласт обладает незначительной теплопроводностью и может применяться как теплоизоляция; при промерзании он не пучится. К особенностям асбестового балласта относятся его сильное уплотнение, а также то, что при плохой планировке поверхности балластной призмы и отсутствии водоотвода из мест скопления воды возможны его размывы ливневыми дождями.
31. Последовательно уложенные на одном пути стрелочные переводы, ведущие на несколько примыкающих путей образуют стрелочную улицу. С использованием стрелочных улиц поезда, следующие по главному пути перегона, могут приниматься на любой приемо-отправочный путь станции. Стрелочные улицы также позволяют осуществлять маневры по перестановке вагонов с одного пути на другой через вытяжной путь. Простейшими являются стрелочные улицы под углом крестовины и расположенные на основном пути. Их достоинством является хорошая видимость вагонов и локомотивов всеми причастными - машинистами, составителями поездов, кондукторами, дежурными по стрелочным постам. Однако при большом числе путей длина таких улиц растет. Поэтому простейшие стрелочные улицы применяют при наличии 4-5 путей. При большем числе путей применяют комбинированные стрелочные улицы, в которых для сокращения общей протяженности увеличивают угол наклона путей к главному пути.
Стрелочные улицы могут быть расположены по отношению к основному пути под углом, равным углу крестовины или большим, в частности под двойным углом крестовины; могут быть и веерные стрелочные улицы.
32. Балластные материалы должны отвечать следующим требованиям: хорошо пропускать воду и предохранять основную площадку от переувлажнения; быть прочными и устойчивыми под нагрузкой; не дробиться и не крошиться при уплотнении механизмами и машинами; быть атмосфероустойчивыми (не ухудшать своих качеств при многократном замораживании и оттаивании); не пылить при проходе подвижного состава и не выдуваться ветром, не размываться дождями, не прорастать травой; обладать хорошими диэлектрическими свойствами; быть дешевыми и удобными в эксплуатации.
Этим требованиям в лучшей степени удовлетворяют такие балластные материалы, как щебень из твердых каменных пород, отходы асбестовой промышленности, а также гравий и гравийно-песчаная смесь, ракушка.
33. Съезды представляют собой соединение двух близлежащих рельсовых путей посредством стрелочных переводов, а иногда и других пересечений. Различают следующие виды съездов: нормальный между двумя прямыми параллельными путями; нормальный перекрестный между двумя прямыми параллельными путями; сокращенный перекрестный между двумя прямыми параллельными путями; одиночный между двумя прямыми непараллельными путями; одиночный между двумя криволинейными путями.
Нормальный съезд между двумя прямыми параллельными путями представляет собой соединение путей посредством двух обыкновенных стрелочных переводов одной марки и одного типа.
Сокращенные съезды между двумя прямыми параллельными путями обычно используют при больших междупутьях.
34. К числу основных сил, составляющих вертикальную динамическую силу, воспринимаемую рельсами, относят:
- весовую составляющую экипажа;
- силы, передаваемые рессорным подвешиванием при его колебаниях;
- силы инерции неподрессоренных масс, вызванные их колебаниями на упругом пути из-за наличия неровностей пути и неровностей колеса, а также при влиянии экипажа;
- вертикальные силы, возникающие при движении экипажа в кривой, связанные с возвышением наружного рельса и действующие при этом горизонтальными поперечными силами.
При движении экипажа по кривой возможны три случая приложения поперечных сил пути:
- Центробежная сила I полностью уравновешена поперечной составляющей массы вагона T, т.е. I = T. В точках опирания колес на головки рельсов действуют силы трения скольжения.
- Центробежная сила I>T, а поэтому возникают дополнительные поперечные силы, пропорциональные поперечному непогашенному ускорению.
Величины сил I и T зависят от параметров пути (радиуса кривой, возвышения наружного рельса) и от параметров подвижного состава (масса, скорость):
I = (G/g)*(V2/3,62*R)
T = G*h/S
G – масса вагона;
g – ускорение свободного падения;
V – скорость движения в кривой;
R – радиус кривой;
3,6 – переходной коэффициент от скорости км/ч к м/с;
h – возвышение наружного рельса
Величины поперечных сил зависят от изменения ширины колеи. При ее увеличении возрастает угол набегания гребня колеса направляющих осей на рельс и величина направляющей силы, что приводит к увеличению отжатия и бокового износа наружной рельсовой нити. При уменьшении ширины колеи больше допуска увеличивается перекос тележки в колее и ведомые оси начинают направляться внутренней рельсовой нитью, т.е. появляются дополнительные направляющие силы.
Различают еще два вида поперечных сил – боковые и рамные. Алгебраическую сумму сил, действующих от одного колеса на рельс – боковой силой. Рамная сила – поперечная сила, передаваемая рамой тележки через колесную пару на оба рельса.
При движении поездов, особенно тяжеловесных массы 6-8 тыс. т. могут возникать большие продольные силы на подъемах от увеличения силы тяги, а на спусках – силы торможения. В режиме тяги продольные растягивающие силы стремятся сместить вагон внутрь кривой. Это приводит к уменьшению поперечных сил, действующих на наружную рельсовую нить, как по первой, так и по второй тележке примерно на 20 КН.
Причина возникновения вертикальных колебаний и адрессорного строения обусловлена различными неровностями рельсового пути. При качении колеса по неровности, например в виде выемки, траектория движения его оси вынуждена повторить эту неровность. При этом центр массы колеса опустится на глубину выемки с ускорением, значение которого зависит от скорости движения тепловоза.
Угон пути – продольное перемещение рельсов под колёсами проходящего поезда. Образуется при недостаточной связи рельсов с основанием и их изгиба под колёсами подвижного состава происходит проскальзывание рельсов по основанию. В результате при проходе тележек вагонов рельсы последовательно перемещаются в сторону движения поезда. На пути, не закреплённом от угона, проход каждой тележки может вызвать продольное перемещение рельсов на 0,03—0,06 мм (в зависимости от осевой нагрузки, удара массы и состояния пути). Угон пути приводит к нарушению его норм, работы. При продольном перемещении рельсов нарушаются размеры стыковых зазоров: на одних участках образуются нулевые зазоры, на других — предельно большие. В первом случае (из-за невозможности компенсации удлинения рельсов) повышение температуры приводит к образованию в рельсах больших продольных сил, что может вызвать нарушение устойчивости пути, во втором случае при понижении температуры возможен изгиб или срез стыковых болтов с разъединением рельсовой нити. На участках бесстыкового пути продольный угон плетей нарушает температурный режим их работы: добавочное сжатие рельсов от действия сил угона, достигающих 1000—1200 кН, суммируясь с температурными воздействиями, может при жаркой погоде привести к выбросу пути — внезапному резкому искривлению колеи. В зимнее время в зонах действия в рельсах сил растяжения возможен излом рельсов под поездом. Недопущение угона пути обеспечивается при клемменных промежуточных рельсовых скреплениях расчётной затяжкой клемменных болтов; на участках с костыльными скреплениями — установкой необходимого числа пружинных противоугонов. На участках пути с рельсами Р75, Р65 на щебёночном балласте угон выражается перемещением рельсов по шпалам. В случае более слабой конструкции пути и движении грузовых поездов возможно проявление угона и в виде общего последовательного перемещения рельсо-шпальной решётки в балласте даже при установке противоугонов на всех шпалах.