2.2 Верхнее строение пути

Верхнее строение пути является единой комплексной конструкцией, состоящей из рельсов, скреплений с противоугонами, рельсовых опор (чаще всего в виде шпал), балласта, мостового полотна, стрелочных переводов, башмакосбрасывателей и других специальных устройств. 

Верхнее строение пути (далее ВСП) предназначено для восприятия нагрузок от подвижного состава, передачи их на земляное полотно и искусственные сооружения, а также для направления движения подвижного состава. 

Назначение рельсов — создать поверхности с наименьшими сопротивлениями для качения колес подвижного состава, непосредственно воспринимать и упруго передавать нагрузки от колес на шпалы и брусья, направлять движение колес подвижного состава, проводить сигнальный и обратный тяговый ток на участках с автоблокировкой и электрической тягой.

изготавливают из мартеновской стали с содержанием углерода от 0,71 до 0,82 %. Для увеличения прочности рельсы подвергают термической обработке (объемной закалке).

Основные типы рельсов — Р-75, Р-65, Р-50 (рис.8).

Рис.8 Основные размеры рельсов

Буква «Р» обозначает рельс, а число — округленную массу 1 м в кг (табл. 1).

 

Таблица 1

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 второстепенных линиях, подъездных и станционных путях встречаются рельсы более легких типов, например Р-43. Новые рельсы могут быть стандартной длины 25 м и укороченные на 80 и 160 мм. 

Кроме того, есть рельсы длиной 12,5 м и укороченные длиной 12,46; 12,42 и 12,38 м.

 

Укороченные рельсы применяются для укладки по внутренней нити в кривых, т.к. она по длине короче наружной нити.

Рельсовые скрепления разделяют на стыковые и промежуточные. Стыковые скрепления прочно соединяют рельсы в непрерывную нить. Места соединения называют рельсовыми стыками.(рис.9) Концы рельсов перекрываются накладками, которые через имеющиеся отверстия стягивают болтами. Под гайки болтов ставят пружинные или тарельчатые шайбы .

Рис.9 Рельсовый стык

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.

Движение поездов, особенно на двухпутных участках, вызывает угон пут — продольное перемещение рельсов, иногда вместе со шпалами, обычно в направлении движения поездов. Причины угона – волнообразный изгиб рельсов под поездом, трение между колесами и рельсами, удары колес в стыках, торможение поездов. Угон расстраивает путь и может привести к выбросу пути.

Наилучшее средство борьбы с угоном — применение промежуточного скрепления, при котором рельс клеммами сильно прижат к каждой шпале.

При костыльном скреплении приходится применять противоугоны. Наиболее простыми являются пружинные противоугоны (рис.10). 

Рис.10 Пружинный противоугон

 

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 ДО с пятью костылями.(рис.11)

Рис.10 Промежуточное рельсовое скрепление типа ДО

Преимуществом скреплений ДО является малодетальность, небольшой расход металла, простота в изготовлении и эксплуатации.

Недостатки таких скреплений — не обладают упругостью, плохо сопротивляются угону пути. 

Из клеммных скреплений для пути с деревянными шпалами применяются раздельное скрепление КД (рис. 12)

Рис.12 Раздельное рельсовое скрепление типа КД

с жесткими клеммами и пружинное скрепление Д4, в котором сами клеммы являются листовыми пружинами (рис. 13).

Рис.13 Пружинное скрепление Д4

В этих скреплениях подкладки надежно прикрепляются к шпалам шурупами, а рельс постоянно прижат клеммами к подкладкам. Преимущество этих креплений — отсутствие большой вибрации подкладок, сопротивление угону рельсов и возможность смены рельсов без вывертывания шурупов.

В массовом порядке применяют скрепление КБ, 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.

Шпалы служат опорами для рельсов. Главное назначение шпал — передавать давление от рельсов на балласт, обеспечивать постоянство ширины колеи и устойчивость рельсового пути.

Шпалы бывают деревянные и железобетонные.

Деревянные шпалы. Их изготовляют из сосны, ели, пихты, лиственницы, кедра и березы, причем, лучшими являются сосновые шпалы. В путь их укладывают только после пропитки масляными антисептиками. По форме поперечного сечения деревянные шпалы подразделяются на три вида: обрезные, полуобрезные и необрезные на (рис.14 а, б, в).

Рис.14 Поперечные сечения шпал

 

Достоинство деревянных шпал: они упруги, легко обрабатываются, неэлектропроводны, устойчивы в балласте. В то же время деревянные шпалы стали очень дефицитными и дорогими, срок службы — небольшой, они выходят из строя из-за износа, трещин и гниения.

Железобетонные шпалы имеют одинаковые размеры (рис.15), что положительно сказывается на плавности движения поездов, они не боятся воды, солнца, мороза и не гниют.

Рис.15 Устройство железобетонных шпал

Срок их службы предположительно 50 лет.

Длина шпалы 2700 мм, масса — 270 кг.

Балластныйслой (балластная призма) распределяет нагрузки на основную площадку земляного полотна, оказывает сопротивление боковым и продольным смещениям шпал, смягчает удары подвижного состава, отводит воду от колеи, создает возможность выправки пути.

Материал для балласта должен быть прочным, не дробиться, быть упругим летом и зимой, должен хорошо пропускать воду, не должен пылить, выдуваться ветром, вымываться водой.

В качестве балласта применяют щебень из твердых горных пород, из дробленых валунов и гальки — это лучшие балластные материалы.

Кроме этих балластов, применяют асбестовый балласт, представляющий собой отходы обогатительных фабрик у месторождений хризотиласбеста.

Реже применяют гравийный, гравийно-песчаный, песчаный балласт, ракушку и металлургические шлаки.