книги из ГПНТБ / Амелин, С. В. Верхнее строение пути учебное пособие

моничного развития всех видов транспорта СССР в единой транспортной системе. Однако по абсолютным показателям работы железнодорожному транспорту в этой системе при­ надлежит ведущее место.

Наибольший удельный вес в грузообороте, как и прежде, занимают железные дороги (более 71%); увеличение их гру­ зооборота на 22% означает, что в 1975 г. он составит

3000 млрд. ткм.

Существенно возрастут перевозки пассажиров. За пяти­ летие они увеличатся примерно на 65 млрд, пассажиро-км.

Во исполнение решения XXIV съезда партии ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли постановление «О разви­ тии железнодорожного транспорта в 1971—1975 гг.», кото­ рым предусматривается широкая программа капитальных работ.

10

Намечено построить 7—8 тыс. км вторых путей (в 3,5 4 раза больше, чем в предыдущей пятилетке).

В развитии пропускной и провозной способности желез­ ных дорог огромное значение имеет дальнейшая электрифи­ кация грузонапряженных линий. Ни одна страна в мире не может ныне конкурировать с Советским Союзом по протя­ женности электрифицированных стальных магистралей, по объему выполняемых на них перевозок. Если сложить все переведенные на электротягу железные дороги США, Англии, Франции, ФРГ и Японии, то они окажутся короче наших. А грузооборот на наших магистралях намного больше, чем на всех электрифицированных линиях других стран, вместе взятых. В нынешней пятилетке предстоит электрифицировать 6—7 тыс. км пути. Общая протяженность электрифициро­ ванных магистралей к концу пятилетки превысит 40 тыс. км. На долю электротяги в 1975 г. придется около 54% всего грузооборота.

Весьма важное значение будет иметь дальнейшее обору­ дование линий автоблокировкой и Диспетчерской централи­ зацией. Средняя грузонапряженность с 18,5 млн. ткм нетто на километр пути в 1970 г. увеличится до 22 млн. в 1975 г.

В нынешнем пятилетии к 135 тыс. км стальных магистра­

Верхнее строение пути будет усилено укладкой железо­ бетонных шпал, бесстыкового пути и термически обработан­ ных рельсов. Повысится уровень механизации путевых ра­ бот За пятилетие в действующую сеть намечается уложить 55 тыс. км термически обработанных рельсов тяжелого типа

до 46 тыс. км\ протяженность главного пути на щебеночном балласте предполагается довести примерно до 160 тыс. км. Повысится уровень механизации путевых работ.

Основу железнодорожного траспорта составляет желез­ нодорожный путь, представляющий собой инженерное соору­ жение для пропуска поездов с нужной скоростью. От состоя­ ния, железнодорожного пути зависят непрерывность и без­ опасность дзижения поездов, эффективность использования всех технических средств, а следовательно, и выполнение за­ даний по перевозкам людей и грузов.

11

Железнодорожный путь состоит из верхнего и нижнего' строений. К верхнему строению пути относятся рельсы, скре­ пления, противоугонные приспособления, шпалы или другое подрельсовое основание, балластный слой и соединения пу­ тей. К нижнему строению пути относятся земляное полотно,, мосты, трубы для пропуска воды под земляным полотном,, подпорные стенки, тоннели и др.

Железнодорожный путь выполняет тяжелую работу в трудных условиях: находясь под воздействием подвижных' нагрузок и агентов природы (ветра, влаги, изменения тем­ пературы, органического мира и т. п.), он должен обеспечи­ вать непрерывность и безопасность движения поездов в лю­ бое время года и суток.

При работе под подвижной нагрузкой и под воздействием агентов природы в пути появляются упругие и остаточные деформации.

Упругие деформации — деформации, исчезающие после снятия нагрузки, должны быть незначительных размеров и практически одинаковыми во всех сечениях при проходе по ним одной и той же нагрузки.

Остаточные деформации — деформации, возникающие в результате работы пути под подвижным составом и под воздействием среды (износ рельсов и скреплений, износ и гниение шпал, перетирание частиц балласта, выкрашивание железобетонных шпал, выветривание балласта, пластические деформации балласта и земляного полотна и т. п.) должны быть минимальными, развиваться медленно во времени и равномерно по длине пути.

Эти положения представляют собой главные требования, предъявляемые к выбору, проектированию, устройству и содержанию железнодорожного пути. Они предопределяются эксплуатационными, климатическими, геологическими и то­ пографическими условиями, а также уровнем экономики и техники страны.

Для обеспечения непрерывности и безопасности движе­ ния поездов с установленными скоростями железнодорожный путь должен всегда находиться в исправном и опрятном со­ стоянии. Поэтому основой ведения путевого хозяйства яв­ ляются текущее содержание пути и своевременные ремон­ ты его.

Поскольку в процессе текущего содержания пути невоз­ можно полностью предупредить накопления остаточных де­ формаций (износа элементов пути), для устранения их, а также по условиям усиления производят ремонты пути.

12

Часть I. ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ ПУТИ

В настоящее время на всех железных дорогах мира го­ сподствующее положение занимает железнодорожный путь с верхним строением / (рис. 1), состоящим из рельсов -- рельсовых скреплений, шпал — 2, противоугонных приспособ­ лений, балластного слоя 3 и 4,

соединений и пересечений рельсовых путей. Вместе с тем в СССР и ряде других стран изучаются и экспериментируются конструкции верхнего строения, в котором вместо шпал предусматриваются же­ лезобетонные плиты или рамы.

Назначение верхнего строения пути:

—восприятие давлений от колес подвижного состава и пе­ редача этих давлений нижнему строению;

—направление движения колес подвижного состава по рельсовой колее.

Эти функции все элементы верхнего строения пути дол­ жны выполнять солидарно, как единая конструкция.

Важнейшие требования, предъявляемые к верхнему строе­ нию, сводятся к следующему.

1. Все элементы верхнего строения пути должны быть прочными и надежными в работе, обеспечивать безопасное движение поездов с установленными максимальными ско­ ростями.

2. Верхнее строение должно обладать наибольшим сро­ ком службы и быть недорогим в устройстве и содержании.

14

Гла в а I. Р Е Л Ь С Ы

1.Основные виды рельсов

Рельсы являются главным элементом верхне­ го строения пути, они предназначены:

—для непосредственного восприятия давлений от колес подвижного состава и передачи этих давлений нижележа­ щим элементам верхнего строения;

—для непосредственного направления колес подвижного состава при их движении.

2

Рис. 2

Прототипом современных стальных рельсов следует счи­ тать рельсы деревянные, представляющие собой более или менее обработанные круглые бревна 1 (рис. 2): соответствен­

ен

i 4

Рис. 3

но этому колеса 2 повозок (также деревянные) были желоб­ чатыми. В начале XVII в. (1630 г.) появились деревянные рельсы прямоугольного сечения (рис. 3, а). Необходимость

уменьшения износа верха брусьев и снижения сопротивле­ ния движению повозок привела к использованию железных полос 2 небольшой толщины для покрытия брусьев (рис. 3, б ).

Эти железные полосы, получившие распространение в сере­ дине XVII в., видимо, и можно считать первыми железными рельсами. Во второй половине XVIII в. вместо железных полос стали применять корытообразные чугунные рельсы 1 (рис. 4), а затем (1776 г.) уголковые чугунные и железные 2,

ной тягой, незначительными нагрузками на оси экипажей и малыми скоростями их движения.

Появление паровой, а затем электрической тяги и увели­ чение нагрузок на оси экипажей коренным образом изменили характер и условия работы рельса, а следовательно, и под­ ход к выбору его профиля и размеров. Специалисты в обла­ сти железнодорожного пути стали обращать главное вни­ мание на выяснение сил, действующих на рельсы.

Известно, что от подвижного состава на рельсы пере­ даются вертикальные и горизонтальные давления; основны­ ми являются вертикальные силы — их воздействие вызывает изгиб рельса. Рельс можно рассматривать как балку, лежа­ щую на многих опорах. Лучшей формой балки, работающей на изгиб, является двутавр— эта форма и положена в осно­ ву поперечного профиля рельсов.

Вследствие того, что поверхность катания рельса при изгибе работает не только на сжатие, но и на износ (истира­ ние), логично в верхней полке двутавра сосредоточить боль­ ше материала (с запасом на износ), чем в нижней. Это

16

и обусловило возникновение широкоподошвенного рельса (рис. 7). Такой рельс был предложен Стивенсом (США) в 1830 г., а позднее (с 1832 г.) стал применяться в Англии благодаря Виньолю и получил широкое распространение в Европе под названием виньолевского.

Широкоподошвенный рельс состоит из трех основных ча­ стей: головки, подошвы и соединяющей их шейки. Стремле­ ние использовать нижнюю полку двутавра в качестве голов­ ки, после того как верхняя полка окажется изношенной, привело к созданию двуголового рельса 1 (рис. 8). Такой рельс был предложен в Англии в 1835 г. инженером Локке

•он применялся Стефенсоном при постройке первых англий­ ских железных дорог и известен в литературе как стефенсоловский

Рис. 8

Однако идея использования нижней головки не могла быть реализована, так как к моменту износа верхней голов­ ки, нижняя также имела износ— вмятины в местах опирания; кроме того, для укладки двухголовых рельсов требуются

•массивные чугунные или стальные опорные стулья 3 весом 30 кг и более. Протяженность железных дорог, имеющих двухголовые рельсы, не превышает и одного процента сети дорог мира, в основном они принадлежат Англии. После второй мировой войны и Англия взяла решительный курс на широкоподошвенные рельсы.

Таким образом, широкоподошвенные рельсы в настоящее время занимают господствующее положение на железных до­ рогах земного шара.

2. Требования, предъявляемые к рельсам

Основные требования, предъявляемые к рель­ сам можно сформулировать в следующем виде.

1 В России на Царскосельской железной дороге (1837 г.) и на части Варшаво-Венской (1848 г.) первоначально были уложены двухголовые рельсы, впоследствии они были заменены широкоподошвеннымн.

бйЗ тИО Г©>! Д <3" Cf

ЭкЗ£\,ГШ!1>

ЧИТАЛ»;1<М*ФЗАЛА

I. Рельсы должны быть прочными и устойчивыми в боте, обеспечивать безопасное движение поездов с установ­ ленными максимальными скоростями.

II. Рельсы должны иметь рациональный вес и быть дорогими в изготовлении;

III. Рельсы должны обладать наибольшим сроком служ бы, быть удобными и недорогими в эксплуатации.

Конкретные условия выполнения этих требований сво­ дятся к следующему.

1. В целях обеспечения устойчивости пути от воздействия подвижного состава и температуры рельсы, очевидно, должны быть тяжелыми. В то же время по условиям экономии ме­ талла и удобства манипулирования ими при изготовлении, транспортировке, смене и т. п., рельсы должны быть по возможности легкими;

2.Для лучшего сопротивления изгибу под подвижной на­ грузкой рельсы должны быть достаточно жесткими (иметь наибольший момент инерции). Во избежание же жестких ударов колес о рельсы, могущих вызвать излом ходовых ча­ стей подвижного состава, расплющивание и излом рельсов, необходимо чтобы рельсы были достаточно гибкими;

3.Для того, чтобы рельсы не ломались от ударно-дина­ мических воздействий подвижного состава необходимо, что­

бы материал рельсов был вязким. Но ввиду того, что рельсы воспринимают давления концентрированно, требуется, чтобы металл рельсов не сминался, не сплывал, не истирался и был достаточно твердым.

4. Для обеспечения достаточной силы сцепления между рельсом и ведущими колесами локомотивов необходимо, чтобы поверхность катания рельса была шероховатой. Для уменьшения же сопротивления движению колес вагонов (по­ возок), поддерживающих и тендерных осей паровозов не­ обходимо, чтобы поверхность катания рельсов была гладкой;

5. В целях упрощения ведения путевого" хозяйства, типи­ зации его необходимо, чтобы число типов рельсов было ми­ нимальным. Из государственных же интересов экономии ме­ талла нецелесообразно применять рельсы одного и того же типа в различных эксплуатационных условиях, поэтому чи­ сло типов рельсов должно быть минимальным, но разумным.

Таким образом, требования и условия, которым должны удовлетворять рельсы, являются одновременно важными и противоречивыми. Поэтому, очевидно, оптимальным рельсом будет тот, который применительно к условиям назначения удовлетворяет большинству этих требований.

18

3.Очертание профиля широкоподошвенного рельса

Поверхность катания головки рельса для наи­

большей центральности передачи давления от колес, должна быть выпуклой со стрелой /, равной 0,9—2,5 мм (рис. 9).

Если принять поверхность катания плоской, то при незна­ чительном перекосе и особенно при изношенном бандаже внецентренность приложения нагрузки и крутящий момент будут большими (рис. 10).

Очевидно, что давление от колеса на рельс будет переда­ ваться тем центральнее, чем меньше радиус R. Но одновре­ менно, чем меньше R, тем меньше I и тем больше будет на­

Радиус выкружки стальных колес вагонов наших дорог равен 15 мм, а паровозных колес — 13,5 мм.

Если Г\ значительно превышает радиус выкружки банда­ жа (рис. 12), возможно точечное концентрированное прило­ жение давления на рельс и колесо, а также более легкое