Залавский Н.И. Железнодорожный путь. Учеб. пособ. 2017

рельс через подкладку соединяется с опорой одними и теми же прикрепителями. В смешанном скреплении рельс через подкладку соединяется с опорой, а подкладка, кроме того, самостоятельно прикрепляется к опоре.

Промежуточные скрепления по их работе делятся на две группы в зависимости от того обладают они или не обладают противоугонными свойствами.

Скрепления с противоугонными свойствами делятся на две подгруп-

пы: болтовые скрепления и безболтовые скрепления.

В первом случае натяжение прикрепителей можно регулировать подтягиванием гаек клеммных болтов. В безболтовых скреплениях монтажное нажатие закладных упругих элементов должно оставаться неизменным за весь период эксплуатации.

3.3 Промежуточные скрепления для деревянных шпал

Одной из самых распространенных конструкций скреплений для деревянных шпал на отечественных дорогах является подкладочное ко-

стыльное скрепление смешанного типа ДО (рис. 3.21) и раздельное скрепление КД.

Рисунок 3.21 – Смешанное костыльное скрепление типа ДО

К достоинствам скреплений ДО относятся малодетальность, не-

большой расход металла, простота в изготовлении и эксплуатации. Од-

нако это скрепление не обеспечивает упругую связь рельса со шпалой и плохо сопротивляется угону пути. Основными элементами этого скрепле-

ния являются: клинчатая ребордчатая подкладка и костыли, которые подразделяются на основные и обшивочные. Основные костыли прижимают подошву рельса к подкладке и шпале, удерживают рельс от бокового сдвига и опрокидывания, а обшивочные прижимают подкладку к шпале, уменьшая ее вибрацию, и воспринимают сдвигающие усилия.

Расчеты и опыт эксплуатации скреплений ДО показывают, что устойчивость рельса от опрокидывания обеспечивается лучше, чем устойчивость на отжатие рельсовой нити. «Перешивка» пути при костыльных скреплениях на деревянных шпалах является одной из распространенных путевых работ, особенно в кривых.

81

Пути 1-го и 2-го классов и пути 2-й категории, также все кривые радиусам 1200 м и менее; все мосты, тоннели и подходы к ним на длине 50 м

– подкладки и рельс прикрепляются к шпале пятью костылями.

Пути 3-го и 4-го класса – двумя основными и двумя обшивочными костылями, кроме стыковых и предстыковых шпал, на которых подкладка и рельс скрепляются со шпалой пятью костылями.

На путях 5-го класса допускается пришивать подкладки к шпалам двумя (в кривых радиусом менее 350 м – тремя) основными костылями. На стыковых шпалах с двухголовыми накладками основные костыли располагаются в сторону рельса «затылком».

На кривых радиусом 1200 м и менее рекомендуется укладывать удлиненные подкладки под обеими нитями (вместо подкладки Д-65 – 360 мм; подкладка ДН-65 – длина 380 мм; размер 124 вместо 104 мм).

Недостатком костыльного скрепления является возможность некоторого перемещения подкладки вдоль и поперек шпалы, а также необходимость постановки противоугонов. Вибрация подкладок усиливает механический износ шпалы под подкладкой. Для уменьшения интенсивности износа шпал между подкладкой и шпалой укладывают прокладки из резины или других материалов.

В раздельном скреплении КД металлическая клинчатая подкладка (рис. 3.22) крепится к шпале четырьмя шурупами, а рельс прижимается к подкладке двумя жесткими П-образными клеммами и клеммными болтами.

Рисунок 3.22 – Раздельное скрепление КД:

1 – прокладка под подкладку; 2 – подкладка; 3 – подрельсовая прокладка; 4 – клеммный болт; 5 – жёсткая клемма; 6 – шуруп; 7 – гайка; 8 – двухвитковая шайба

Клеммы прижимаются натяжением болтов, устанавливаемых сбоку в вырезы подкладок. Между гайкой болта и клеммой ставят двухвитковую шайбу. Подкладка к шпале прикреплена четырьмя шурупами, под головку которых иногда устанавливаются двухвитковые шайбы. Под подошву

82

рельса укладывают упругую прокладку. Это скрепление в отличие от костыльного смешанного скрепления обеспечивает постоянное прижатие рельса к подкладке и не требует установки противоугонов.

В случае отсутствия шайб под головками шурупов быстро разрабатываются отверстия в шпалах для шурупов под движущейся нагрузкой и изгибающиеся рельсы начинают «таскать» за собой прочно прикрепляемые к ним подкладки, которые перетирают и сминают древесину шпалы так, что она может изнашиваться в 1,5–2 раза интенсивнее, чем при смешанном костыльном скреплении. Скрепления КД дают возможность регулировки положения рельсов по высоте до 10–14 мм за счет применения прокладок различной толщины.

Кдостоинствам раздельных скреплений КД следует отнести: сведение к минимуму вибраций подкладок; возможность регулировки положения рельсов по высоте; возможность смены рельсов без вывинчивая шурупов; сильное прижатие рельсов к подкладкам, что обеспечивает достаточное сопротивление угону и температурным деформациям рельсов.

Кнедостаткам этих скреплений относится: многодетальность, ослабление натяжения клеммных болтов, что обусловливает необходимость их постоянного подтягивания для предотвращения угона пути.

Шурупы, применяемые в качестве прикрепителей, благодаря винтовой нарезке сопротивляются выдергиванию в 1,5–2 раза лучше, чем костыли, а сопротивление шурупов отжатию меньше, чем сопротивление костылей (50–60 % от сопротивления последних).

Шурупы, применяемые на стрелочных переводах, на 20 мм длиннее путевых.

Боковое воздействие колес подвижного состава на рельс, стремящееся его сдвинуть и повернуть, воспринимается скреплениями КД жестко. Значительно рациональнее использовать раздельные скрепления не с жесткими, а упругими клеммами, примером которых является скрепление Д4 (рис. 3.23).

Рисунок 3.23 – Раздельное скрепление Д4 1 – прокладка под подкладку; 2 – подкладка; 3 – подрельсовая прокладка;

4 – клеммный болт; 5 – упругая клемма; 6 – шуруп; 7 – гайка

83

В раздельном скреплении Д4 клеммный болт заводится в фигурный вырез в подкладке. Для фиксирования положения клемм в высоких ребордах подкладки предусмотрены вырезы. Скрепление Д4 позволяет производить регулировку положения рельсов по высоте до 14 мм за счет изменения толщины подрельсовых прокладок.

3.4 Противоугоны, схемы их расстановки

Угон железнодорожного пути представляет собой продольное перемещение рельсов по шпалам, как правило, в сторону движения поезда при проходе по пути колёс подвижного состава.

Основными причинами угона рельсов являются «забег» подошвы рельса относительно основания на величину x (рис. 3.24): при изгибе его под воздействием вертикальной колесной нагрузки и действие продольных сил и сил сопротивления движению подвижного состава.

Чем выше грузонапряженность участка, осевые нагрузки и более податливое (упругое) основание, тем выше требования к закреплению пути от угона. На тормозных участках силы угона и проявление угона рельсов выше, чем не на тормозных (площадках и особенно подъемах).

Рисунок 3.24 – Смещение подошвы рельса вдоль пути в результате его изгиба под колесной нагрузкой

Угон сильно расстраивает путь; при угоне рельсы сдвигаются со своих мест и увлекают за собой часть закрепленных шпал, в том числе с их перекосом (рельсовые нити угоняются на разную величину). Шпалы с уплотненных постелей перемещаются на менее плотный балласт, рельсовые нити в этих местах проседают и путь еще больше расстраивается. На звеньевом пути нарушаются размеры стыковых зазоров. При высокой температуре на участках с недостаточными зазорами может произойти потеря устойчивости рельсошпальной решетки (так называемый выброс пути). При низкой температуре на участках с увеличенными зазорами может произойти разрыв стыков со срезом болтов. Поэтому угон пути совершен-

но недопустим.

Продольные силы, вызывающие угон рельсов, должны быть от рельсов переданы на шпалы и далее на балласт. Для этого на участках пути с деревянными шпалами на подошву рельсов ставят противоугоны.

84

В качестве противоугонов применяют пружинные скобы, надеваемые (защёлкиваемые) на подошву рельсов (рис. 3.25); они передают силы угона либо на путевые подкладки, либо на шпалы. В первом случае через подкладки продольные силы передаются на прикрепители, что способствует разработке отверстий в подкладках. Во втором случае, если недостаточна площадь опирания скоб в деревянные шпалы, они врезаются в древесину шпал при вертикальных колебаниях рельсов.

Рисунок 3.25 – Пружинный противоугон

Пружинный противоугон состоит всего из одной детали. Изготавливают противоугоны на специальных автоматах из горячекатаной углеродистой стали сечением 25×25 мм или 20×20 мм с закалкой в масле. По техническим условиям на приемку пружинных противоугонов требуется, чтобы сопротивление сдвигу противоугона вдоль рельса после пятикратной постановки и снятия его было не менее 8 кН.

Количество противоугонов, устанавливаемых на одно рельсовое звено зависит от интенсивности проявления угона. Противоугоны ставят симметрично относительно середины звена на обоих рельсовых нитях к одной и той же шпале.

У шпал, близко расположенных к стыкам, противоугоны ставить нецелесообразно, так как они быстро теряют несущую способность из-за ударов колес о рельс при перекатывании через стык, а также из-за выключения из работы при температурных деформациях рельсов.

Противоугоны выходят из строя вследствие деформаций, полученных при постановке их на рельс ударами молотка. При этом их часто перебивают с образованием зазора между зубом и подошвой рельса до 4 мм. В результате противоугоны получают пластические деформации и теряют удерживающую способность. Деформируют их также при подгонке к шпале, если допускают при этом сильный перекос.

3.5 Промежуточные скрепления для железобетонных опор

Железобетон в отличие от древесины обладает повышенной прочностью на сжатие, что позволяет широко применять бесподкладочные скреп-

ления, осуществлять подуклонку рельса за счет наклона подрельсовой площадки, передавать на бетон значительные боковые силы. Недостатком

85

железобетонных опор являются высокая жесткость и электропроводность, в связи с чем возникает необходимость применения в узлах скрепления электро- и виброизолирующих деталей.

До 2000 года в России самым распространённым промежуточным скреплением для железобетонных шпал было раздельное клеммноболтовое скрепление КБ, в котором рельс к подкладке прижимается жесткими клеммами, надеваемыми на клеммные болты, фигурные головки которых заводятся в пазы реборд подкладок (рис. 3.26). Под гайки клеммных болтов ставят упругие шайбы. Металлические подкладки укладывают на наклонную (для обеспечения подyклонки рельсов), заглубленную в тело шпалы на 15–25 мм подрельсовую площадку. На бетон под подкладку укладывают для электро- и виброизоляции резиновую прокладку толщиной 6–8 мм. Благодаря этому улучшаются условия работы закладных болтов и повышается стабильность ширины колеи.

Рисунок 3.26 – Раздельное скрепление КБ для железобетонных шпал: 1 – прокладка под подкладку; 2 – подкладка; 3 – подрельсовая прокладка;

4 – клеммный болт; 5 – жесткая клемма; 6 – закладной болт; 7 – гайка; 8 – двухвитковая шайба; 9 – изолирующая втулка; 10 – опорная шайба

Подкладка крепится к шпале закладными болтами. При этом головки болтов опираются на замоноличенную в бетон металлическую шайбу, которая при затяжке монтажных гаек равномерно распределяет нагрузку на бетон. Электроизоляция подкладок от шпал осуществляется нашпальной прокладкой и втулкой из текстолита, надеваемой на стержень закладного болта и заглубляемой в отверстие металлической подкладки.

Высота реборд подкладок КБ позволяет укладывать под рельс прокладки толщиной 12–14 мм для регулировки рельсов по высоте, что особенно важно в зимний период. В других случаях это преимущество скреплений КБ используют для укладки под подошву рельса прокладок повышенной упругости.

86

Оправдало себя применение скреплений КБ, особенно на бесстыковом пути, в отношении применения прогрессивной технологии замены рельсов, перезакрепления рельсовых плетей, обеспечения оптимальных условий температурной работы рельсовых нитей.

Недостатками конструкции скреплений КБ являются:

многодетальность (21 деталь в каждом узле скреплений);

материалоемкость (общая масса металлических и полимерных деталей на 1 км пути составляет соответственно 41,6 и 2,1 т);

наличие около 16 тыс. болтов на 1 км пути, содержание которых (очистка, смазка, подтягивание гаек) требует больших затрат.

Исследования по совершенствованию конструкции скрепления КБ ведутся в направлении замены жестких клемм с упругими шайбами на упругие прутковые или пластинчатые клеммы.

Кроме скреплений КБ применяются также многие другие типы промежуточных скреплений для железобетонных шпал (рис. 3.27).

Рисунок 3.27 – Подкладочное скрепление БП (а) и бесподкладочное ЖБР (б) для железобетонных шпал:

1 – прокладка под подкладку; 2 – подкладка; 3 – подрельсовая прокладка; 4 – закладной болт; 5 – гайка; 6 – упругая клемма; 7 – подклеммный вкладыш; 8 – двухслойная клемма

Нераздельное клеммно-болтовое скрепление БП имеет два закладных болта, которыми при помощи упругих клемм рельс прижимается к подкладке, а подкладка к шпале.

Для электроизоляции закладных болтов от металлических частей скрепления на них надевают изолирующие втулки; на подкладке и под подкладкой размещаются упругие резиновые прокладки.

Опорная площадка шпал для укладки металлических подкладок заглублена в бетон на 25 мм, что позволяет использовать нашпальные прокладки из

87

резины толщиной 12 мм. Реборды скрепления БП выше и тоньше, чем у скрепления КБ. Высокие ребopды подкладок позволяют увеличить пределы регулирования рельсов по высоте до 20 мм. Стабильность натяжения болтов скрепления БП значительно выше, чем у скрепления КБ.

Бесподкладочное пружинное скрепление ЖБР обеспечивает фикса-

цию положения рельса на шпале при помощи двухслойных клемм. Перегиб нижней части клеммы служит ребордой, в которую упирается подошва рельса. Боковые усилия от клеммы передаются на подклеммный вкладыш и через него на шпалу. Резиновая подрельсовая прокладка имеет свисающие со шпалы закраины, удерживающие прокладку от выползания из-под рельса. При регулировке положения рельсов по высоте до 15 мм меняют прокладки и подклеммные вкладыши на более толстые.

Модернизированное скрепление этого типа ЖБР-65 (рис. 3.28) с прутковой клеммой, а также шурупно-дюбельное скрепление ЖБР-65Ш (рис. 3.29) проявили себя как достаточно перспективные.

Рисунок 3.28 – Скрепление ЖБР-65 в разборе

Рисунок 3.29 – Скрепление ЖБР-65Ш

Анкерное рельсовое скрепление (APC) (рис. 3.30) предназначено для магистральных линий без ограничений по грузонапряженности и скоро-

стям движения поездов. APC характеризуется высокой надежностью и стабильностью рельсовой колеи, малодетальностью (отсутствием резьбовых соединений), простотой сборки и эксплуатации и, как следствие этого, высокой экономической эффективностью.

88

сохранять правильность и неизменность положения колеи в пространстве (совместно с балластом).

Подрельсовые основания могут выполняться в виде отдельных опор

(шпал, брусьев), продольных лежней, рам и плит. Материалом для шпал могут служить древесина, железобетон и металл. Шпалы укладываются в путь в строго определенном порядке. Схема расположения шпал на звене называется эпюрой укладки шпал (рис. 3.32).

Рисунок 3.32 – Эпюра укладки шпал:

–опора (шпала); l – длина рельса; а – промежуточный пролёт;

с– стыковой пролёт; b – предстыковой пролёт

Принято b = a; при известном c будет, а = −−1, где n – число шпал на

звене.

Количество шпал на 1 км нормируется исходя из условий:

1)выравнивания давления в балластном слое по его глубине;

2)обеспечения необходимой сопротивляемости рельсошпальной решетки продольному и поперечному сдвигу.

Если принять расстояние между осями смежных шпал 60 см (при эпюре 1600 шт/км), то полное выравнивание напряжений происходит на глубине ~75 см под подошвой шпал, что больше нормативного.

Максимальное погонное сопротивление рельсошпальной решетки сдвигу в щебеночном балласте вдоль пути будет обеспечено при ширине шпального пролета 50–51 см. Поэтому увеличение числа шпал более 2000 шт/км не влияет на устойчивость пути против продольных смещений.

Данные критерии, наряду с экономическими соображениями, дали назначение двух основных стандартных эпюр укладки шпал. Эпюра 1840 шт/км (46 шпал на 25-метровом звене) устраивается в прямых и кривых радиусом более 1200 м. В кривых радиусом 1200 и менее (при скорости свыше 141 км/ч в кривых радиусом 2000 м и менее) эпюра укладки шпал 2000 шт/км (50 шпал на звене).

На путях 5-го класса допускается эпюра шпал в прямых 1440 шт/км,

ав кривых радиусом менее 650 м – 1600 шт/км.

Для улучшения условий работы пути под поездной нагрузкой в зоне рельсовых стыков стыковые шпалы сближают друг с другом. Расстояние между осями остальных шпал должны соответствовать эпюре шпал данного класса пути. Отклонение от эпюрных значений допускается не более 8 см при деревянных шпалах и 4 см при железобетонных шпалах.

90