Лекция № 5
УСТРОЙСТВО РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ. Особенности устройства пути в кривых участках. Соединения и пересечения путей. Стрелочные переводы. Съезды, глухие пересечения и стрелочные улицы. РЕМОНТ И ТЕКУЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ ПУТИ. Защита пути.
Общие сведения
Устройство рельсовой колеи тесно связано с конструкцией и размерами колесных пар подвижного состава. Колесная пара (рис. 5.1) включает в себя стальную ось, на которую наглухо насажены колеса, имеющие для предотвращения схода с рельсов направляющие гребни.
Для того чтобы каждая колесная пара не могла поворачиваться вокруг вертикальной оси, колесные пары вагона или локомотива соединяют по две и более жесткой рамой тележек. Расстояние между крайними осями колесных пар, соединенных рамой, называется жесткой колесной базой, а между крайними осями вагона или локомотива полной колесной базой (рис. 5.2).
Жесткое соединение колесных пар обеспечивает их устойчивое положение на рельсах, но в то же время затрудняет прохождение в кривых малого радиуса, где возможно их заклинивание. Для облегчения вписывания в кривые современный подвижной состав выпускают на отдельных тележках с небольшими жесткими базами.
Поверхность катания колес подвижного состава в средней части имеет уклон 1 : 20, наличие которого обеспечивает их более равномерное изнашивание, повышенное сопротивление действию горизонтальных сил, направленных поперек пути, меньшую чувствительность колесных пар к его неисправностям и препятствует появлению желоба на поверхности катания, затрудняющего прохождение колесных пар по стрелочным переводам. В соответствии с этим рельсы устанавливаются также с уклоном 1:20, что при деревянных шпалах достигается за счет клинчатых подкладок, а при железобетонных — соответствующим наклоном поверхности шпал в зоне опирания рельсов.
Расстояние между внутренними гранями головок рельсов называется шириной колеи. Эта ширина складывается из расстояния между колесами (1440 мм 3 мм), двух толщин гребней (от 25 до 33 мм) и зазоров между колесами и рельсами, необходимых для свободного прохождения колесных пар.
Рис. 5.1. Колесная пара на рельсовой колее
Рис. 5.2. Жесткая и полная колесные базы:
а — электровоза ВЛ8; б — одной секции тепловоза ТЭ3;
в — паровоза серии ФД; г — четырехосного полувагона
Ширина нормальной (широкой) колеи в прямых и кривых участках пути с радиусом более 349 м, принятая в России, составляет 1520 мм с допуском в сторону уширения 8 мм, а на участках со скоростью движения до 50 км/ч — 10 мм. Допуск в сторону сужения равен 4 мм. До 1972 г. нормальной на наших дорогах считалась ширина колеи 1524 мм; ее сужение до 1520 мм принято для ограничения зазора между колесами и рельсами, что при возросшей скорости движения способствует уменьшению расстройств пути.
В соответствии с ПТЭ верхние части головок рельсов обеих нитей пути на прямых участках должны находиться на одном уровне. На всем протяжении прямых участков пути разрешается сооружать одну рельсовую нить на 6 мм выше другой.
При строительстве пути стыки на обеих рельсовых нитях располагают точно один против другого по наугольнику, что по сравнению с расположением стыков вразбежку уменьшает число ударов колесных пар о рельсы, а также позволяет заготавливать и менять рельсошпальную решетку целыми звеньями с помощью путеукладчиков.
Особенности устройства пути в кривых участках
В кривых участках устройство пути имеет ряд особенностей, основными из которых являются возвышение наружного рельса над внутренним, наличие переходных кривых, уширение колеи при малых радиусах, применение укороченных рельсов на внутренней рельсовой нити, усиление пути, увеличение расстояния между осями путей в круговых кривых двух- и многопутных линий в соответствии с требованиями габарита.
Возвышение наружного рельса предусматривается при радиусе кривой 4000 м и менее для того, чтобы нагрузка на рельсовые нити была примерно одинаковой с учетом действия центробежной силы. Величина возвышения h зависит от массы поезда, скорости движения и радиуса кривой. Согласно ПТЭ максимальное возвышение наружного рельса в кривой составляет 150 мм.
Рис. 5.3. Профиль и план переходной кривой:
НПК — начало переходной кривой; КПК — конец переходной кривой;
h — возвышение наружного рельса в кривой;
р — переменный радиус переходной кривой;
R — радиус круговой кривой
Наличие переходных кривых связано с необходимостью плавного сопряжения кривой с примыкающей прямой как в плане, так и в профиле пути. Переходная кривая в плане (рис. 5.3) имеет переменный радиус, уменьшающийся от бесконечно большого до радиуса R круговой кривой (с увеличением кривизны) пропорционально изменению ее длины. Кривая, обладающая таким свойством, представлявляет собой радиоидальную спираль. В профиле переходная кривая в обычных условиях — это наклонная прямая с постоянным уклоном i = h/l, где l — длина переходной кривой.
Уширение колеи обеспечивает вписывание подвижного состава в кривые. Поскольку колесные пары закреплены в раме тележки таким образом, что в пределах жесткой базы они всегда параллельны друг другу, в кривой только одна колесная пара может расположиться по радиусу, а остальные находятся под углом к нему. Это требует увеличения зазора между гребнями колес и рельсами во избежание заклинивания колесных пар (рис.5. 4).
Рис. 5.4. Схема свободного вписывания в кривую двухосной тележки
Sc — ширина колеи в кривой; qmax — максимальное расстояние между наружными гранями гребней колес; fн — стрела изгиба кривой наружного рельса; L — длина базы тележки; — расстояние от геометрической оси второй колесной Пары до точки касания гребня колеса с рельсом; bк — расстояние от геометрической оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с рельсом
Ширина колеи, необходимая для свободного вписывания двухосной тележки в кривую,
Sc = qmax + fн +4,
где qmax — максимальное расстояние между наружными гранями гребней колес; fн — стрела изгиба кривой по наружной нити; 4 — допуск на сужение колеи, мм (остальные размеры выражены также в миллиметрах).
ПТЭ установлены следующие нормативные значения ширины колеи в кривых в зависимости от радиуса кривой:
Радиус кривой, м ……….Не более 299 300...349 350 и более
Ширина колеи, мм ……….1535 1530 1520
Укладка укороченных рельсов во внутреннюю рельсовую нить необходима для исключения разбежки стыков. Поскольку внутренняя нить в кривой короче наружной, применение рельсов одинаковой длины вызвало бы забегание стыков вперед на внутренней нити. Для предотвращения разбежки стыков каждому радиусу кривой должна соответствовать своя величина укорочения рельса. В целях унификации установлены стандартные укорочения рельсовых звеньев длиной 25 м — 80 и 160 мм.
Укладку укороченных рельсов во внутреннюю нить чередуют с укладкой рельсов нормальной длины так, чтобы забегание стыков не превышало половины укорочения, т. е. 40 и 80 мм.
Усиление пути в кривых осуществляют при радиусе кривой, не превышающем 1200 м, для обеспечения его равнопрочности с примыкающими прямыми участками. Для этого увеличивают число шпал, укладываемых на 1 км пути, уширяют балластную призму с наружной стороны кривой, устанавливают несимметричные подкладки с большим плечом на наружной стороне и применяют рельсы из наиболее твердого материала.
Соединения и пересечения путей. Стрелочные переводы
Переход подвижного состава с одного пути на другой обеспечивают устройства по соединению и пересечению путей, относящиеся к их верхнему строению. Соединение путей друг с другом осуществляют стрелочными переводами, а пересечение путей — глухими пересечениями. Применяя стрелочные переводы и глухие пересечения, создают соединения путей, называемые стрелочными улицами и съездами.
В зависимости от назначения и условий соединения путей различают одиночные, двойные и перекрестные стрелочные переводы. Одиночные переводы подразделяют на обыкновенные, симметричные и несимметричные.
Обыкновенный стрелочный перевод (рис.5.5), служащий для соединения двух путей, может быть право- или левосторонним. Он применяется при отклонении бокового пути от прямолинейного в ту или иную сторону. Этот вид переводов наиболее распространен. В состав стрелочного перевода входят собственно стрелка, крестовина с контррельсами, соединительная часть, расположенная между ними, и переводные брусья.
Стрелка включает в себя два рамных рельса, два остряка, предназначенные для направления подвижного состава на прямой или боковой путь, и переводной механизм.
Остряки соединяют друг с другом поперечными стрелочными тягами, с помощью которых один из них подводится вплотную к рамному рельсу, в то время как другой отводится от другого рамного рельса на расстояние, необходимое для свободного прохода гребней колес.
Рис. 5.5 Схема обыкновенного стрелочного перевода
I — стрелка; II — соединительные пути;
III — комплект крестовинной части;
1 — переводной механизм; 2, 4 — рамные рельсы; 3 — остряки;
5 — упорная нить переводной кривой; 6, 8 — контррельсы;
7— сердечник крестовины; 9— усовик;
10 — конец переводной кривой; 11 — переводные брусья
Перевод остряков из одного положения в другое осуществляется специальными стрелочными приводами через одну из тяг, а в 1 пологих стрелочных переводах, остряки которых имеют значительную длину, — через две тяги и более. В приводе имеется устройство, запирающее остряки в том или ином положении и контролирующее их плотное прилегание к рамным рельсам. Тонкая часть остряка называется острием, а другой его конец — корнем. Корневое крепление обеспечивает поворот остряков в горизонтальной плоскости и соединение с примыкающими к ним рельсами.
Крестовина (рис. 5.6) состоит из сердечника 3, двух усовиков 1 и желобов 2. Она обеспечивает пересечение гребнем колес рельсовых головок, а контррельсы направляют гребни колес в соответствующие желоба при прохождении колесной пары по крестовине. Точка пересечения продолжения рабочих граней сердечника крестовины называется ее математическим центром, а самое узкое место между усовиками — горлом крестовины. Угол , образуемый рабочими гранями сердечника, называется углом крестовины.
Соединительная часть перевода, лежащая между стрелкой и крестовиной, включает в себя прямой участок и переводную кривую. Радиус этой кривой зависит от угла крестовины: чем меньше угол, тем больше радиус. Переводы с меньшими углами крестовины допускают более высокие скорости движения поездов. Стрелочные переводы крепят с помощью специальных башмаков, подкладок, шурупов и костылей к переводным брусьям или железобетонным плитам, которые укладывают на балластную призму.
Рис. 5.6. Схема крестовины