Лекція 11, 12

Тема: Рейки. Призначення та вимоги до них. Основні параметри рейок. Профілі рейок. Довжина рейок та стикові зазори. Безстикові рейкові пліті . Умови роботи рейок в колії. Термін служби рейок. Основні шляхи збільшення надійності експлуатаційної роботи рейок та їх довговічності.

Рейки. Призначення та вимоги до них.

Рейки є одним із основних елементів верхньої будови колії і призначені для утворення поверхні катання коліс рухомого складу з найменшим опором, безпосереднього сприймання та пружної передачі діючих від коліс сил на опори (шпали, бруси) і направлення коліс рухомого складу під час руху. На дільницях з автоблокуванням рейки служать провідниками сигнального струму, а на дільницях з електричною тягою - зворотного тягового струму.

Для надійної роботи рейки повинні бути достатньо міцними, довговічними, зносостійкими (надійними в експлуатації), твердими і в той же час в'язкими (не крихкими), тому що вони сприймають ударно-динамічні навантаження.

Конкретно це означає наступне:

• з метою забезпечення стійкості колії при дії рухомого складу і температури рейки повинні тяжкими. В цей же час для економії металу і зручності поводження з ними при виготовленні, перевезенні, зміні рейки повинні бути по можливості легкими;

• для кращого опору згину під рухомим навантаженням рейки повинні бути достатньо жорсткими (мати необхідний момент інерції). Для уникнення жестких ударів коліс об рейки, необхідно, що вони були достатньо гнучкими, для того щоб уникнути пошкоджень рухомого складу.

• Для того щоб уникнути зломів рейок від ударно-динамічних дій рухомого складу необхідно, що метал був в'язким. Але потрібно враховувати що рейки сприймають від коліс зосередженні сили, потрібно щоб рейковий метал не зминався не спливав і не стирався і був в міру твердим.

• Для забезпечення потрібного зчеплення поверхня катання повинна бути шороховатою. При цьому для зменшення опору руху коліс необхідно щоб поверхня була гладкою.

Таким чином вимоги та умови яким повинні задовольняти рейки одночасно важливі та суперечливі. Тому очевидно що оптимальним варіантом буде той, який стосовно до конкретних умов задовільняє більшості названих вимог.

Основні види рейок

Прототипом сучасної рейки є деревянний брусок (круглий переріз):

1. 1630р – появились деревянні рейки прямокутного перерізу. В подальшому їх покривали залізними пластинами невеликої товщини. Їх можна рахувати першими залізними рейками.

2. 2 пол 18 ст. замість залізних полос почали застосовувати чугунні коритоподібні рейки.

3. 1776 – кутникові чугунні та залізні.

4. 1789 – Джессоп (Англія) – грибоподібні рейки.

Всі вказанні рейки призначались для колій з кінною тягою, невеликими навантаженнями та малими швидкостями.

Поява паровою а потім і електричної тяги суттєво змінили характер та умови роботи рейки а відповідно і підхід до вибору його профіля та розмірів.

Рейку можна розглядати як балку яка лежить на багатьох опорах. Краща форма балки яка працює на згин є двутавр. Ця форма і покладена в основу поперечного профіля рейки.

Оскільки поверхня катання рейки при згині працює не тільки на стиск, але й на знос, доцільно у верхній полці двутавра зосередити більшу кількість металу чим в нижній. Це обумовило виникнення широкопідошвинної рейки. Така рейки була запропонована Стивенсом в 1830 р. Сьогодні в світі саме вони найбільш широко використовуються.

Основні типи рейок

В залежності від маси та поперечного профілю рейки поділяються на основні типи Р50, Р65 і Р75. Літера Р означає "рейка", а цифра - округлену масу одного погонного метра рейки в кілограмах. Рейки легких типів (наприклад, Р43) тепер не виготовлюють, але вони продовжують експлуатуватись, особливо на станціях і малодіяльних коліях. На рис. 1.8 приведений профіль, а в табл. 1.1 - основні геометричні характеристики сучасних рейок.

Форма та розміри рейок.

Профіль рейок, їх маса, якість металу взаємопов'язані та визначаються умовами експлуатації. Найкращою формою балки, що працює на згин, є двотавр, верхня полка якого трансформована в рейкову головку, що має необхідний запас на знос і форму та відповідає профілю колеса (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Геометричні характеристики сучасної рейки

Профіль рейок повинен бути зручним для Їх виготовлення та розміщення рейкових скріплень, що з'єднують рейки з основою та між собою в стиках. При достатньо уніфікованій формі рейки характеризуються лінійною щільністю, округлене значення якої в кг/м вказується при позначенні рейки (наприклад, Р50, Р65, Р75).

Профіль рейки обумовлений взаємодією його з колесами рухомого складу. Поверхня катання головки нової рейки для центральної передачі навантаження від колеса має випуклий криволінійний контур, для того щоб забезпечити сприятливу передачу тиску від коліс. У рейок типів Р75, Р65, Р50 середня частина головки прокатується по радіусу 500 мм, що переходить в радіус 80 мм, а потім в радіус 15 мм. Бокові грані головки рейки виконують з нахилом 1:20, а нижні грані головки та верхню поверхню підошви рейки - 1:4, як і опорні частини стикових накладок. При затяжці стикових болтів накладки входять як клин в пазуху рейок і розпирають головку і підошву. Також в рейках типів Р75 і Р65 ширина підошви та висота шийки уніфіковані. Це дозволяє використовувати для них одинакові стикові та проміжні скріплення.

Довжина стандартних нормальних рейок 25 м. На внутрішній нитці колії в криволінійних ділянках для забезпечення розміщення стиків один навпроти іншого укладають стандартні укорочені рейки довжиною 24.92 і 24.84 м. Для укладання в зрівнювальні прольоти безстикової колії з метою компенсації температурних подовжень і вкорочень кінців зварних рейкових плітей випускають рейки половинної довжини: нормальні 12,5 м, подовжені до них 12.62, 12.58 і 12.54 м і вкорочені до них 12.38, 12.42 і 12.46 м.

Стики обох рейкових ниток повинні утримуватися по накутнику. Забігання стику однієї нитки відносно стику іншої допускається не більше 8 см (на кривих ділянках – не більше половини встановленого вкорочення). Стики рейок повинні розташовуватися в середині шпального ящика симетрично відносно стикових шпал. Стикування рейок в межах настилу на переїзді не допускається. Між рейками в стику залишається зазор, що дозволяє рейці змінювати довжину при зміні температури. Нормальні стикові зазори приймаються рівними від 0 до 21 мм залежно від температури рейок (наведені в табл. 2.7 і 2.8).

Температура рейок визначається спеціальним термометром. Температуру рейок дозволяється визначати ртутним чи спиртовим термометрами, що вмонтовані в кусок рейки, яка вкладається поблизу від колійної рейки так, щоб і кусок і рейка мали однакові умови сонячного освітлення, або звичайним ртутним термометром. В цьому випадку термометр вкладається на головку рейки, а його ртутна кулька повинна дотикатися до рейки та бути засипана сухим піском. Зазори заміряються обов'язково при весняному і осінньому оглядах.

При температурі вище крайніх значень, наведених у табл. 2.7 і 2.8, і нижче -30°С виконувати суцільну заміну рейок не рекомендується. У випадках, коли виникає така необхідність, при настанні температур, зазначених в таблицях, величини зазорів повинні бути приведені до норми. При одиночній заміні рейок необхідно враховувати можливе їх подовження або вкорочення.

Таблиця 2.7