Верхнее строение пути

1.1. Назначение, составные элементы и типы верхнего строения пути
1.2. Балластный слой
1.3. Шпалы
1.4. Рельсы
1.5. Рельсовые скрепления. Противоугоны
1.6. Бесстыковой путь
1.7. Устройство рельсовой колеи

1.1. Назначение, составные элементы и типы верхнего строения пути

Верхнее строение пути служит для направления движения подвижного состава, восприятия силовых воздействий от его колес и передачи их на нижнее строение.

Верхнее строение пути (рис. 4.1) представляет собой комплексную конструкцию, включающую в себя балластный слой, шпалы, рельсы, рельсовые скрепления, противоугоны, стрелочные переводы, глухие пересечения, мостовые и переводные брусья. Соединение рельсов и шпал называется рельсошпальной решеткой. При укладке рельсошпальной решетки на балласт, шпалы заглубляются в балластный слой, который укладывается на основную площадку земляного полотна. Толщина балластного слоя и расстояние между шпалами должны быть такими, чтобы давление на земляное полотно не превышало величины, обеспечивающей его упругую осадку, исчезающую после снятия нагрузки. Верхнее строение пути, подверженное воздействию неблагоприятных факторов (проходящих поездов, атмосферных осадков, колебаниям температуры и т. д.) должно быть устойчивым, прочным, долговечным и экономичным.

Стрелочные переводы тип Р 65 марки 1/9, 1/11

Тип верхнего строения пути зависит от класса путей, который определяется грузонапряженностью, а также максимально допустимыми скоростями движения пассажирских и грузовых поездов. По грузонапряженности все пути подразделяют на пять групп, обозначаемых буквами Б-Е, а по допустимым скоростям – на семь категорий, обозначаемых цифрами 1–7. Классы путей, представляющие собой сочетание групп и категорий, обозначаются цифрами от 1 до 5. 

Пути, для которых установлена максимальная скорость движения более 140 км/ч, относятся к внеклассным; их укладку и обслуживание осуществляют в соответствии со специальными техническими условиями.

Принадлежность пути к соответствующему классу, группе и категории обозначается сочетанием цифр и буквы: первая цифра – класс пути, затем буква – группа пути, цифра после буквы – категория пути. Например, обозначение 2Б4 говорит о принадлежности пути ко второму классу, группе Б и категории 4.

На главных путях первого и второго класса укладываются новые термоупрочненные рельсы массой 65 кг/пог. М, новые рельсовые скрепления, железобетонные или пропитанные деревянные шпалы и щебеночный балласт на песчаной подушке. Все элементы верхнего строения путей, относящиеся к пятому классу, обычно представляют собой старогодные элементы, ранее использовавшиеся на путях более высоких классов. На путях других классов укладывают как новые, так и бывшие в употреблении годные элементы верхнего строения пути.

1.2. Балластный слой

Основным назначением балластного слоя является:

– восприятие давления от шпал и равномерное распределение его по основной площадке земляного полотна;

– обеспечение устойчивости шпал, находящихся под воздействием вертикальных и горизонтальных сил, упругости подрельсового основания и возможности выправления рельсошпальной решетки в плане и профиле;

– отвод поверхностных вод от рельсошпальной решетки.

Во избежание переувлажнения основной площадки земляного полотна балластный слой не должен задерживать на своей поверхности воду.

Материал для балласта должен быть прочным, упругим, устойчивым под нагрузкой и атмосферными воздействиями, а также дешевым. Кроме того, он не должен дробиться при уплотнении, пылить при проходе поездов, раздуваться ветром, размываться дождями и прорастать травой. В качестве балласта используются сыпучие, хорошо дренирующие упругие материалы: щебень, гравий, песок, ракушечник. Лучшим материалом для балласта является щебень из естественного камня, валунов и гальки.

Щебень хорошо пропускает воду, не смерзается в зимнее время года, оказывает в 1,5 раза большее сопротивление продольному сдвигу, допускает в 2 раза большее вертикальное давление по сравнению с песчаным балластом и обеспечивает больший срок службы балласта, чем любой другой материал. Однако, щебень быстрее загрязняется различными сыпучими материалами (уголь, шлак, торф, руда и т. п.), просыпающимися на путь при перевозках. Для предохранения от загрязнения и уменьшения расхода щебень укладывают на песчаную подушку.

Гравийный и гравийно-песчаный балласт получают в результате разработки естественно образовавшихся отложений гравия и крупнозернистого песка. Такой балласт дешевле щебня, меньше загрязняется, но вместе с тем менее устойчив к нагрузкам, хуже пропускает воду и может смерзаться в зимнее время года.

Ракушка как балласт, имеет местное значение, и используется лишь на линиях с малым грузооборотом.

Песчаный балласт является наихудшим, поэтому его применяют на линиях с малым грузооборотом, станционных путях и в качестве материала для подушки, создаваемой под щебеночным балластом.

Все основные направления сети железных дорог Росси имеют на главных путях щебеночный балласт. В процессе эксплуатации балласт загрязняется, что ухудшает его дренирующие свойства. В связи с этим щебеночный балласт периодически очищают, а гравийный и песчаный заменяют и пополняют.

1.3. Шпалы

Шпалы являются наиболее важным видом подрельсовых оснований и служат для восприятия давления от рельсов и передачи его на балластный слой. Кроме того, шпалы предназначены для крепления к ним рельсов и обеспечения постоянства ширины колеи.

Необходимо, чтобы шпалы были упругими, прочными и дешевыми, а также обладали достаточно высоким электрическим сопротивлением. Материалом для шпал служат дерево, железобетон и металл.

Достоинством деревянных шпал являются легкость, упругость, простота изготовления, удобство крепления рельсов, высокое сопротивление протеканию тока в рельсовых цепях. К недостаткам таких шпал относятся небольшой срок службы и значительный расход древесины. Для продления срока службы деревянные шпалы пропитываются масляными антисептиками.

По форме поперечного сечения деревянные шпалы бывают обрезные, опиленные с четырех сторон, полуобрезные, у которых опилены три стороны и необрезные, имеющие опиленные поверхности только сверху и снизу (рис. 4.2).

В зависимости от назначения деревянные шпалы изготавливают трех типов. Шпалы I типа предназначены для главных путей магистральных железных дорог, II типа – для станционных и подъездных путей, III типа – для путей промышленных предприятий. Стандартная длина деревянных шпал 2750 мм. Для особо грузонапряженных участков длина шпал составляет 2800 мм.

Достоинством железобетонных шпал являются долговечность (до 50 лет), обеспечение высокой устойчивости пути и плавности хода поездов, что обусловлено одинаковыми размерами и равной упругостью шпал. Кроме этого, при производстве железобетонных шпал не используется древесина, которая может быть применена в других отраслях народного хозяйства.

Недостатком железобетонных шпал является большая масса, наличие электропроводности, высокая жесткость и сложность крепления рельсов к ним. Для повышения упругости под рельсы укладывают амортизирующие прокладки. Во избежание утечки электрического тока применяют рельсовые скрепления специальной конструкции с электроизоляционными деталями.

Железобетонные шпалы изготавливают из тяжелого бетона с арматурой из стальной углеродистой холоднотянутой проволоки периодического профиля диаметром 3 мм (рис. 4.3).

В зависимости от вида рельсового скрепления железобетонные шпалы подразделяют на два типа: Ш1 – для раздельного клеммно-болтового скрепления типа КБ с болтовым соединением подкладки со шпалой и Ш2 – для нераздельного клеммно-болтового скрепления типа БПУ с болтовым соединением подкладки или рельса со шпалой. 

Металлические шпалы не получили распространения из-за значительного расхода металла, высокой электропроводности, большой жесткости и т. д.

Порядок расположения шпал по длине рельсового звена называют эпюрой. На железных дорогах России применяют три эпюры, соответствующие укладке 1600, 1840 и 2000 шпал на 1 км пути.

1.4. Рельсы

Рельсы предназначены для направления движения колес подвижного состава, восприятия нагрузки от него и передачи ее на шпалы. Кроме того, на участках с автоблокировкой рельсы служат проводниками сигнального тока, а при использовании электротяги – проводниками обратного тягового тока.

Рельсы должны быть прочными, долговечными, износоустойчивыми, твердыми и в то же время нехрупкими, так как они воспринимают ударно-динамическую нагрузку. Их изготавливают из высокопрочной углеродистой стали.
В зависимости от массы и поперечного профиля рельсы подразделяют на типы: Р50, Р65 и Р75. Буква «Р» означает рельс, а число – округленное значение массы, кг, одного погонного метра рельса. Выбор типа рельсов зависит от грузонапряженности линии, нагрузок и скоростей движения поездов.

Поскольку наибольшее воздействие на рельс оказывает вертикальная нагрузка, стремящаяся изогнуть его, рациональной формой рельса считается двутавровая (рис. 4.5), одновременно обеспечивающая и меньший расход металла.

Рельсы выпускают стандартной длины 25 м. Кроме того, для укладки в кривых изготавливают укороченные рельсы длиной 24,92 и 24,84 м. В качестве уравнительных рельсов для бесстыкового пути и в зоне укладки стрелочных переводов используют рельсы прежней стандартной длины 12,5 м и укороченные длиной 12,46; 12,42 и 12,38 м.

Срок службы рельсов определяется числом тонн брутто проследовавшего по ним груза до их перекладки и в среднем для рельсов Р65 составляет 500 млн. т, а для Р50 – 350 млн. т. Срок службы рельсов Р75 примерно на 30 % больше, чем у рельсов Р65. После истечения срока службы, рельсы снимают, сортируют, ремонтируют и вновь укладывают в путь, но на менее напряженные участки пути. Таким образом, срок службы рельсов продлевается.

Кроме того, продление срока службы рельсов достигается комплексом взаимосвязанных мер: увеличением их массы, повышением качества рельсовой стали, ее термоупрочнением и легированием, совершенствованием поперечных профилей рельсов, улучшением условий их работы посредством создания бесстыковых путей, шлифования поверхности качения, нанесения смазки на боковую рабочую грань головки рельса в кривых и др.