4. Конструкция жд пути. 4. Конструкция железнодорожного пути Составные части пути

• Название: 4. Конструкция железнодорожного пути Составные части пути
• Анкор: 4. Конструкция жд пути.docx
• Дата: 28.01.2017
• Размер: 0.58 Mb.
• Имя файла: 4. Конструкция жд пути.docx
• Тип: Документы; #762

4. Конструкция железнодорожного пути

4.1. Составные части пути

Железнодорожный путь предназначен для безопасного движения поездов с заданными и перспективными нагрузками от колесных пар подвижного состава на рельсы и скоростями движения.

Железнодорожный путь состоит из верхнего и нижнего строений. Различают несколько видов верхнего строения пути:

• 
  лежащее на земляном полотне (далее, верхнее строение);
  
• 
  применяемое на мостах (мостовое полотно);
  
• 
  находящееся в тоннелях.
  

К верхнему строению относятся следующие элементы:

• 
  рельсы,
  
• 
  скрепления,
  
• 
  шпалы,
  
• 
  балласт,
  
• 
  конструкции для соединения и пересечения путей.
  

К нижнему строения относятся:

• 
  земляное полотно,
  
• 
  мосты,
  
• 
  тоннели.
  

4.2. Назначение и классификация рельсов

Назначение рельсов – направлять колеса подвижного состава, непосредственно и упруго воспринимать динамическую нагрузку от колес и равномерно передавать ее на подрельсовое основание, выполнять роль электрических цепей для сигнального тока на участках автоблокировки, а также обратного тягового тока на участках с электрической тягой.

Рельсы должны обладать следующими свойствами:

• 
  износостойкостью;
  
• 
  усталостной прочностью;
  
• 
  высокой сопротивляемостью хрупкому излому;
  
• 
  хорошей свариваемостью;
  
• 
  высокой чистотой стали;
  
• 
  хорошей обрабатываемостью;
  
• 
  низкими температурными напряжениями;
  
• 
  точной геометрией и прямолинейностью;
  
• 
  большим сроком службы.
  

В соответствии с ГОСТ Р 51685-2000 железнодорожные рельсы подразделяются:

• 
  по типам:
  

• 
  Р50,
  
• 
  Р65,
  
• 
  Р65К (для наружных нитей кривых участков пути),
  
• 
  Р75;
  

• 
  по категориям качества:
  

• 
  В – рельсы термоупрочненные высшего качества,
  
• 
  Т-1 и Т-2 – рельсы термоупрочненные первой и второй категории качества,
  
• 
  Н – рельсы нетермоупрочненные;
  

• 
  по наличию болтовых отверстий:
  

• 
  отверстия на двух концах,
  
• 
  без отверстий;
  

• 
  по способу плавки стали:
  

• 
  М- мартеновская сталь,
  
• 
  К – конвертерная сталь,
  
• 
  Э – электросталь;
  

• 
  по виду исходных заготовок для проката:
  

• 
  из слитков,
  
• 
  из непрерывно литых заготовок (НЛЗ);
  

• 
  по способу противофлокенной обработки:
  

• 
  прокатные из вакуумированной стали,
  
• 
  прошедшие контролируемое охлаждение,
  
• 
  прошедшие изотермическую выдержку.
  

Р50	Р75
Р65	Р65К

Рис. 4.1. Рельсы типов Р50, Р75, Р65, Р65К
Профиль и размеры рельсов обусловлены их взаимодействием с колесами подвижного состава. Тип рельсов обозначается буквой «Р» и цифрой. Цифра соответствует массе одного метра рельса данного типа. Основные характеристики рельсов приведены в табл. 4.1.

Стандартная длина рельсов – 25,0 и 12,5 м, а укороченных для укладки в кривых – 24, 92; 24,84; 12,46; 12,42; 12,38 м. Рельсы длиной 12,5 м укладываются, как правило, в уравнительные пролеты бесстыкового пути и в стрелочные переводы. Длина рельсовых плетей бесстыкового пути устанавливается проектом в зависимости от местных условий.
Таблица 4.1

Характеристики рельсов

Показатели	Типы рельсов
	Р75	Р65	Р50
Площадь поперечного сечения, см2	95,06	92,56	65,93
Масса рельса длиной 1 м, кг	74,41	64,72	51,67
Высота, мм:
общая	192	180	152
головки	55	45	42
шейки	105	105	83
подошвы	32	30	27
Ширина головки поверху на уровне 15 мм от поверхности катания, мм	75	75	72
Ширина подошвы, мм	150	150	132

Дефекты рельсов
По мере наработки тоннажа в процессе эксплуатации в рельсах накапливаются различные повреждения, деформации, усталостные дефекты, вследствие чего снижается их надежность, чаще возникают отказы и возникает необходимость снижения скоростей или прекращения движения поездов.

Основными видами повреждений, деформаций и дефектов рельсов являются трещины, отслоения, выкрашивания, смятия, истирания, наплывы, коррозия металла, механические повреждения рельсов в виде изгибов, пробуксовин, выкола головки или подошвы, внутренние усталостные дефекты в металле рельса и др.

Дефектный рельс – это рельс, у которого в процессе эксплуатации произошло, как правило, постепенное снижение служебных свойств ниже нормативного уровня, однако еще обеспечивается безопасный пропуск поездов, хотя в ряде случаев уже требуется ограничение скорости движения. Такие рельсы заменяются в плановом порядке. Режим их эксплуатации до момента устранения дефектов или планового изъятия решается в зависимости от конкретных условий.

Остро дефектный рельс – это рельс, представляющий прямую угрозу безопасности движения из-за возможного разрушения под поездом или схода колес с рельсов из-за его дефекта. После обнаружения остро дефектный рельс заменяется немедленно. До его замены движение поездов прекращается.

По дефектности рельсы подразделяются на 9 групп:

• 
  отслоения и выкрашивания металла на поверхности катания;
  
• 
  поперечные трещины в головке рельса и изломы;
  
• 
  продольные трещины в головке;
  
• 
  смятие и неравномерный износ головки;
  
• 
  дефекты и повреждения шейки;
  
• 
  дефекты и повреждения подошвы;
  
• 
  изломы по всему сечению подошвы;
  
• 
  изгибы рельсов;
  
• 
  прочие дефекты.
  

Причины отказов рельсов можно разделить на две группы:

• 
  эксплуатационные – от неудовлетворительного содержания пути и состояния подвижного составав;
  
• 
  заводские – дефекты, возникшие при изготовлении рельсов.
  

Все дефекты имеют соответствующий код.

4.3. Рельсовые скрепления

Скрепления делятся на две группы – промежуточные и стыковые. Промежуточные скрепления соединяют рельсы с их опорами, а стыковые – рельсы друг с другом.
Промежуточные скрепления должны:

• 
  длительно обеспечивать неизменность ширины колеи;
  
• 
  допускать регулировку положения рельсовых нитей по высоте и в плане;
  
• 
  надежно закреплять рельсы от угона;
  
• 
  должны обладать пружинящими свойствами (пружинностью), обеспечивая оптимальную пространственную упругость пути и надежную упругую связь рельсов с опорами;
  
• 
  иметь минимум деталей, быть простыми, надежными и недорогими в изготовлении, удобными при монтаже и эксплуатации;
  
• 
  быть экономичными.
  

Стыковые скрепления должны обеспечить:

• 
  надежность соединения рельсов;
  
• 
  на электрифицированных участках и участках, оборудованных автоблокировкой, - наименьшее сопротивление прохождению электрического тока;
  
• 
  на границах блок-участков воспрепятствовать прохождению сигнального тока.
  

Общие требования к обеим группам скреплений:

• 
  быть малодетальными, простыми и удобными в изготовлении, монтаже, содержании;
  
• 
  обладать большим сроком службы;
  
• 
  обеспечить экономическую эффективность конструкции верхнего строения пути.
  

Стыками называют места соединения рельсов друг с другом. По конструкции различают стыки:

• 
  болтовые,
  
• 
  электроизолирующие,
  
• 
  сварные.
  

В болтовых стыках между концами рельсов, прикрытых накладками, оставляют зазоры для возможных изменений длин обоих рельсов при изменении их температуры. Максимально допустимая величина зазора при рельсах длиной 25 м – 22 мм, при рельсах длиной 12,5 м – 18 мм.

Электроизолирующие стыки укладываются на границах блок-участков. Их назначение не пропускать электрический ток (сигнальный и обратный тяговый) с одной рельсовой цепи к другой. Такие стыки устанавливаются в створе с входными, выходными, проходными и маневровыми светофорами, а также на стрелочных переводах. Сдвижка изолирующих стыков относительно светофора допускается до 10,5 м по направлению движения и до 2 м против движения.

Сварные стыки обычно образуются электроконтактной или алюмотермитной сваркой при изготовлении бесстыковых рельсовых плетей из рельсов стандартной длины (25 м).

4.3.1. Промежуточные скрепления для деревянных шпал

Промежуточные скрепления для деревянных шпал делятся на:

• 
  бесподкладочные – без металлических подкладок под рельсами;
  
• 
  подкладочные:
  

• 
  нераздельные,
  
• 
  смешанные,
  
• 
  полураздельные,
  
• 
  раздельные.
  

При нераздельных скреплениях рельс через подкладку соединяется непосредственно с опорой. Нераздельные скрепления могут быть костыльными и шурупными. Костыльные скрепления являются самыми простыми, удобными при сборке и разборке и применяются в основном на звеньевом пути. Основной недостаток – плохая связь рельса с подкладкой и подкладки со шпалой.

При смешанных скреплениях рельс через подкладку соединяется с опорой, и, кроме того, подкладка самостоятельно прикрепляется к опоре.

Полураздельные скрепления – с одной стороны рельса скрепление осуществлено, как нераздельное, а с другой – как раздельное.

Раздельные скрепления – рельс скреплен только с подкладкой, а подкладка независимо от рельса соединена с опорой.

В настоящее время в постоянной эксплуатации находятся в основном два типа скреплений – смешанное скрепление ДО (рис. 4.2) и раздельное скрепление КД (рис. 4.3, а). Применяется также скрепление Д4 (рис. 4.3, б).


Рис. 4.2. Смешанное скрепление ДО:

1 – рельс; 2 – костыль; 3 – подкладка; 4 - шпала
Подкладку к шпале принято пришивать двумя обшивочными костылями, а рельс к шпале на прямых участках пути – костылями, расположенными диагонально. На кривых при необходимости рельсы к шпалам пришивают дополнительно костылями. основными недостатками скрепления ДО являются: смятие древесины под подкладкой и разработка костыльных отверстий, возможность напресовки снега и засорителей под подошвой рельса, что является причиной уширения колеи и схода подвижного состава.

В раздельном скреплении КД металлическая подкладка крепится к шпале четырьмя шурупами, а рельс прижимается к подкладке двумя жесткими П-образными клеммами и клеммными болтами. Это скрепление в отличие от скрепления ДО обеспечивает постоянное прижате рельса к подкладке и позволяет производить регулировку рельса по высоте до 14 мм. При этом обеспечивается стабильность ширины колеи и облегчается смена рельсов. Основной недостаток скрепления КД – его многодетельность и большая материалоемкость.

Скрепления типа Д4сравнительно мало, они отличаются многодетальностью и металлоемкостью. Они сильнее, чем костыли, зажимают рельсы и таким образом препятствуют угону пути. Такие скрепления могут использоваться при укладке бесстыкового пути. Между рельсом и подкладкой укладываются прокладки разной толщины, что позволяет регулировать положение рельсов по высоте.


Рис. 4.3. Раздельное скрепление для деревянных шпал:

а – типа КД; типа – Д4; 1 – двухвинтовая шайба; 2 – шуруп;

3 – подкладка; 4 – клеммный болт; 5 – клемма; 6 – подрельсовая площадка; 7 – прокладка под подкладку

4.3.2. Промежуточные скрепления для железобетонных шпал

Скрепления для железобетонных шпал могут быть:

• 
  подкладочными и бесподкладочными;
  
• 
  жесткими и упругими;
  
• 
  раздельными и нераздельными.
  

В главном пути РЖД эксплуатируются следующие промежуточные рельсовые скрепления:

• 
  КБ-65 (88,8%),
  
• 
  ЖБР-65 (7,9%),
  
• 
  АРС(2,86%),
  
• 
  ЖБР-65Ш (0,3%),
  
• 
  КН-65 (0,12%),
  
• 
  ЖБР-65П.
  

Наиболее распространенным промежуточным скреплением для железобетонных шпал является раздельное скрепление КБ с жесткими клеммами. Типовое раздельное клеммно-болтовое скрепление работает в главном пути более 50 лет. В таком скреплении рельс прижимается к подкладке двумя жесткими клеммами, а подкладка крепится к шпале двумя закладными болтами. Основными недостатками скрепления КБ является его многодетальность (21 деталь), материалоемкость (41,6 т металла и 2,1 т полимеров на 1 км пути) и большое количество болтов (16 тыс. болтов на 1 км). Степень натяжения болтов быстро ослабевает, что требует регулярной и частой проверки, смазки и подтяжки.

В пути с железобетонными шпалами проходят проверку нераздельные скрепления БП, которые могут быть подкладочными или бесподкладочными.

Бесподкладочные упругие нераздельные скрепления ЖБР с прутковой клеммой обладают большей, чем у КБ, стабильностью натяжения болтов. недостаток таких скреплений – высокая трудоемкость при сборке рельсошпальной решетки и недостаточная стабильность ширины колеи в кривых. Разновидностями таких скреплений являются скрепления ЖБР-65П и ЖБР-65Ш.

В модернизированном подкладочном скреплении ЖБР-65П вместо плоских клемм применены пружинные прутковые и металлическая подкладка. Бесподкладочное шурупно-дюбельное скрепление ЖБР-65Ш имеет два шурупа, которые ввинчиваются в дюбели, заделанные в шпалу, и прижимают клеммы к подошве рельса.

Нераздельное клеммно-болтовое скрепление БП имеет два закладных болта, которыми при помощи упругих клемм рельс прижимается к подкладке, а подкладка – к шпале. Преимуществом данного скрепления перед скреплением КБ является возможность регулировки положения рельса по высоте до 20 мм. Скрепление БП может быть подкладочным или бесподкладочным.

В Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) разработано безболтовое анкерное рельсовое скрепление АРС, которое может работать на магистральных линиях при любых скоростях движения и грузонапряженности. Его положительные качества - высокая надежность и обеспечение стабильности ширины колеи и небольшая материалоемкость (экономия металла не менее 15 т на 1 км), простота сборки. Скрепление является нераздельным, основной элемент скрепления – замоноличенный в бетонную шпалу анкер рамноарочного типа. Скрепление модификаций АРС-4 (рис. 4.4) позволяет регулировать положение рельса по высоте до 20-24 мм.

Основным недостатком скреплений ЖБР и АРС является недостаточная обеспеченность стабильной ширины колеи в кривых участках пути, особенно в крутых кривых. Причиной этого является плохое качество полимерных элементов скреплений.



Рис. 4.4. Нераздельное упругое анкерное скрепление АРС-4:

1 – упругая клемма; 2, 3 – монорегулятор-фиксатор; 4 – подклеммник; 5 – анкер; 6 – изолирующий уголок; 7 – резиновая прокладка.
Сроки службы скреплений в настоящее время не позволяют повысить надежность работы пути. Назначенный ресурс скреплений должен составлять не менее 1 млрд. т брутто. Для повышения надежности скреплений допускается периодическая замена подрельсовых прокладок при смене рельсов.

4.4. Подрельсовые опоры: шпалы и брусья

Назначение подрельсовых опор:

• 
  воспринимать давление от рельсов и передавать его на балластную призму;
  
• 
  упруго перерабатывать динамическое воздействие на путь;
  
• 
  сохранять неизменность ширины колеи;
  
• 
  совместно с балластом обеспечивать стабильность пути в горизонтальной и вертикальной плоскостях;
  
• 
  обеспечить электрическую изоляцию рельсовых нитей друг от друга.
  

Подрельсовые опоры должны обладать:

• 
  прочностью, устойчивостью и долговечностью;
  
• 
  надежной сопротивляемостью продольным и поперечным перемещениям в балласте;
  
• 
  упругостью и диэлектрическими свойствами;
  
• 
  дешевизной, недефицитностью и технологичностью.
  

Деревянные шпалы и брусья
Основными достоинствами деревянных шпал и брусьев являются:

• 
  хорошая упругость;
  

• 
  простота формы, изготовления и эксплуатации (транспортировка, смена, прикрепление рельсов, изменение ширины колеи и т.п.);
  
• 
  хорошее сцепление со щебнем;
  
• 
  сравнительно небольшая масса (около 70 кг);
  
• 
  большое электрическое сопротивление.
  

Недостатки деревянных шпал и брусьев:

• 
  малый срок службы из-за гниения, механического износа и растрескивания (около 15 лет);
  
• 
  большой расход дефецитной древесины (на 1 км пути около 2 га леса с деревьями диаметром 26-28 см возраста 80-100 лет);
  
• 
  неоднородность упругости пути по длине из-за разных размеров шпал.
  

Основными породами для шпал и брусьев могут быть сосна, ель, пихта, лиственница, кедр и береза. Н отечественных дорогах шпалы изготавливаются в основном из хвойных пород.

По форме поперечного сечения шпалы подразделяются на 3 группы (рис. 4.5а):

• 
  обрезные – пропилены четыре стороны;
  
• 
  полуобрезные – пропилены три стороны;
  
• 
  необрезные – пропилены две противоположные стороны (пласти шпалы).
  

Переводные брусья изготавливаются двух видов (рис. 4.5б):

• 
  обрезные – пропилены четыре стороны (на мостах используются только обрезные брусья);
  
• 
  необрезные – пропилены две противоположные стороны.
  

а)
б)

Рис. 4.5. Поперечное сечение деревянных шпал (а) и переводных брусьев (б):

шпалы: 1 – обрезные; 2 – полуобрезные; 3 – необрезные;

брусья: 4 – обрезные; 5 – необрезные

h – толщина; b, b' – ширина верхней пласти; b₁, b₂ – ширина нижней пласти
Длина деревянных шпал 275 см. По индивидуальному заказу для линий с высокой грузонапряженнностью поставляются шпалы длиной 280 см, а на участках совмещенного движения с разной шириной колеи (1520 мм и 1435 мм вблизи границ государств Западной Европы) укладывают шпалы длиной 300 см.

Количество шпал на 1 км пути называется эпюрой шпал. Обычно эпюра составляет 1840 шпал/км. Усиленная эпюра – 2000 шпал/км; присутствует в кривых участках, на мостах, в тоннелях, при использовании бесстыкового пути.

Длина стрелочных брусьев изменяется от 3 до 5,5 м (удвоенная длина шпалы) с шагом 0,25 м. Длина мостовых брусьев обычного сечения – 3,25 м. Чем больше расстояние между осями продольных балок или ферм моста, тем больше должно быть поперечное сечение мостовых брусьев и их длина.
Области применения деревянных шпал:

• 
  звеньевой путь, особенно в кривых малых радиусов (менее 300 м), где необходимо уширение колеи до 1530 и 1535 мм;
  
• 
  новостройки с нестабилизированным земляным полотном, особенно на вечномерзлых и болотистых основаниях;
  
• 
  участки с пучинообразованием;
  
• 
  засоряемые участки, где периодичность ремонтов пути, связанных с очисткой щебеночного балласта, всего 2-3 года;
  
• 
  высокогрузонапряженные участки (более 80-100 млн. ткм брутто/км в год), где применение бесстыкового пути с железобетонными шпалами малоэффективно.
  

Железобетонные шпалы и брусья
Железобетонные шпалы являются цельнобрусковыми, изготавливаются из тяжелого бетона и армируются предварительно напряженной стальной проволочной или стержневой арматурой периодического профиля диаметром 3 мм. В отличие от деревянной шпалы, форма которой была предопределена природой, при проектировании железобетонной шпалы ей придали более целесообразную форму, улучшающую рабочие параметры.

В связи с тем, что наибольшие прогибы и давление на балласт возникают у торцов шпалы, ширина ее подошвы уменьшена в средней части до 250 мм и увеличена у торцов до 300 мм. Толщина шпалы переменна по длине – больше в подрельсовом сечении (место, где возникает наибольшее давление); в этом же месте сделано углубление для установки рельса.
К достоинствам железобетонных шпал относится:

• 
  увеличение межремонтного периода благодаря долговечности шпал (до 30-50 лет);
  
• 
  повышение устойчивости бесстыкового пути против выброса (на 15-20% по сравнению с деревянными шпалами);
  
• 
  повышение стабильности ширины рельсовой колеи, а также улучшение однородности упругих свойств по длине пути и плавности движения поездов (особенно важно на скоростных линиях).
  

Недостатки железобетонных шпал:

• 
  повышенная (в 2-3 раза) продольная и поперечныя жесткость пути, которую приходится снижать при помощи резиновых прокладок-амортизаторов;
  
• 
  хрупкость и чувствительность к ударным воздействиям;
  
• 
  повышенное давление на балласт;
  
• 
  недостаточная работоспособность под рельсовыми стыками (отказы в 2 раза чаще, чем под средней частью рельса);
  
• 
  необходимость укладки электроизолирующих элементов (имеют малый срок службы);
  
• 
  большая масса шпалы (около 265 кг) затрудняет одиночную смену дефектных шпал без мощных кранов.
  

Области применения железобетонных шпал:

• 
  в сочетании с бесстыковым путем (звеньевой путь с железобетонными шпалами – конструкция, не оправданная технически и экономически);
  
• 
  на линиях со скоростями движения пассажирских поездов более 140 км/ч благодаря высокой стабильности и равноупругости такого пути.
  

4.5. Порядок выполнения задания

Задание (для специальности «Логистика»). Начертить поперечное сечение рельса заданного типа.

1. 
   Чертеж выполняется на листе формата А4 в масштабе М 1:1. Название чертежа «Поперечное сечение рельса …» (вместо многоточия указывается заданный тип рельса).
   
2. 
   По центру листа провести вертикальную штрихпунктирную линию (ось рельса), от которой отмеряются все горизонтальные размеры.
   
3. 
   Вертикальные размеры отмеряются от основания подошвы рельса.
   
4. 
   Кривые изображаются от руки или при помощи лекал.
   
5. 
   Указать все вертикальные и горизонтальные размеры и радиусы всех кривых.
   

4.6. Контрольные вопросы

1. 
   Виды верхнего строения пути.
   
2. 
   Что относится к верхнему и нижнему строению пути?
   
3. 
   Назначение и свойства рельсов.
   
4. 
   Что такое дефектный и остродефектный рельс?
   
5. 
   Что такое промежуточные и стыковые рельсовые скрепления?
   
6. 
   Что такое стык рельса? Какие стыки бывают по конструкции?
   
7. 
   Классификация промежуточных рельсовых скреплений.
   
8. 
   Какие типы промежуточных рельсовых скреплений относятся к упругим, а какие к жестким?
   
9. 
   На какие группы делятся деревянные шпалы в зависимости от поперечного сечения?
   
10. 
    Области применения железобетонных шпал.