лекции ОКЖД. лекции. Курс лекций для студентов специальности 190300. 65 Подвижной состав железных дорог
 Скачать 4.49 Mb.
|
|
5.2. Устройство верхнего строения пути и его элементы. Бесстыковой путь Верхнее строение пути (ВСП) служит для направления движения подвижного состава, восприятия силовых воздействий от его колес и передачи их на нижнее строение. Верхнее строение пути (рис. 5.10) пред- ставляет собой комплексную конструкцию, включающую в себя балласт- ный слой, шпалы, рельсы, рельсовые скрепления, противоугоны, стре- лочные переводы, глухие пересечения, мостовые и переводные брусья. 1 2 3 4 5 5400 7000 3200 1520 +8 –4 Рис. 5.10. Элементы верхнего строения пути: 1 – рельс; 2 – промежуточные рельсовые скрепления; 3 – шпала; 4 – балласт; 5 – дорнит Рельсы непосредственно воспринимают нагрузку от подвижно- го состава, которая через шпалы и балластный слой передается на земляное полотно. Толщина балластного слоя и расстояние между шпалами должны быть такими, чтобы давление на земляное полотно не превышало величины, обеспечивающей его упругую осадку, ис- чезающую после снятия нагрузки (рис. 5.11). Рельсы, соединенные со шпалами, образуют рельсошпальную (пу- тевую) решетку. При этом шпалы заглубляются в балластный слой, укладываемый на основную площадку земляного полотна, покрытую строительным иглопробивным материалом (геотекстиль) дорнит. Верхнее строение пути, подверженное воздействию неблагопри- ятных факторов (проходящие поезда, атмосферные осадки, ветер, колебания температуры), должно быть достаточно прочным, устой- чивым, долговечным и экономичным. 53 (700...900) МПа (3,5...4,0) МПа (0,15...0,3) МПа (0,08...0,1) МПа (0,08...0,1) МПа 0,2 МПа Р дин = 100...250 кН Рис. 5.11. Распределение напряжений между элементами ВСП 5.2.1. Дорнит Дорнит – это нетканое (реже тканое) геотекстильное полотно. Геотекстиль дорнит выполняет функцию разделения слоев и позво- ляет перераспределить напряжение в основании насыпи, увеличить несущую способность основания, устойчивость откосов, улучшить условия уплотнения земляного полотна. Также в данном применении геотекстиля дорнит выполняется функция армирования при проек- тировании насыпей из грунта повышенной влажности (рис. 5.12). Без геотекстиля С геотекстилем Рис. 5.12. Увеличение несущей способности основания 54 «Геотекстиль» переводится с латыни как наземная ткань. Сам же «дорнит» имеет уже русские корни. Название этого материала можно разложить на составляющие части: «дор» – сокращение от слова «до- рога», «нит» – сокращение от слова «нити». Слой из геотекстиля дорнит раскатывают в продольном направ- лении по всей ширине земляного полотна и укладывают внахлест (рис. 5.13). Рис. 5.13. Дорнит и его применение Основой для производства геотекстиля дорнит служит полиэфир- ное волокно. В настоящее время насчитывается около пятидесяти ви- дов геотекстильного полотна, отличающегося физико-химическими, а следовательно, и эксплуатационными характеристиками. Рабочая температура геотекстиля дорнит составляет от – 60 до + 100° С, что позволяет применять его на всей территории нашей страны. 5.2.2. Балластный слой Основным назначением балластного слоя является восприятие давления от шпал и равномерное распределение его по основной площадке земляного полотна; обеспечение устойчивости шпал, на- ходящихся под воздействием вертикальных и горизонтальных сил, упругости подрельсового основания и возможности выравнивания рельсошпальной решетки в плане и профиле; отвод от нее поверхност- ных вод. Во избежание переувлажнения основной площадки вода не должна задерживаться на поверхности балластного слоя. 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, раз- 55 дуваться ветром, размываться дождями и прорастать травой. В качестве балласта используют сыпучие, хорошо дренирующие упругие мате- риалы: щебень, гравий, песок, ракушечник. Лучшим материалом для балласта является щебень из естественного камня, валунов и гальки. Путевой щебень, применяемый на железных дорогах России, вы- пускают в виде двух основных фракций с размерами частиц 25... 60 и 25... 50 мм. Для балластировки станционных путей и применения в качестве строительного материала стандартом предусмотрен также мелкий щебень с размерами частиц 5...25 мм. Балластный слой укладывают в виде призмы, которая имеет от- косы крутизной, как правило, 1:1,5. Ширина ее верхней части уста- навливается техническими условиями. Размеры балластной призмы должны обеспечивать устойчивость рельсо-шпальной решетки и напряжения на поверхности земляного полотна не выше допускаемых (рис. 5.14). Согласно экспериментальным и теоретическим исследованиям, давление выравнивается на глубине 75 см. [см] 60,0 7 4,5 50,0 35,5 15 Рис. 5.14. Распределение давления в балластном слое 5.2.3. Шпалы Шпалы являются основным видом подрельсовых оснований и служат для восприятия давления от рельсов и передачи его на бал- ластный слой. Кроме того, шпалы предназначены также для кре- 56 пления к ним рельсов и обеспечения постоянства ширины колеи. Помимо шпал, к подрельсовым основаниям относятся мостовые и переводные брусья, отдельные опоры в виде полушпал, а также сплошные опоры в виде плит и рам. Шпалы должны быть прочными, упругими и обладать достаточным сопротивлением электрическому току. Материалом для шпал служит дерево (сосна, ель, пихта, ли- ственница, кедр, бук, береза), железобетон и металл. Около 90% всех шпал на железных дорогах составляют деревян- ные, пропитанные масляными антисептиками, срок службы которых составляет 15 лет. Стандартная длина деревянных шпал 2750 мм с от- клонениями не более ± 20 мм и шириной по верху 150, 160 и 165 мм. По форме поперечного сечения деревянные шпалы делятся на об- резные (пропилены четыре стороны), полуобрезные (пропилены три стороны) и необрезные (пропилены две стороны) (рис. 5.15) . Порядок расположения шпал по длине рельсового звена называют эпюрой шпал. На железных дорогах России и стран СНГ применяют четыре эпюры, соответствующие укладке 1440, 1600, 1840 и 2000 шпал на 1 км пути. a б в 180 18 0 15 0 250 250 250 250 15 0 18 0 18 0 180 210 280 150 150 195 230 230 230 230 230 230 15 0 15 0 13 0 16 0 16 0 140 140 190 Тип I Тип I Тип I Тип II Тип II Тип II Тип III Тип III Тип III 260 10 5 Рис. 5.15. Формы поперечных сечений деревянных шпал: а – обрезные; б – полуобрезные; в – необрезные 57 На железных дорогах России наряду с деревянными получили широкое распространение железобетонные шпалы с предваритель- но напряженной арматурой (рис. 5.16). Их достоинствами являются долговечность (40…50 лет), обеспечение высокой устойчивости пути и плавности хода поездов, что обусловлено одинаковыми размерами и равной упругостью шпал. Кроме того, применение железобетон- ных шпал позволяет сберечь древесину для других нужд. Благодаря указанным качествам они уже используются на главных путях всех основных направлений сети, в том числе на участках скоростного движения поездов. К недостаткам железобетонных шпал относятся большая мас- са, наличие электропроводности, высокая жесткость и сложность крепления рельсов к ним. Для повышения упругости пути с желе- зобетонными шпалами под рельсы укладывают амортизирующие прокладки. Во избежание утечки электрического тока применяют рельсовые скрепления специальной конструкции с электроизоляци- онными деталями. Железобетонные шпалы изготавливают из тяже- лого бетона с арматурой из стальной углеродистой холоднотянутой проволоки периодического профиля диаметром 3 мм. На станциях метро и при устройстве смотровых канав в депо вместо сплошных шпал используются полушпалы, заглубленные в бетон. 2016 300 480 240 330 203 203 406 310 300 1050 23 0 15 0 2700 19 3 20 6 14 5 > 1:20 < 1:20 Рис. 5.16. Железобетонная шпала Ш-1-1 5.2.4. Рельсы Рельсы предназначены для направления движения колес под- вижного состава, восприятия нагрузки от него и передачи ее на шпалы. Кроме того, на участках с автоблокировкой рельсы служат проводниками сигнального тока, а при использовании электротя- ги – проводниками обратного тягового тока. Для надежной работы рельсы должны быть достаточно прочными, долговечными, изно- 58 соустойчивыми, твердыми и в то же время нехрупкими, так как они воспринимают ударно-динамическую нагрузку. Материалом для их изготовления служит высокопрочная углеродистая сталь. В зави- симости от массы и поперечного профиля рельсы подразделяют на несколько типов: Р50, Р65 и Р75. Буква Р означает рельс, а число – округленное значение массы, кг, одного погонного метра рельса. Поскольку наибольшее воздействие на рельс оказывает вертикальная нагрузка, стремящаяся изогнуть его, рациональной формой рельса считается двутавровая, одновременно обеспечивающая и меньший расход металла (рис. 5.17). 1 2 3 S по д h по д b под S ш h ш h г h р b b м г г в Рис. 5.17 – Поперечное сечение рельса: 1 – головка рельса; 2 – шейка; 3 – подошва; h p – высота рельса; h г – высота головки; h ш – высота шейки; h под – высота подошвы; н г b – ширина нижней части головки; b под – ширина подошвы; в г b – ширина верхней части головки; S ш – толщина шейки; к под S – толщина подошвы у края Выбор того или иного типа рельсов зависит от грузонапряженно- сти линии, нагрузок и скоростей движения поездов. На линиях ско- ростного движения пассажирских поездов укладывают рельсы Р65. Рельсы выпускают стандартной длины 25 м. Кроме того, для укладки в кривых изготавливают укороченные рельсы длиной 24,92 и 24,84 м. 59 В качестве уравнительных рельсов для бесстыкового пути, а также при укладке стрелочных переводов используют рельсы прежней стан- дартной длины (12,5 м) и укороченные (12,46; 12,42 и 12,38 м). Срок службы рельсов, измеряемый числом тонн брутто проследовавшего по ним груза, до их перекладки в среднем составляет для термически упрочненных рельсов Р65 – 500 млн т, а для Р50 – 350 млн т. Срок службы рельсов Р75 примерно на 30 % больше, чем у рельсов Р65. 5.2.5. Рельсовые скрепления. Противоугоны Рельсовый путь представляет собой две непрерывные рельсовые нити, расположенные на определенном расстоянии одна от другой благодаря креплению рельсов к шпалам и отдельных рельсовых зве- ньев друг к другу. Рельсы соединяют со шпалами с помощью про- межуточных скреплений, которые должны обеспечивать надежную и достаточно упругую их связь, неизменную ширину колеи и не- обходимый уклон рельсов, не допускать их продольного смещения и опрокидывания, а при использовании железобетонных шпал по- мимо этого электрически изолировать рельсы и шпалы. Существуют три основных типа промежуточных скреплений: нераздельные, сме- шанные и раздельные (рис. 5.18). а б в 1 2 3 4 1 1 2 3 3 4 4 12 13 5 6 7 9 8 11 10 Рис. 5.18. Рельсовые скрепления: а – нераздельное; б – смешанное; в – раздельное скрепление типа КБ для железобетонных шпал; 1 – рельс; 2 – костыль; 3 – подкладка металлическая; 4 – шпала; 5 – клеммный прижимной болт; 6 – клемма, 7 – изолирующая втулка; 8 – закладной болт; 9 – анкерная шайба; 10 – прокладка; 11— резиновая подкладка; 12 –плоская шайба; 13 – шайба пружинная двухвитковая При нераздельном скреплении рельс и подкладки, на которые он опирается, крепят к шпалам одними и теми же костылями или шу- рупами. При смешанном скреплении подкладки, кроме того, крепят 60 к шпалам дополнительными костылями. Смешанное костыльное скрепление с применением клинчатых подкладок, имеющих уклон 1:20, широко распространено на дорогах нашей страны. Его достоин- ствами являются простота конструкции, небольшая масса, сравни- тельная легкость зашивки, перешивки и разборки пути. Однако такое скрепление не гарантирует постоянства ширины колеи и способству- ет механическому изнашиванию шпал. При раздельном скреплении рельс соединяют с подкладками жесткими или упругими клеммами и клеммными болтами, а подкладки крепят к шпалам болтами или шу- рупами. Достоинства раздельного скрепления (возможность смены рельсов без снятия подкладок, большое сопротивление продольным усилиям, обеспечение постоянства ширины колеи) способствуют все более широкому его применению, хотя оно несколько дороже и слож- нее по конструкции скреплений других видов. На железных дорогах России широко распространено раздельное скрепление КБ-65. Его недостатками являются большое число деталей, значительная масса и высокая жесткость. Поэтому в настоящее время началось актив- ное внедрение нового бесподкладочного пружинного раздельного скрепления пониженной жесткости – ЖБР-3-65, у которого масса и число деталей уменьшены более чем в 1,5 раза (рис. 5.19). Кроме того, разработано анкерное рельсовое скрепление АРС-4, наиболее перспективное для пути с железобетонными шпалами. Благо- даря отсутствию резьбовых соединений оно не требует обслуживания, что позволяет существенно сократить затраты на содержание пути. Рис. 5.19. Бесподкладочное пружинное раздельное скрепление 61 Рельсовые звенья соединяют друг с другом с помощью стыковых скреплений, основными элементами которых являются накладки, болты с гайками и пружинные шайбы (рис. 5.20). а б А – А А А Внутренняя сторона колеи 1 2 3 4 5 Рис. 5.20. Стыковое скрепление рельсов: а – общий вид; б – схема крепления; 1 – подкладка; 2 – путевой болт; 3 – двухголовая накладка; 4 – пружинная шайба; 5 – гайка Стыковые накладки предназначены для восприятия в стыке изги- бающих и поперечных сил. Двухголовые накладки изготавливают из высокопрочной стали и подвергают закалке. Болты, как и накладки, должны обладать высокой прочностью. Под их гайки для обеспечения постоянного натяжения подкладывают пружинные шайбы. В послед- нее время переходят на применение шестидырных накладок. По расположению относительно шпал в качестве стандартных при- няты стыки на весу, что обеспечивает большую упругость и удобство 62 подбивки балласта под стыковые шпалы. Так как с изменением тем- пературы длина рельсов меняется, между их торцами в стыках остав- ляют зазор, наибольшая величина которого во избежание сильных ударов колес подвижного состава не должна превышать 21 мм. Каж- дому значению температуры воздуха (и рельсов) соответствует опреде- ленный стыковой зазор. Для обеспечения возможности некоторого перемещения концов рельсов в стыках болтовые отверстия в ранее изготавливавшихся рельсах имели форму овала (с большой осью, на- правленной вдоль рельса) или круга большего диаметра, чем у болтов. Вновь выпускаемые рельсы имеют только круглые отверстия, что по- вышает прочность рельсов и упрощает технологию их изготовления. На линиях с автоблокировкой на границах блок-участков при- меняют изолирующие стыки, препятствующие прохождению электрического тока от одного из соединяемых рельсов к другому. В стыковой зазор помещают прокладку из текстолита или трикопа, имеющую очертания рельса. В последнее время все шире применяют клееболтовые стыки, в которых металлические стыковые накладки, изолирующие прокладки из стеклоткани и болты с изолирующими втулками соединяют с помощью эпоксидного клея с концами рель- сов в монолитную конструкцию. На линиях с электрической тягой и автоблокировкой для беспрепятственного прохождения тока через стык устанавливают специальные стыковые соединители. Под действием сил, которые возникают при движении поездов, особенно при торможении на затяжных спусках, может происходить продольное перемещение рельсов по шпалам или вместе со шпалами по балласту, называемое угоном пути. Для предотвращения угона пути применяют противоугоны (рис. 5.21). а б Рис. 5.21. Пружинный противоугон: а – общий вид; б – рабочее положение 63 Стандартные пружинные противоугоны представляют собой пру- жинную скобу, защемляемую на подошве рельса и упирающуюся в шпалу. На 25-метровом рельсовом звене устанавливают от 18 до 44 пар противоугонов. 5.2.6. Бесстыковой путь В настоящее время на железных дорогах широкое распростране- ние получил наиболее совершенный – бесстыковой путь (рис. 5.22). Благодаря устранению стыков ослабляется динамическое воздействие на путь, существенно уменьшаются износ колес подвижного состава и сопротивление движению поездов, что снижает расход топлива и электроэнергии на обеспечение тяги поездов. Значительное сокра- щение числа стыковых скреплений посредством сварки отдельных рельсовых звеньев в плети позволяет сэкономить до 1,8 т металла на каждый километр пути, снизить расходы на его содержание и ремонт. Срок службы рельсов бесстыкового пути возрастает примерно на 20 % по сравнению со стыковым, деревянных шпал – на 8... 13 %, балласта (до очистки) – на 25 %, а затраты труда на текущее содержание пути снижаются на 10...30 %. Рис. 5.22. Вид бесстыкового пути Для бесстыкового пути рельсовые плети изготавливают, как пра- вило, из термически упрочненных рельсов Р65 или Р75 стандартной длины, не имеющих болтовых отверстий. Рельсы сваривают электро- контактным способом на стационарных или передвижных контактно- 64 сварочных машинах. Между сварными плетями укладывают 2–4 пары уравнительных рельсов длиной 12,5 м или переменной длины (12,5; 12,46; 12,42 и 12,38 м) для сезонного регулирования длины плетей перед летними и зимними периодами. Весь комплект уложенных на путь уравнительных рельсов называется уравнительным пролетом. Для обеспечения необходимой прочности пути рельсовые стыки в уравнительных пролетах соединяют только шестидырными наклад- ками и стыковыми болтами из стали повышенной прочности. На первых этапах внедрения бесстыкового пути длина сварных плетей на сети железных дорог России обычно не превышала 800 м, что соответствовало длине специальных поездов, которые состав ляли из платформ, оборудованных роликами. Этими поездами плети до- ставляли на перегон. С 1986 года после многолетних опытов разреше- на укладка плетей, длина которых совпадает с длиной блок-участка и даже перегона, с введением ряда дополнительных требований к их изготовлению и эксплуатации. Одна из основных особенностей бесстыкового пути состоит в том, что длина хорошо закрепленных рельсовых плетей при повышении или понижении температуры не может изменяться. Вследствие этого в них возникают значитель- ные продольные растягивающие или сжимающие силы, достигаю- щие 100...200 кН, действие которых в жаркую погоду может приве- сти к выбросу пути в сторону, а в сильный мороз – к излому плети с образованием опасного зазора. Поэтому бесстыковой путь обычно укладывают на железобетонных шпалах с раздельным скреплением и щебеночном балласте. Балластную призму тщательно уплотняют. Применение бесстыкового пути особенно эффективно на участках скоростного движения поездов. На этих участках к верхнему стро- ению пути предъявляют повышенные требования, уделяя особое внимание предотвращению и устранению волнообразного износа по- верхности катания рельсов, который ликвидируется их обработкой, осуществляемой специальными рельсошлифовальными поездами. Презентация на 13 слайдах. |