Понятия о комплексе сооружений и устройств на железнодорожном транспорте. жд транспорт. Тема железнодорожный транспорт 1 Нижнее строение пути Железнодорожный путь
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
ТЕМА 2. Железнодорожный транспорт 2.1 Нижнее строение пути Железнодорожный путь это комплекс инженерных сооружений и устройств, предназначенный для пропуска по нему поездов с установленной скоростью. От состояния пути зависит непрерывность и безопасность движения поездов. Железнодорожные пути. Делятся на стационарные (пути на поверхности, транспортных бермах и в капитальных траншеях) и временные, периодически перемещаемые (на уступах и отвалах). Основные параметры. Основными параметрами, характеризующими путь, являются ширина рельсовой колеи, габариты и тип рельс. За ширину рельсовой колеи принимают кратчайшее расстояние между внутренними гранями головки рельсов. На открытых горных разработках в странах бывшего СССР применяют четыре ширины колеи: 1524, 1000, 900 и 750 мм. Стандартная ширина 1524 мм. Для большинства стран нормальной является колея 1435 мм. Минимальный радиус кривых при ширине колеи должен быть не менее 200 м на постоянных путях и 100 – 120 м на временных путях. Трассой железной дороги называют пространственное положение продольной оси пути, проходящей на уровне бровок земляного полотна. План железнодорожного пути представляет собой проекцию оси пути на горизонтальную плоскость и состоит из прямых и кривых участков пути. Продольный профиль пути – проекция оси пути на вертикальную плоскость, состоит из горизонтальных и наклонных участков. Уклон пути (подъем и спуск). Крутизна наклона элементов профиля характеризуется их уклоном, которым называется отношение разности высот точек по концам элемента к горизонтальному расстоянию между ними. Уклон пути обозначается числом тысячных со знаком ‰ (промилле). В зависимости от направления движения поезда каждый наклонный элемент профиля (уклон) будет или подъемом, или спуском. Горизонтальные элементы профиля называются площадками. Железнодорожный путь состоит из нижнего и верхнего строений. Нижнее строение включает земляное полотно (насыпи, выемки, полунасыпи, полувыемки, полунасыпи–полувыемки) и искусственные сооружения (мосты, тоннели, трубы, подпорные стены и др.) Земляным полотном называется сооружение, служащее основанием для верхнего строения пути. Оно представляет собой комплекс грунтовых сооружений, получаемых в результате обработки земной поверхности и предназначенных для укладки верхнего строения пути, обеспечения устойчивости пути и защиты его от воздействия атмосферных и грунтовых вод. Земляное полотно должно быть прочным и устойчивым от разрушительных сил природы: промерзания, оттаивания, действия воды, ветров, выветривания горных пород и т.д. Особо важно обеспечить надежный отвод воды, что достигается укреплением откосов насыпей и выемок, сооружением водоотводных устройств. Поперечный профиль земляного полотна –разрез, перпендикулярный продольной оси пути. Поперечные профили земляного полотна бывают типовые (рис. 1 – 2) и индивидуальные; типовые делятся на нормальные и специальные. Нормальные профили применяются при сооружении земляного полотна на надежном основании из обычных грунтов. Специальные профили используются в специальных условиях: при наличии вечной мерзлоты, подвижных песков, скальных песков, болот и т.п. Индивидуальные профили применяются в сложных топографических, гидрологических, геологических и климатических условиях. Рис. 1. Типовой поперечный профиль насыпи, 1– водоотводная канава; 2–бровка; 3–обочина; 5–балластный слой; 6–откос; 7–берма; 8–резерв Площадь грунта, на которую отсыпают насыпь, является ее основанием. Поверхность земляного полотна, на которую укладывают верхнее строение пути, называют основной площадкой. В зависимости от положения основной площадки относительно поверхности земли различают следующие виды земляного полотна (рис.3): насыпь (а), выемка (б), полунасыпь (в), полувыемка (г), полунасыпь– полувыемка (д), нулевое место (е). Места перехода из насыпи в выемку и места, где земляное полотно проходит в уровне с поверхностью земли, которую только планируют, но не срезают и не досыпают, называют нулевым местом. Рис. 2. Типовой поперечный профиль выемки, 1–полоса отвода; 2–нагорная канава; 3–кавальер; 4–забанкетная канава; 5–банкет; 6–кювет; 7–балластный слой; 8–обочина Высотой насыпи считается расстояние по оси земляного полотна от уровня бровок до основания, а глубиной выемки – расстояние от уровня бровок основной площадки до точки пересечения оси земляного полотна с линией, соединяющей бровки откосов выемки. Ширина земляного полотна поверху в прямых участках существующего пути на перегонах однопутных линий должна быть не менее 5,5 м, на двухпутных — 9,6 м, а в скальных и дренирующих грунтах не менее: на однопутных линиях — 5,0 м, двухпутных — 9,1 м. Минимальная ширина обочины должна быть не менее 0,4 м с каждой стороны пути. На кривых участках пути радиусом менее 2000 м земляное полотно уширяется с наружной стороны кривой на 0,1 — 0,5 м в зависимости отрадиуса и категории линии. Рис. 3. Поперечные профили земляного полотна: а – насыпь; б – выемка; в – полунасыпь; г – полувыемка; д – полунасыпь–полувыемка; е – нулевое место Искусственные сооружения устраиваются при пересечении железнодорожными линиями рек, каналов, дорог и других препятствий. К ним относятся мосты, путепроводы, виадуки, эстакады, тоннели, галереи, трубы и др. Мостом называется искусственное сооружение, устраиваемое над водным пространством. Мост состоит из пролетных строений, являющихся основанием для пути, и опор, поддерживающих пролетные строения. Мосты подразделяются по материалу, из которого изготавливаются, на: металлические, железобетонные, бетонные, каменные и деревянные. Мост состоит из опор и пролетных строений. На судоходных реках для пропуска судов строят разводные или подъемные мосты. Береговые опоры моста называются устоями, а промежуточные — русловыми опорами, или быками. К устоям примыкает земляное полотно, которое заканчивается конусами, отсыпаемыми с боков устоев. Поверхность конусов тщательно укрепляют от размыва. Промежуточными опорами мост разделяется на пролеты; в зависимости от их количества мосты бывают одно– и многопролетные. Нижняя часть опор, находящаяся в грунте, называется фундаментом. Путепроводы строят в местах пересечения железных и автомобильных дорог или двух железнодорожных линий. Они обеспечивают независимый и безопасный пропуск транспорта на пересечении дорог в разных условиях. Виадуки сооружают вместо высокой обычной насыпи при пересечении железной дорогой глубоких долин, оврагов, ущелий. Эстакады устраивают взамен больших насыпей в городах, где они меньше стесняют улицы и не препятствуют проезду и проходу под ними, а также на подходах к большим мостам через реки с широкими поймами разлива воды. Тоннели представляют собой искусственные сооружения для прокладки пути под землей. Транспортные тоннели по их месторасположению разделяют на горные, подводные и городские (метрополитены).В горной местности строительство тоннелей обходится дешевле, чем возведение очень высоких насыпей, виадуков, глубоких выемок или длинных обходов. Тоннели строят под один или два пути. В слабых грунтах стены тоннелей укрепляют каменной, бетонной, железобетонной или металлической обделкой. Она состоит из верхнего свода, боковых стен и подошвы. При большом горном давлении вместо подошвы устраивают обратный (нижний) свод. Для отвода воды из тоннеля делают лотки, а для укрытия людей, находящихся в нем во время прохода поезда, устраивают ниши. Входы в тоннель оформляются порталами. Водопропускные трубы под железнодорожными насыпями составляют половину всех искусственных сооружений. Область применения труб — малые водотоки, действующие периодически, при высоте насыпи не менее 2 м. Целесообразность строительства трубы или малого моста решается сравнением вариантов. Преимущества труб по сравнению с мостами — непрерывность земляного полотна, малая чувствительность к увеличению веса поездов, меньшие расходы на их содержание. Трубы бывают одно– и многоочковые (с одним или несколькими входными отверстиями), с диаметром от 1 до 6 м, по материалу — каменные, бетонные, железобетонные, металлические; по форме поперечного сечения — круглые, сводчатые, прямоугольные. Для обеспечения устойчивости откосов земляного полотна на крутых косогорах, берегах рек и морей служат подпорные стены, а при подходах к большим мостам для защиты их от опор от подмыва при паводках и повреждения льдом – регуляционные сооружения. В горах в местах возможных обвалов сооружают специальные галереи, а в местах возможных грязекаменных (селевых) потоков – селеспуски.При необходимости пропуска через путь потока воды (водовода) устраивают дюкеры, представляющие собой два колодца, расположенных с обеих сторон железнодорожного пути, соединенных трубой. 2.2 Верхнее строение пути Верхнее строение пути является единой комплексной конструкцией, состоящей из рельсов, скреплений с противоугонами, рельсовых опор, балласта, мостового полотна, стрелочных переводов, башмакосбрасывателей и других специальных устройств. Верхнее строение пути (далее ВСП) предназначено для восприятия нагрузок от подвижного состава, передачи их на земляное полотно и искусственные сооружения, а также для направления движения подвижного состава. Конструкция ВСП должна быть прочной, устойчивой, стабильной, износостойкой, экономной, обеспечивать безопасное и плавное движение поездов с установленными скоростями. Рельсы и рельсовые скрепления. Назначение рельсов — создать поверхности с наименьшими сопротивлениями для качения колес подвижного состава, непосредственно воспринимать и упруго передавать нагрузки от колес на шпалы и брусья, направлять движение колес подвижного состава, проводить сигнальный и обратный тяговый ток на участках с автоблокировкой и электрической тягой. Для надежной работы рельсы должны быть достаточно прочными, долговечными, износоустойчивыми, твердыми и в то же время нехрупкими, так как они воспринимают динамическую нагрузку. Материалом для рельсов служит высокопрочная углеродистая сталь. В зависимости от массы и поперечного профиля рельсы подразделяются на типы Р50, Р65 и Р75. Буква Р означает «рельс», а цифра – округленную массу 1 м в килограммах. Новые рельсы могут быть стандартной длины 25 м и 12,5 м. Для кривых изготавливают укороченные рельсы длиной 24.92 и 24.84 м, 12.46 и 12.38 м. Основные типы рельсов представлены рис. 4. Бесстыковой путь по сравнению со звеньевым является более прогрессивной конструкцией. Отсутствие в рельсовых плетях стыков позволяет улучшить плавность движения поездов, продлить сроки службы элементов верхнего строения пути, снизить расходы на содержание пути, ремонт подвижного состава и на тягу поездов, повысить надежность электрических рельсовых цепей, снизить уровень шума из–за отсутствия ударов колес в стыках. Основным отличием бесстыкового пути от звеньевого является то, что рельсовые плети не могут изменять свою длину при изменении температуры, кроме небольших перемещений концевых частей бесстыковых плетей. Это вызывает дополнительные сжимающие или растягивающие температурные напряжения в рельсовых плетях, равные 2,5 МПа на каждый градус повышения или понижения температуры рельсовой плети по сравнению с температурой ее при укладке (закреплении). Длина рельсовых плетей зависит от расположения изолирующих стыков, больших металлических мостов, переездов, стрелочных переводов и других местных условий. Стандартная длина плетей 400 и 800 м. Рис. 4. Основные типы рельсов Следует отметить, что чем длиннее плети, тем очевиднее преимущества бесстыкового пути. На ряде дорог имеется опыт укладки плетей длиной в блок–участок и даже на целый перегон. За рубежом есть плети длиной 30–40 км, когда пути перегона, стрелочные переводы и станционные пути сварены в единое целое. Рельсовый путь представляет собой две непрерывные рельсовые нити, расположенные на определенном расстоянии друг от друга. Это обеспечивается за счет крепления рельсов к шпалам и отдельных рельсовых звеньев между собой. Соединение рельсовых звеньев между собой осуществляется с помощью стыковых скреплений. Стыковые скрепления прочно соединяют рельсы в непрерывную нить. Места соединения называют рельсовыми стыками. Концы рельсов перекрываются накладками, которые через имеющиеся отверстия стягивают болтами. Под гайки болтов ставят пружинные или тарельчатые шайбы (рис. 5). Рис. 5. Рельсовый стык: 1 – костыль; 2 – подкладка; 3– болт; 4 – накладка; 5 – рельс; 6 – шайба; 7 – гайка По расположению относительно шпал различают стыки на весу, на шпалах и на сдвоенных шпалах. В качестве стандартных приняты стыки на весу, обеспечивающие большую упругость и удобство подбивки балласта под стыковые шпалы. Так как с изменением температуры длина рельсов меняется, между торцами рельсов в стыках оставляют зазор, наибольшая величина которого во избежание сильных ударов колес подвижного состава не должна превышать 35 мм. Каждой температуре рельсов соответствует определенный стыковой зазор. Величина конструктивного (нормального) зазора должна быть в пределах 21–22 мм. На линиях с автоблокировкой на границах блок–участков устраивают изолирующие стыки, чтобы электрический ток не мог пройти от одного из соединяемых рельсов к другому. Для разделения рельсовых цепей на электрически изолированные друг от друга участки применяются изолирующие стыки следующих конструкций: сборные с объемлющими металлическими накладками; сборные с двухголовыми металлическими накладками; клееболтовые с двухголовыми металлическими накладками; клееболтовые с полнопрофильными металлическими накладками; клееболтовые с металлокомпозитными накладками; сборные с композитными накладками. Все остальные стыки на перегонах являются токопроводящими. Для улучшения токопроводимости применяют рельсовые соединители: стыковые, стрелочные, междурельсовые и междупутные. По способу прикрепления к рельсам стыковые соединители делятся на штепсельные, приварныеи пружинные. Штепсельные и приварные стальные соединители применяют на неэлектрифицированных участках, оборудованных автоблокировкой. Медные стыковые приварные соединители применяют на участках электрической тяги с автоблокировкой. Рельсы к шпалам крепят с помощью промежуточных скреплений, которые должны обеспечивать надежную и достаточно упругую связь рельсов со шпалами, сохранять постоянство ширины–колеи и необходимую подуклонку рельсов, не допускать продольного смещения и опрокидывания рельсов. Шпалы служат для восприятия давления, от рельсов и передачи его на балластный слой, для крепления 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, дешевыми и обладать достаточным сопротивлением электрическому току. Материалом для шпал служит дерево, железобетон, металл. Деревянные шпалы. Их изготовляют из сосны, ели, пихты, лиственницы, кедра и березы. В путь их укладывают только после пропитки масляными антисептиками. По форме поперечного сечения деревянные шпалы подразделяются на три вида: обрезные, полуобрезные и необрезные (рис.6 а, б, в). Порядок расположения шпал подлине рельсового звена называют эпюрой шпал. На железных дорогах РФ применяют четыре эпюры, соответствующие укладке 1440, 1600, 1840 и 2000 шпал на 1 км пути Достоинство деревянных шпал: они упруги, легко обрабатываются, неэлектропроводны, устойчивы в балласте. В то же время деревянные шпалы стали очень дефицитными и дорогими, срок службы — небольшой, они выходят из строя из–за износа, трещин и гниения. Рис. 6. Поперечное сечение деревянных шпал: а – обрезная; б – полуобрезная; в – необрезная Шпалы по назначению подразделяются на три типа (табл. 4.1): I тип — для главных путей 1–го и 2–го классов; II тип — для главных путей 3–го и 4–го классов, подъездных, приемоотправочных и сортировочных путей; III тип — для любых путей 5–го класса. Таблица 4.1. Размеры деревянных шпал, мм Тип шпал Толщина, h Ширина, b Длина, l I 180 250 2750 II 160 230 2750 III 150 230 2750 Железобетонные шпалы. С 1956 г. в нашей стране началась массовая укладка железобетонных шпал. Арматура таких шпал состоит из 44 стальных проволок диаметром 3 мм. Эти проволоки до бетонирования подвергают сильному натяжению. После твердения бетона с проволоками последние освобождают от растягивающих сил, и они, стремясь возвратиться к своей первоначальной длине, сжимают бетон. Создается предварительное напряжение, предохраняющее шпалы от появления трещин во время эксплуатации. Железобетонные шпалы имеют одинаковые размеры (рис. 7), что положительно сказывается на плавности движения поездов, они не боятся воды, солнца, мороза и не гниют. Рис. 7. Железобетонная шпала Ш–1–1: 1 – закладная шайба; 2 – арматура Срок их службы предположительно 50 лет. Для уменьшения жесткости пути и электропроводности шпал под металлические подкладки и под рельсы укладывают резиновые упругие прокладки, а скрепления рельсов с железобетонными шпалами дополняются электроизолирующими деталями. Для бесстыкового пути, как правило, применяют железобетонные шпалы, укладывая их только на щебеночный или асбестовый балласт. Эпюра укладки железобетонных шпал принята такой же, как и для деревянных шпал. В настоящее время для ширины колеи 1520 мм серийно выпускают железобетонные шпалы типов Ш–1–1, Ш–2–1, Ш–2–2, что обозначает: Ш — шпала железобетонная, 1–1 — под скрепления типа КБ, 2–1, 2–2 — под другие скрепления. Длина шпалы 2700 мм, масса — 270 кг. Металлические шпалы не получили в нашей стране распостронения из– за большого расхода металла, подверженности коррозии, электропроводности, большой жесткости и неприятного шума при движении поездов. Основным назначением балластного слоя является восприятие давления от шпал и равномерное распределение его на основную площадку земляного полотна, обеспечение устойчивости шпал под воздействием вертикальных и горизонтальных сил, обеспечение упругости подрельсового основания. Балластный слой не должен задерживать на своей поверхности воду, предохранять основную площадку от переувлажнения. В качестве балласта используют сыпучие, хорошо дренирующие упругие материалы (щебень твердых пород). Размеры щебенок от 25 до 60 мм. Щебень хорошо пропускает воду, не смерзается в зимнее время, оказывает в 1,5 раза большее сопротивление продольному сдвигу и допускает в 2 раза большее вертикальное давление по сравнению с песчаным балластом, превышает срок службы балласта из любого другого материала. |