Рельсы и их геометрические параметры

Виды рельсов[править | править вики-текст]

Рельс с жёлобом

Рельсовый стык

· Рельсы железнодорожные узкой колеи (Р8, Р11, Р18, Р24) — предназначены для укладки на железных дорогах узкой колеи и подземных путях шахт^[2].

· Рельсы рудничные, для шахтных проводников (Р33, Р38, Р43) — предназначены для звеньевого и бесстыкового пути железных дорог широкой колеи и для производства стрелочных переводов^[3].

· Рельсы железнодорожные для путей промышленных предприятий (РП50, РП65, РП75) — предназначены для укладки на железнодорожных путях широкой колеи и стрелочных переводов промышленных предприятий^[4].

· Рельсы крановые (КР70, КР80, КР100, КР120, КР140) — предназначены для прокладывания подкрановых путей подъёмных кранов^[5].

· Рельсы железнодорожные (Р50, Р65, Р75) — предназначены для звеньевого и бесстыкового пути железных дорог широкой колеи и для производства стрелочных переводов^[6].

· Рельсы рамные (РР65) — предназначены для изготовления соединений и пересечений железнодорожного пути^[7].

· Рельсы контррельсовые (РК50, РК65, РК75) — применяются в конструкциях верхнего строения железнодорожного пути^[8].

Профиль контррельсовых рельсов

· Рельсы остряковые (ОР43, ОР50, ОР65, ОР75) — применяются в конструкциях верхнего строения железнодорожного пути. ОР43 применяется для изготовления стрелочных переводов железнодорожных путей промышленных предприятий и круговых рельсов опорно-поворотных устройств экскаваторов^[9].

· Рельсы трамвайные желобчатые (Т58, Т62) — предназначены для укладки на трамвайных железных дорогах^[10].

· Рельсы усовиковые (УР65) — предназначены для изготовления железнодорожных крестовин с непрерывной поверхностью катания^[11].

Масса и материал рельса

Материал[править | править вики-текст]

Рельсы для железнодорожного транспорта изготавливаются из углеродистой стали. Качество рельсовой стали определяется её химическим составом, микроструктурой и макроструктурой.

Углерод повышает твёрдость и износостойкость стали. Однако большое содержание углерода, при прочих равных условиях, делает сталь хрупкой, химический состав при повышении содержания углерода должен выдерживаться более жестко, особенно в отношении вредных примесей. Легирующие добавки типа марганца повышают твёрдость, износостойкость и вязкость стали. Кремний увеличивает твёрдость и износостойкость. Мышьяк увеличивает твёрдость и износостойкость стали, но в больших количествах уменьшает ударную вязкость. Ванадий, титан, цирконий — микролегирующие добавки, улучшают структуру и качество стали.

Фосфор и сера являются вредными примесями, повышающими хрупкость стали. Большое содержание фосфора делает рельсы хладноломкими, большое содержание серы — красноломкими (образуются трещины при прокате).

Микроструктура рельсовой стали представляет собой пластинчатый перлит с прожилками феррита на границах перлитовых зёрен. Твёрдость, сопротивление износу и вязкость достигается приданием стали однородной сорбитной структуры при помощи термической обработки путём поверхностной (на 8—10 мм) закалки головки или объёмной закалки рельса. Объёмнозакаленные рельсы имеют повышенную износостойкость и долговечность. Макроструктура рельсовой стали должна быть мелкозернистой, однородной, без пустот, неоднородностей и посторонних включений.

Профиль, длина и масса[править | править вики-текст]

Профиль рельса (Франция)

Форма рельсов менялась со временем. Существовали уголковые, грибовидные, двухголовые, широкоподошвенные рельсы. Современные широкоподошвенные рельсы состоят из головки, подошвы и шейки, соединяющей головку с подошвой. Поверхность катания делается выпуклой для передачи давления колёс по вертикальной оси рельса. Сопряжение поверхности катания с боковыми (вертикальными) гранями головки делается по кривой радиусом близким к радиусу выкружки гребня колеса. Сопряжение головки и подошвы с шейкой рельса делается особенно плавным, а шейка рельса имеет криволинейные очертания, что обеспечивает наименьшую концентрацию местных напряжений. Подошве рельса придают достаточную ширину для обеспечения боковой устойчивости рельса и достаточной площади опоры для крепежных накладок.

Длина стандартного железнодорожного рельса, производимого рельсопрокатными заводами в России, составляет 12,5; 25,0; 50,0 и 100 метров. Для укладки на внутренних нитях кривых участков пути выпускаются укороченные рельсы. Длина бесстыковых плетей («бархатный путь»^{[ неизвестный термин ]}) обычно находится в пределах от 400 м до длины перегона. Использование более длинных рельсов и сварных рельсовых плетей снижает сопротивление движению поездов, уменьшает износ подвижного состава и расходы на содержание пути. При переходе на бесстыковой путь сопротивление движению поездов уменьшается на 5—7 %, экономится около четырёх тонн металла на километр пути за счёт отсутствия стыковых скреплений.

Основной характеристикой рельса, дающей представление о его "мощности", является масса одного погонного метра рельса в килограммах. При выборе типа рельса учитывается грузонапряженность линии, осевая нагрузка, скорость движения поездов. Более тяжелый рельс распределяет давление колёс подвижного состава на большее число шпал, в результате чего замедляется их механический износ, уменьшается истирание и измельчение частиц балласта. При увеличении массы рельсов уменьшается расход металла на единицу пропускаемого тоннажа, сокращаются расходы по замене рельсов из-за увеличения срока их службы

Балластная призма

Балластная призма — элемент верхнего строения пути из балласта, укладываемого на земляное полотно для стабилизации рельсо-шпальной решётки при воздействии динамических нагрузок от подвижного состава.

Устройство[править | править вики-текст]

Балластные призмы

Конструкция балластной призмы может быть:

· однослойная — сооружается из песка, галечно-гравийно-песчаной смеси или из асбестового балласта;

· двухслойная — состоит из песчаной или песчано-гравийной подушки, на которую укладывается щебёночный балласт;

· трёхслойная — асбестовый балласт поверх щебёночной призмы на песчаной подушке.

Однослойная балластная призма используется на станционных путях и путях с малой грузонапряжённостью, двухслойная — на линиях любой грузонапряжённости, трёхслойная — на линиях с большой грузонапряжённостью и на сильно засоряемых участках. Песчаная подушка позволяет экономить более дорогие балластные материалы, предотвращает засорение щебня грунтом земляного полотна, предохраняет грунт от разжижения и от пересыхания и растрескивания. При сооружении земляного полотна из скальных, крупноблочных и песчаных грунтов песчаная подушка не требуется.

Уклон откосов призмы должен быть не круче 1:1,5, а песчаной подушки 1:2. При укладке щебёночного балласта предусматривается запас на его осадку при уплотнении на 15—20 %, а асбестового балласта на 25—35 %. Поверхность балластной призмы на прямых участках планируют горизонтальной, а в кривых — в соответствии с возвышением наружного рельса.

Между поверхностью балластного слоя и подошвой рельсов оставляется зазор 30 мм, который необходим:

· для обеспечения нормальной работы рельсовых цепей;

· для предотвращения выхода рельсов из реборд подкладок в результате напрессовки льда и снега под подошвой, а также пучения в шпальных ящиках;

· для удобства выправки положения рельсов по высоте с помощью регулировочных прокладок в узлах скреплений.

Эксплуатация[править | править вики-текст]

В процессе эксплуатации балластная призма загрязняется по следующим причинам:

· в результате истирания материала балласта в процессе работы под поездной нагрузкой и при уплотнении пути подбивкой;

· в результате засорения и загрязнения частицами перевозимых грузов и пылью, приносимой ветром и водой.

Для щебёночного балласта засорителями считаются фракции 0,1—25 мм, а загрязнителями — фракции менее 0,1 мм. Засорители и загрязнители постепенно заполняют поровое пространство, в результате чего снижается несущая способность и сопротивляемость сдвигу балластной призмы, вызывая расстройство пути. Легкоподвижные, мелкосыпучие материалы (угольная и рудная пыль, металлические опилки тормозных колодок) загрязняют балластную призму до нижних слоёв, более крупные и менее сыпучие частицы заполняют поры верхних слоёв (до 100 мм ниже подошвы шпал).

Сроки и глубина очистки балласта планируется исходя из фактической загрязнённости, определяемой взятием проб. В качестве второго основного критерия назначения ремонта пути принимают количество шпал с выплесками на 1 км, которые не устранены при текущем содержании пути.

Эпюра укладки шпал

Количество шпал на на 1 км и порядок их расположения по длине рельсового звена (эпюра укладки) нормируется исходя из условий выравнивания давлений в балластном слое по его глубине, а также обеспечения необходимой сопротивляемости рельсошпальной решетки продольному и поперечному сдвигу. В результате экспериментальных и теоретических исследований установлено, что при расстоянии между осями смежных шпал 60 см (при эпюре 1600 шт/км) полное выравнивание напряжений происходит на глубине около 75 см (больше нормативной) под подошвой шпал.

Максимально е погонное сопротивление ресошпальной решетки сдвигу в щебеночном балласте вдоль пути имеет место при ширине шпального пролета 50-51 см. Поэтому увеличение числа шпал более 2000 шт/км не влияет на устойчивость пути против продольных смещений.

Указанные критерии, наряду с экономическими соображениями, послужили основанием для назначения двух основных стандартных эпюр укладки шпал, соответствующих 1840 шт/км (46 шпал в 25-метровом звене) в прямых и кривых радиусом более 1200 м и 2000 шт/км (50 шпал на звене) в кривых радиусом 1200 м и менее (на скоростных линиях при v>141 км/ч в кривых радиусом 2000 и менее).

На путях 5-го класса допускается эпюра шпал в прямых 1440 шт/км, а вкривых радиусом менее 650 м - 1600 шт./км (40 шпал на звене).

Для улучшения условий работы пути под поездной нагрузкой в зоне рельсовых стыков стыковые шпалы сближаются друг с другом. При всех эпюрах расстояния между осями стыковых шпал стандартные: 42 см при рельсах Р65, Р75 и 44 см при рельсах Р50.

Расстояния между осями остальных шпал на протяжении рельсового звена одинаковы и равны 54,6 см (эпюра 1840 шт./км) и 50,2 (2000 шт./км)

Назначенные расстояния между осями шпал в соответствии с эпюрой должны удовлетворять следующим условиям:

прочность рельса при расчете на изгиб;

статический расчет давления на балласт и основную площадку земляного полотна.

Статический расчёт рельса на изгиб как неразрезной балки на сплошном упругом основании.

Число опор, вводимое в расчет рельса как многопролетной неразрезной балки на упругих точечных опорах, ограничивается условием, чтобы влияние наиболее удаленных грузов и реакций крайних опор на величину изгибающего момента в рассматриваемом сечении было близко к нулю.

Из ряда опытов установлено, что это влияние оказывается практически ничтожным при выделении участка рельса с 10-11 пролетами при сосредоточенной нагрузке по середине участка балки.

(8.51)

в случае действия одичночной нарузки P и

(8.52)

(8.53)

в случае действия системы грузов Рi.

Здесь µ - ординаты инфлюэнтных линий изгибающего момента по середине шпального пролета в середине рельсового звена и η – ординаты инфлюэнтных линий давления на средние опоры рельса.

Значения η и µ приводятся в таблицах в зависимости от относительных расстояний x/l и коэффициентов l/γ,

где х – расстояние от груза до рассматриваемого сечения;

l – расстояние между осями шпал;

γ – так называемый коэффициент относительной жесткости рельса и опоры.

(8.54)

Здесь D – величина, характеризующая упругие свойства шпалы и основания.

(8.55)

где С – коэффициент постели шпал;

а – длина шпалы;

b – ширина нижней постели шпалы;

α – коэффициент изгиба шпалы, равный

(8.56)

Статический расчет давления на балласт и основную площадку земляного полотна.

Наибольшие давления на балластный слой возникает непосредственно под подошвой шпалы и распространяется на некоторую глубину в сечениях под рельсами.

Средняя величина давления

(8.57)

где α – коэффициент изгиба шпалы;

а и b – длина и ширина шпалы;

Q – давление на шпалу.

Напряжение σh в балласте на некоторой глубине h>15 см под подошвой шпалы, а также напряжение. возникающее нна основней площадке земляного полотна, определяют по формуле

(8.58)

где σh’ - напряжение, обусловленное давлением на балласт от основной расчетной шпалы;

σh’’ - напряжение, обусловленное давлением на балласт от одной шпалы, лежащей рядом с расчетной;

σh’’’ - напряжение, обусловленное давлением на балласт от другой соседней шпалы;

(8.59)

где - средняя величина напряжения в балластном слое под расчетной шпалой на уровне подошвы шпалы;

m – коэффициент концентрации, равный

(8.60)

(8.61)

(8.62)

где:

(8.63)

σб’ и σб’’ – среднее напряжение в балласте под соседними с расчетной шпалами на уровне подошвы;

l – расстояние между осями шпал.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: