Устройство верхнего строения железнодорожного пути

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 28 Апреля 2024

Содержание:

• Балластный слой
• Рельсы
• Рельсовые скрепления
• Шпалы
• Противоугоны
• Стрелочные переводы
• Бесстыковой путь

 

Структура верхнего слоя железнодорожного пути (ВСП) представляет собой сложный механизм, включающий в себя балластную подушку, рельсы, крепление для рельс, шпалы, антикражные устройства и стрелочные устройства для перевода пути.

РельсыПри сочетании с шпалами образуется рельсово-шпальная сетка, обеспечивающая безопасный проезд транспортного средства. Слой балласта и его плотность определяются так, чтобы нагрузка на покрытие не превышала допустимого уровня, что предотвращает упругую деформацию.

В настоящее время на территории России действуют три вида ВСП:

1. Применяются прочные и термически обработанные варианты рельсов типа Р75, самые устойчивые и тяжелые. Вместо балласта используются отходы асбеста или гравий. Максимальная способность по перевозке грузов составляет не менее 80 млн. тонно-километров на километр ежегодно.
2. Термически укрепленные рельсы типа З65 обычно укладываются здесь. Для транспортировки грузов с интенсивностью 25-80 млн. ткм/год, а также для обслуживания высокоскоростных пассажирских поездов здесь применяются ВСП.
3. Используются отремонтированные рельсы старых моделей Р75 и Р65 для создания легких путей. Эти пути способны выдерживать грузонапряжение от 5 до 25 млн. ткм/км.

Вертикальное строительство должно обладать долговечностью, надежностью и стабильностью, потому что оно постоянно подвержено влиянию негативных условий, таких как осадки, изменения температуры, ветра и нестабильности грунта.

В конечном итоге, даже укрепленный металл подвергается износу, поэтому дороги требуют регулярного технического обслуживания и запланированных ремонтных вмешательств.

Существуют такие виды реставрационных работ верхнего сооружения дорог:

1. Капитальный ремонт с усилением подразумевает полную замену решетчатой конструкции на новую, изготовленную из современных материалов. Отработанный балласт удаляется и на его место насыпается новый слой, толщина которого должна быть не меньше 40 см.
2. Масштабная модернизация железнодорожного пути включает в себя замену заношенных путей на более надежные либо менее изношенные. В рамках такого процесса также производится смена щебеночной основы на глубине от 25 до 40 см. Операция предполагает совмещение старых и новых путей.
3. Проведение усиленного среднего ремонта железнодорожного пути обусловлено потребностью в очистке или замене балласта, а также в случаях, когда обочины земляного полотна не соответствуют установленным критериям, или балластная призма достигает своих предельных размеров.
4. Поддерживающий ремонт железнодорожного пути включает в себя улучшение состояния балластной призмы путем процесса непрерывной очистки гравия до глубины до 40 см. Конкретная глубина определяется в зависимости от категории пути и типа используемого балласта.
5. Ремонт подъемного пути - это процедуры, необходимые для регулярного возврата шпалам их исходной прочности и упругости с использованием подбивки, а также для улучшения дренажных свойств балласта.
6. Замена всех рельсов и металлических элементов стрелочных устройств является промежуточным шагом между усиленным, средним и/или ремонтом подъемного типа.
7. Выравнивание пути в рамках планово-предупредительных работ – это процесс непрерывного корректирования состояния пути с помощью специализированного оборудования. Общая цель – достижение одинаковой упругости подшпального основания по всей длине ВСП.
8. Профилирование рельсов является методом предотвращения волнового износа и других неровностей на рельсовом пути, а также уменьшения неблагоприятного воздействия транспортных средств на состояние рельсов.
9. Процедура глобального ремонта переездов включена в полный пакет услуг ВСП. Вместе с этим, замена покрытия, которого характеристики и структура основаны на Руководстве по обустройству и поддержанию переездов, осуществляется полностью.
10. Восстановление земляного покрытия – это процесс, при котором земляное покрытие и соответствующие конструкции воспроизводятся для обеспечения их устойчивости, прочности и корректной функциональности, а также для улучшения функционирования дренажных и укрепительных систем.

Давайте подробнее рассмотрим особенности ремонта верхнего строения пути, которые описаны в нормативных документах и инструкциях для работы железнодорожного транспорта в России. Обсудим более подробно отдельные элементы ВСП.

Балластный слой

Основная функция балластного слоя заключается в выравнивании давления на шпалах при движении подвижного состава, а также в обеспечении равномерного распределения нагрузки на всю поверхность земляного полотна. Важно, чтобы вода в нем не скапливалась, чтобы слой мог выполнить свои функции. В связи с этим, балласт обычно оснащается дополнительными водоотводящими устройствами.

Нужно использовать прочный, лёгкий и устойчивый к механическим воздействиям материал для балласта, который не распадается при уплотнении. Отдавая предпочтение щебню из природного камня, на современных железнодорожных путях также используют гравий, песок и ракушечник.

Соответствующий техническим требованиям балластный слой распределяют в форме призмы, откосы которой характеризуются заметной крутизной.

Рельсы

Для обеспечения направленности движения колес транспортных средств и передачи нагрузки на шпалы используются рельсы. Чтобы гарантировать надежную эксплуатацию в системах железнодорожного транспорта, рельсы должны отличаться высокой прочностью и долговечностью, способностью выдерживать ударные и динамические нагрузки. Именно поэтому их производят из типов стали, обладающих высокими прочностными характеристиками.

Тип рельс определяется их массой и поперечным профилем. В РФ применяются рельсы типов Р50, Р 65 и Р75. Здесь буква «Р» указывает на то, что это рельс, а сопутствующая ей цифра обозначает вес в кг на метр ее длины.

Такая двутавровая конструкция рельс была осознанно выбрана в силу обширной вертикальной нагрузки, которую выдерживает материал. Она не только позволяет сократить затраты стали при производстве, но и увеличивает устойчивость изделия к давлению от движущегося состава.

Тип рельс, подходящий для установки, определяется исходя из нагрузки на линию, скорости движущегося транспорта и причиняемых им нагрузок. Долговечность использования напрямую коррелирует с объемом грузов в тоннах, которые были перевезены по данной дистанции.

Примерно 500 млн. т составляет вес Р65, в то время как для Р50 этот показатель равен 350 млн. т. Рельсы Р75 обладают прочностью, превышающей аналогичную характеристику Р65 на 30%.

Рельсовые скрепления

Железнодорожный путь представляет собой две непрерывные линии, установленные параллельно друг другу на определенном расстоянии. Рельсы укрепляются на шпалах при помощи специального крепежа, что дает эластичность их соединению и гарантирует стабильность расстояния между ними.

На территории России применяются три разновидности промежуточных соединительных элементов:

1. Шурупами к шпалам здесь надежно крепятся неотделимые рельсы и прокладки.
2. Смешанный тип крепления с использованием костыльного скрепления под углом в 1:20 обрел популярность в России благодаря своей простоте в установке, перекрепке и демонтаже. Но при этом стоит отметить, что смешанное крепление не гарантирует устойчивость ширины геометрии пути, а также способствует ускоренному износу в результате постоянного механического воздействия.
3. В раздельных конструкциях, рельсы соединяются с подложками с использованием жестких зажимов и зажимных винтов, в то время как подложка сама прикрепляется к шпалам с помощью болтов или винтов. Несмотря на то, что структура крепежных элементов немного сложнее, чем у ее аналогов, она гарантирует стабильную дистанцию между рельсами.

На просторах России широко применяется отдельное скрепление КБ-65. Однако были обнаружены некоторые недочеты, такие как большой вес, увеличенная твердость и множество составных частей. Именно по этим причинам все чаще начинают использовать более современные типы крепежей ЖБР-3-65 и АРС-4.

Шпалы

В России широко применяются деревянные шпалы, но также популярны и железобетонные, оснащенные предварительно напряженной арматурой. Основная их преимущество – продолжительный период использования, достигающий приблизительно 50 лет.

Плавность движения и стабильность пути для подвижного состава достигается благодаря одинаковости размеров и равномерной упругости шпал.

Минусы использования железобетонных шпал:

• Проблема связана с трудностью монтажа рельсов для них.
• электропроводимость;
• Усиленная твердость.
• Обширный объем.

Используя амортизирующие прокладки, можно улучшить упругость дорожек. С целью предотвращения утечек электричества применяются изоляционные материалы.

Шпалы из железобетона изготовляются из тяжелого бетона, который усиливают прутьями с периодическим профилем, холоднокатаными и имеющими толщину 3 мм.

В России применяются три варианта эпюры (порядок расположения шпал по длине) – на каждый километр пути приходится 1600, 1840 или 2000 шпал.

Противоугоны

Один из существенных недостатков ВСП - это продольные смещения рельс под вагонами поезда. Вина за это лежит на косых ударах, тепловых изменениях или неблагоприятном воздействии динамического напряжения. Это ухудшает работу железнодорожных путей, уменьшает их срок службы и увеличивает затраты на их обслуживание. Чтобы предотвратить такие смещения продольных рельс, применяются противоугоны.

В наше время применяются пружинные противооткаты для звеньевых железнодорожных путей и отдельные КБ/ЖБР для бесшовных высокоскоростных путей.

Поперечное сечение детали может иметь различные формы.

• трапециевидное;
• прямоугольное;
• квадратное;
• Формы в виде букв "П" и "Т".

Стрелочные переводы

Устройства, называемые стрелочными переводами, применяются с следующими целями:

1. Соединение двух или трех рельсовых путей, расположенных непосредственно бок о бок.
2. Разделение одного направления на несколько, движущихся параллельно.
3. Соединения, пересекающихся или расположенных параллельно вертикально-шахтных промысловых структур.

Переводы стрелочных формаций оптимизируют транспортировку товаров и пассажиров, уменьшают затраты на создание новых железнодорожных маршрутов и сокращают их общую длину.

На современном рынке представлены различные виды механизмов:

1. Разветвления на одиночные колеи представляют собой переход от одной до двух. При этом оба пути могут быть совершенно одинаковыми (с идентичным радиусом изгиба и углами) или же асимметричными.
2. Две стрелки близко расположены друг к другу в двойных, а тропа разделяется на три части.
3. Устройства, называемые перекрестными, устанавливаются в местах, где пересекаются несколько рельсовых путей под конкретным углом. В зависимости от конструкции, они могут быть как одиночными, так и двойными.

Компоненты стрелочного перевода включают в себя следующее:

• Стрелка представляет собой комплект внешних и внутренних деталей, соединенных вместе. Она служит для осуществления прямого перехода транспортного средства с основной дороги на отдельный маршрут и обратно.
• Крестовина – это элемент, который включает в себя два участка рельс, сердечник и контррельс. Этот компонент гарантирует безопасное перемещение поезда с одного пути на другой.

Бесстыковой путь

Современный подход сегодня представляет собой бесшовный путь. Процесс сварки для устранения отдельных стыков, а также сокращение их числа влечет за собой следующие изменения:

1. Уменьшение динамического воздействия на вентиляционно-механическую перегородку.
2. Снижение скорости износа кололов подвижного средства.
3. Уменьшение препятствий для движения поездов. Это способствует сокращению расходов на твердое топливо и/или электричество.
4. Сохранение до 1,8 тонны стали на каждый километр пути.
5. Уменьшение затрат на обслуживание и ремонт ВСП.
6. Продолжительность эксплуатации бесстыкового пути увеличилась на 20%, а балласта - на 25%.

Термически закаленные рельсовые плети используют для создания бесшовного пути. Рельсы соединяются между собой с помощью электроконтактной сварки на передвижных или стационарных сварочных установках.