3.9. Верхнее строение железнодорожных путей

На земляном полотне железной дороги располагается верхнее строение пути. От его прочности и устойчивости зависит безопасное передвижение подвижного состава.

Верхнее строение пути предназначено для восприятия нагрузок от колес подвижного состава и передачи их на нижнее строение пути (земляное полотно или пролетное строение мостовой конструкции), а также для направления движения колес по рельсовой колее. Верхнее строение пути включает рельсы, рельсовые скрепления, шпалы и другие подрельсовые основания, балластную призму (см. рис.3.20).

К верхнему строению пути относятся также элементы соединений и пересечений путей (стрелочные переводы) и мостовое полотно.

Прочность верхнего строения пути определяется типом рельсов, родом и типом шпал и их количеством на 1 км.

Верхнее строение пути должно соответствовать нагрузкам на ось от подвижного состава, установленным скоростям, частоте движения поездов, грузонапряженности участка. Отдельные элементы строения пути должны соответствовать друг другу. На основании этого в зависимости от эксплутационных условий установлены типы верхнего строения пути магистрального и производственного железнодорожного транспорта.

Рельсы - это стальные балки специального сечения (рис. 3.19). Верхняя полка сечения носит название головки рельса, нижняя - подошвы, вертикальная стенка - шейки рельса.

В нашей стране изготавливаются рельсы типов Р75, Р65 Р50 Р43 Р24 Р18 и некоторых других. Цифра, стоящая рядом с буквой Р, соответствует весу одного погонного метра рельса в килограммах.

Стандартная длина рельсов типов выше Р43 - 25 метров, ниже - 8 метров. Для укладки в кривых рельсы выпускаются укороченными.

Для того чтобы создать непрерывность рельсовых нитей железнодорожного пути рельсы соединяют между собой. Соединения устраиваются либо устройством стыков между двумя соседними рельсами, либо их сваркой. Одна из наиболее удачных конструкций стыка - стык с двухголовой накладкой, применяемой на железных дорогах общего пользования и промышленного транспорта, приведена на рис. 3.20.

Стык - слабое место железнодорожного пути. При перекатывании колеса от рельса к рельсу обязательно возникают удары, которые ускоряют износ железнодорожного пути и ходовых частей подвижного состава, увеличивают затраты на их содержание и ремонт. Именно поэтому уже давно старались увеличить стандартную длину рельса. Кардинальным решением этой проблемы является переход на бесстыковый путь. В настоящее время существующие конструкции стыковых соединений на наших дорогах обеспечивают максимальные длины бесстыковых плетей равными 700 - 800 м.

Рельсы располагаются на подрельсовых основаниях. В качестве основного элемента подрельсового основания является шпала.

Шпала служит для прикрепления рельсов, передачи давления от них на балластный слой, сохранения установленной ширины колеи (см. ниже) и обеспечения совместно с балластом устойчивости рельсового пути. Шпалы преимущественно изготовляются из дерева и железобетона. Путь из железобетонных шпал обладает большей устойчивостью и большим сроком службы, чем у деревянных.

Рельсы в прямых участках пути укладывают на подрельсовом основании параллельно друг другу на определенном расстоянии друг от друга. Шириной рельсовой колеи является расстояние между внутренними рабочими гранями головок рельсов железнодорожного пути. По этому параметру различают железные дороги широкой (более 1435 мм; в нашей стране, как правило, 1520 мм), нормальной (1435 мм) и узкой (менее 1435 мм; в нашей стране чаще всего 750 мм) колей.

Размер широкой колеи отечественных железных дорог сохранился практически без изменений со времен постройки железной дороги Петербург-Москва (1851г.), когда колея была принята равной 0,714 сажени, что соответствует 1524 мм. В Западной Европе, США, Канаде, Китае, а также новые линии в Японии имеют нормальную ширину колеи 1435 мм. На железных дорогах стран Африки, Южной Америки, Индии и ряда других стран ширина колеи преимущественно 1067 мм. В некоторых странах для грузовых перевозок достаточно широко используются узкоколейные железные дороги с шириной колеи менее 1067 мм. В нашей стране наиболее распространены железные дороги с шириной колеи 750 мм в лесной, торфяной промышленности, а также на территории промышленных предприятий.

Достаточно редко, но встречаются трехниточные железнодорожные пути, у которых на шпалах укладываются три рельса для движения по одной дороге подвижного состава с различным размером колеи.

Для соединения, разветвления и пересечения железнодорожных путей между собой и обеспечения прохода подвижного состава с одного пути на другой устраивают чаще всего стрелочные переводы. На рис. 3.21 изображена схема наиболее распространенного (98%) вида стрелочного перевода -обыкновенный одиночный стрелочный перевод.

Основными элементами стрелочного перевода являются: стрелка, соединительные пути, комплект крестовинной части.

Стрелкой непосредственно переводят подвижной состав с одного пути на другой. Она состоит из двух рамных рельсов 1 (практически это стандартные или укороченные рельсы), двух остряков 2 (отрезки рельсов особого профиля, остроганные на клин для обеспечения плотного прилегания к рамному рельсу).

Комплект крестовинной части состоит из крестовины, включающей сердечник 7 и два усовика 6, (назначение - безопасно пропускать подвижной состав, направляемый стрелкой по боковому или прямому пути), и двух контррельсов 5 (обеспечивают безопасное прохождение колес по крестовине в месте пересечения двух рельсов, где отсутствует направляющая при движении колес).

Между стрелкой и крестовинной частью на переводные брусья 4 укладываются соединительные пути, состоящие из двух прямолинейных и двух криволинейных рельсов обычного профиля. Радиус криволинейного пути зависит от марки крестовины - основной его характеристики наряду с типом рельса, из которого изготовлен стрелочный перевод. Марка крестовины - это тангенс угла крестовины (сердечника). Применяемые марки крестовин от 1/2 - на подъездных путях промышленного транспорта, до 1/22 - на путях ОАО «Российские железные дороги».

Стрелочные переводы являются одними из самых ответственных элементов верхнего строения железнодорожного пути и поэтому должны тщательно содержаться с точным соблюдением допусков износа их частей.