1.3. Рельсы стандартной длины. Длинные рельсы. Бесстыковой путь

Выше, в тексте рельсы назывались то рельсы нормальной (стандартной) длины, то длинные рельсы, то рельсовые плети, то длинные рельсовые плети. Какова же разница между этими понятиями?

Вернемся к примеру 6. Рельсовая плеть была закреплена для работы в постоянном режиме при температуре закрепления (нейтральной температуре) t_о = 21 ºС. После изменения температуры рельса на ∆t_н = 5 ºС преодолеваются силы сопротивления, сдвигающие рельсы в стыке. Дальнейшее повышение температуры рельсов приводит к перемещению их концов в пределах стыкового зазора. После изменения температуры рельсов на величину ∆t = t_н + max t_пог. полностью преодолеваются все силы сопротивления его продольной деформации. При дальнейшем изменении температуры в том же направлении рельс изменяет свою длину как свободный стержень (см. формулу 1.2).

Пределы изменения температуры рельсов по станциям сети железных дорог указаны в «Технических указаниях по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути». Наибольший перепад ∆t_max может быть определен как разность между максимальной для данной местности температуры рельса t_maxmax и температуры закрепления рельса на постоянный режим работы.

Если ∆t_max ≥ ∆t, то левый и правый (см. рисунок 1.1) участки х смыкаются друг с другом, что является отличительным признаком отличия как рельсов обычной (нормальной) длины, так и длинных. Соотношения между величинами стыкового зазора δ и температурного перемещения конца рельса λ является дополнительным признаком отличия рельсов обычной длины от длинных рельсов.

Если температурное перемещение λ полностью компенсируется за счет стыкового зазора δ, то перед нами рельс обычной длины.

При расчетных значениях стыкового зазора 19 мм и 21 мм, начиная с температурной амплитуды 85 ºС и выше, рельс длиной 25 м почти никогда нельзя отнести к категории «рельс обычной длины». Другими словами, одна и та же конструкция пути с рельсами длиной 25 м в зависимости от температурной зоны может быть отнесена как к рельсам обычной длины, так и к длинным рельсам.

Если длина рельса такова, что для компенсации перемещения его концов недостаточно стыкового зазора δ и в процессе удлинения рельса полное закрытие стыкового зазора наступает прежде, чем температура рельса достигает максимума (тогда дальнейшее повышение температуры приводит к торцевому нажатию концов рельсов в стыке), а полное конструктивное раскрытие стыкового зазора наступает прежде, чем температура рельса достигнет минимума (тогда при дальнейшем понижении температуры стыковые болты начинают работать на изгиб) – в этом случае перед нами длинный рельс.

В зависимости от расчетной для данной местности амплитуды экстремальных температур рельсов, типа, конструкции и состояния промежуточных и стыковых скреплений, рода и состояния балластного слоя, величины установленных при укладке стыковых зазоров и некоторых других причин длина длинного рельса на сети дорог может изменяться от 25 до 150 м.

Если ∆t > ∆t_max, то температурные деформации возникают лишь на концевых участках рельса. Средняя его часть при любых изменениях температуры всегда будет неподвижной, это является необходимым и достаточным признаком бесстыкового пути.

Бесстыковой путь – условное название железнодорожного пути, рельсы которого наряду с «активными» концевыми участками при любых изменениях реальных температур рельсов имеют не подвижную среднюю часть.

В официальном документе ТУ-2000 дано иное определение: «Бесстыковой путь – железнодорожный путь, имеющий рельсы столь большей длины, что в них при изменениях температуры возникают продольные силы, пропорциональные этим значениям», т.е. за классификационный признак принято наличие температурных продольных сил.

Нам представляется, что более точным классификационным признаком бесстыкового пути является наличие в рельсовых плетях бесстыкового пути неподвижной средней части рельса при максимально возможных в данной местности изменения температур рельсов.

Таблица 1.1 – Отличительные признаки рельсов различной длины

Термин	Зона распространения температурных деформации	Изменение стыкового зазора
Рельс обычной длины	По всей длине рельса	λ > max λ > 0
Длинный рельс	То же	λ = 0 при t < tmaxmax λ = λmax при t > tminmin
Бесстыковой путь	Только на концевых участках	-

Из таблицы видно, что из-за отсутствия стыков внешне более простой, чем звеньевой, бесстыковой путь на большей части рельсовой плети нагружен значительными по величине продольными температурными силами.

Контрольные вопросы и задания

1. От каких факторов зависит температура рельсов?

2. Что такое нейтральная температура рельса?

3. Как маркируется рельсовая плеть при изготовлении?

4. Что сопротивляется продольному смещению рельсовых плетей?

5. Как распределяются продольные силы в рельсовой плети при изменении ее температуры?

6. Зависит ли продольная температурная сила в рельсовой плети от длины плети?

7. В чем различия между рельсами стандартной длины, длинными рельсами и бесстыковым путем?

8. Какой фактор является основным для отнесения конструкции пути к обычной (стандартной), с длинными рельсами или к бесстыковому пути?

9. Почему применяются уравнительные пролеты бесстыкового пути?

10. Нарисуйте эпюру продольных температурных сил в рельсовых плетях бесстыкового пути.

11. Насколько изменится напряженное состояние рельсовой плети при изменении ее температуры на 1 ºС?

12. Зависит ли продольная температурная сила от длины рельсовой плети?

13. Насколько изменится длина рельсовой плети при изменении ее температуры на 1 ºС?

14. Какая информация располагается на внутренней стороне рельсовой плети?

15. Насколько должна измениться температура рельса, чтобы было преодолено сопротивление накладок?

16. Как определить температурно-подвижный участок рельсовой плети?

17. Чему равна величина неподвижной части рельсовой плети?

18. Как определить смещение конца рельсовой плети при изменении ее температуры?

19. Как определить значение повышения температуры рельса, при которой произойдет смыкание зазора с примыкающим уравнительным рельсом?

20. Определить значение температуры рельсовой плети, при которой произойдет полное раскрытие зазора с примыкающим уравнительным рельсом?