Шпалы являются частью путевой решетки и служат для связи обеих рельсовых нитей между собой, поддержания нормальной ширины колеи и нормального положения пути по уровню и в плане; кроме того, они передают поездную нагрузку на балласт.
Продление срока службы шпал.
Как показывают подсчеты AAR, за последние пять лет количество сменяемых шпал на железных дорогах 1-го класса в США непрерывно снижается. Заметное увеличение срока службы шпал за последние годы является в первую очередь следствием все более широко распространяющейся на дорогах предварительной пропитки шпал, а также следствием ранее выполненной пропитки, результаты которой теперь сказываются на снижении ежегодного выхода шпал.
Хотя некоторые железные дороги в трудных для них финансовых условиях в отдельные годы временно отказывались от принятой практики укладки только пропитанных шпал, однако большинство дорог применяло исключительно пропитанные шпалы. В результате количество ежегодно укладываемых в путь непропитанных шпал непрерывно уменьшается, и в настоящее время оно невелико. Например, на дорогах 1-го класса было уложено всего около 1,7% непропитанных шпал от общего числа шпал, уложенных в путь в этом году.
Количество сменяемых переводных брусьев, хотя и колеблется в отдельные годы в заметных пределах, также показывает тенденцию к снижению. За десятилетний период это снижение составило около 30%.
Несомненно, что это также следует отнести за счет более широкого применения предварительной пропитки.
Искусственные шпалы.
В начале двадцатого столетия расход древесины на строительные нужды в виде бревен и досок был настолько велик, что железные дороги не рассчитывали на обеспечение их потребности в шпалах для ежегодной смены. Эти опасения вскоре получили отражение в массовом предложении запатентованных искусственных шпал из железобетона, стали, негодных рельсов и различных комбинаций этих материалов. Известно, что для замены деревянных шпал было предложено около 1500 патентов. Однако ни одно предложение не было одобрено железными дорогами, так как испытания в пути изготовленных шпал не дали положительных результатов.
Комитет AREA по шпалам провел исследования работы искусственных шпал в пути и в специальном докладе привел данные о количестве, месте и времени укладки каждого типа искусственных шпал, указав железные дороги, на которых они были уложены, род балласта, а также данные о сроке службы всех уложенных типов и отзывы железных дорог о их работе. Хотя некоторые из этих заменителей лежат в пути до сих пор, общие итоги их применения в США оказались неудовлетворительными.
Следует при этом отметить, что составные железобетонные шпалы из двух блоков, соединенных прочным стержнем из рельсовой стали, заделанным концами в оба блока, показали очень хорошие качества на скоростных линиях во Франции, но не были испытаны в условиях высоких скоростей движения и тяжелых осевых нагрузок, преобладающих в Соединенных Штатах.
Пропитанные деревянные шпалы обладают многими качествами, которые трудно или очень дорого воспроизвести в шпалах-заменителях. Срок службы деревянных шпал заметно удлинился благодаря правильному отбору пород леса для их изготовления, предварительной просушке и сверлению костыльных отверстий и затеске перед пропиткой. Положительное влияние на удлинение срока службы шпал оказало также улучшение конструкции рельсовых подкладок.
Деревянные шпалы имеют относительно небольшой вес, обеспечивают легкую погрузку и выгрузку (рис. 1), упруго воспринимают удары колес подвижного состава и смягчают шум поезда. Они плохо проводят электрический ток и поэтому на путях, уложенных на деревянных шпалах, редко нарушается действие сигналов. Путь на деревянных шпалах легко содержать по шаблону.
Необходимость в применении искусственных шпал в настоящее время является менее острой, чем в любой момент за истекшие 40 лет, вследствие значительных улучшений, внесенных в процесс пропитки, вследствие посадки леса взамен вырубленного, использования большего числа пород древесины, а также в результате новейших достижений в части уменьшения механического износа.
Размеры шпал.
Способ определения размеров шпал в течение долгого времени служит предметом споров. В ранний период железнодорожного строительства фермеры и заготовители предлагали в качестве шпал обрезки бревен самой различной толщины, ширины и длины, некоторые из которых, по мнению работников пути, были совершенно непригодны для шпал. В результате возникла необходимость в установлении единой спецификации для шпал, однако между работниками пути возникали разногласия в определении размеров шпал, так как дороги, применявшие для этого более высокие стандарты, противились принятию заниженных, по их мнению, размеров, принятых другими дорогами.
Все же после многочисленных обсуждений этого вопроса в 1904 г. было предложено установить пять типов шпал, различной толщины и ширины, обозначенных литерами: А, В, С, D и Е, причем все они имели только три длины: 2,44; 2,59 и 2,74 м. Были установлены следующие размеры этих пяти типов шпал:
При этом было установлено, что шпалы не должны иметь толщину менее 15,2 см и ширину верхней постели менее 20,3 см, за исключением шпал с обливами по бокам, ширина верхней постели которых допускалась 15,2 см. Допуск по толщине был принят в 1.3 см, по ширине постели — в 5,0 см и по длине — в 2,5 см.
Еще в 1921 г. взамен указанных литерных типов была принята новая спецификация шпал с делением на шесть типов, обозначенных цифрами от 1 до 6. Эти типы делятся сверх того на чистообрезные шпалы и на обрезанные или отесанные только по нижней и верхней постелям брусковые и пластинные шпалы.
Рис. 1. Перевозка шпал из вагонов в штабеля на автоподъемниках, которыми также производится перевозка шпал по территории завода
Цифровые номера по новой спецификации имеют значения, обратные литерам, т. е. меньший номер соответствует шпалам меньшего размера, а не наоборот, как это было при литерной нумерации. Таким образом, тип № 6 имеет толщину 17,8 см и ширину постели 25,4 см, а тип № 1 — толщину и ширину постели по 15,2 см. В 1926 г. с тем, чтобы узаконить применявшийся некоторыми дорогами тип шпал для узкой колеи, был установлен тип № I) размером 12,7 х 12,7 см, таким образом всего было установлено семь типов шпал.
При выработке ныне действующей спецификации были исключены типы № 0 и 6 (самый большой и самый малый) и сохранены окончательно пять типов, описанных ниже в технических условиях.