Главная >> Железнодорожный путь >> Стрелочная крестовина

Стрелочная крестовина

Обыкновенная стрелочная крестовина является устройством, обеспечивающим колесам, идущим по одному пути, возможность пересечь рельсовую нить другого пути. Она обеспечивает непрерывные желоба для прохода гребней колес и поддерживает колеса в зоне пересечения желобов. Крестовины разделяются на два типа: неподвижные крестовины — без подвижных частей и крестовины, в которых один усовик отодвигается наружу, чтобы создать желоб для прохода гребней колес. Последние имеют пружинящий подвижной усовик.

Сердечник крестовины.

Теоретический центр крестовины представляет точку пересечения рабочих кантов крестовины, а фактическое, или так называемое 1/2-дюймовое острие — это та точка, где расстояние между линиями рабочих граней составляет 12,7 мм.

Стрелочная крестовина
Рис. 1. Названия частей крестовин из марганцовистой стали:
а — сборная крестовина из марганцовистой стали; 1  — передний вкладыш; 2 — горловой вкладыш; 3 — поперечная связь; 4 — отвод повышения; 5 — повышенная часть усовика; 6—горизонтальная часть; 7 — теоретическое острие; 8 —практическое острие толщиной 12,7 мм; 9 — вставка из марганцовистой стали; 10— левый усовик: 11 — правый усовик; 12 — сердечник; 13 — выступ хвостовой части; 14 — правый вкладыш усовика; 15 — левый вкладыш усовика; 16 — спуск выступа хвостовой части; 17 — хвостовой вкладыш; 18 — скос в конце рельса; 19 — левый марганцовистый усовик; 20 — основной болт; 21— правый марганцовистый усовик; 22 — поперечная связь; 23 — марганцовистая вставка; 24 — боковая стенка; 25— болтовая втулка; б— цельнолитая самоохраняющаяся крестовина из марганцовистой стали; У— усилительная планка; 2 — правый передний выступ; 3 — левый передний выступ; 4 — спуск переднего выступа; 5—теоретическое острие; 6 — практическое острие; 7— левая охранная реборда; 8— правая охранная реборда; 9— спуск хвостовой части; 10 — хвостовой выступ; 11—длина хвостовой части; 12 — теоретическая длина хвостовой части; 13 — длина крестовины; в — цельнолитая крестовина из марганцовистой стали; 1— передний выступ; 2— повышенная часть усовика; 3 — теоретическое острие; 4 — практическое острие толщиной 12,7 мм; 5—левый усовик; 6 — правый усовик; 7 — отвод усовика; 8 — желоб выходного конца усовика; 9 — спуск хвостовой части; 10 — выступ хвостовой части; 11—длина хвостовой части; 12 — теоретическая длина хвостовой части; 13—длина крестовины; 14 — боковая стенка; 15 — поперечная связь; 16— охранная реборда; 17 — уровень промера ширины колеи

Передним концом крестовины называется ближайший, если смотреть со стороны острия, а задним — более удаленный конец крестовины. Расстояние между ними, измеренное по рабочему канту рельса, называется длиной крестовины. Ширина между рабочими кантами рельсов крестовины в переднем конце называется раствором в переднем конце, а в заднем — раствором в заднем конце. Угол между рабочими кантами прямолинейной крестовины или между касательными к рабочим кантам криволинейной крестовины в математическом центре ее называется углом крестовины. Номером крестовины * называется полкотангенса половины угла крестовины или отношение в любой точке длины биссектрисы между теоретическим острием крестовины и этой точкой к ширине сердечника.

*Номер крестовины, по принятому в США обозначению, есть величина, обратная марке крестовины по принятому в Европе обозначению. В дальнейшем изложении принято европейское обозначение, например «крестовина марки 1/20» (а не «крестовина № 20»).


Обычно угол крестовины колеблется между 9°32' (для крестовины марки 1/6) и 2°52' (для крестовины марки 1/20). Крестовины с большими углами, чем в марке 1/6, применяются иногда на подъездных путях. Крестовины всех марок между 1/4 и 1/16, кроме 1/13, являются общепринятыми, а марок 1/18 и 1/20 являются стандартными для более сложных соединений путей.
Неподвижные крестовины (рис. 1) применяются главным образом в парковых путях и также на главных путях, кроме тех, где стрелки работают не часто. Они делаются обычного типа с контррельсами на каждом из разветвляющихся путей, или бесконтррельсовыми, имеющими приподнятые усовики, которые направляют колеса через горло крестовины, удерживая наружную часть бандажа, благодаря чему исключается необходимость в типовых контррельсах. Такие бесконтррельсовые крестовины не применяются на высокоскоростных линиях.
Широкое применение имеют крестовины с пружинящим усовиком для переводов на магистральных линиях.
Преимуществом этих крестовин является более плавное прохождение состава; благодаря отсутствию открытого горла при проходе по преимущественному направлению они дольше служат без ремонта, чем обычная неподвижная крестовина. В крестовинах с пружинящим усовиком было сделано много улучшений, в том числе улучшение конструкции подвижного усовика и применение смягчителя удара в этом рельсе, что позволяет ему более медленно закрываться после прохода колеса. Такие крестовины обычно не ставятся на наружном рельсе на кривых, а также на стрелках, равномерно работающих на оба направления.
Крестовины изготовляются из рельсов углеродистой или термически обработанной стали, из рельсов из углеродистой стали в комбинации с отливками из марганцовистой стали, из прокатных марганцовистых рельсов и из марганцовистых отливок. Много лет крестовины изготовлялись исключительно из рельсов углеродистой стали, и этот тип пока еще является преобладающим, особенно в средних условиях работы стрелочных переводов.
Термически обработанные крестовины. Крестовины из мартеновской стали могут быть термически обработаны разными способами. По одному из способов крестовина, собранная полностью на временных болтах, нагревается в специальной печи и затем погружается в масляную ванну. Крестовину вынимают из масла, пока она еще теплая, и помещают в печь, где температура почти такая же, что и стали. Затем температура печи медленно доводится до температуры отпуска, которая сохраняется определенное время, после чего печь и крестовина медленно охлаждаются, чтобы избежать термических трещин. После этого крестовину вынимают, если нужно, выпрямляют, удаляют окалину и собирают с новыми термически обработанными болтами.
Другие способы термической обработки крестовин состоят в применении кислородно-ацетиленового пламени для придания твердости только верхней части головки рельса. В одном из таких способов собранная крестовина помещается в водяную ванну с уровнем воды на 6,4 мм ниже верха рельса. Верхняя поверхность рельса в зоне горла крестовины, включая сердечник и усовики, быстро нагревается многопламенной горелкой и теплота распределяется по всей воде. В результате верхняя поверхность рельса становится твердой с постепенным переходом к нормальной твердости в нижней его части.
Подобным же способом увеличивают твердость крестовины перед сборкой, нагревая ее в ванне с масляной эмульсией или на воздухе и затем закаливая струей сжатого воздуха и струей воды.
Неподвижные сборнорельсовые крестовины. AREA разработала чертежи таких крестовин с марками 1/4, 1/5, 1/6, 1/7, 1/8, 1/9, 1/10, 1/11 и 1/12. По этим чертежам предусмотрены сдвоенные подкладки (если специально не оговаривается иная конструкция), которые попарно ставятся на каждом брусе под крестовиной и на одном (или более) брусьях под примыкающими рельсами с каждого конца крестовины.
Сборнорельсовая крестовина состоит из двух остроганных рельсов, которые соединены под соответствующим углом для образования сердечника, двух усовиков, которые служат как путевые рельсы на большей части своей длины и образуют желоба вдоль сердечника и хвостовой подушки с соответствующими вкладышами, болтами и прочим креплением для обеспечения безопасности и придания прочности крестовине.
Для упрощения изготовления сборнорельсовой крестовины применяют вставку из легированной стали, образующую острие сердечника и вкладыши (рис. 2). Путевые рельсы примыкают к хвосту отливки; болты проходят через усовики, выступы отливки, путевые рельсы и хвостовые вкладыши и получается прочное болтовое соединение.
В процессе изготовления сердечника сборнорельсовой крестовины длинный и короткий рельсы сердечника изгибаются в нужных местах и под надлежащим углом для удержания шейки первого из этих рельсов в переднем конце сердечника и второго в месте вреза. Короткий рельс сердечника сострагивается по подошве для того, чтобы она могла примыкать к подошве длинного рельса сердечника, и оба рельса — короткий и длинный — строгаются по боковой грани головки и образуют прямые рабочие канты до конца сердечника. Практически не делают так, чтобы конец сердечника проходил до теоретического центра крестовины; обычно сердечник кончается там, где его ширина между рабочими гранями составляет 12,7 мм; это место известно как практическое острие сердечника, или «1/2-Дюймовое острие». Передняя нижняя часть сердечника выступает на 102 мм за его фактическое острие и сопряжена кривой радиусом 127 мм с дном желоба. Оба усовых рельса сходятся от переднего конца крестовины к точке, называемой «горлом крестовины», где расстояние между ними составляет 54 мм (с допуском ±3,2 мм); здесь они изгибаются под углом крестовины и между ними и сердечником образуется желоб шириной 47,6 мм.
Усовики в совокупности с сердечником служат для того, чтобы переносить бандажи колес через пространство за острием сердечника, а также чтобы направлять гребни. На конце они сострагиваются для образования отвода, необходимого для того, чтобы направлять колеса в желоба без ударов, и срезаются под углом 45°, чтобы избежать зацепления волочащимися частями подвижного состава.
Хвостовая подушка защищает сердечник крестовины от воздействия так называемых фальшивых реборд изношенных колес при пошерстном движении по сердечнику. Она представляет собой клинообразную металлическую деталь, обычно изготовляемую из стального рельса, расположенного головкой кверху и с подошвой, приподнятой таким образом, что она опирается на подошвы рельсов сердечника; изготовляется она и другой формы и из других материалов, по изнашиваемости одинаковых с рельсовой сталью.
Хвостовая подушка сохраняет установленный угол между двумя рельсами сердечника; ее верхняя поверхность, скошенная вниз к своему более широкому концу, представляет собой наклонную плоскость для подъема гребней колес и не позволяет наружным граням колес с изношенными гребнями зацепляться за тот или другой рельс сердечника. Вкладыши ставятся между частями крестовины для того, чтобы держать их в правильном взаимном положении; иногда они служат также как предохранители для ног обслуживающего персонала.
Помимо хвостовой подушки, имеются еще и вкладыши для желобов, которые могут быть одиночными и двойными. Кроме того, имеется подушка и в передней части крестовины. Сквозные болты диаметром от 29 до 35 мм изготовляются из термически обработанной стали и имеют для натяжения пружинные шайбы.
Мостики и крестовинные подкладки укладываются на брусьях для увеличения опорной площади и для увеличения прочности крестовин. Они могут состоять из одинарных широких мостиков, перекрывающих несколько крестовинных брусьев, и приклепанных к ним близ центра крестовины маленьких стальных плоских подкладок. Но обычно применяются стальные подкладки сечением 16 X 203 мм, выступающие на 89—102 мм за подошву рельса с каждой стороны крестовины; многие из этих подкладок приклепаны к крестовине. Чтобы создать упор и обеспечить правильное положение рельсов, к подкладкам с обеих сторон крестовины приварены реборды.

Сборнорельсовая крестовина
Рис. 2. Сборнорельсовая крестовина со вставкой из легированной стали для сердечника и вкладышей

Крестовины с подвижным усовиком.

Главное различие между крестовинами и подвижным усовиком (рис. 3) и обычными крестовинами состоит в наличии подвижного усовика, вместо одного из неподвижных усовиков, и пружины для возвращения его на свое место после прохода колес по его желобу. Поддерживающие мостики существенно необходимы для крестовин с подвижным усовиком и лафет нередко является частью конструкции в дополнение к сдвоенным подкладкам.
Различные детали, как-то: приспособления против поднятия и задерживающий башмак, имеют назначение держать усовик на своем месте по отношению костальным частям крестовины.
За последнее время крестовины с пружинящим усовиком стали привлекать большее внимание. В последних проектах многие нерациональные детали исключены и теперь изготовляют крестовину более мощную и требующую меньшего ухода. AREA разработала проекты крестовин марок 1/9, 1/10, 1/11 и 1/12. В этих проектах имеются короткие пружинящие рельсы, и в них все заклепки в усиливающих полосах заменены болтами. Кроме того, зажимные скобы, прикрепленные к основным болтам и приболченные к лафету или подкладкам, заменили в них прежние заклепочные соединения. Лафеты обеспечивают крестовине правильное направление в профиле и плане, а заклепочные соединения, наоборот, дают шаткость и игру вследствие коррозии или вибрации под составом. Хотя эти новые конструкции требуют большего шарнирного поворота в стыке из-за малой длины пружинящего рельса, они с успехом применялись на деятельных дорогах в течение нескольких лет. Короткий усовик в передней части крестовины позволяет применять более короткий контррельс по прямому пути, и в этом заключается его преимущество.
Крестовины с подвижным усовиком применяются почти исключительно на магистральных линиях — на переводах и съездах, где движение происходит преимущественно по главному пути. Правильно сконструированные поглотители ударов обеспечивают открытое положение пружинящего рельса во время прохода поезда и закрытие его с легким щелчком после прохода последнего колеса состава, без повреждения крестовины.
Крестовина с подвижным усовиком

Рис. 3. Крестовина с подвижным усовиком:
1 —длина крсстовины; Lпп — передняя часть; Lnm — теоретическая длина передней части; Lxn — хвостовая часть; L хт — теоретическая длина хвостовой части; 1  —  передний вкладыш; 2 — подвижный усовик; 3 — неподвижный усовик; 4 — предохранители для ног; 5— лафет; 6 — основной вкладыш; 7 — место вреза короткого рельса сердечника; 8 — вкладыш сердечника; 9— теоретическое острие; 10 — практическое острие; 11  — направляющая скоба; 12 — стакан пружины; 13 — предохранитель для ног; 14— хвостовой вкладыш; 15 — длинный рельс сердечника; 16 — угол крестовины; 17 — короткий рельс сердечника; 18 — парные подкладки; 19 — передний вкладыш; 20 — неподвижный рельс; 21— прямая стыковая накладка; 22 — подвижный усовик; 23 — ступенчатый болт; 24 — изогнутая стыковая накладка; 25 —наружная спиральная пружина; 26 — внутренняя спиральная пружина; 27 — шток; 28 — направляющая втулка штока; 29 — выемка в головке рельса; 30— кронштейн стакана пружины; 31— стакан пружины; 32 — подвижной усовик; 33 — усилительная полоса; 34- направляющая скоба; 35 — кронштейн направляющей скобы; 36 — подушка направляющей скобы; 37 — упорка для головки
болта; 38 — зажимная скоба; 39 — основной вкладыш; 40— вкладыш сердечника

Пружинящий рельс усовика резко согнут, чтобы дать достаточное пространство для возможности открытия усовикового пружинящего рельса при проходе колес состава.
В головке пружинящего усовика выстрогана треугольная выемка, чтобы пропустить гребни колес состава, проходящего по главному пути. Выемка имеет глубину 12,7 мм у острия и сходит на нет в том месте сердечника, где бандаж полностью покрывает оба рельса. Это предохраняет от ударов изношенных гребней и ненужного открывания пружинящего усовика во время прохода подвижного состава.

Пружина для крестовины.

AREA рекомендует или двойную пружину, которая ставится впереди сердечника и надета на болт, пропущенный через оба усовиковых рельса, или одиночную пружину, соединенную с пружинящим рельсом усовика над вторым брусом сердечника и опирающуюся на прикрепленную здесь подкладку.
Пружина обычно применяется двойная спиральная, причем большая пружина называется наружной спиралью, а меньшая — внутренней. Давление пружин передается металлическому цилиндру, называемому направляющей втулкой; пружины помещаются в металлических стаканах.
Направляющая скоба состоит из кронштейна, выступающего под прямым углом от усилительной полосы, приклепанной или приболченной, по проекту AREA, к крылу пружинящего усовика; этот кронштейн двигается вперед и назад внутри скобы, имеющей форму обернутого U, с небольшим шагом, чтобы не дать подвижному усовику подниматься, в особенности если под ним образуется лед. Обычно достаточно двух таких направляющих скоб. Направляющий башмак представляет конструкцию, по старому проекту приклепанную к несущей подкладке, а по проекту AREA приваренную к ней, для того чтобы воспринимать боковой удар, когда пружинящий рельс находится в открытом положении; направляющий башмак выполняет роль рельсового упора.

Марганцовистые крестовины.

Марганцовистая сталь применяется в крестовинах еще с 1900 г. Сопротивление истиранию и ударным воздействиям, свойственное как литой, так и прокатной марганцовистой стали, позволило применять ее в крестовинах при тяжелых условиях работы, где в тот же период времени изнашиваются две или три крестовины из обыкновенной углеродистой стали. Вследствие относительно высокой стоимости марганцовистой стали в настоящее время избегают ее применения на путях менее напряженных и применяют там марганцовистую сталь только для изнашиваемых частей крестовин из углеродистых рельсов. Марганцовистую сталь применяют в виде общей отливки для сердечника и горловой части крестовины, а прилегающие части делают из углеродистых рельсов. Такие крестовины известны как крестовины с марганцовистой вставкой, марганцовистым центром, марганцовистым телом или как сборные марганцовистые крестовины (рис. 4). Такая конструкция дает возможность продлить срок службы крестовины, используя преимущество марганцовистой стали без значительного удорожания по сравнению с углеродистой. Хотя одно время делали крестовины полностью из рельсов прокатной марганцовистой стали, но более употребительной конструкцией в местах интенсивного износа является цельнолитая или сборная марганцовистая крестовина. Первая из этих двух конструкций крестовин предпочтительна для товарных дворов с крутыми кривыми, где осевые нагрузки велики и где работа стрелок напряженная.
Марганцовистые крестовины.
Рис. 4. Общий вид сборной крестовины со вставкой из марганцовистой стали

Общая марганцовистая отливка работает как единая деталь, уход за ней не сложен и срок службы продолжителен.
Цельнолитая марганцовистая крестовина не экономична для марок положе 1/12, в которых обычно применяется сборная марганцовистая крестовина. Эта последняя конструкция экономична для всех марок крестовин и предпочтительнее ставится на главных путях.

Сборные марганцовистые крестовины.

Марганцовистые неподвижные крестовины бывают двух типов — сборные и цельнолитые. Первый тип наиболее желателен для длинных переводов, так как марганцовистая сталь особенно подходит для длинных тонких сердечников, а такие крестовины требуют сравнительно небольшого ухода. Этот тип также желателен для переводов на главном пути и на съездах, где значительная часть движения отклоняется через переводы, и для мест, где применяются большие скорости на станционных путях.
Чтобы обеспечить непрерывность рабочих граней рельсов и отливок, необходимо плотное соединение в обоих концах крестовины и применение мощных подкладок, часто снабженных ребордами или крючками, чтобы предохранить от преждевременного износа переводные брусья и держать крестовину в правильном положении.
Чертежи AREA для сборных марганцовистых крестовин включают марки 1/4, 1/5, 1/6, 1/7, 1/8, 1/9, 1/10, 1/12, 1/14, 1/15, 1/16, 1/18 и 1/20. В чертежах предусматривается отливка из марганцовистой стали для центральной части, опирающаяся на усиливающие рельсы из углеродистой стали и соединенная с ними болтами. Вся отливка полностью называется марганцовистым телом, боковые части отливки —  марганцовистыми усовиками и центральная часть — сердечником. Остальные части носят такие же названия, как и в обыкновенных сборнорельсовых неподвижных крестовинах.
В проектах AREA для сборных марганцовистых крестовин марганцовистое тело крестовины выступает значительно вперед за горло крестовины, а также за хвост, где заполняет пространство между хвостовыми рельсами и служит для соединения их, а также как хвостовая подушка. Противолежащие сердечнику усовиковые рельсы имеют полное сечение.
Практическое острие сердечника во всех типах марганцовистых крестовин, кроме пересекающихся под углом 25° и больше, установлено в том месте, где ширина между рабочими гранями составляет 15,9 мм, вместо обычных 12,7 мм. Однако для удобства в работе теоретическое острие сердечника шириной 12,7 мм отмечается на крестовине риской. Для марганцовистых крестовин с углами 25° и больше практическое острие сердечника имеет ширину 12,7 мм.
Глубина и ширина желобов равны 47,6 мм и края дна внизу закруглены по радиусу 21,4 мм.

Цельнолитые марганцовистые крестовины.

Этот тип предназначен исключительно для тяжелой работы в парках станции. Крестовины, которые имеют верхнюю поверхность без повышения, применяются в тех местах, где скорость не ограничена, а там, где скорость ограничена, применяются цельнолитые марганцовистые крестовины с ребордами на усовиках, или так называемые самоохраняющиеся. Детали конструкции сравнительно просты, так как крестовина состоит из одной отливки с накладками и болтами для прикрепления примыкающих рельсов. В этих крестовинах ставят сдвоенные подкладки с крючками.
Цельнолитые марганцовистые крестовины марок положе 1/12 вообще неэкономичны. Поэтому стандартные чертежи AREA предусматривают только марки 1/4— 1/12 включительно. Они запроектированы для рельсов среднего и большого веса. Вследствие высокой стоимости отливок из марганцовистой стали они делаются минимальной практически допустимой длины.
Цельнолитая марганцовистая крестовина представляет самостоятельную конструкцию. Она имеет дополнительный выступ в заднем конце, который включает также хвостовую подушку, и выступ спереди, причем оба выступа являются вкладышами между примыкающими рельсами. AREA рекомендует применять стыковые накладки длиной 914 мм для крестовин марок от 1/7 до 1/12 при рельсах типов 56 кг/пог. м и тяжелее и стыковые накладки длиной 610 мм для остальных крестовин.

Самоохраняющиеся крестовины.

Экономичность и безопасность самоохраняющихся крестовин, или крестовин с ребордами, применяемых на станционных путях с умеренными скоростями, общеизвестна. Этот тип крестовины (рис. 5) исключает применение контррельсов, вследствие чего отпадает стоимость их самих и принадлежностей к ним и добавочная стоимость их содержания. Это особенно важно при наличии льда и снега. Отсутствие контррельсов устраняет заботы и расходы по содержанию их в пределах норм и обеспечению условий безопасности движения. Крестовина предназначена для того, чтобы гребни колес, проходя у острия сердечника, направлялись при помощи возвышающихся охранных реборд; наружные части колесных бандажей, легко касаясь их, отклоняются в требуемое направление без толчка. Эти приспособления бывают трех типов: одной отливки с крестовиной, из рельсов с повышенными ребордами, являющихся частью крестовины, и специальные приспособления с регулируемыми частями. AREA одобрила стандарты цельнолитых самоохраняющихся крестовин из марганцовистой стали для марок 1/4—1/10 включительно. Конструкция их аналогична в общих чертах конструкции цельнолитых крестовин из марганцовистой стали, но с добавлением общих с отливкой охранных реборд, возвышающихся на 32 мм над поверхностью катания. Реборды с пологими отводами постепенно доходят до расстояния от рабочей грани, равного стандартной ширине колесного бандажа; далее они проходят почти параллельно рабочим кантам до теоретического острия крестовины, от которого отходят по кривой переменного радиуса до конца своей приподнятой части, где обеспечивается минимальное расстояние между ребордой и соответствующим ей рабочим кантом, равное 152 мм.
Самоохраняющаяся крестовина
Рис. 5. Общий вид цельнолитой самоохраняющейся крестовины

 
« Стрелки, крестовины и контррельсы   Стрелочные переводы »
железные дороги