Шпалы, их назначение, типы, материал и срок службы
Шпалы — поперечины, при помощи которых связываются обе нитки рельсов, чем обеспечивается определенная ширина колеи. Кроме того, шпалы распределяют давление от подвижного состава на балласт и обеспечивают устойчивость рельсовой колеи в продольном и боковом направлениях.
Шпалы применяются деревянные, а в последнее время начали укладываться и железобетонные шпалы.
Типы и размеры деревянных шпал установлены ГОСТ № 8993-59 и введены с 1 января I960 г. По форме поперечного сечения шпалы подразделяются на обрезные и необрезные. К обрезным относятся шпалы, у которых пропилены все четыре стороны, они имеют марку «А». Необрезные имеют пропиленные только две противоположные стороны постели и отличаются маркой «Б».
В зависимости от размеров поперечного сечения установлено три типа шпал: I, II и III (рис. 2-7). Размеры толщины и ширины установлены для древесины влажностью до 22%.
Рис. 2-7. Поперечное сечение стандартных шпал: а — обрезные; б— необрезные.
Отклонения от установленных размеров шпал допускаются: по длине ±25 мм, по толщине ± 5 мм и по ширине верхней постели 10 мм; ширине нижней постели обрезных шпал ± 10 мм и необрезных — 10 мм ± 50 мм.
Длина шпал для постоянных путей 1,5 м и для временных 1,7-1,8 м.
Материалом для шпал служат: сосна, ель, лиственница, кедр, пихта, бук и береза.
На одном из торцов шпал указывается наименование предприятия-поставщика, тип и порода древесины шпал.
Шпалы располагаются под рельсами таким образом, чтобы первые шпалы от концов рельсов находились на расстоянии 20 см, остальные шпалы укладываются в зависимости от количества шпал на одно звено и на 1 км по эпюрам, указанным на рис. 2-8.
Рис. 2-8. Схема расположения шпал под рельсом.
Количество шпал на 1 км пути устанавливается в зависимости от категории пути и нагрузки от оси подвижного состава на рельсы согласно табл. 2-2.
Шпалы подвергаются гниению и механическому износу. Шпалы в результате гниения выбывают из строя в среднем: сосновые через 5 лет и еловые через 4 г.
Для увеличения срока службы шпал производится их антисептирование противогнилосными веществами.
Антисептирование шпал в настоящее время осуществляется двумя способами — методом обмазки водным раствором фтористого натрия с гидроизоляцией кузбасс-лаком и пропиткой автоклавным методом под давлением, с применением масляных антисептиков — антраценового или креозотового масла.
Первый способ прост, но опыт показывает, что антисептируемый слой недостаточен, поэтому плохо предохраняет шпалы от гниения.
Наилучшим способом пропитки шпал является второй способ, который производится на лесозаводах и на крупных транспортных хозяйствах.
В 1957 г. Шатурским транспортным управлением построена автоклавная шпалопропиточная установка. Эта установка состоит из пропиточного цилиндра диаметром 1,6 м и длиной 6,6 м, емкостью 12 м3, масляного бака емкостью 9,6 м3, двух масляных и одного вакуумного насосов с электродвигателями, системы трубопроводов для перекачки антисептиков, паропроводов и системы вытяжной вентиляции.
Вся установка размещается в здании площадью 65 м2 и высотой 4,25 м. По путям, примыкающим к зданию, па вагонетках подаются непропитанные и отвозятся пропитанные шпалы. Погрузка и разгрузка шпал механизированы при помощи козлового крана. Производительность шпалопропиточной автоклавной установки составляет 60 тыс. шпал в год.
Пропитка производится следующим образом. В пропиточный цилиндр загружаются шпалы и после закрытия крышки включается вакуум-насос, который создаст в цилиндре разрежение. Затем впускается горячий антисептик. После заполнения цилиндра насосом подастся антисептик под давлением 4-8 атм. При этом антисептик вдавливается внутрь древесины, пропитывая стенки клеток.
После прекращения давления и освобождения цилиндра от антисептика открывается крышка и пропитанные шпалы подаются на склад.
Срок службы шпалы, пропитанной масляным антисептиком под давлением, значительно увеличивается. Средний срок службы шпал еще очень мал и примерно 3/4 выхода шпал из строя происходит от гниения. Опыт показывает, что шпала может лежать в пути в среднем 30-35 лет, т. е. срок, который соответствует амортизационному сроку жизни торфопредприятий.
Пути продления жизни шпалы до этого срока сводятся к следующим мероприятиям. Первое — это повышение качества изготовления шпалы: шпала должна быть хорошо просушена, пропитана антисептиками, зашпаклевана, покрыта гидроизоляцией и обвязана против растрескивания.
Второе — это устранение влияния механического износа па шпалу, для чего в местах забивки костылей должны быть вставлены дюбеля из твердых пород, предварительно пропитанные, и наклеены пропитанные прокладки из твердых пород леса или прессованной древесины. Механический износ в этом случае при костыльком креплении будет восприниматься прокладкой и дюбелем, которые при износе будут заменены без порчи шпалы.
Деревянные шпалы имеют ряд положительных качеств, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к шпалам при работе в пути. Одновременно деревянные шпалы имеют и некоторые недостатки, как-то: неоднородность по размерам и другим свойствам и способность к загниванию, слабая сопротивляемость смятию и истиранию под подкладками, низкая сопротивляемость растрескиванию. Эти недостатки при большой грузонапряженности и осевых нагрузках вызывают относительно небольшой срок службы.
Учитывая дефицит древесины при большем ее расходе, а также необходимости создания более прочного пути и увеличения срока службы, в настоящее время проводится внедрение железобетонных шпал. Железобетонные шпалы хорошо сопротивляются истиранию, не гниют, не боятся сырости и не горят, допускают большее напряжение на сжатие, чем деревянные.
Железобетонная шпала типа ЦНИИ МПС для путей узкой колеи показана на рис. 2-9а. Шпалы изготавливаются в полигонных или заводских условиях из высокопробных бетонов марки не ниже 500 и высокопрочной проволоки (струнная) диаметром 2,6 мм с предварительным напряжением.
Для закрепления шпал к рельсам в шпалах устраиваются гнезда с заполнением их деревянными пробками.
В пробках делаются отверстия для постановки шурупов
Под металлические подкладки укладываются деревянные прокладки, чем достигается более упругая передача давления от рельса на шпалу.
Шпала типа Промтранспроекта (рис. 2-9,б) имеет трапецеидальную форму и длину, равную 1,4 м. Арматурой служит стальная высокопрочная проволока периодического профиля с пределом прочности 15 000 кг/см2. Крепление шпал к рельсам болтовое с рифленой пружинной клеммой. Рифленая клемма с рифленой пластинкой дает возможность регулировать ширину колеи.
Вес шпалы 63 кг, в том числе арматура 1,7 кг.
Железобетонные шпалы имеют ряд особенностей по сравнению с деревянными, от которых зависит их работа в пути, а также оказывают влияние па процесс укладки и содержание пути. К этим особенностям относятся: большая жесткость; повышенная чувствительность к механическим повреждениям; худшая работа шпал на изгиб; малая трещиноустойчивость; больший вес; большое сопротивление механическому износу; высокая электропроводимость; наличие деревянных дюбелей и прокладок.
Большая жесткость железобетонных шпал вызывает большие нагрузки на балласт и основную площадку земляного полотна, чем при деревянных шпалах.
Для предохранения железобетонных шпал от механических повреждений должны приниматься меры по их сохранности при погрузке, транспортировке, перегрузке, а также при укладке и текущем содержании пути.
Железобетонные шпалы, имеющие значительный вес, наличие дополнительных элементов и специфический характер их износа, требуют создания новых путевых механизмов и новых методов содержания и ремонта пути.
Укладка и содержание пути на железобетонных шпалах должны производиться в соответствии с техническими условиями. Железобетонные шпалы должны укладываться отдельными участками на тщательно уплотненном земляном полотне. Укладка отдельных железобетонных шпал между деревянными не разрешается. Не допускается укладка железобетонных шпал на пучнистых и больных участках земляного полотна.
Железобетонные шпалы типа ЦНИИ изготовлялись и укладывались на торфопредприятиях Белоруссии. Имеется опытный участок в Шатурском транспортном управлении. На ряде путей торфопредприятий, имеющих большую грузонапряженность, железобетонные шпалы находят применение.