С. В. АМЕЛИН, докт. техн. наук, Н, Н. ЕЛСАКОВ, канд. техн. наук, А. С. ГАПОНЕНКО, инженер
О разветвлении путей задумывались еще в далеком прошлом (древней Греции, Риме, Египте, Ассирии), что было связано с появлением колейных дорог. В раскопках древнеримского города Помпеи, в Сирии, Северной Африке часто находят глубокие параллельные борозды постоянной ширины, например, 1625 мм. Иногда археологи обнаруживают разветвления или разъезды, отходящие полукругами в разные стороны (рис. 1, а). В середине XVII в. на рудниках в Саксонии, Эльзасе возник конный путь с деревянными рельсами (рис. 1, б). Колеса тележек, также деревянные, имели посередине желоба для того, чтобы не сходить с бревен. Тут уже более отчетливо вырисовывается примитивный стрелочный перевод.
В России в первое время на железной дороге укладывали безостряковые стрелки с одиночными подвижными рельсами (рис. 2, а). Они просты по конструкции, но обладают немалыми недостатками. Один из них — разрыв колеи в начале рельсов. При неправильном положении перевода вагон, проходящий в пошерстном направлении, мог сойти с рельсов. Из-за коротких подвижных рельсов при переключении на боковое направление получается удар в один из них под большим углом. Это ограничивает скорость движения. Кроме того, в горизонтальной плоскости подвижные рельсы недостаточно устойчивы. Такие стрелки просуществовали на главных путях недолго и впоследствии были заменены более совершенными.
Одновременно на Московско-Петербургской дороге использовали безостряковые стрелки с двойными подвижными рельсами (рис. 2, б).
Рис. 1. Прообразы стрелочных переводов: а — разветвления колеи; б — пересечение путей с деревянными рельсами-бревнами
Они гораздо устойчивее в горизонтальной плоскости и обеспечивают более плавный въезд подвижного состава на ответвление. Однако полный разрыв колеи в начале стрелки воспрепятствовал их широкому распространению. Такие стрелки эксплуатировались на главных путях до конца 60-х годов прошлого столетия, а потом укладывались во второстепенные временные пути.
С середины минувшего века на дорогах России появились остряковые стрелки с двумя подвижными остряками из обычных рельсов одинаковой длины. Они стали прототипом современных стрелок, однако, тоже имели недостатки. Так, концы прямых остряков получались тонкими и быстро ломались. В остроганной части остряки были маломощными. Приходилось ослаблять острожкой и подошву рамных рельсов, поэтому боковая жесткость стрелки была недостаточной.
В 1880 г. на Орловско-Витебской дороге уложили несколько стрелочных переводов системы Блауэля (рис. 3). Стрелка их состояла из двух неподвижных обыкновенных рельсов главного прямого пути и двух подвижных остряков бокового — прикладного и накладного. Подвижные остряки располагались на 40 мм выше рельсов стрелки прямого пути. Отвод возвышения с уклоном 1/44 устраивался на участке в 1760 мм. Внутренний прикладной остряк был изготовлен из прямоугольного стального бруска с простроганным посередине наклонным желобом. При съезде на боковой путь реборды колес, направляемые желобом внутреннего прикладного остряка, накатывались на внешний подвижной остряк и благодаря возвышению пересекали главный путь.
Рис. 2. Безостряковые стрелки с одиночными (а) и двойными (б) передвижными рельсами
Рис. 5. Типы профиля остряков: а — из рельсов Вильямса; б, в — уголковые; г — колоколообразный (шляпообразный); д — специальный остряковый симметричный пониженный; е — то же, несимметричный; ж — то же, улучшенный (проектный)
Рис. 3. Стрелочный перевод системы Блауэля
Рис. 4. Остряковая стрелка из остряковых рельсов специального профиля одной высоты с нормальными рамными рельсами: 1 — рамный рельс; 2 — остряк; 3 — упорный болт; 4 — башмак-упорка
Ограниченная скорость по боковому пути, а также сложность и дороговизна таких стрелок заставили от них отказаться.
В конце XIX в. появились остряковые стрелки из остряковых рельсов специального профиля одной высоты с нормальными рамными рельсами. В 1893 г. на Псковско-Рижской дороге остряковые рельсы несимметричного профиля применяли в стрелках погонной массой 22,6 фунта/фут (рис. 4). Позднее их укладывали в стрелки типов llla и IVa на многих магистралях страны вплоть до прекращения проката рельсов IVa в 1926 г. и llla в 1938 г. Остряковые рельсы одной высоты с рамными лучше, чем остряки из рельсов нормального профиля. У них усиленное поперечное сечение, они не требуют выпрессовки корневой части под профиль нормального рельса. Однако необходимость фрезеровать концевую часть остряков при использовании корневого устройства вкладышно-накладочного типа и гибких остряков под профиль нормального рельса, а также ослабление рамного рельса из-за прострожки подошвы в дальнейшем исключили их применение.
В конце прошлого столетия на Ивангородо-Домбровской дороге использовали стрелки с остряками из рельсов Вильямса пониженного профиля погонной массой 32,25 фунтов/ фут (рис. 5, а). На Калишской линии Варшаво-Венской дороги остряковые рельсы специального профиля имели уголковое поперечное сечение (рис. 5, б).
Рис. 6. Корневое устройство шкворневого типа
Основная цель при их создании была обеспечить наименьший отход металла при обработке остряка. Остряки уголкового профиля достаточно прочны. Они не требуют острожки подошвы рамного рельса, но вместе с тем обладают меньшей устойчивостью против опрокидывания и усложняют выпрессовку корневой части под профиль нормального рельса. Из-за этого такие остряковые рельсы распространения не получили.
На Московско-Окружной дороге укладывали остряки, показанные на рис. 5, в и г. Колоколообразный или шляпообразный профиль более устойчив против опрокидывания и весьма прочен. Однако у него малы полки подошв, а при строжке получается много отходов. Поэтому остряковые рельсы этого профиля тоже не прижились.
В 1907 г. запроектировали стрелочные остряки из рельсов специального острякового симметричного профиля (рис. 5, д), напоминающего колокол. Впоследствии такие остряки были применены в стрелках типа Р50.
Исследованиями установили, что лучше других остряковые рельсы специального профиля, пониженные, несимметричного сечения для типов Р50 и Р65 (рис. 5, е и ж), а также Р75. Они приняты на наших дорогах как основные.
Во всех отечественных остряковых стрелках применялись, как правило, корневые устройства трех типов: шкворневые, вкладышно-накладочные, а после Великой Отечественной войны — простой стык с гибкими остряками.
Корневые устройства с остряками, показанными на рис. 5, а—г, ставили в основном на Николаевской и на Московско-Окружной дорогах. Однако с распространением остряковых рельсов специального профиля, пониженных, симметричного сечения (см. рис. 5, д) с начала нашего столетия до 40-х годов внедрялись корневые устройства шкворневого типа для рельсов типов Hla, На, la, Р43 и Р50. Правда, предшественниками этих устройств были простые накладочные.
Рис. 7. Корневое устройство вкладышно-накладочного типа: 1 — четырехдырная накладка; 2 — распорная втулка; 3 — остряк; 4 — рамный рельс; 5 — упорки; 6 — чугунный или стальной вкладыш; 7 — рельс переводной кривой; 8 — мостик
Принцип шкворневого корневого устройства (рис. 6) заключается в следующем. Конец остряка опирается на пятник со шкворнем, с которым остряк неподвижно скреплен накладками-удержками, соединенными с пятником. В круглое отверстие в корневом мостике и лафете вставлен шкворень диаметром 70—100 мм. При переводе стрелки шкворень свободно вращается вокруг вертикальной оси. Преимущество такого устройства в том, что можно применять остряковые рельсы специального профиля, пониженные без выпрессовки и фрезеровки корневой части. У него немало и недостатков: большое количество деталей (до 30 в стыке одного остряка); корень остряка не связан с примыкающим к нему рельсом соединительной прямой или переводной кривой, что ускоряет расстройство крепления; отверстие разрабатывается, а сам шкворень изнашивается, поэтому остряк в корне может смещаться; ограничена возможность применения остряков по типам (только пониженные специального профиля). По этим обстоятельствам корневые устройства шкворневого типа не изготовляются уже с 40-х годов.
Сейчас типовым во всех стрелках (Р75, Р65, Р50 и Р43) стало вкладышно-накладочное корневое устройство (рис. 7). Оно появилось сначала в стрелочных переводах типов IIla и IVa с остряками специального профиля одной высоты с рамными рельсами, а затем с остряками специального профиля пониженными как симметричного сечения, так и (позже) несимметричного.
Рис. 8. Корневое устройство при гибких остряках: 1 —рамный рельс; 2 — корневой лафет; 3 — остряк; 4 — зажимная планка; 5 — упорные накладки; 6 — ребристый корневой мостик; 7 — заклепка
В корне остряка стык расположен на весу (в переводах старых конструкций типов IVa и IIla — на брусе) и смонтирован на мостике-лафете. Между закрепленным упоркой рамным рельсом и остряком с примыкающим к нему рельсом переводной кривой вставлен стальной вкладыш. Со стороны оси пути остряк и подходящий к нему рельс соединены четырехдырной накладкой, которая неподвижна и несколько изогнута в середине. Между остряком и накладкой есть зазор, допускающий перевод остряка из одного положения в другое. Для того чтобы накладка при стягивании болтами не разгибалась, между ней и вкладышем вставлена распорная втулка, надетая на первый болт от начала остряка.
Вкладышно-накладочное устройство отличается прочностью, простотой Конструкции и небольшим количеством деталей. Однако необходимо выпрессовывать корневую часть остряка под профиль нормального рельса, а также регулярно очищать пространство между накладкой и остряком и между остряком и вкладышем от грязи.
Корневое устройство — простой стык при гибких остряках (рис. 8) начало эксплуатироваться после Великой Отечественной войны в стрелках Р50 марки 1/18 и типа Р65 марок 1/11, 1/18 и 1/22. Это обычный стандартный стык, в котором остряк закреплен неподвижно. Через 1—3 шпальных пролета от корня подошва остряка острогана с обеих сторон на участке 800—900 мм, чтобы в этом месте он изгибался при переводе из одного положения в другое. Конструкция проста, удобна в обслуживании, прочна, устойчива. Ее следует считать наилучшей как в настоящее время, так и в обозримой перспективе.
Как известно, стрелки бывают с прямыми остряками и с криволинейными. Для главных путей магистральных дорог в переводах, по которым поезда сворачивают на боковое направление, наиболее приемлемы стрелки с криволинейным остряком. Их в свою очередь можно разделить на стрелки с постоянной и переменной кривизной остряка, иначе говоря, с остряком одного радиуса и двойного радиуса. История эксплуатации, а также экспериментальные и теоретические исследования подтверждают, что лучшие из них — стрелки с криволинейными остряками, очерченными в плане двумя радиусами: большим в начале и меньшим в Остальной его части. Например, у нас есть переводы типа Р65 марки 1/11 с радиусами остряка 400 и 300 м.