Главнейшими факторами, определяющими продолжительность службы шпал, являются: порода дерева, из которого изготовлены шпалы, размеры шпал, способ сушки и транспортировки шпал, применение пропитанных или непропитанных шпал, род балласта, размеры и тип скреплений, климатические условия, размеры грузооборота. Некоторые породы леса лучше противостоят гниению, износу и растрескиванию, чем другие, и могут обеспечить более долгую службу шпал в равных условиях грузооборота. Шпалы большего сечения, как кажется, должны служить дольше, чем шпалы, имеющие меньший размер, однако это не всегда оправдывается, так как более тяжелые шпалы обычно применяются на линиях с большим грузооборотом.
Причиной гниения древесины является заражение ее грибами. Учитывая, что почва лесов кишит различными грибами, чрезвычайно важно хорошо организовать транспортировку и хранение шпал с тем, чтобы предупредить распространение грибов. Климатические условия, в которых работает шпала, также имеют серьезное влияние на срок службы шпал, так как грибы лучше размножаются в теплом и влажном климате. Гниение можно предупредить пропиткой, при этом большую роль для успешного ее действия играют метод пропитки шпал и способность древесины к поглощению антисептика.
Пропитка, по-видимому, полностью разрешила проблему борьбы с гниением шпал, за исключением случаев, когда в результате образования трещин или при перерезывании волокон вскрывается непропитанная древесина шпалы. Поэтому повреждение древесины подкладками или костылями служит частой причиной выхода шпал. Таким образом, причинами, действием которых в основном определяется выход шпал и срок их службы, являются образование трещин и механический износ шпал. Необходимо тщательно изучать действие этих факторов и разработать меры борьбы с ними.
Шпала, вынутая из пути в результате интенсивного
растрескивания
Образование трещин в шпалах.
Прежде чем приступить к разработке мер по борьбе с растрескиванием шпал, необходимо изучить причины образования трещин. Независимо от того, срублены деревья зимой или летом, в клетках древесины сохраняется значительная влажность. При воздушной сушке шпал высыхание древесины происходит неравномерно и периферийные клетки отдают влагу быстрее, чем более глубокие. При этом вследствие большей усадки внешних волокон, чем внутренних, в наружных слоях древесины шпалы образуются мелкие трещины. Волокнистое строение древесины приводит, кроме того, к более быстрому высыханию торцов, поэтому на концах шпал образование трещин идет сильнее.
Образование глубоких продольных трещин в результате усыхания древесины происходит также или во время воздушной сушки шпал или в пути, особенно летом, когда в жару усыхание происходит особенно быстро. Глубокие продольные трещины также усиленно образуются у концов шпал. В некоторых случаях они развиваются из мелких трещин на торцах или появляются у края чистообрезных шпал, если на одной из сторон шпалы обнажается сердцевина. Глубокие продольные трещины образуются по радиусам, главным образом в направлении от верхней постели к нижней. Шпалы с обливами растрескиваются сильнее, чем чистообрезные шпалы, вследствие наличия в них повышенной влажности в заболони обливов.
Все работники пути сходятся в оценке вредного действия трещин в шпалах, гак как именно через них гнилостные грибки могут проникать в глубь древесины, за пределы пропитанной зоны. Кроме того, трещины ослабляют подрельсовое сечение шпалы и уменьшают сопротивление костылей на выдергивание. Трещины забиваются балластом, который мешает шпале сжиматься при колебаниях температуры. Образование в глубоких трещинах льда нередко еще больше расширяет их, а иногда расширение воды при замерзании ее в трещине разрывает шпалу пополам.
Для борьбы с растрескиванием шпал применяют различные профилактические мероприятия. В их число входят: регулирование скорости сушки шпал, применение специальных закрепителей против растрескивания и защитного покрытия. Так как большинство трещин образуется при воздушной сушке шпал, наибольшее внимание в настоящее время обращают на улучшение процесса сушки, применяя огневую сушку или химические методы сушки и, наконец, так называемый одноступенчатый способ сушки и пропитки шпал.
Механический износ.
Механический износ проявляется в виде: перерезывания волокон древесины шпалы рельсом или подкладкой, изломов и раздавливания шпал под нагрузкой, истирания нижней постели шпал балластом и повреждения древесины шпал при забивке костылей. Интенсивность всех этих повреждений в свою очередь зависит от типа рельсов, типа и размеров подкладок, качества содержания пути, применения предварительной затески и сверления шпал, типа рельсовых стыков, применения сварных рельсовых плетей и типа противоугонов.
Тип рельсового стыка, по-видимому, является важнейшим фактором, определяющим интенсивность износа стыковых шпал, так как величина вертикальных перемещений концов рельсов под нагрузкой непосредственно влияет на износ шпал вследствие перерезывания их подкладками, раздавливания сверху и истирания балластом снизу, а стыки с большими зазорами, кроме того, вызывая вертикальные перемещения костылей, усиливают разработку костыльных отверстий. Установлено, что в стыках с шестидырными накладками длиной 914 мм износ шпал значительно меньше, чем в стыках с четырехдырными накладками длиной 610 мм, применение же сварных рельсовых плетей полностью исключает механический износ шпал в стыках.
Увеличение сечения рельса и размеров подкладок уменьшает механический износ шпал, происходящий в результате перерезывания волокон и раздавливания. Повреждение шпал в подрельсовом сечении еще больше снизится при применении подкладок с рифленой нижней поверхностью или обшивочных костылей. Затеска шпал обеспечивает плотное прилегание подкладок, а сверление костыльных отверстий повышает выдергивающее усилие для костылей, то и другое приводит к уменьшению механического износа шпал.
Методы содержания пути, в число которых входит подбор балластных материалов и обеспечение хорошего водоотвода, заметно влияют на механический износ шпал, так как, если путь содержится так, что требует лишь минимального исправления в плане и профиле, интенсивность истирания шпал балластом резко уменьшается. Там, где избегают подбивки шпал по оси пути, резко сокращается количество изломов шпал; при наличии хорошего отвода воды снижается влажность древесины шпал и они лучше сопротивляются износу.
Помимо рельсовых стыков, участком, требующим наибольшего внимания в отношении механического износа, является подрельсовое сечение шпалы. Износ шпал в этом сечении вызывается действием следующих пяти факторов: вертикальным давлением рельса на шпалу; боковыми перемещениями подкладок в стыке; размягчением волокон древесины шпалы вследствие увлажнения водой, скапливающейся в углублении под подкладкой; механическим
разрушением древесины шпалы при знакопеременном давлении воды вследствие насосного действия подкладки; химическим разрушением древесины вследствие коррозии металла подкладки и костылей.
Давно известно, что величина воспринимаемой шпалой вертикальной нагрузки меньше влияет на механический износ шпалы, чем боковое перемещение подкладки под поездами. Для уменьшения истирания шпалы подкладкой большое значение имеет применение обшивочных костылей и укладка под подкладками специальных прокладок.