Путь железных дорог США - Смена шпал и переводных брусьев

РАЗДЕЛ 8
Смена шпал и переводных брусьев.

На железных дорогах Северной Америки преобладают деревянные шпалы. Под воздействием подвижной нагрузки и природных факторов шпалы разрушаются. Число шпал, подлежащих ежегодному изъятию из пути, составляет обычно 2—3% общего их числа. Но поскольку общее число шпал в пути чрезвычайно велико, замена достаточного числа шпал ежегодно во избежание резкого ухудшения состояния пути — огромная задача.
В США и Канаде ежегодно заменяют около 25 млн. шпал, хотя это число может существенно изменяться в зависимости от экономической обстановки.
Учитывая затраты на приобретение новых шпал и других материалов, связанных с их заменой, стоимость транспортировки и распределения материалов, затраты в связи с изъятием дефектных шпал и укладкой новых, стоимость эксплуатации механизмов и машин, затраты на удаление изъятых материалов, на выправку и отделку пути после замены шпал, издержки вследствие задержек поездов и пропуска их в обход в связи с производством работ, замена шпал — одна из важнейших статей расходов в текущем содержании пути.
Несмотря на то, что операции, связанные с заменой шпал, на большинстве железных дорог достигли высокой степени совершенства, обеспечивая высокий уровень эффективности и качества работ, различные этапы замены шпал все еще беспокоят путейцев.
В обычных условиях, за редким исключением, шпалы на отдельном участке пути выходят из строя не одновременно. Как правило, на каждом участке только единичные шпалы дефектные, а большинство находится в работоспособном состоянии, не требуя замены.
Особенность путевой решетки — возможность, за редким исключением, оставить в пути отдельные дефектные шпалы, не влияя на безопасность пути. Эта особенность пути отражена в Нормах безопасности пути FRA. Данное соображение составляет основную предпосылку большинства схем организации работ по замене шпал:

1. замена только одиночных шпал. Большинство шпал остается в пути;
2. число дефектных шпал должно быть достаточно большим, чтобы отдельные механизмы и машины большую часть времени были заняты выполнением данной операции, а не перемещением от одной дефектной шпалы к другой.

При замене шпал не всегда удается выполнить оба эти условия, особенно последнее. По некоторым требованиям Норм безопасности FRA нужно заменять даже небольшое число шпал, т. е. прежде, чем число дефектных шпал окажется достаточным для эффективной работы специализированной путевой бригады. В таком случае заменяют отдельные шпалы вручную при помощи подручных средств. Некоторые железные дороги считают целесообразным иметь небольшое число машин многоцелевого назначения для частичной механизации операций, составляющих малую долю общего объема работ по замене шпал. Подавляющую часть работ выполняют специализированные бригады с объемом работ от нескольких сотен до тысячи шпал в смену.

Общие правила замены шпал.

До введения Норм безопасности FRA многие железные дороги заменяли шпалы по строгому графику — один раз в несколько лет на каждом участке пути.
В основу такого подхода положена зависимость между числом дефектных шпал и эффективностью работы путевых бригад. На некоторых железных дорогах допускается также совмещение замены шпал с подъемкой пути или проведение этих работ в промежутке между подъемками. Такое решение считалось обоснованным, пока его придерживались. Трудности возникли в связи с недостатком средств для неуклонного его выполнения. Часто шпалы заменяли в установленные сроки только на важнейших магистральных железных дорогах. Из-за финансовых ограничений второстепенным и станционным путям внимание не уделялось.
Согласно нормам FRA определенные минимальные требования в отношении состояния шпал должны выполняться на всех путях в зависимости от класса линии. Для выполнения нормативов безопасности в качестве минимальной задачи является требование: железная дорога должна обеспечивать замену только некоторого числа дефектных шпал, гарантирующего удовлетворение этих нормативов. Это означает, что можно оставлять в пути некоторое число дефектных шпал, допустимое нормативами для вновь уложенного пути, что позволяет выполнить работы по замене шпал и других элементов на дополнительных участках пути. Если при таком условии не удается охватить все участки, нуждающиеся в замене шпал, то единственный выход из создавшегося положения — снижение класса линии введением ограничения скоростей движения поездов.
Экономически менее строгие требования предусматривают замену всех дефектных шпал на участке в соответствии с нормативами безопасности, т. е. нужно обеспечить по крайней мере минимальные требования нормативов на всех путях. Еще менее экономичные требования по замене шпал основываются на выполнении более льготных нормативов, чем предусмотренные FRA для дефектных шпал.
Наименее экономичные требования предусматривают замену еще пока исправных шпал, но таких, которые могут выйти из строя до наступления следующего срока замены. Такое требование в наибольшей степени обосновано при использовании выборочного метода с учетом класса линии, местоположения шпал в пути и состояния соседних шпал. Например, если из трех смежных шпал все три исправные, но, по мнению бригадира пути, они станут дефектными в ближайшие 2—3 года, то нужно заменить среднюю из них. Аналогичные соображения справедливы и в отношении стыковых шпал.

Планирование работ.

На основные работы по замене шпал составляют годовой план с учетом цикличности работ, экспертной оценки числа дефектных шпал, значения линии и допустимости ограничений скорости движения, производственной мощности и финансовых.
После определения характера предстоящих работ разрабатывают график работ бригад с учетом различных ограничений, анализируют взаимосвязь с другими планируемыми работами по текущему содержанию пути. Например, нельзя планировать одновременно замену шпал на пути № 1 и рельсов на пути № 2 одного и того же двухпутного участка.
Нужно по возможности минимизировать непроизводительные затраты на передвижение между участками работ; планировать не только собственно укладку шпал, но и доставку материалов.
На одних железных дорогах комплексная бригада заменяет шпалы, поднимает и отделывает путь, на других эти работы выполняют специализированные бригады, следующие непосредственно за бригадами по замене шпал или работающие с некоторым запаздыванием. Такие операции, как очистка балласта, замена рельсов или очистка кюветов, могут входить в состав работ по ремонту пути.
Предварительная подготовка необходима для пропуска поездов в обход или изменения графика движения, размещения передвижных домиков и накопления бригадного оборудования. Следует рассмотреть варианты графика выполнения работ.
Некоторые шпалы нельзя заменить обычным способом из-за габаритных ограничений. Необходимо разработать методы замены шпал на мостах с ездой на балласте, в пределах пассажирских платформ и в некоторых выемках. Одновременно следует выявить дополнительную потребность в ресурсах.

Распределение шпал.

Наиболее широко распространенный традиционный способ разгрузки шпал — доставка их от шпалопропиточного предприятия в обычных полувагонах, загруженных поперек вагона. 

Механизированная разгрузка на железной дороге Santa Fe

Такой вагон разгружают обычно трое рабочих. Двое рабочих шпальными захватами поднимают один конец шпалы на верхний пояс вагона со стороны выгрузки шпал, а третий поднимает и подталкивает другой конец шпалы до тех пор, пока она не перевалится за пределы вагона. Производительность труда зависит от числа людей, которые могут быть привлечены к выполнению работ.
Хотя этот способ все еще применяется на практике, разработаны различные операции, которые более производительны и менее трудоемки. Например, специальные вагоны-платформы оснащены торцовыми перегородками и боковыми стойками, положение которых можно регулировать с целью создания проема на нужной высоте для разгрузки штабеля шпал. При таком способе разгрузки один рабочий может сдвинуть шпалу в сторону, не поднимая ее.

Тракторный разгрузчик на резиновом ходу перемещается по верху бортов вагона, с помощью троса извлекая шпалы

Другой способ: шпалы нужно связать в пучок и краном или другим аналогичным механизмом извлечь его из полувагона. Разработаны и используются специальное оборудование, машины, которые, перемещаясь в полувагоне, выталкивают отдельные шпалы в проем в боковой стенке вагона как раз над полом вагона.
Комбинированные торцовые разгрузочные машины успешно используются для разгрузки шпал из полувагона. Машина опирается на верхние пояса полувагона и по мере необходимости перемещается при помощи боковых опор, а шпалы выгружает захватами.
Трудоемкость и экономичность работ по разгрузке шпал повышается при тщательном планировании подачи рабочих поездов с целью максимального использования путей и ускорения оборота вагонов.
Для обеспечения надлежащего качества работ по разгрузке шпал нужно следить за выполнением установленных требований. Отступление от этих требований приводит к порче шпал, что требует их дополнительного освидетельствования, иначе в путь попадут дефектные шпалы.

Замена шпал.

 
машина для удаления обрезков шпал и складирования их за пределами основной площадки

Подразделение по замене шпал должно обеспечивать выполнение таких операций:
1) снятие противоугонов у подлежащих замене шпал;
2) извлечение костылей;
3) изъятие дефектных шпал;
4) снятие шпальных подкладок со сменяемых шпал;

5) рыхление балласта под изъятыми шпалами;
6) укладка новых шпал;

7) замена шпальных подкладок;
8) забивка костылей в новые шпалы;
9) подбивка новых шпал;
10) установка противоугонов у новых шпал;
11) восстановление нарушенного балласта.

Технология замены шпал может предусматривать потребности в оборудовании и трудовых ресурсах для подъемки и отделки пути после замены шпал.
Для выполнения различных операций существует много разных механизмов и машин. Некоторые из них — многоцелевого назначения. В отдельных случаях для обеспечения оптимальной производительности целесообразно использовать несколько однотипных машин.
Противоугоны с заменяемой шпалы снимает вручную при помощи кувалды один человек, обеспечивая фронт работы для целой путевой бригады. Механизировать эту простейшую операцию не нужно.
Используемые в путевых бригадах костыледеры имеют гидравлический привод. Рабочая головка монтируется на тележке, позволяющей устанавливать головку над костылем. Эту достаточно компактную машину передвигает от шпалы к шпале один рабочий. При пропуске поездов машину переносят на обочину. Обычно одной машины достаточно для обслуживания фронта работ целой бригады, но в зависимости от числа заменяемых шпал и извлекаемых костылей может потребоваться еще одна машина для повышения эффективности работ. Шпалу извлекают целиком или разрезанной на три части. Для извлечения целой шпалы (с целью ее последующего использования) при значительном заглублении в нее рельсовых подкладок нужно вывесить рельсы, чтобы освободить шпалу. Это неблагоприятно влияет на поверхность пути, поэтому требуются более жесткие ограничения скорости движения поездов и тщательная отделка пути после укладки шпалы.
Способ трехэлементного изъятия шпалы позволяет избежать этих недостатков. Одна машина распиливает шпалу в двух местах, другая выдвигает эти куски. Распиливают шпалы в непосредственной близости от внутренних кромок рельсовых подкладок. Центральную часть разрезанной шпалы выдергивают из балласта и оставляют внутри рельсовой колеи, а концевые части выталкивают из- под рельсов торцовыми выталкивателями.
Рельсовые подкладки можно оставить на шпалах или снять. В любом случае они необходимы в последующих операциях и должны лежать в чистом виде в таком месте, чтобы их можно было вновь пустить в дело в нужное время. Это еще одна операция, выполняемая вручную. С нею успешно справляется один человек.
Старые шпалы или их обрезки удаляют от пути на безопасное расстояние, чтобы не создавать препятствий для поездных бригад или обслуживающего персонала. Это обычно делают краном с захватами, которыми перемещают несколько шпал одновременно.

Перед укладкой новых шпал балласт рыхлят. Балласт, осыпавшийся на ложе под шпалой, убирают. Если старая шпала была обрезного типа, нужно разрыхлить сильно уплотнившийся балласт в шпальном ложе и удалить избыточное его количество, чтобы можно было уложить шпалу полного профиля.
Балласт рыхлят одним из трех принципиально различных вариантов механизмов. В I варианте металлические зубья при вращении на валу погружаются в шпальный ящик. Вал может вращаться в любом направлении, тем самым исключая чрезмерное перемещение балласта к одной стенке шпального ящика. Во II варианте зубья перемещают балласт поперек пути в обоих направлениях от оси его. В III варианте тяжелые металлические лопасти смонтированы параллельно одна другой и оси шпалы. Сначала пластины, прижатые одна к другой, располагают над шпальным ящиком, где должен рыхлиться балласт, затем пластины опускают с усилием, достаточным для погружения в балласт, после чего они раздвигаются, чтобы между ними можно было поместить шпалу.
Любой из этих типов механизмов можно оборудовать лебедкой с тросом для укладки шпалы. Крюк на конце троса закрепляют у заднего конца шпалы, и по мере наматывания троса на барабан шпала подтягивается на место. Такие машины для затаскивания шпал относятся к первому поколению.
Более сложные машины для затаскивания шпал заменили многочисленные затаскиватели канатного типа. Они оборудованы различного типа укосинами с захватами, которые обжимают задний конец новой шпалы и точно вводят ее на место, над. которым установлена машина (над шпальным ящиком). Скорость, мощность и точность этих машин при укладке шпал существенно влияют на производительность бригады по смене шпал.
Рыхлитель пластинчатого типа совмещает рыхление балласта и затаскивание шпалы. В затаскивателях второго поколения разделены эти операции. В зависимости от типа используемого затаскивателя новые шпалы должны поступать извне пути, будучи уложены поперек головок рельсов перед затаскивателем или поблизости на обочине балласта. Эту операцию обычно выполняют краном.
Рельсовые подкладки обычно укладывают на шпалы вручную. В зависимости от последовательности выполнения работ и глубины рыхления может потребоваться рельсовый подъемник, позволяющий поднять рельсы на столько, чтобы подкладки могли легко соскользнуть на место. Рельсовый подъемник управляется вручную, аналогично костылевыдергивателю.
Костылезабивщики приводятся в действие от гидравлической или пневматической системы. Для них обычно не нужно наживлять костыли в подкладках. Машина забивает костыли под контролем оператора. На каждый рельс приходится две рабочие головки, которые требуют установки костылей по одной линии до забивки. Если рабочие головки настроены по ведущей колее и костыли должны быть забиты с наружной стороны рельса, то целесообразно использовать плиту с закрепленными в ней костылями или потребуется вторая машина или второй проход той же машины.

Машина фирмы Fairmont для укладки одиночных шпал в путь

Машина фирмы Fairmont для очистки балласта перед укладкой новых шпал

Костылевыдергиватели снабжены также приспособлением для плотного захвата шпалы против рельса с целью полного и точного выдергивания костылей. С костылевыдергивателями могут работать 1, 2 или 3 рабочих. Это зависит от того, может ли один человек управлять работой машины сразу над двумя рельсами или необходимо по одному оператору на каждый рельс. В некоторых операциях один человек занят подачей костылей из бункера на транспортер. Новейшее усовершенствование — автоматическая подборка и накопление костылей из полувагона. Хотя на некоторых железных дорогах предварительно рассверливают отверстия в новых шпалах, но это выполняется еще не повсеместно. В некоторых случаях отверстия сверлят в шпалах до их пропитки.
Если общая отделка пути входит в состав работ по замене шпал, новые шпалы нужно подбивать. Используемые при этом шпалоподбивочные машины не обеспечивают выполнения других операций, таких, как поддомкрачивание, рихтовка или выправка пути.
Если общая отделка не предусмотрена, нужно оправить балласт вокруг вновь уложенных шпал. При растущей выработке путевых бригад в современных условиях многие железные дороги считают целесообразным использовать для этого дозировщики балласта.

Выправка и рихтовка пути.

Известно, что уплотнить балласт под вновь уложенными шпалами до уровня балласта около старых шпал трудно. В условиях движения поездов это ведет к ухудшению состояния пути, неприемлемому на железных дорогах высоких категорий. В некоторых случаях это может также неблагоприятно повлиять и на положение пути. Поэтому нужно совмещать замену шпал с выправкой и рихтовкой пути.
Другое соображение, подтверждающее целесообразность совмещения этих двух операций,— уменьшение числа направляемых кружным путем поездов. Но при совмещении этих операций возникают и определенные трудности. Число заменяемых шпал редко настолько велико, чтобы обеспечить высокую производительность труда по обеим операциям.
Если нельзя гарантировать объезды на двух соседних блок-участках во время выполнения обеих операций, одна из бригад должна простаивать в ожидании окончания работ, выполняемых другой бригадой. Разгрузка балласта до окончания работы бригады по замене шпал снижает выработку этой бригады, а разгрузка балласта после окончания работ по замене шпал требует тщательного согласования подачи рабочих поездов и увеличивает промежуток времени между этими двумя операциями.
Как и следовало ожидать, вследствие этих соображений практика повсеместно различная. Некоторые железные дороги предпочитают объединять операции по замене шпал и подъемке пути по технологическим соображениям. Другие считают, что на двухпутных участках они могут обойтись раздельной технологией, чтобы выполнение одних операций не мешало выполнению других. В случае раздельной технологии подъемку и выправку пут выполняют вскоре после замены шпал.

Уборка изъятых из пути шпал.

Одно из достоинств изъятия из пути целых дефектных шпал — при хорошем состоянии их удобнее использовать в последующем. Местное население приобретает такие шпалы для сооружения заборов для устройства шпальных клеток и в других многочисленных случаях. Повсеместно из таких шпал возводят подпорные стены, устраивают отбойные брусы и т. п.
Часто шпалы перед изъятием из пути разреза ют на три части. Раньше обрезки шпал складывали в штабеля в пределах полосы отвода и сжигали в периоды, безопасные в пожарном отношении В настоящее время это прекратили из соображений охраны окружающей атмосферы. В результате во многих районах в пределах полосы отвода скапливается большое количество изъятых из пути обрезков шпал, не находящих никакого приме нения.
Один из выходов в сложившейся ситуации — создание машин для измельчения обрубков шпал. Такие машины должны быть оборудованы приспособлениями для отделения костылей и металлических элементов. Получившуюся щепу нужно разбрасывать по полосе отвода. Эти машины могут ис пользоваться при производстве работ по замене шпал или отдельно после завершения этих работ.
Некоторые машины оборудованы кранами для извлечения шпал и подачи их в шпалодробильную машину. Хотя такое решение для ряда железных дорог — выход из создавшегося положения, оно не лишено недостатков, связанных с возможностью возникновения пожара, загрязнения почвы щепой, пропитанной креозотом, и засорения кюветов в выемках.
До некоторой степени приемлемое решение — захоронение щепы в пределах полосы отвода. С помощью бульдозеров или ковшов погрузчиков отрывают канавы, куда сталкивают куски шпал и засыпают грунтом, или заполняют шпальными остатками местные понижения и затем засыпают их грунтом. На станциях и застроенных территориях изъятые из пути шпалы грузят в полувагоны и вывозят на свалку.
Целесообразно исследовать возможность сжигания изъятых из пути шпал в топках котельных или использования их для ремонта шпал. По-видимому, необходимо обязать некоторые железные дороги вывозить части изъятых шпал с соответствующей гарантией их последующего использования1.
1 В СССР широко применяется ремонт шпал и их повторное использование на главных, станционных и подъездных путях (примеч. ред. перевода).