РАЗДЕЛ 11.
Рельсовые противоугоны.
Основное назначение противоугонов — надежно закреплять рельсы от продольных перемещений по шпалам (подкладкам) под воздействием продольных поездных и температурных сил. В течение многих лет противоугоны в основном применялись на главных линиях. В последние десятилетия возникла необходимость закрепления от угона станционных и прочих путей, особенно путей с односторонним движением.
На участках пути, не закрепленных от угона, возникающие продольные силы могут привести к выбросу пути; при отрицательных температурах при слишком растянутых стыковых зазорах растягивающие продольные силы могут привести к срезу стыковых болтов, а в бесстыковом пути — к разрыву сварных швов, особенно если они сварены в полевых условиях.
могут достигать больших величин, особенно в длинных сварных плетях.
Влияние движения поездов на процесс угона значительно сложнее. При движении колес в рельсах возникают вертикальные волновые колебания. Они наблюдаются не только в зоне контакта колес и рельсов, но и на некотором расстоянии впереди движущихся колес, что приводит к снижению сопротивления шпал в балласте и появлению продольных сил.
На волновые колебания рельсов оказывают влияние состояние земляного полотна и балластной призмы, вес рельсов и тип скреплений, состояние и эпюра шпал. В общем, чем больше жесткость пути, стабильность земляного полотна и балластного слоя, тем меньше волновые колебания и угон рельсов.
Угон пути.
Обычно угон пути происходит в направлении движения поезда. Поэтому на двухпутных линиях он происходит чаще, чем на однопутных. Кроме того, угону пути способствуют неудовлетворительное содержание стыковых зазоров, недостаточные размеры и неудовлетворительное состояние балластного слоя и водоотводов, слабое земляное полотно, запущенное шпальное хозяйство, характер продольного профиля пути и режимы ведения поездов. Ряд других факторов влияют на угон пути. Например, в одних случаях одна рельсовая нить подвержена угону в большей степени, чем соседняя, и наоборот. Кроме того, бывают случаи, когда прежде стабильная с точки зрения угона рельсовая нить начинала интенсивно подвергаться угону. Наиболее эффективное средство против угона пути — надежные противоугонные устройства.
Силы угона.
По мнению американских специалистов, два основных фактора являются причиной продольных перемещений рельсов — температурные и поездные продольные силы. Температурные силы могут изменяться по длине пути в зависимости от условий попадания солнечных лучей, наличия тоннелей, зданий, глубоких выемок и открытых участков.
Исследования продольных сил, выполненные Американской инженерной железнодорожной ассоциацией (AREA)
В отчете 1955 г. Комитета по пути Американской инженерной железнодорожной ассоциации сообщалось о результатах исследований статических и динамических продольных сил, возникающих между рельсами и шпалами, а также между шпалами и балластом. Установлено: сопротивление одной шпалы в гравийном балласте с прочно прикрепленными к ней двумя рельсами составляет 2000—2500 фунтов на каждый рельс. Сопротивление сдвигу шпал в балласте, закрепленных через одну противоугонами, составляет 1500—2000 фунтов на каждый рельс.
Было также обнаружено, что после прохода поезда возникает продольная сила, действующая в направлении движения поезда, которая увеличивается после прохода других поездов в том же направлении. После прохода поездов в обратном направлении эта продольная сила уменьшается и может возникнуть продольная сила противоположного знака.
Исследования динамических продольных сил показали, что впереди движущегося экипажа (тележки) в рельсе образуется вертикальная волна и рельс стремится переместиться в направлении движения поезда. При движении поезда происходят возвратно-поступательные микроперемещения рельса под локомотивом; часто под воздействием силы тяги локомотива эти перемещения могут быть направлены в сторону, противоположную движению. Но сразу же после прохода локомотива перемещения рельсов под вагонами происходят в направлении движения.
При ускорении под воздействием дополнительных сил тяги локомотива рельсы стремятся переместиться в сторону, обратную направлению движения.
При торможении в рельсах возникают значительные продольные силы, направленные в сторону движения.
Сопротивление угону.
На основе исследований комиссии по пути Американской инженерной железнодорожной ассоциации были разработаны рекомендации по закреплению пути от угона. Для обеспечения продольного сопротивления сила трения между подошвой рельса и подкладкой должна быть не менее 15 фунтов на каждой подкладке. Сила сцепления смещенной шпалы в балласте должна быть не менее 280— 600 фунтов.
Если сопротивление шпал продольному сдвигу в балласте достаточное, то угон пути происходит из-за перемещений рельсов по подкладкам. Род и форма частиц балласта, заполнение шпальных ящиков балластом в значительной мере определяют сопротивление шпал продольному сдвигу.
Сопротивление шпал сдвигу в слежавшемся или замерзшем балласте намного больше, чем в нарушенном балластном слое, например, в результате выправки пути.
Типы противоугонов.
Несмотря на то, что противоугоны широко используются, их конструктивных разновидностей немного. Наиболее распространены так называемые цельные противоугоны, состоящие из одного элемента. Применяются также противоугоны, состоящие из двух элементов.
Обычно противоугоны устанавливаются на подошву рельса, упираясь в боковые грани шпалы или подкладки.
Цельные противоугоны изготавливаются из высокоуглеродистой стали или сплава термически обработанной стали с плоским или прямоугольным, или круглым желобчатым поперечным сечением.
Составной, или двухэлементный, противоугон состоит из скобы (зажима), выполненной из кованой или прокатанной стали, которая крепится специальным приспособлением.
Другой тип противоугонных устройств применяется в стрелочных переводах, в частности для крепления корня остряка.
Пружинный противоугон, широко применяемый на американских железных дорогах; имеет большую пет лю под подошвой рельса, что увеличивает его продольное сопротивление и площадь опирания на шпалу
Для того чтобы устранить уширение рельсовой колеи, разуклонку рельсов и повреждения шпал в зоне костыльных отверстий, были испытаны в эксплуатационных условиях пять типов промежуточных рельсовых скреплений.
- Раздельное скрепление по типу немецкой марки «К», в котором рельс прикрепляется к подкладке двумя клеммными болтами с жесткими клем мами и двухвитковыми шайбами. Подкладка крепится к шпале четырьмя шурупами. Под шурупы установлены двухвитковые шайбы.
- Другой тип скрепления — американский вариант немецкой марки «К». В нем применены клеммы типа «TRD», а подкладка крепится четырьмя шурупами с двухвитковыми шайбами.
- Раздельное скрепление, подобное марке «К», в котором рельс крепится к подкладке голландскими пружинными клеммами «ДЕ», а подкладка к шпале — четырьмя шурупами.
- Скрепление со специальной подкладкой, в котором применены два типа пружинных клемм «Пендрол».
- Скрепление типа «Портег», в котором стандартная подкладка крепится костылями, а рельс к подкладке — клеммами «Хук».
Запатентованный противоугон
Неразъемный противоугон U-образной формы, прокатанный из стальной полосы с последующей термообработкой
Конструкция противоугона Hi-образной формы
Рядом с испытываемыми скреплениями были уложены контрольные участки с костыльными скреплениями, в которых применены стандартные 14-дюймовые подкладки и рельсовые противоугоны. О результатах эксплуатационных испытаний дана информация в журнале «Track and structure» (июнь, 1978 г.).
Требования к противоугонам.
Противоугоны должны обеспечивать достаточное продольное сопротивление длительное время, в том числе из-за многократной их перестановки. Площадь опирания противоугонов в деревянные шпалы должна быть достаточной во избежание смятия и перетирания древесины при вертикальных колебаниях рельсов.
Противоугоны не должны повреждать подошву рельсов. Очень важно, чтобы противоугоны касались боковой поверхности шпалы. Конструкция противоугонов должна быть простой в изготовлении и эксплуатации. Устанавливать и снимать их нужно при помощи специального инструмента.
Применение и установка противоугонов.
Количество устанавливаемых на рельсах противоугонов зависит от конструкции пути, рода балласта, плана и профиля линии, наличия и отсутствия на данном элементе профиля торможения поездов, а также от того, имеет ли место одностороннее движение (двухпутная линия с односторонним движением по каждому пути) или двустороннее и т. п.
Чтобы шпалы не перекашивались, противоугоны ставят на обеих рельсовых нитях к одной и той же шпале. На стыковых шпалах противоугоны не устанавливаются.
Как правило., путь закрепляется от угона во время его укладки, т. е. после зашивки колеи, рихтовки и выправки. Для автоматической или полуавтоматической установки противоугонов применяется различное механизированное оборудование.
Если для установки противоугонов используется специализированное оборудование, необходимо, чтобы таким оборудованием в достаточном количестве были обеспечены путевые бригады, занятые на обслуживании пути с противоугонами данного типа. Кроме того, важно, чтобы противоугоны не были установлены чрезмерно жестко и не были перекошены во избежание повреждения подошвы рельса.
На участках бесстыкового пути рекомендуется устанавливать по четыре противоугона на каждую шпалу. На протяжении шести-восьми длин рельсов каждый конец длинной рельсовой плети закрепляют противоугонами полностью.
На участках звеньевого пути устанавливают от 8 до 16 противоугонов на рельсовое звено.
При очень большом угоне пути противоугоны устанавливают практически у каждой шпалы. Осо бенно тщательно закрепляют путь в зоне стрелочных переводов, прежде всего централизованных.
На мостах брусья закрепляют от угона анкерными болтами, пропускаемыми через просверленные отверстия в брусьях, продольных и поперечных балках.
Рекомендации Американской инженерной железнодорожной ассоциации по закреплению пути от угона.
Комитет по пути железнодорожной Ассоциации провел широкие исследования по определению количества устанавливаемых противоугонов и схем для надежного закрепления пути от угона. Для стыкового пути после пересмотра в 1962 г. были рекомендованы следующие схемы установки противоугонов.
Для главных путей с преимущественно односторонним движением.
Путь закрепляют от угона в направлении движения. Минимальное число противоугонов — 8 шт. на рельс длиной 39 футов.
Схема закрепления главного пути от угона: а — с преимущественно односторонним движением поездов (устанавливается 8 противоугонов в направлении движения и 2 противоугона — в обратном направлении на рельсе длиной 39 футов); б — с двусторонним движением поездов (устанавливается 16 противоугонов на рельсе длиной 39 футов — по 8 шт. в каждом направлении).
Примечание. Стрелки указывают направление движения
Если необходимо, устанавливают дополнительные противоугоны. Противоугоны устанавливают примерно на одинаковом расстоянии друг от друга по длине рельса.
Во избежание перекоса шпал противоугоны устанавливают по обеим рельсовым нитям на одной и той же шпале.
На случай изменения направления движения а также чрезмерного раскрытия стыкового зазора при изломе рельса противоугоны устанавливают с обеих сторон шпалы примерно на каждой четвертой закрепленной шпале.
Для главных путей с преимущественно двусторонним движением.
Для предотвращения двустороннего угона противоугоны устанавливаются парами в двух направлениях: обычно рекомендуется 16 шт. на рельсе длиной 39 футов (по 8 шт. в каждом направлении) Если необходимо, число противоугонов увеличивается. В направлении с большими размерами движения устанавливается большее число противоугонов.
Для бесстыкового пути особенно важно обеспечение достаточного сопротивления продольных температурным и поездным силам.
Специалисты считают, что на главных путях с односторонним и двусторонним движением поездов рельсы должны быть закреплены от угона в обоих направлениях, обеспечивая достаточное про дольное сопротивление на всем протяжении плети
Применяемые различные схемы закрепление бесстыкового пути от угона дают положительные результаты.
На уравнительных рельсах, а также на участках, примыкающих к бесстыковому пути, шпалы должны закрепляться в обоих направлениях.